光照在農業生產中扮演著舉足輕重的角色，它不僅是作物生長的能量源泉，還直接影響作物的產量與品質。當現代農業光照技術與物聯網、大數據及人工智能等高效融合，并在多領域得到應用時，將為農業生產帶來更多深刻的變革。

五月的關中平原，大田里的麥穗在微風中搖曳。而在中國中化先正達集團中國楊凌技術中心（以下簡稱“楊凌中心”）里，另一番景象正在上演：粉紫色的LED補光燈整齊排列在溫室頂部，將原本翠綠的玉米葉片染成深淺不一的絳紫色，各個生長階段的玉米植株挺拔向上，葉片表面凝結的水珠折射出細碎的光，在葉尖搖搖欲墜。

楊凌中心的無極調光自動化溫室。受訪者供圖

“當田間等待小麥收獲后再搶種玉米時，楊凌中心的玉米已經在‘人造陽光’里拔節了。這里模擬了玉米生長的最佳條件，溫室內的溫控與光控系統智能且精準，相較于田間育種，效率提升了2.5倍，與實驗室相互配合能實現快速、高效、精確育種目的。”楊凌中心負責人吳純仁滑動平板電腦，屏幕上跳動的溫濕度曲線與補光燈同步閃爍。

今年中央一號文件提出：“以科技創新引領先進生產要素集聚，因地制宜發展農業新質生產力。”在今年的全國兩會上，“農業新質生產力”亦成為許多代表、委員熱議的話題。生物光照技術作為光照農業技術的核心，無疑是農業新質生產力的典型代表。通過精確控制光照條件，模擬或優化作物生長所需的光環境，可以極大縮短作物生長周期。

近年來，隨著LED等高效光源技術的快速發展，光照農業的應用前景更加廣闊。光照在農業生產中扮演著舉足輕重的角色，它不僅是作物生長的能量源泉，還直接影響作物的產量與品質。當現代農業光照技術與物聯網、大數據及人工智能等高效融合，并在多領域得到應用時，將為農業生產帶來更多深刻的變革。

補光如何補足農戶“錢袋子”？

在山西省晉中市榆次區，逯寶合作社理事長薄素梅忙著計算過年期間草莓的銷售額，今年年初，合作社溫室收獲的第一批草莓比往年早了近半個月。“春節前后的草莓可不是一個價，種植戶們都想趕在節前上市，市場需求旺盛，每斤可賣到60元。”薄素梅喜笑顏開。

錯峰上市是種植戶提高經濟效益的一大策略，那么如何讓又大又紅的草莓提早收獲呢？

有人說是膨大劑，有人說是催熟劑。

“我必須辟謠，提前上市的草莓，其奧秘在于‘一束光’。”

植物與人一樣，多曬太陽長得壯，而在溫室里的草莓，被藤蔓與葉片遮擋著的果實可能出現光照不足的情況。去年，逯寶合作社的溫室里安上了補光燈，早晚各補光2小時，有效彌補了自然光照的不足。補光后的草莓品相好、口感佳，而且成熟速度加快，能夠提前上市搶占市場先機。

對于深耕農業數十載的山西省大同市陽高縣昌盛蔬菜種植專業合作社理事長袁守而言，補光技術并不陌生。“育苗階段補光可以讓幼苗長得更壯，抵抗力更強，即使幼苗的售價略高，種植戶仍愿意購買，因為整體效益更高，同時降低了病害造成的潛在損失。”袁守說道。

“如果沒有足夠的光照，苗會長得細弱，節間拉長，最后就成了‘徒長苗’。‘徒長苗’外表看起來只是瘦高一點，但實際上質量差、生長情況不好，光照會增加幼苗的粗壯程度，從而提高幼苗抗逆性。”山西農業大學園藝學院教授李靈芝補充道。

說起李靈芝與陽高縣光照農業的淵源，要從八年前講起。那時的陽高縣還有83個貧困村、2.2萬多貧困人口未脫貧，面對艱巨的脫貧任務，李靈芝來到這里掛職副縣長，通過產業扶持示范，帶領農民嘗試蔬菜新品種、新技術、新裝備，實現產業扶貧。

三年的掛職經歷雖然已結束，但李靈芝對陽高縣的記掛并未消散。2020年，她再次踏上這片土地，率領科研團隊扎根王官屯鎮，從30畝日光溫室入手，以山西農業大學番茄產業研究院科研項目資金為農戶托底，將自主研發的適合西紅柿生長的LED補光燈安裝到農戶的溫室內。

