转自：农民日报

光照在农业生产中扮演着举足轻重的角色，它不仅是作物生长的能量源泉，还直接影响作物的产量与品质。当现代农业光照技术与物联网、大数据及人工智能等高效融合，并在多领域得到应用时，将为农业生产带来更多深刻的变革。

五月的关中平原，大田里的麦穗在微风中摇曳。而在中国中化先正达集团中国杨凌技术中心（以下简称“杨凌中心”）里，另一番景象正在上演：粉紫色的LED补光灯整齐排列在温室顶部，将原本翠绿的玉米叶片染成深浅不一的绛紫色，各个生长阶段的玉米植株挺拔向上，叶片表面凝结的水珠折射出细碎的光，在叶尖摇摇欲坠。

杨凌中心的无极调光自动化温室。受访者供图

“当田间等待小麦收获后再抢种玉米时，杨凌中心的玉米已经在‘人造阳光’里拔节了。这里模拟了玉米生长的最佳条件，温室内的温控与光控系统智能且精准，相较于田间育种，效率提升了2.5倍，与实验室相互配合能实现快速、高效、精确育种目的。”杨凌中心负责人吴纯仁滑动平板电脑，屏幕上跳动的温湿度曲线与补光灯同步闪烁。

今年中央一号文件提出：“以科技创新引领先进生产要素集聚，因地制宜发展农业新质生产力。”在今年的全国两会上，“农业新质生产力”亦成为许多代表、委员热议的话题。生物光照技术作为光照农业技术的核心，无疑是农业新质生产力的典型代表。通过精确控制光照条件，模拟或优化作物生长所需的光环境，可以极大缩短作物生长周期。

近年来，随着LED等高效光源技术的快速发展，光照农业的应用前景更加广阔。光照在农业生产中扮演着举足轻重的角色，它不仅是作物生长的能量源泉，还直接影响作物的产量与品质。当现代农业光照技术与物联网、大数据及人工智能等高效融合，并在多领域得到应用时，将为农业生产带来更多深刻的变革。

补光如何补足农户“钱袋子”？

在山西省晋中市榆次区，逯宝合作社理事长薄素梅忙着计算过年期间草莓的销售额，今年年初，合作社温室收获的第一批草莓比往年早了近半个月。“春节前后的草莓可不是一个价，种植户们都想赶在节前上市，市场需求旺盛，每斤可卖到60元。”薄素梅喜笑颜开。

错峰上市是种植户提高经济效益的一大策略，那么如何让又大又红的草莓提早收获呢？

有人说是膨大剂，有人说是催熟剂。

“我必须辟谣，提前上市的草莓，其奥秘在于‘一束光’。”

植物与人一样，多晒太阳长得壮，而在温室里的草莓，被藤蔓与叶片遮挡着的果实可能出现光照不足的情况。去年，逯宝合作社的温室里安上了补光灯，早晚各补光2小时，有效弥补了自然光照的不足。补光后的草莓品相好、口感佳，而且成熟速度加快，能够提前上市抢占市场先机。

对于深耕农业数十载的山西省大同市阳高县昌盛蔬菜种植专业合作社理事长袁守而言，补光技术并不陌生。“育苗阶段补光可以让幼苗长得更壮，抵抗力更强，即使幼苗的售价略高，种植户仍愿意购买，因为整体效益更高，同时降低了病害造成的潜在损失。”袁守说道。

“如果没有足够的光照，苗会长得细弱，节间拉长，最后就成了‘徒长苗’。‘徒长苗’外表看起来只是瘦高一点，但实际上质量差、生长情况不好，光照会增加幼苗的粗壮程度，从而提高幼苗抗逆性。”山西农业大学园艺学院教授李灵芝补充道。

说起李灵芝与阳高县光照农业的渊源，要从八年前讲起。那时的阳高县还有83个贫困村、2.2万多贫困人口未脱贫，面对艰巨的脱贫任务，李灵芝来到这里挂职副县长，通过产业扶持示范，带领农民尝试蔬菜新品种、新技术、新装备，实现产业扶贫。

