助村｜现代农业的发展需要“光肥”

近年来，我国设施农业发展迅速，随着温室大棚的普及和植物工厂的兴起，植物生长的光环境照明控制技术已经引起各方重视。今天在助村栏目推介的是来自福建农林大学机电工程学院院长徐永教授。自2013年从英国伯明翰大学归国以来，他一直致力于光电子农业工程与技术的研究。

福建日报APP-今日福建6月8日讯（本报记者　张颖）目前，众所周知的是，促进植物生长的手段主要依靠生物技术，譬如杂交、转基因、施用化肥等等。在徐永看来，这些技术手段如同西医，“就像是从植物的内部动手术或加大药量来解决问题”。

徐永表示，作为现代农业的标志之一，设施农业让众多的植物生产从室外转到了室内，生长环境发生了改变，但是植物生长需要光合作用，因此光成了设施农业的一项基本要素。目前设施农业中人工光、电子控制技术大量被采用。

“设施农业是为了解决土地短缺问题，但是如果没有对其中的作物生长规律进行研究，可能会将土地短缺演变成能源短缺。”徐永表示，光在设施农业中的应用研究成了他回国后的主攻方向。

徐永所倡导的光电子农业技术，作为一项促进农业增产增收、节能无害的新型农业技术，正逐步被应用于现代农业的种植、养殖、水产和病虫害防治等领域，“它可以说是现代农业发展的基础”。

增产+提质光肥有特殊效用

怎样利用光电子技术来研究动植物生长过程中所需的最佳光环境，研究光电刺激法对动植物生长的促进作用，以及运用光电法预防和控制植物及土壤中的病虫害，恢复土壤的活力是目前的主流方向。徐永表示，在设施农业中，轮作障碍是目前普遍出现的问题。“以西红柿温室种植来讲，因为植株生长过程中会释放出无用元素，对作物产生伤害。特别是长期耕作会导致有害元素的累积，进而出现病虫害增多、产量下降，甚至无法耕作的弊病。”

那么在室内如何利用光的影响，刺激作物有效物质的合成，减少有害元素的生成就成了需要攻克的难题。此外，不同波长的光对于不同物质的累积能够起到不同的作用。

徐永告诉记者：“因为植物中含有植物色素，这些有颜色的分子会对光会有选择性的吸收。”除了叶绿素，植物还有花青素、胡萝卜素等1000多种色素，它们吸收光的峰值不同。“研究光与色素之间的匹配，对于提高设施农业作物的品质非常有意义。”

“因此对不同的植物，甚至在植物的不同生长阶段，可以用不同颜色的光进行搭配组合。”例如草莓，在生长初期，可以用红光含量高的光照，促进茎叶茂盛，开大花朵。“自然界的草莓通常是小而硬，但是温室种植草莓很容易大而绵软，口感不好。经过研究实验，我们发现如果在结果期用偏蓝的光照，那么温室草莓也可以做到个大而且糖分足，色泽还好。”

填补短板遏制设施农业高能耗

目前，大家都认可光调控技术有利于植物的生长和有效物质的积累。但是如果没有提高效率，那么室内农业设施的大规模使用将使农业生产从土地短缺向能源短缺转移。

按照自然光条件，室外正午时分每秒的光照强度可以达到1000瓦/平方米，“如果要在室内做到同样的光照，会造成问题。”徐永说道，“设施农业的植物密度较高。比如说，一个单层为20平方米植物工厂，一般分为5层，这样的话，相当于每一平方米放置一个5000瓦功率的电炉，连续使用还会造成温度过高，加上空调降温费用，这样一个规模的植物工厂每天仅光照一项耗电就达到1000千瓦时。”

传统温室、大棚种植中，弥补阳光不足所用的光源一般是荧光灯、高压钠灯和白炽灯等，这样不仅增加了电能损耗还增加了室内的热负荷，因此很有必要让光调控有效而且节能。

徐永教授特别指出，最近各地都在筹划建设植物工厂。这个依靠人工光培育蔬菜的朝阳产业，可以摆放多层栽培系统，利用集中的光照促使植物生长速度加快。往往用几十米见方的地方就可以生产出相当于1公顷耕地的产品，效益等于耕地的200倍，而且还有不使用农药、不受气候影响的优点。

但是目前植物工厂也面临着人工光的一些弊病。徐永教授指出，如传统的组培设施所使用的玻璃瓶，由于塑料盖子无法透光，因此光照只能从瓶壁透入。“由于无法直射以及瓶身的损耗，加上光照的不均匀、漏光等，光强的综合利用率只有15%-20%。”

他带领团队研究出了一款光照植物培养设施——高光能利用率组培架，利用LED灯作为光源进行直射。LED属于冷光源，热负荷低，近距离置于植物不会灼伤，光的利用率高，节能省电。同时，LED体积小，占用空间小，可多层栽培立体组合，安装方便，使植物工厂小型化。不仅可以增加单位面积的作物数量，而且可实现较为均匀的光照。光的利用率可达到70%-80%，从而实现能耗降低，空间利用率提升的双重功效。

此外，为农业生产的现代化、精准化和生产过程的最优化和智能化提供有效的控制手段和必要的技术支持，光电子农业同样可以大显身手。

光电子的应用前途不止于作物

去年5月，徐永团队还在三明市尤溪县洋中镇建成了光电子农业科教示范基地，将光电子农业工程和技术进行了集中展示，其中就有全国唯一的彩色漫射玻璃温室。温室面积约1200平方米，常年种植有菠萝、树葡萄、三角梅、马缨丹、鸡蛋花等绿色植物，也种有草莓、西红柿、辣椒及各类叶用蔬菜。

在传统的温室，目前可以做到控制光强却无法调节光照的颜色。而且由于采用普通透光玻璃，光照全透容易造成明暗相间的阴影，植物生长受限。漫射玻璃可以解决这样的问题，不仅可以实现均匀光照，如果通过彩色薄膜的自动切换，还可以实现根据植物生长阶段调配最佳光照。

因此彩色漫射玻璃温室不仅能够很好地解决作物生长过程中对光的需求，而且增强温室的保温效果。2016年初，福建三明地区遭受罕见持续低温，夜间温度达到零下五摄氏度，普通大棚内种植的西红柿等作物全部受冻死亡，而彩色漫射玻璃温室内种植的树葡萄等热带作物无一受冻，全部安全过冬。目前我省已有一些农业企业对光电子产生了兴趣，例如福清佳家农业、南平跃农农业、泉州秉尚石斛等，都在育苗及种植等方面进行了合作。

徐永透露，其实光电子不仅可以为植物带来效益，而且在食用菌、畜牧和水产养殖等方面都可以有所作为。