本文来源于：中照网

当代农业主要依赖于生物技术、化学技术和机电技术。生物技术是当代农业发展进步的基石，也是永恒的主旋律。化学技术是支撑当代农业的第二大基石，但当代农业过度依赖化学技术及化学品，导致日益严重的环境污染、生物链断裂、生态系统受损、食品安全隐忧等问题，引起人们的广泛关注和不安。现代农业应该有所变革，其可行的路径之一就是扩大物理技术的应用，用“物理技术”拓展“机电技术”内涵。我们预测，现代农业的发展和变革将依赖于生物技术、物理技术和化学技术，“物理农业”将在现代农业中逐步得到更多显现，将成为现代农业的重要特征和基石之一。所谓“物理农业”，就是以光、电、磁、声、热等物理方法和技术应用于农业生产，其优点是能够减少化学品的投入，优化生境，提升农产品产量和品质，减少污染，降低成本，提高效益。

光是“物理农业”的引领性技术，物理农业的实践以光在现代农业中的成功应用为开端。而这一开端已经形成了突破点，那就是“光照光谱技术及系统装备”在现代农业中的成功应用。“光照光谱技术及系统装备”将成为现代农业生产系统中的重要高端装备，助力现代农业革新与发展，并为照明行业的开拓更广阔、更持久和更有深度的市场。

光是地球生命的来源之一，是人类生活的依据，光与生命活动息息相关。作为能量和信息，光为自然界包括生命活动在内的各种活动提供驱动和指引。仔细审视与农业相关的人类活动，就会发现光源，尤其是电光源的应用无处不在，农业科研与生产活动与光密切相关。光源应用于农业，为农业提供光照，能够给社会和人类带来真实的物质产出效益（各类农产品，即农业初级产出品，为人类提供衣食）和环境产出效益（吸收固定二氧化碳，并释放氧气，维持大气圈的碳-氧平衡），完全不同于视觉和亮化景观照明，它们之间具有根本性的效应区别和意义区分。 

01、LED农业光照研究

LED具有波长窄、光质纯、光效高、波长类型丰富、光谱能量调制便捷、以及低发热、小体积、长寿命等的突出优势，便于集中目标所需波长实施均衡照射、可变可调照射和近距离照射等。对于植物生产来说，LED光照可实现高效能、低热负荷和紧凑空间的集约化植物生产，减少化学品的使用；对于农业害虫的物理防治来说，可以采用特定波长的LED光源，引诱并灭杀害虫或驱离害虫，减少农药施用量，做到安全绿色生产；对于动物养殖来说，可以根据不同的养殖目的，采用特定波长的LED实施光照提高动物生产率，减轻病害、减少饲料添加剂等的使用，实现高效绿色生产；对于微生物来说，可以采用促进有益微生物繁殖增殖的特定波长的LED实施光照，实现高效率、密集产量的微生物反应过程；对于水体环境来说，可以采用LED对水草实施抚育补光，弥补污水导致的水底光照不足，促进水草生长，实施水体环境修复。LED光照将在设施栽培（包括育苗）、设施养殖、植物工厂、害虫治理、菌藻生产和生物环保、药物、食品等微生物制品领域得到广泛应用。

在LED照明发展初期，人们对于LED在农业中应用的机理、场景、特性和方法等知识与技术的理解及认知还很不够，科技部和国家半导体照明工程研发与产业联盟高瞻远瞩，在“十一五”国家“863计划”中首次规划了LED在农业中应用的研究方向，南京农业大学农学院徐志刚教授领导的研究团队率先获得立项资助，以“半导体LED光源在植物组培中的应用机理研究”（2006AA03A165，2006～2009）为题开启了本领域的创新研究，这是在该研究领域立项的第一个国家级课题；随后该团队又获得国家自然科学基金生命学部的资助（30972035，2010～2012），实施了LED在设施育苗中的应用机理研究，这是在本研究领域立项的第二个国家级课题。基于上述研究初步获得的知识发现、知识整合、知识集成及其知识传播，LED光源光谱及其光照技术在我国组培快繁育苗、籽苗和嫁接苗、扦插苗等的种苗产业中得到了广泛应用，提升了种苗产业的产能和品质保障能力，降低了电能消耗和成本，并开拓了LED的新应用场景和广阔、持久的消费市场，产生了良好的社会经济效应和引领示范效应。