三年的挂职经历虽然已结束，但李灵芝对阳高县的记挂并未消散。2020年，她再次踏上这片土地，率领科研团队扎根王官屯镇，从30亩日光温室入手，以山西农业大学番茄产业研究院科研项目资金为农户托底，将自主研发的适合西红柿生长的LED补光灯安装到农户的温室内。

“你瞧这小西红柿个头均匀，像颗颗宝石，成熟之后色泽愈加鲜亮、酸甜适宜，今年又能卖个好价钱。”阳高县宝石红农业专业合作社理事长胡宝轻轻托起一串西红柿说道，“早些年，大家都觉得大同的冬天冷得厉害，西红柿苗容易冻死，而且冬天光照不足，成熟的西红柿卖相不佳、口感不好，根本卖不出去。”

“现在可不一样咯！”胡宝是位有情怀的农民，把种西红柿当作养孩子，也相信借助科学的力量更能“养好孩子”。“多亏补光灯，以前西红柿只能结三架果，现在轻轻松松长到五架果，产量增长，收入翻番。”在温室内，阳光与补光灯的光线交织，在藤蔓间洒下一片梦幻光幕，小西红柿在光幕笼罩下，有的已泛起淡淡的红晕。

“初期投资每亩地大约3万元，用于购买和安装LED补光灯及相关设施，部分资金由乡村振兴专项资金支持，在很大程度上降低了我的资金压力。”胡宝说，“使用补光灯后，每个温室西红柿增产1万斤，即额外增加2万元收益，而每个温室使用补光灯的电费一天在10元左右，冬季使用补光灯70天，总电费700元，与增加的收益相比，电费成本都可以忽略不计了。”

除了产量带来的收益，补光带来的隐性降本也不容小觑。“补光灯不仅提供光照，带来的温度提升会抑制湿气的积聚，减少了病虫害的发生。植物的抗病性提高，农药和化肥的使用量相应减少，节省了不少成本。过去一年施肥20次，补光后施肥次数可减少5次左右，节省肥料成本2000元。”胡宝和记者算起了经济账。

市面上的补光灯价格不一，一亩地的补光设备投入从2000元到5万元不等，对于补光灯的选择，薄素梅有自己的看法：“便宜的档位可以达到基本效果，但灯珠数量少、能量低、照射范围小，我们做农业的要有长期投资精神，我选择2万元的补光设备，使用寿命可达10到20年，长期来看更具性价比。”

目前，在王官屯镇的试点中，共有30余个温室安装了补光灯，整体规模不算大。推广难度一方面在于全县70%以上的日光温室是10年以上的老旧温室，这些温室的电路设备老化，改造成本较高；另一方面则是资金投入较高，一定程度上限制了补光设备的普及。

“对于普通农户来说，投资补光灯确实是项大支出，尤其是在没有稳定收益的情况下，投入与当年产出不成正比。但如果能够找到一个平衡点，降低设施成本，政府提供相应的补贴，补光灯的推广会更加顺畅。”李灵芝对记者说。

为推动设施农业发展，缓解农户资金压力，去年3月，国务院印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》，对实施设备更新、消费品以旧换新、回收循环利用、标准提升四大行动等作出具体安排；去年7月，国家发展改革委、财政部联合印发《关于加力支持大规模设备更新和消费品以旧换新的若干措施》，统筹安排3000亿元左右超长期特别国债资金，持续推动“两新”政策落地见效。

阳高县积极响应，实施设施农业改造项目，对5000亩老旧日光温室大棚进行升级改造，总投资达1000万元。“除了更新棉被、缓冲间等设施设备，还加固墙体，提升温室的保温性能。同时，项目将引入新技术和一批先进设备，其中补光系统备受关注。”阳高县现代农业发展中心副主任曹权明介绍。

智慧光照系统怎样赋能现代农业？

“距离收获还有1天”，点击控制屏上的收获按钮，即可一键采收，在山东省德州市兰剑智能科技植物工厂，智慧农业管理系统让植物工厂蔬菜采收宛如一场现实版的“农场游戏”，所有的蔬菜生长数据、设备状态都一目了然，红蓝光照射下的蔬菜愈显脆嫩，散发着浓厚的科技感。“通过手机App也能控制，无论是定时开关，还是对光周期的精准调控，全都不在话下。”兰剑智能科技植物工厂负责人张现征向记者展示着。

