中国农学通报第２３卷第１１期２００７年１１月
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在植物工厂的研究现状与应用前景综述如下，供同行参考。
１ＬＥＤ的工作原理及特性
１．１ＬＥＤ工作原理
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ－ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ），又称发光二极管，由Ⅲ－Ⅳ族化合物，如ＧａＡｓ（砷化镓）、ＧａＰ（磷化镓）、ＧａＡｓＰ（磷砷化镓）等半导体制成，其核心是ＰＮ结。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压时，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。按发光强度和工作电流可分为普通亮度的ＬＥＤ（发光强度＜１０ｍｃｄ），超高亮度的ＬＥＤ（发光强度＞１００ｍｃｄ）和高亮度的ＬＥＤ（发光强度在１０￣１００ｍｃｄ之间）等３种类型［１］。１．２ＬＥＤ基本特性
ＬＥＤ因其自身的优良特性目前广泛应用于家电和工业领域。与白炽灯、荧光灯等人工光源相比，ＬＥＤ的优势在于：（１）使用电源电压低、节能高效；（２）可发出光波较窄的单色光；（３）冷光源；（４）可以在极短的时间内发出脉冲光；（５）体积小，稳定性强，响应时间快；（６）对环境无污染；（７）结构紧凑且寿命长。在同样光照效果的情况下，ＬＥＤ耗电量是白炽灯的八分之一，是荧光灯的二分之一，对节约能源、减少温室效应十分有利。同时，ＬＥＤ作为冷光源，可以近距离地照射植物，将大大提高空间的利用效率。与荧光灯和高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯等含有金属汞的人工光源相比，ＬＥＤ为全固体发光体，不含汞，耐冲击，不易破碎，废弃物可回收利用，是一种无污染的绿色光源。此外，ＬＥＤ的使用寿命可达５００００ｈ以上，是普通光源的数十倍。近年来，随着光电技术的不断革新，ＬＥＤ还在不断向高亮度、低成本方向快速发展，进一步扩大其应用辐射面［２￣３］。
１．３ＬＥＤ在植物栽培领域的应用
ＬＥＤ的光谱域宽在（±２０）ｎｍ左右，波长正好与植物光合作用和形态建成的光谱范围吻合。近年来，随着ＬＥＤ光源研究与开发的不断深入，使其在植物栽培领域的应用成为可能。植物光合作用在可见光光谱（３８０￣７６０ｎｍ）范围内，所吸收的光能约占生理辐射光能的６０％￣６５％，其中主要是波长为６１０￣７２０ｎｍ的红、橙光和波长为４００￣５１０ｎｍ的蓝、紫光。ＬＥＤ能够发出植物生长所需要的单色光光谱，光能有效利用率可达８０％￣９０％，并能对不同光质和发光强度实现单独控制。用ＬＥＤ这种结构简便、可靠性高的节能光源代替已有的人工光源来进行植物的高效生产，具有广阔的前景和较高的实用价值。由于目前ＬＥＤ的成本较高，
在植物栽培领域的推广应用还需要有一个过程。但随着ＬＥＤ向高亮度、低价格的方向飞速发展，ＬＥＤ光源在植物栽培领域的应用逐渐成为可能。
２ＬＥＤ在植物工厂中的应用及研究现状２．１人工光源在植物工厂中的应用
植物工厂是在设施内通过高精度的环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是由计算机对植物生育过程的温度、湿度、光照、ＣＯ２浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的省力型生产。近年来，植物工厂有两种不同的栽培技术体系并行发展。一种是以温室为主体，以太阳光和人工光并用的太阳光—人工光并用型植物工厂；另一种是完全封闭的、以人工光源为主体的闭锁式植物工厂［４］。与太阳光—人工光并用型植物工厂相比，闭锁式植物工厂在光环境控制方面具有明显的优势，但电力成本较高。因此，闭锁式植物工厂开发的重点是如何降低系统的能耗和照明费用［５］。
选择高效率的人工光源一直是植物工厂研究非常重要的课题。目前，植物工厂的人工光源主要为高压钠灯和荧光灯，由于这些光源散热量较大，制冷费用相应增加。同时，在对光合生理研究过程中，传统的人工光源也难以对发光强度和波长组成进行调控。因此，国内外学者一直探索采用ＬＥＤ和ＬＤ（激光灯）等作为植物工厂的人工光源，以期解决上述问题［６］。ＬＥＤ具有较高的光电转化效率、使用直流电、节能、体积小、寿命长、波长固定及低发热量等优点，同时还可调整发光强度与光质，大大提高栽培的空间利用效率，因此，被认为是闭锁式植物工厂、组培室以及太空农业等领域应用较为理想的人工光源［７］。
２．２ＬＥＤ在植物工厂中的研究现状
２．２．１ＬＥＤ在植物生理与栽培领域的研究世界上最早将ＬＥＤ用于植物栽培的是日本三菱公司，早在１９８２年就有关于波长６５０ｎｍ的红色ＬＥＤ光源用于温室番茄补光的试验报告。此后，美国ＮＡＳＡ研究中心也把此项技术作为宇宙基地等闭锁式生命维持系统的相关技术之一开展研究，并希望ＬＥＤ作为人工环境下植物栽培的重要光源［８］。
超高亮度ＬＥＤ开发成功后，由于其价位较高，早期只限于太空农业的研究。但随着光电技术的进步，超高亮度ＬＥＤ已经被应用于植物生理或栽培领域的研究，如光形态发生、光合作用及叶绿素合成研究等［９］。１９９３年，在日本日亚化学工业股份有限公司的科研人员开发出了蓝光ＬＥＤ和用于全色显示器的高亮度发光二级管之后，ＬＥＤ的应用领域越来越宽。