在后续的“十二五”国家“863”计划和“国家科技支撑计划”中，科技部和国家半导体工程研发与产业联盟持续支持了LED在农业中的应用机理研究（2011AA03A114和2011BAE01B01，2011～2013），增设动物（禽类）养殖照明方向，并扩大了研究队伍，同济大学、中国农业科学院和厦门华联电子有限公司加入。农业部公益性行业科技计划在2013年启动了园艺作物设施栽培光环境研究 (201303108，2013～2017)，研究对象进一步拓展到设施蔬菜的绝大部分主栽品种，并增设了光环境对设施昆虫和虫害影响的研究内容，山东农业大学、南京农业大学、中国农业大学、北京市农林科学院和中科研动物研究所等单位参与研究，本领域的研究队伍进一步得到壮大。其时，LED农业光照研究已经成为热门，华南农业大学、浙江大学、中国科技大学、西北农林科技大学、江苏省农业科学院、中科研半导体研究所和中科院植物所等国内重要的高校及科研院所均已在这一领域开展研究，各团队从不同的角度取得了可喜的研究进展，进一步丰富了研究成果。

在“十三五”国家重点研发计划中，科技部和国家半导体工程研发与产业联盟继续支持LED农业光照研究，于2017年启动了设施种植LED光照和设施养殖LED光照两个专项，研究对象从设施主栽植物进一步拓展到食用菌、菌藻、昆虫、水产与畜禽等，研究队伍继续扩大，参与单位包括中科院半导体研究所、南京农业大学、中国农业科学院和江苏省农业科学院等在内的近40家实体单位；大连海洋大学、苏州纽克斯电源技术股份有限公司、无锡华兆泓光电科技有限公司、北京亚盛增光物理农业科技开发有限公司等众多新力量充实到本领域的研发与应用推广活动中，对LED光照光谱技术与系统装备产业的发展壮大提供了可靠的实力基础与保障。

在此背景下，本期“农业照明”专题，邀请了参与“十三五”国家重点研发计划研发的科研人员和本领域知名专家，介绍各自研究成果和应用效果，试图推介最新成果与认知，适时集成部分知识与技术，以期能够为LED光照光谱及其系统装备在农业中的应用推广提供借鉴，为产业发展发挥助推作用。

02、LED农业光照科研助推LED照明产业进步

科研创新来自于产业实践，科研成果应该服务于产业发展。科研工作必须聚焦国家需求，致力于解决制约产业发展的瓶颈与痛点，为产业持续进步提供原创动力与技术支持。通过梳理自“十一五”以来LED农业光照研究的历程，我们很欣慰地发现，本领域的科研活动和科研工作很贴合地体现了上述原则、实践了上述原则，产生了良好的社会经济效应。

首先，LED在农业中的应用始发于组培快繁育苗和设施育苗，正是由于得到了“十一五”国家“863计划”项目和国家自然科学基金项目的科研成果支撑，LED在种苗产业获得成功应用，很好地解决了种苗产业所面临的能耗成本高、种苗品质低和产能不稳这三个痛点，解除了种苗产业的瓶颈制约。当前，LED光源已经成为种苗产业，尤其是组培快繁育苗和工厂化育苗中的主流应用，为一大批中小型光源企业夯实了生存基础、提供了发展机会，这些企业正以此为切入点，探索适宜于农业光照领域的发展路径。科研成果在农业和照明这两个产业（行业）中得到了成功应用，科研的价值、社会经济效应、引领力和支撑力得以体现。