兰剑智能科技植物工厂工作人员检查蔬菜生长情况。段兆飞摄

植物工厂是现代设施农业发展的高级阶段，不仅产量高于露地栽培多倍，还可以突破生态环境的限制，在戈壁、荒漠、大楼里等各种场景，哪怕没有明媚的阳光，四周密不透风，却有可能藏着一个微型的绿色生态王国。

据张现征介绍，这座植物工厂占地500余平方米，20层立体栽培让有限的空间得到最大程度的利用，如同将一片广阔的田野垂直压缩进了这间厂房中。植物工厂凭借先进的技术与精密的规划，成功实现了从播种、分栽到采收的全流程自动化，目前日产可达500公斤。

没有阳光，菜能长得好吗？

“没有阳光，但高光效LED灯并不逊色，这是植物的生长光源。”张现征指着上方的灯光，详细地介绍道，“仔细看这些灯珠，这种全光谱的灯光模拟了自然界中最适宜植物生长的光照条件，可以有效地促进植物的光合作用，加速其生长进程。从种植到收获只需45天左右，而在大田种植中，这一过程通常需要60天。”这意味着，植物工厂内蔬菜的生长周期被大幅缩短，能够更快速地为市场供应新鲜蔬菜。

有光还不够，植物工厂根据作物生长特性进行了专业的光配方调配，为植物提供精准的生长动力。设计光配比的工作人员仿佛魔法师，在为紫甘蓝调配光时，多加一味“蓝光”，使其叶片色彩更加明艳动人，花青素等营养成分也更为丰富；为罗马生菜加一点“白光”，叶片便长得又绿又长，美观而且脆嫩多汁。这“魔法”的背后是山东农业大学刘世琦教授组建的专业技术团队，他们为植物工厂提供全链条技术支撑。

“为什么我们的生菜更脆、更甜、更新鲜，我们身后的植物工厂给你答案。”植物工厂内，主播支起了一个小小直播间，介绍着植物工厂生产的各类绿叶蔬菜，高气密性、高保温性、卫生级别高的环境生产出的高品质蔬菜颇受欢迎，搭配好蔬菜沙拉套餐是人气单品，还可以预订季度蔬菜套餐，每周都能收到各类新鲜蔬菜。兰剑智能科技植物工厂开拓销售渠道，创新销售模式，每天售卖400余公斤蔬菜，为未来农业提供新范例。

植物工厂的建成，不仅是农业科技的创新实践，更是当地农民增收致富的新起点。“以前在地里干活靠经验；现在在植物工厂上班，学的是技术。”正在操作智能控制系统的村民张大姐笑着说道。

植物工厂的建设和运营需要大量专业技术人员和管理人员，为周边农民提供了多元化的就业岗位。从育苗、灌溉到设备维护，农民们通过系统培训，逐渐掌握了智能温室操作、光谱调控等现代农业技能，成为了“农业技术工人”。

LED植物工厂目前在育苗、蔬菜种植、园艺等领域应用广泛，同时得益于人工光源的创新，植物工厂的能耗有所下降，但在整个能耗结构中，光照依旧占据较大比重。因此，要打破植物工厂只是“大型盆栽”的困境，逐步实现产业化，那么选择更为节能的光谱与设备，以科技降本增效、探索新的盈利点将成为破题之举。

夜幕降临，广东农垦湛江垦区国家现代农业产业园里总能看到一片红色的光亮，路过的人们好奇，是实验室吗？是灯光秀吗？其实是一片火龙果种植基地，光亮来自LED火龙果补光灯。

据广东湛江农垦集团公司负责人介绍，火龙果开花结果的关键是光照和温度，南方地区的冬天不似北方冷冽，有着得天独厚的地理环境优势，但仍受到冬日昼短夜长的影响，光照不足的火龙果会进入休眠期，停止开花结果。

“火龙果在市场上很受欢迎，尤其反季节时价格高，农户们都希望可以补足光照，让火龙果一年四季有个好收成。”曾在外打工多年的陈晓军如今已变身产业园的新农人，承包了20亩土地种植红心火龙果。