“你瞧這小西紅柿個頭均勻，像顆顆寶石，成熟之后色澤愈加鮮亮、酸甜適宜，今年又能賣個好價錢。”陽高縣寶石紅農業專業合作社理事長胡寶輕輕托起一串西紅柿說道，“早些年，大家都覺得大同的冬天冷得厲害，西紅柿苗容易凍死，而且冬天光照不足，成熟的西紅柿賣相不佳、口感不好，根本賣不出去。”

“現在可不一樣咯！”胡寶是位有情懷的農民，把種西紅柿當作養孩子，也相信借助科學的力量更能“養好孩子”。“多虧補光燈，以前西紅柿只能結三架果，現在輕輕松松長到五架果，產量增長，收入翻番。”在溫室內，陽光與補光燈的光線交織，在藤蔓間灑下一片夢幻光幕，小西紅柿在光幕籠罩下，有的已泛起淡淡的紅暈。

“初期投資每畝地大約3萬元，用于購買和安裝LED補光燈及相關設施，部分資金由鄉村振興專項資金支持，在很大程度上降低了我的資金壓力。”胡寶說，“使用補光燈后，每個溫室西紅柿增產1萬斤，即額外增加2萬元收益，而每個溫室使用補光燈的電費一天在10元左右，冬季使用補光燈70天，總電費700元，與增加的收益相比，電費成本都可以忽略不計了。”

除了產量帶來的收益，補光帶來的隱性降本也不容小覷。“補光燈不僅提供光照，帶來的溫度提升會抑制濕氣的積聚，減少了病蟲害的發生。植物的抗病性提高，農藥和化肥的使用量相應減少，節省了不少成本。過去一年施肥20次，補光后施肥次數可減少5次左右，節省肥料成本2000元。”胡寶和記者算起了經濟賬。

市面上的補光燈價格不一，一畝地的補光設備投入從2000元到5萬元不等，對于補光燈的選擇，薄素梅有自己的看法：“便宜的檔位可以達到基本效果，但燈珠數量少、能量低、照射范圍小，我們做農業的要有長期投資精神，我選擇2萬元的補光設備，使用壽命可達10到20年，長期來看更具性價比。”

目前，在王官屯鎮的試點中，共有30余個溫室安裝了補光燈，整體規模不算大。推廣難度一方面在于全縣70%以上的日光溫室是10年以上的老舊溫室，這些溫室的電路設備老化，改造成本較高；另一方面則是資金投入較高，一定程度上限制了補光設備的普及。

“對于普通農戶來說，投資補光燈確實是項大支出，尤其是在沒有穩定收益的情況下，投入與當年產出不成正比。但如果能夠找到一個平衡點，降低設施成本，政府提供相應的補貼，補光燈的推廣會更加順暢。”李靈芝對記者說。

為推動設施農業發展，緩解農戶資金壓力，去年3月，國務院印發《推動大規模設備更新和消費品以舊換新行動方案》，對實施設備更新、消費品以舊換新、回收循環利用、標準提升四大行動等作出具體安排；去年7月，國家發展改革委、財政部聯合印發《關于加力支持大規模設備更新和消費品以舊換新的若干措施》，統籌安排3000億元左右超長期特別國債資金，持續推動“兩新”政策落地見效。

陽高縣積極響應，實施設施農業改造項目，對5000畝老舊日光溫室大棚進行升級改造，總投資達1000萬元。“除了更新棉被、緩沖間等設施設備，還加固墻體，提升溫室的保溫性能。同時，項目將引入新技術和一批先進設備，其中補光系統備受關注。”陽高縣現代農業發展中心副主任曹權明介紹。

智慧光照系統怎樣賦能現代農業？

“距離收獲還有1天”，點擊控制屏上的收獲按鈕，即可一鍵采收，在山東省德州市蘭劍智能科技植物工廠，智慧農業管理系統讓植物工廠蔬菜采收宛如一場現實版的“農場游戲”，所有的蔬菜生長數據、設備狀態都一目了然，紅藍光照射下的蔬菜愈顯脆嫩，散發著濃厚的科技感。“通過手機App也能控制，無論是定時開關，還是對光周期的精準調控，全都不在話下。”蘭劍智能科技植物工廠負責人張現征向記者展示著。

