農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎,日常生活中的肉蛋奶、蔬菜、花卉、瓜果、食用菌等農(nóng)副產(chǎn)品的很大一部分都是在設施條件下生產(chǎn)出來的,其中農(nóng)業(yè)照明起到了極為重要的作用。總體上來看,在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的很多領(lǐng)域,如設施植物生產(chǎn)、集約化養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)捕撈、病蟲害防治、食用菌生產(chǎn)及微藻繁殖等,都與人工照明有著極其密切的關(guān)系。
植物生產(chǎn)對人工照明的需求方面,俗話說“萬物生長靠太陽”,光照是地球上生物賴以生存與繁衍的基礎,作物的光合作用離不開光照,光照條件的好壞直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。自然界中,太陽的光照隨地理緯度、季節(jié)和天氣狀況的不同而變化,高緯度地區(qū)冬季日長變短以及其它地區(qū)冬春季節(jié)連陰、雨、雪、霧天氣等特定氣候條件下,光照強度和光照時間不足的現(xiàn)象時有發(fā)生,因此,在現(xiàn)代植物生產(chǎn)系統(tǒng)中(如溫室、大棚等)人工補光已經(jīng)成為高效生產(chǎn)的重要手段。此外,在密閉式人工光生產(chǎn)系統(tǒng),如植物工廠、組培車間、育苗工廠等,采用完全人工光進行光合作用,因此也離不開對人工照明光源的需求。
在養(yǎng)殖生產(chǎn)對人工照明的需求方面,集約化養(yǎng)雞場、養(yǎng)豬場等都在封閉或半封閉環(huán)境下進行飼養(yǎng),人工光源不僅能起到照明的作用,而且對畜禽生產(chǎn)性能也會產(chǎn)生重要影響。大量的研究表明,在畜禽養(yǎng)殖過程中,照明光源的顏色與波長、光照的時間與強度、光照期與黑暗期的配合等都會對畜禽的生產(chǎn)性能、生理特性、行為特性、體質(zhì)健康等產(chǎn)生顯著影響。適宜的人工照明,能夠克服了畜禽繁殖生理機能季節(jié)性限制,使其遺傳潛力能最大限度地發(fā)揮出來,增加畜禽養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益。
在水產(chǎn)捕撈與燈光誘魚對人工照明的需求方面,自公元8世紀開始,人們利用魚對光的敏感性,就采用燈光進行集魚與捕魚。多年來,世界各地一直存在使用火或其他形式的燈光捕魚的方法,如今這些捕魚方法已經(jīng)成為許多國家現(xiàn)代漁業(yè)的一個重要特征。一些學者還對不同顏色光源的誘魚效果進行了試驗,結(jié)果表明,藍光具有更深的水體穿透性,使用以藍色為主體的人工光源可以取得更好的捕撈效果。
在人工微藻對照明的需求方面,近年來,隨著全球資源、能源及環(huán)境危機的加劇,開發(fā)利用光合自養(yǎng)生物微藻,直接將太陽能及CO2轉(zhuǎn)化成人們生產(chǎn)生活需要的醫(yī)藥、生物基化學品(如天然色素、異戊二烯等)和生物能源(如乙醇、丁醇、生物柴油等),已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的焦點。光照是影響微藻細胞生長及生化成分變化最重要的因子之一,對微藻的生長、繁殖、藻體顏色、細胞形態(tài)及代謝產(chǎn)物含量均有重要的影響,人工光源逐漸作為有效手段在微藻繁殖中得到廣泛應用。
此外,在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,眾多領(lǐng)域,如病蟲害防治、食用菌生產(chǎn)等,也對人工光源具有廣泛的需求。
長期以來,在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域使用的人工光源主要有高壓鈉燈、熒光燈、金屬鹵素燈、白熾燈等,這些光源的突出缺點是能耗大、運行成本高,能耗費用約占系統(tǒng)運行成本的40%~60%。因此,開發(fā)出高光效、低能耗的節(jié)能光源一直是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域人工光照明應用的重要課題。近年來,隨著LED技術(shù)的快速發(fā)展,使低能耗、高光效光源在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用成為可能。與傳統(tǒng)人工光源相比,LED不僅節(jié)能效果顯著,而且還可進行光量、光質(zhì)(紅/藍光比例或紅/遠紅光比例等)的任意調(diào)整,以滿足動植物生產(chǎn)的各種生理需求,實現(xiàn)高效化生產(chǎn)。因此,LED被認為是21世紀農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最有前途的人工光源,具有良好的發(fā)展前景。