人工光照催花是种植火龙果的核心环节，在南方冬季可有效打破火龙果植株的冬眠，延长火龙果的产果期。以红蓝光配比促进它的发育，还能实现提前上市，延长光照时间后结出的果实会更甜。

“最初我们使用传统的荧光粉螺旋式节能灯为火龙果补光，但这种灯耗电严重，成本高且易坏，我们急需找到更节能的灯来降低成本。”陈晓军说，“一番研讨后，湛江农垦广前公司建议我们使用LED球泡型补光灯，耗电只有节能灯的一半，而且亮度比节能灯更胜一筹。每亩补光灯的成本投入是5000元，自2020年引入设备后效果立竿见影，反季节可以多收4批次果，产量每亩可提高2000斤，收入也大幅提高。”

对于季节性缺光的情况，补光灯发挥着重要作用，而在没有自然光的植物工厂中，生物光照展示了“AI+农业”的可行性。在当今农业发展的前沿领域，生物光照技术与智慧农业实现了深度跨界融合，植物工厂和智慧温室成为了这一创新融合的全新范本。光环境管控在植物生长过程中扮演着极为关键的角色，其水平的高低与植物的产量及品质有着直接的关联，LED技术作为其核心要素，充分展现出农业新质生产力的蓬勃活力。

生物光照技术还有哪些农业应用场景？

“育种是一个复杂且漫长的过程，育种本身是科学的，同时也是一种艺术。”记者在杨凌中心见到该中心负责人吴纯仁时，深耕育种行业数十载的他动容地说道。

在智慧农业发展过程中，生物光照作为智慧农业技术落地的重要硬件载体，正在智慧育种等领域不断拓展新的应用。在智能温控系统营造的环境中，玉米打破传统，从每年种植1代到四季可见，一年种植5代的“育种加速度”背后，藏着我国种业科技革命的密码。

“传统育种就像‘靠天吃饭’，而现在我们构建了数字化智能化的‘第二自然’。”在国内种业行业内首个大规模无极调光自动化温室，吴纯仁指着传感器介绍道。各类传感器像小触手般感知收集作物生长环境的光强、温湿度等环境信息，结合作物生长状态监测数据，大数据分析精准模拟作物在最佳生长状态下的环境参数组合，精准调控光温水肥。

当正午阳光炽烈时，自动补光灯收敛光芒；阴雨天气则增强补光强度，升级的新一代补光系统较传统LED节能近三分之一。经过光谱优化的灯光设计，既避免了工作人员视觉疲劳，又为不同育种阶段的作物提供定制专属的光配方。在这里，育种得以向数字化、智能化转变，缩短育种周期，加速新品种的培育与推广，为商业化生物育种高效运作提供了坚实保障。

育种的过程离不开光照的调控，而从遗传角度改良光合效率是光照育种的另一巧妙角度。“通过生物育种技术对作物光合相关基因的优化，提高作物对光能的利用效率，不仅能够增加作物产量，还能改善农产品的营养成分、口感等品质指标，生产出更符合市场需求的优质农产品，提升我国农产品在国际市场的竞争力。”吴纯仁介绍。

在关中平原中部的杨凌，LED补光灯持续为玉米生长加速；而相隔两千公里之外，海南湿热的椰林深处，另一场与光有关的农业探索正在进行，各类经济作物也因独特的生长习性与对光照的特殊需求，与光照调控技术产生紧密联系。

说起香草兰，人们不免陌生，但提起香草味冰激凌，大家便会恍然大悟，香草味就是从香草兰中提取出来的。虽说用途广泛，但天然的香草兰产量并不足以满足市场需求。

香草兰喜阴，我国普遍采用设施荫棚种植方式，设置遮阴网，避免阳光长时间直射。“海南东部地区冬季有较长时间的阴雨天，而在光照不足的阴雨天，遮阴网依然会遮掉55%～75%的光照，这就可能影响香草兰植株的生长发育，在棚内加设补光灯成为调节光照的最优解。”中国热带农业科学研究院香料饮料研究所（以下简称“香饮所”）香草兰研究中心主任赵青云介绍说。