蘭劍智能科技植物工廠工作人員檢查蔬菜生長情況。段兆飛 攝

植物工廠是現代設施農業發展的高級階段，不僅產量高于露地栽培多倍，還可以突破生態環境的限制，在戈壁、荒漠、大樓里等各種場景，哪怕沒有明媚的陽光，四周密不透風，卻有可能藏著一個微型的綠色生態王國。

據張現征介紹，這座植物工廠占地500余平方米，20層立體栽培讓有限的空間得到最大程度的利用，如同將一片廣闊的田野垂直壓縮進了這間廠房中。植物工廠憑借先進的技術與精密的規劃，成功實現了從播種、分栽到采收的全流程自動化，目前日產可達500公斤。

沒有陽光，菜能長得好嗎？

“沒有陽光，但高光效LED燈并不遜色，這是植物的生長光源。”張現征指著上方的燈光，詳細地介紹道，“仔細看這些燈珠，這種全光譜的燈光模擬了自然界中最適宜植物生長的光照條件，可以有效地促進植物的光合作用，加速其生長進程。從種植到收獲只需45天左右，而在大田種植中，這一過程通常需要60天。”這意味著，植物工廠內蔬菜的生長周期被大幅縮短，能夠更快速地為市場供應新鮮蔬菜。

有光還不夠，植物工廠根據作物生長特性進行了專業的光配方調配，為植物提供精準的生長動力。設計光配比的工作人員仿佛魔法師，在為紫甘藍調配光時，多加一味“藍光”，使其葉片色彩更加明艷動人，花青素等營養成分也更為豐富；為羅馬生菜加一點“白光”，葉片便長得又綠又長，美觀而且脆嫩多汁。這“魔法”的背后是山東農業大學劉世琦教授組建的專業技術團隊，他們為植物工廠提供全鏈條技術支撐。

“為什么我們的生菜更脆、更甜、更新鮮，我們身后的植物工廠給你答案。”植物工廠內，主播支起了一個小小直播間，介紹著植物工廠生產的各類綠葉蔬菜，高氣密性、高保溫性、衛生級別高的環境生產出的高品質蔬菜頗受歡迎，搭配好蔬菜沙拉套餐是人氣單品，還可以預訂季度蔬菜套餐，每周都能收到各類新鮮蔬菜。蘭劍智能科技植物工廠開拓銷售渠道，創新銷售模式，每天售賣400余公斤蔬菜，為未來農業提供新范例。

植物工廠的建成，不僅是農業科技的創新實踐，更是當地農民增收致富的新起點。“以前在地里干活靠經驗；現在在植物工廠上班，學的是技術。”正在操作智能控制系統的村民張大姐笑著說道。

植物工廠的建設和運營需要大量專業技術人員和管理人員，為周邊農民提供了多元化的就業崗位。從育苗、灌溉到設備維護，農民們通過系統培訓，逐漸掌握了智能溫室操作、光譜調控等現代農業技能，成為了“農業技術工人”。

LED植物工廠目前在育苗、蔬菜種植、園藝等領域應用廣泛，同時得益于人工光源的創新，植物工廠的能耗有所下降，但在整個能耗結構中，光照依舊占據較大比重。因此，要打破植物工廠只是“大型盆栽”的困境，逐步實現產業化，那么選擇更為節能的光譜與設備，以科技降本增效、探索新的盈利點將成為破題之舉。

夜幕降臨，廣東農墾湛江墾區國家現代農業產業園里總能看到一片紅色的光亮，路過的人們好奇，是實驗室嗎？是燈光秀嗎？其實是一片火龍果種植基地，光亮來自LED火龍果補光燈。

據廣東湛江農墾集團公司負責人介紹，火龍果開花結果的關鍵是光照和溫度，南方地區的冬天不似北方冷冽，有著得天獨厚的地理環境優勢，但仍受到冬日晝短夜長的影響，光照不足的火龍果會進入休眠期，停止開花結果。

“火龍果在市場上很受歡迎，尤其反季節時價格高，農戶們都希望可以補足光照，讓火龍果一年四季有個好收成。”曾在外打工多年的陳曉軍如今已變身產業園的新農人，承包了20畝土地種植紅心火龍果。