其次，在“十二五”和“十三五”科研成果的支撑下，LED在设施栽培和设施养殖中的应用正得以迅猛发展，培育了很多有实力、有希望的照明企业，如火如荼、蒸蒸日上，让我们感到欣喜和自豪。在中科院植物所的指导下，“中科三安”构建了规模型植物工厂，并开展了运营尝试，其核心支撑之一就是LED光照系统与技术，植物工厂为LED提供了很大的应用市场。在害虫防治方面，中国农业科学院植保所指导企业生产出LED诱虫灯，在大规模农田生态中得到应用，发挥了良好作用，企业也因此获得良性发展。在国际销售市场方面，苏州纽克斯电源技术股份有限公司作为全球农业补光设备的领先制造商，在南京农业大学的指导下研发了系列LED植物补光设备及系统，连续多年的出口销售额过亿元，2020年上半年出口更是同比增长50%以上，取得了企业规模和效益的双丰收。在国内市场方面，北京亚盛增光物理农业科技开发有限公司在南京农业大学的指导下，首创针对用户的租售模式，成功破解了国内推广应用的难题，并正在构建“设施农产品品牌渠道销售+农户连锁+设施LED补光种植技术服务+农资供应规范服务”的产业模式，基于提供安全、高端农产品的理念，以系统性的方式成体系地推广LED补光装备与技术，这是非常有前景、有价值的模式创新。在设施养殖方面，中科院半导体所和大连海洋大学指导无锡华兆泓光电科技有限公司研制了水产养殖专用智能LED光环境系统，在国内水产养殖产业获得很好应用，夯实了企业的发展基础；南京农业大学指导南京云泰电气制造有限公司研发了养鸡、养猪专用系列LED光源系统装备，在国内大型养殖企业得到广泛应用。

以上只是LED农业光照科研助推照明产业发展实例的管见局部，众多的科研团队指导了更多的LED照明企业，形成了丰富的实践和实例，一时难以俯瞰总体。我们坚信，在LED农业光照科研的加持下，我国的LED农业光照行业必将获得长足发展，在国际和国内的农业应用中挣得主导地位，在LED农业光照行业中践行国内、国际两个市场“双循环”的伟大战略。

03、LED农业光照应用场景展拓与研究内涵精进

LED农业光照的应用场景一直处于拓展之中，已从传统意义上的植物栽培应用拓展到动物养殖、菌藻栽培、病虫害治理、环境养护等多用途的应用场景；从农业活动的产中应用拓展到产前、产中和采后等全链型的应用场景；从人工气候室科研应用拓展到植物工厂以及各类农业生产设施等大尺度的生产应用场景；从育苗育雏的阶段性应用拓展到动植物全生育期培育过程中的全周期应用场景；从基于普通环境与目标的植物栽培应用拓展到基于特殊环境、特殊地域和特殊目标等的特用功能应用场景，等等。未来，LED农业光照应用场景的拓展将超越人们的常规想象，这为LED农业光照行业提供了开阔深远的应用市场和持久的发展空间。

LED农业光照的研究内涵一直处于精进之中，已从早期的侧重光照对生物产量、光合、长势等的生长及生理生化指标的表型描述，逐步深入到注重光照调控生物物质积累、转运、分配、器官发育以及內源信号物质合成与传导分布的生理机制性解释，当前正进一步往分子生物学层面深入精进。后续研究将逐步揭示光照调控生物生长发育进程的分子生物学机制。我们深信，随着科研的持续精进深入，更多底层基理性和普适性知识将会呈现，将不断丰富我们的认知，为LED农业光照的技术进步和应用拓展提供原创性知识动力。

04、寄语

LED农业光照的对象是生物整体、是生命体，不单是人眼或心脑等局部器官，不仅仅是视觉和感官，因此LED农业光照不同于常规通用照明。很多早期进入农业光照领域的企业，因照搬原有的行业经验而遭受损失与挫折。我们需加以借鉴，跳出常规通用照明的固有思维定势和作业模式，将LED光照技术装备与生命体作为一个整体性系统，兼顾生命个体性和群体性的协调统一，以体系化推进的理念，探索适宜于农业特征的新模式和新方法。

本期“农业照明”专题很荣幸地得到多位专家的赐稿，期望本专题后续会得到更多专家的支持，报道其创新知识、创新技术和创新应用，共同努力，集腋成裘，以期为LED农业光照研发与应用的可持续发展提供助力，为推动相关行业的科技与产力进步提供借鉴。

本文作者：徐志刚 

作者简介：南京农业大学农学院智慧农业系教授，博士生导师，博士。《照明工程学报》编委。研究方向为植物光生物学；作物光环境生理生态与调控技术；植物工厂系统装备与栽培技术；设施栽培。

来源：照明工程学报

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