打开农业未来的一把钥匙——LED植物照明

现代农业“光的世纪”已悄然而至，节能、高效光源如LED的研发,也成为了实现人工光设施植物生产发展需要解决的首要问题。

从2013年起，全球LED应用植物照明的产值开始呈现高速成长，预计2020年将增长至95亿元，年均复合增速超过30%(参照图1)。植物照明作为一块新兴的市场，引来大批国内外巨头开拓。

图1 2014-2020年全球植物照明市场规模、增速及预测（单位：亿元、%）

数据来源：高工产研LED研究所

表1 国内外公司在植物照明领域的发展情况

LED植物照明技术发展需要重点考虑以下几个关键要素：

• 光谱分布

大量的研究表明红光和蓝光是植物生长最重要的两种光谱。植物一般依靠叶片中的叶绿素吸收照射光，其吸收波段一般处于蓝光和红光区域。因此，对于植物照明产品，首先应考量其吸收波段的辐照度，一般为400-500nm蓝光和600-700nm红光波段的辐照度，以及需要确定所选组合植物照明的光谱组成、范围、峰值波长和色温等。

• 光照度

植物接受光照度不同，将直接影响植物的生长发育和结构特征。随着光照度增大，光合速率将不断上升，直至光饱和点。同时，光照度影响作物的形态结构、花芽分化和果实产量。光照度影响作物的生长发育，其影响程度因作物的种类和特性而不同，因植物对光照度需求的不同，可将植物分为阳生植物、阴生植物及中生植物，这些植物都需要合适的光照度才能良好生长。

• 光均匀度

由于LED发光具有较强的方向性，且可能存在空间光色分布不均匀性，因此，在大面积种植场合，还应考察植物受照面上辐射照度均匀性，以获得高质量的均匀照明环境。

• 昼长（光周期）

光照度和特定的光谱波长显著地影响着植物的生长发育，同时光周期也对植物的生长发育产生着深远的影响。不仅影响植物的花芽分化、成花诱导和花性分化、植物的休眠，还影响植物的营养生长和生理分化。不同植物对光谱的需求不同，不同生长阶段对光谱的需求也不同，设施农业中的人工补光必须遵循植物的光生理特性，才能达到最佳的补光效果。因此，不仅需要准确测量LED光源的光谱组成，还要能够知悉照度随时间变化的情况。

笔者对LED植物照明相关专利进行了初步检索和分析。

图2 全球及中国LED植物照明相关专利历年申请趋势

从图中可以看出：

2000-2006年， LED植物照明处于技术的萌芽期，每年有零星的专利申请，且专利申请基本位于国外，国内研发较少；

2007-2012年，LED植物照明处于技术的发展期，全球专利申请呈逐年递增趋势，国内和国外发展势头强劲；

2013年-至今，LED植物照明处于技术的快速发展期，全球专利申请仍然呈逐年递增趋势，然而这一阶段专利增长主要是由国内申请的增长推动的，一方面由于国内加大了LED植物照明的技术投入，另一方面由于国家出台了一系列知识产权激励政策助推了专利的快速增长。

LED植物照明相关专利的第一布局国为中国，超过了排名第2至第5位的韩国、美国、日本和德国之和。但是，国内专利布局和国内市场发展并不匹配，目前国内植物照明落后于国际市场，国内市场渗透率低，国内综合型人才缺乏、成本投入高、企业产出率低等问题都制约了LED植物照明的国内市场渗透。

美国、日本、韩国等国在植物照明上处于领先地位，日本存在国土面积小、人口数量大、资源相对匮乏等问题，而植物照明先进的技术能很好地缓解粮食、能源、土地等资源紧张带来的压力。

因此，植物照明技术在日本得到了高度重视，政府积极出台扶持政策，对建设植物工厂企业和个人给予50%以上补贴，目前日本拥有的现代化植物照明工厂数量为世界之最。

LED植物照明相关专利的地域分布

表2 LED植物照明相关专利的地域分布

LED植物照明相关的专利申请中，主要的IPC（限制到大组）技术分类如表3所示。

靠前的有：

① A01G7：一般植物学

② F21Y115：半导体光源的发光元素

③ F21V23：照明装置内或上面电路元件的布置

④ F21Y101：点状光源

 LED植物照明主要技术分布

LED植物照明应用产品常见的形态有：

灯泡、灯条、面板灯、灯带、筒灯、灯栅等

应用领域有：

植物组培、叶菜生产、温室补光、植物工厂、育苗工厂、药用植物栽培、食用菌工厂、藻类培养、植物保护、太空果蔬、花卉种植、驱杀蚊虫等。

下面介绍某款应用于植物工厂的灯泡产品，该款产品预设了7种植物光谱，可以满足生活常见植物不同光照需求。

该款产品采用了对植物生长影响最大的两个光谱波段（红光波段600nm-700nm和蓝光波段440nm-490nm），以红光为主蓝光为辅，其中蓝光可以促进植物的萌芽，红光可以促进植物的光合作用、萌芽、开花及结果。

https://www.tyf-led.com.cn/Product/236.html

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深圳市同一方光电技术有限公司，创建于2009年，公司位于LED产业基地中国-深圳,是一家专注于研发及生产LED通用照明和LED专用照明的国家级高新技术企业；一直引领LED照明新技术并提供优异性能及稳健品质的LED产品和即时的服务，可为全球LED照明市场提供专业的、全面性的光源解决方案。产品包括COB系列、SMD系列、MOD等，广泛应用于智能照明、健康照明、植物照明、商业照明、户外照明、文娱照明等，可为照明行业的LED光源设计和应用提供专业化、全系列技术支持和配套解决方案。

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