人工光照催花是種植火龍果的核心環節，在南方冬季可有效打破火龍果植株的冬眠，延長火龍果的產果期。以紅藍光配比促進它的發育，還能實現提前上市，延長光照時間后結出的果實會更甜。

“最初我們使用傳統的熒光粉螺旋式節能燈為火龍果補光，但這種燈耗電嚴重，成本高且易壞，我們急需找到更節能的燈來降低成本。”陳曉軍說，“一番研討后，湛江農墾廣前公司建議我們使用LED球泡型補光燈，耗電只有節能燈的一半，而且亮度比節能燈更勝一籌。每畝補光燈的成本投入是5000元，自2020年引入設備后效果立竿見影，反季節可以多收4批次果，產量每畝可提高2000斤，收入也大幅提高。”

對于季節性缺光的情況，補光燈發揮著重要作用，而在沒有自然光的植物工廠中，生物光照展示了“AI+農業”的可行性。在當今農業發展的前沿領域，生物光照技術與智慧農業實現了深度跨界融合，植物工廠和智慧溫室成為了這一創新融合的全新范本。光環境管控在植物生長過程中扮演著極為關鍵的角色，其水平的高低與植物的產量及品質有著直接的關聯，LED技術作為其核心要素，充分展現出農業新質生產力的蓬勃活力。

生物光照技術

還有哪些農業應用場景？

“育種是一個復雜且漫長的過程，育種本身是科學的，同時也是一種藝術。”記者在楊凌中心見到該中心負責人吳純仁時，深耕育種行業數十載的他動容地說道。

在智慧農業發展過程中，生物光照作為智慧農業技術落地的重要硬件載體，正在智慧育種等領域不斷拓展新的應用。在智能溫控系統營造的環境中，玉米打破傳統，從每年種植1代到四季可見，一年種植5代的“育種加速度”背后，藏著我國種業科技革命的密碼。

“傳統育種就像‘靠天吃飯’，而現在我們構建了數字化智能化的‘第二自然’。”在國內種業行業內首個大規模無極調光自動化溫室，吳純仁指著傳感器介紹道。各類傳感器像小觸手般感知收集作物生長環境的光強、溫濕度等環境信息，結合作物生長狀態監測數據，大數據分析精準模擬作物在最佳生長狀態下的環境參數組合，精準調控光溫水肥。

當正午陽光熾烈時，自動補光燈收斂光芒；陰雨天氣則增強補光強度，升級的新一代補光系統較傳統LED節能近三分之一。經過光譜優化的燈光設計，既避免了工作人員視覺疲勞，又為不同育種階段的作物提供定制專屬的光配方。在這里，育種得以向數字化、智能化轉變，縮短育種周期，加速新品種的培育與推廣，為商業化生物育種高效運作提供了堅實保障。

育種的過程離不開光照的調控，而從遺傳角度改良光合效率是光照育種的另一巧妙角度。“通過生物育種技術對作物光合相關基因的優化，提高作物對光能的利用效率，不僅能夠增加作物產量，還能改善農產品的營養成分、口感等品質指標，生產出更符合市場需求的優質農產品，提升我國農產品在國際市場的競爭力。”吳純仁介紹。

在關中平原中部的楊凌，LED補光燈持續為玉米生長加速；而相隔兩千公里之外，海南濕熱的椰林深處，另一場與光有關的農業探索正在進行，各類經濟作物也因獨特的生長習性與對光照的特殊需求，與光照調控技術產生緊密聯系。

說起香草蘭，人們不免陌生，但提起香草味冰激凌，大家便會恍然大悟，香草味就是從香草蘭中提取出來的。雖說用途廣泛，但天然的香草蘭產量并不足以滿足市場需求。

香草蘭喜陰，我國普遍采用設施蔭棚種植方式，設置遮陰網，避免陽光長時間直射。“海南東部地區冬季有較長時間的陰雨天，而在光照不足的陰雨天，遮陰網依然會遮掉55%～75%的光照，這就可能影響香草蘭植株的生長發育，在棚內加設補光燈成為調節光照的最優解。”中國熱帶農業科學研究院香料飲料研究所（以下簡稱“香飲所”）香草蘭研究中心主任趙青云介紹說。