“我们翻阅国内外文献，以期获得一些香草兰种植与光照条件关系的线索与灵感，但相较于其他常见经济作物，国际上针对香草兰种植光照的研究近乎空白。如今香饮所深入探寻香草兰在不同生长阶段对不同波长光的需求规律，是走在前列的业内创新。”赵青云坦言。

“不同生物物种对于光线的感知存在显著差异，家禽的感光能力比人类更为敏锐，人工照明是现代畜禽养殖业环境控制的重要手段之一。”山西农业大学教授李建慧介绍道，“非笼养蛋鸡养殖采用的是暖白光光谱，加入更多的红光，能够降低啄癖等不良行为。具有宽光谱的灯更接近太阳光谱，可以最大程度地提升家禽视野，有助于提高产蛋率和蛋壳质量。”

光照对畜牧养殖的影响，不仅体现在家禽领域。“在‘南鱼北养’的创新养殖模式中，光照调控是保障鱼类健康生长、优化养殖效果的关键因素。”山西农业大学动物科学学院副院长刘青介绍道。从畜禽到水产，光照在促进动物生长、调控繁殖周期、提升产品质量等方面颇有成效。

光谱需求研究与农业产业链如何实现深度对接？

“得益于领先全球的LED制造技术，我国现已成为植物照明LED灯的最大出口国。”中国农业科学院都市农业研究所研究员杨其长表示。

当前，围绕LED光源在生物农业领域的基础研究及应用研发十分活跃，在现代农业中的应用示范已取得阶段性成果。不过，诸如生物农业“光配方”数据库的构建、LED技术与农业产业链的深度对接等基础性问题及产业发展方向，亟待深入探讨。

“光照农业通过智能传感器与环境控制系统的协同运作，结合温室技术创新，为农业生产提供了智能化解决方案。”李灵芝介绍，“我国在智慧农业国际合作中，正逐步从单纯的硬件设备输出，向知识培训、技术咨询等增值服务延伸，这将推动农业产业向更高价值链迈进。”

作为光照农业的重要技术支柱，光谱技术与园艺科学的深度融合至关重要。在阳高县的现代化温室基地中，好亮固体光源研究所打造的光谱实验室发挥着关键作用。“光照农业的技术转化需要严谨的科研体系支撑，像我们构建的种植工艺光谱技术实验室专注于基础研究，产业化应用实验室则负责将科研成果转化为实际生产力，这也是众多科研机构的共同实践路径。”好亮固体光源研究所所长许东告诉记者。

好亮固体光源研究所自2003年成立以来，已完成从传统照明领域向生物光学领域的战略转型。随着对农业光谱需求的深入研究，团队敏锐捕捉到生物光学在农业领域的巨大潜力。“植物对光的响应特性与工业照明截然不同。”许东解释道，“我们发现通过精准的光谱调控，不仅能显著提升农作物产量，更能实现品质的突破，这正是生物光学技术的核心价值所在。”

“荷兰、日本、美国等国家在花卉和园艺作物的光照育种方面起步早、应用广泛，已构建成熟的技术体系与产业模式。我国积极探索光照育种技术在蔬菜、水果等经济作物种植中的应用，虽取得一定进展，但多数育种基地仍处于技术探索与推广阶段，在光照育种技术方面与发达国家存在一定差距。”吴纯仁介绍。

事实上，我国在光照农业领域已形成多元化发展格局。从光谱实验室的基础研究，到田间地头的应用示范；从智能传感器的研发制造，到环境控制系统的集成优化，产学研用各方紧密协作，加速技术创新与推广。在各方共同努力下，我国光照农业正从单一的技术研发，迈向全链条服务升级。

随着科研投入的持续增加、专业人才培养体系的不断完善以及政策支持的逐步落地，凭借科技创新与精细化实践，光照农业有望在农业现代化进程中占据更为重要的地位。

随着日光隐去，暮霭似纱轻笼阳高县。西红柿温室里，补光灯准时亮起，光晕柔和地散开，这“一束光”悉心守护着棚内生机。未来，会有更多先进光照技术和设备投入农业产业，持续照亮建设农业强国之路，带领我们拥抱灿烂朝阳。

作者：农民日报·中国农网记者钟欣庞博

“一束光”如何照亮农业生产？