LED农业照地位日益提升 多科学性研究技术需突破

　　近年来，随着红光、蓝光以及远红外大功率单色LED技术的快速发展，LED在农业照明领域的应用引起了广泛的关注。就农业照明的多学科性、复杂性、试验难度、光选择性与光谱加权性以及评价指标的多样性等核心问题进行了初步探讨，并以铁皮石斛补光等实验作为实例进行了充分的讨论。农业照明有着广阔的应用前景，有必要凭借农业科学的研究进一步探索照明优化条件。

　　引言

　　地球上的绝大多数动物与植物的生长都离不开太阳光的照射，但在不同区域和不同时间，太阳光的供应是有限及有区别的，避开光照的周期，仍然有很多光照不足的情况，因而人工光源在动植物的生长中的补光应运而生。在LED技术之前，主要依靠高压钠灯、荧光灯等光源进行，然而这类传统光源在光谱与能量上很不灵活，且由于动植物的多样性，不同的物种对人工补光要求可能不同，使得人工补光的应用发展缓慢。

　　LED是近年来快速发展的照明技术。除了光效、寿命等方面较传统光源具有很大优势外，LED在光谱空间、时间、及尺度空间等的巨大灵活性，造就了LED在动植物补光上巨大的应用前景。同时，近年来LED技术不断完善，光效等不断提高，价格快速下降，推动了LED用于农业照明的实质性进展。但由于农业照明涉及面的复杂性，使得目前LED用于农业照明总体上是处于不断的试验摸索阶段，有很多理论问题与实践问题尚未解决，本文试图在这些方面进行一些片面的阐述。

　　一、农业照明的多学科性

　　如果把植物照明与动物照明纳入农业照明范围内，则其所涉及的学科包括植物学、动物学、生物统计学、照明技术、控制技术等。前三者是生物学的领域，后两者是照明技术的领域，学科跨度很宽，在这几门学科中，照明技术是技术手段，而生物学领域的内容是实验过程与结果评判。总体来说，生物学领域的知识是进行农业照明的最重要部分，但目前农业照明主要指的是采用LED的照明技术，而LED的高度灵活性，使得进行农业照明过程中，作为主体的农业或者生物领域的科学家，需要照明学家的高度配合，以实现各种动植物物种的最佳照明条件，同时照明学科在视觉领域的成功完善，也是农业照明值得借鉴的。因此，农业照明的学科与技术进步，需要农业及生物领域的科学家与照明领域的科学家密切配合。

　　二、农业照明的复杂性

　　作为1项与农业相关的科学与技术，农业照明继承了农业科学的复杂性特点，如前所述，其中包括两个方面：农业与照明。

　　前者研究的物种非常多，且每1个物种，影响的条件因素也非常多。如植物生长的几个基本要素，阳光、空气、水，除此之外，种子、土壤、周边环境如温度、湿度、气候的变化等，也影响植物的生长。而动物方面，由于是活动的，包括的因素更多，即使所有这些条件一致，各个动植物个体的生长情况也可能有差异，这就决定了进行农业照明研究时必须以生物统计学的方法进行研究。

　　另外在照明方面，也存在多个变数，包括照明的光谱、强度、时间与周期、光形式(稳态还是脉冲)等。

　　以上两个方面，决定了农业照明的复杂性，尽管通过调控光的强度优化动植物的生长，可以保持其他条件相同的情况下进行，但可能存在的各种条件的相互影响将使研究问题更加复杂化。

　　三、农业明的试验难照度

　　农业照明的复杂性决定了农业照明研究的试验难度，体现在具体实验上就是试验的变数太多。尽管主要试验光照的情况，通过研究不同的光照条件，如照射强度、光谱、照射时间、照射周期、照射方式等情况下动植物的生长情况，并期望固定其他农业条件如温度、湿度、空气、水分、营养成分、种子等。但是这两类因素可能相互影响，因而在实际的实验研究中，要考虑的试验变化条件非常多，同时每个条件，出于生物统计学的考虑，也要具有一定的样本。这就使得试验条件多、样本多，再加上每个试验条件需要一定的生长时间，最后造成农业照明研究的情况是：试验样本非常多、试验时间跨度很长，农业照明成为了费时、费力、费空间的研究。举1个例子，如果设置3种光照条件变数，如光谱、强度、照射时间，每种变数采用10个分立值，则可知共有1000种条件，加上生物条件如果10种，那就是10000种情况，如果每种情况10个样本，那就是100000个样本，如果每个样本要进行2个月，那么可以想象这个试验的难度。因此实际的研究，被迫采用减少试验变数以及减少每种试验变数的数量，笔者在阅读相关文献时，常发现采用的光照条件仅仅在10种以内，有可能出现所采用的试验条件中，没有最优的，因而不能搜寻出最佳结果。