“我們翻閱國內外文獻，以期獲得一些香草蘭種植與光照條件關系的線索與靈感，但相較于其他常見經濟作物，國際上針對香草蘭種植光照的研究近乎空白。如今香飲所深入探尋香草蘭在不同生長階段對不同波長光的需求規律，是走在前列的業內創新。”趙青云坦言。

“不同生物物種對于光線的感知存在顯著差異，家禽的感光能力比人類更為敏銳，人工照明是現代畜禽養殖業環境控制的重要手段之一。”山西農業大學教授李建慧介紹道，“非籠養蛋雞養殖采用的是暖白光光譜，加入更多的紅光，能夠降低啄癖等不良行為。具有寬光譜的燈更接近太陽光譜，可以最大程度地提升家禽視野，有助于提高產蛋率和蛋殼質量。”

光照對畜牧養殖的影響，不僅體現在家禽領域。“在‘南魚北養’的創新養殖模式中，光照調控是保障魚類健康生長、優化養殖效果的關鍵因素。”山西農業大學動物科學學院副院長劉青介紹道。從畜禽到水產，光照在促進動物生長、調控繁殖周期、提升產品質量等方面頗有成效。

光譜需求研究與農業產業鏈

如何實現深度對接？

“得益于領先全球的LED制造技術，我國現已成為植物照明LED燈的最大出口國。”中國農業科學院都市農業研究所研究員楊其長表示。

當前，圍繞LED光源在生物農業領域的基礎研究及應用研發十分活躍，在現代農業中的應用示范已取得階段性成果。不過，諸如生物農業“光配方”數據庫的構建、LED技術與農業產業鏈的深度對接等基礎性問題及產業發展方向，亟待深入探討。

“光照農業通過智能傳感器與環境控制系統的協同運作，結合溫室技術創新，為農業生產提供了智能化解決方案。”李靈芝介紹，“我國在智慧農業國際合作中，正逐步從單純的硬件設備輸出，向知識培訓、技術咨詢等增值服務延伸，這將推動農業產業向更高價值鏈邁進。”

山西農業大學教授李靈芝（左）講解LED補光燈在西紅柿種植中的應用。杜淼 攝

作為光照農業的重要技術支柱，光譜技術與園藝科學的深度融合至關重要。在陽高縣的現代化溫室基地中，好亮固體光源研究所打造的光譜實驗室發揮著關鍵作用。“光照農業的技術轉化需要嚴謹的科研體系支撐，像我們構建的種植工藝光譜技術實驗室專注于基礎研究，產業化應用實驗室則負責將科研成果轉化為實際生產力，這也是眾多科研機構的共同實踐路徑。”好亮固體光源研究所所長許東告訴記者。

好亮固體光源研究所自2003年成立以來，已完成從傳統照明領域向生物光學領域的戰略轉型。隨著對農業光譜需求的深入研究，團隊敏銳捕捉到生物光學在農業領域的巨大潛力。“植物對光的響應特性與工業照明截然不同。”許東解釋道，“我們發現通過精準的光譜調控，不僅能顯著提升農作物產量，更能實現品質的突破，這正是生物光學技術的核心價值所在。”

“荷蘭、日本、美國等國家在花卉和園藝作物的光照育種方面起步早、應用廣泛，已構建成熟的技術體系與產業模式。我國積極探索光照育種技術在蔬菜、水果等經濟作物種植中的應用，雖取得一定進展，但多數育種基地仍處于技術探索與推廣階段，在光照育種技術方面與發達國家存在一定差距。”吳純仁介紹。

事實上，我國在光照農業領域已形成多元化發展格局。從光譜實驗室的基礎研究，到田間地頭的應用示范；從智能傳感器的研發制造，到環境控制系統的集成優化，產學研用各方緊密協作，加速技術創新與推廣。在各方共同努力下，我國光照農業正從單一的技術研發，邁向全鏈條服務升級。

隨著科研投入的持續增加、專業人才培養體系的不斷完善以及政策支持的逐步落地，憑借科技創新與精細化實踐，光照農業有望在農業現代化進程中占據更為重要的地位。

隨著日光隱去，暮靄似紗輕籠陽高縣。西紅柿溫室里，補光燈準時亮起，光暈柔和地散開，這“一束光”悉心守護著棚內生機。未來，會有更多先進光照技術和設備投入農業產業，持續照亮建設農業強國之路，帶領我們擁抱燦爛朝陽。

作者：農民日報·中國農網記者 鐘欣 龐博

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