人類目前所面臨的食物、能源、資源、環(huán)境和人口等問題的解決都與農業(yè)生產密切相關，而光照是影響植物生長發(fā)育的首要因素，因此，深入研究農業(yè)照明對光的需求特性、規(guī)律和光控基準，創(chuàng)新性地開發(fā)適宜于農業(yè)照明的智能控制補光系統(tǒng)，為農業(yè)照明提供高效的光照環(huán)境是1項重要工作。隨著大氣污染日益加重，大氣透明系數(shù)不斷下降，植物可接收的太陽光能越來越少，直接影響其生長發(fā)育。將補光調控技術用于農業(yè)栽培，可提高作物光合作用效率，促進生長并減少農藥使用，利于發(fā)展高效無污染的現(xiàn)代農業(yè)。發(fā)展設施農業(yè)、觀光農業(yè)、無土栽培和精準農業(yè)等現(xiàn)代生產經營模式，是現(xiàn)代農業(yè)模式的里程標志。

　　1、特點及優(yōu)勢

　　1.1 補光特點

　　植物利用太陽光進行光合作用，吸收的可見光光譜在380～760 nm，其中吸收峰值區(qū)域為波長610～720 nm紅橙光和400～510 nm的藍紫光。而連續(xù)的陰雨天氣影響植物生長發(fā)育乃致絕收，智能控制補光的研究及發(fā)展將解決這一問題，發(fā)展不受天氣影響的農業(yè)種植技術將成為新的方向。

　　影響溫室補光的主要因素有光質、光強和光周期等，農作物光合作用以冠層光強補償達到1 000～3 000 lx為宜，各種農作物對紅藍光（R/B）有特定要求，另外對自然界晝夜交替、周而復始的現(xiàn)象形成了光周期的要求，農作物在漫長的進化過程中適應了這種明暗變化。但是，在冬至前后或連陰天時，自然光照無法滿足農作物生長發(fā)育需求，則需要通過人工補光來增加光照時間，近年來，溫室補光已經成為農業(yè)生產的重要手段。

　　1.2 高效智能系統(tǒng)

　　由控制前端（智能手機、平板電腦或控制平臺）、傳感器（Sensor）、現(xiàn)場總線（Fieldbus）和LED燈組成的植物生長調控系統(tǒng)如圖1所示。智能手機、平板電腦（嵌入Android 或iOS 操作系統(tǒng)）通過Wi-Fi無線網絡連接控制平臺對終端進行控制。終端內置專用通信模塊通過ZigBee連接多達100個LED燈組網（可設任意組，燈之間的最大距離15 m）或單點訪問，也可對傳感器、增氧、澆灌及卷簾等裝置進行系統(tǒng)控制。系統(tǒng)利用傳感器監(jiān)測環(huán)境溫度、濕度和營養(yǎng)液pH值等數(shù)據，通過軟件匯集到數(shù)據庫，并指令施肥灌溉系統(tǒng)對植物進行定時、定量及分區(qū)分段的精準施肥灌溉，同時利用傳感器進行系統(tǒng)監(jiān)控。根據植物生長需求對LED燈的定時、開關、調光和調色等進行遠程集中管理，并通過光配方（Light recipes， LR）對植物的生長和開花周期進行調控。

　　針對不同應用方案及場所，LED補光照明產品可選品種較多。燈泡、面板燈、投光燈、燈帶和燈條等是植物工廠的典型LED應用產品，結合應用智能控制系統(tǒng)使農業(yè)照明系統(tǒng)更高效節(jié)能。

　　1.3 提高密度與節(jié)能

　　LED燈屬于冷光源，其輻射光譜對植物的熱效應小，可實現(xiàn)對植物的近距離補光且避免灼傷。在植物工廠或組培中，可縮短栽培層架之間的距離，提高空間利用率及植物單位空間的栽培密度。溫室中的智能控制補光實驗表明，使用傳統(tǒng)光源（高壓鈉燈和金鹵燈）每平方米需要配備0.5 kW的光源，而LED僅需0.27 kW，其節(jié)能量超過50 %。

　　另外，有效利用自然光照、光環(huán)境智能控制、提升空間管理和移動反射利用等現(xiàn)代農業(yè)照明的技術創(chuàng)新，將有效提高光能利用效率，滿足批量生產或提前庫存的市場需求。

　　2、農業(yè)照明應用

　　通過引進新技術種植蔬菜、水果、花卉及育苗組培，拓展到生態(tài)餐廳、農業(yè)觀光等一系列精準農業(yè)模式，采用用以智能控制為基礎，由信息技術支持的整套智能農事操作技術與管理系統(tǒng)，是當今農業(yè)發(fā)展的風向標。

　　2.1 畜禽養(yǎng)殖

　　通過研究紅光、藍光和白光對家禽生產性能的影響，推出系統(tǒng)控制光周期的智能養(yǎng)雞照明產品，實現(xiàn)漸變式禽類養(yǎng)殖控制，并在養(yǎng)雞場投入使用。智能系統(tǒng)按特定指標控制色溫、光強及照明時長，觀察其對畜禽的行為習性、生理特性和生長發(fā)育產生影響，并有效促進畜禽的生產性能，因此，養(yǎng)殖業(yè)生產中的照明不僅要求低能耗和長壽命，而且還應具備LR的可控性。圖2所示為補光在畜禽養(yǎng)殖業(yè)的應用。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞（AA肉雞）生長前期采用綠光或藍光照射，生長后期采用藍光照射，能顯著促進其生長發(fā)育并提高生產性能。若再前期選用綠光照明，可不同程度地改善肉雞小腸黏膜結構，提高小腸吸收營養(yǎng)物質的能力。此項研究成果可用于改善畜禽的生理節(jié)律、攝食行為、生長發(fā)育及繁殖性能的技術指標體系，促進畜禽生長及生產潛力，并提高畜禽免疫力。