农业生产中，光照的作用至关重要，它不仅是作物生长所需的能量基础，而且对作物的产量和品质产生直接影响。随着现代农业光照技术与物联网、大数据以及人工智能等先进技术的深度融合，并在多个领域得到广泛应用，农业生产将迎来更为显著的变革。
五月时节的关中平原，田野中麦穗随风轻轻摆动。与此同时，在中国中化先正达集团旗下的杨凌技术中心（以下简称“杨凌中心”），却呈现出一幅截然不同的画面：温室顶棚上，一排排粉紫色的LED补光灯有序排列，将原本碧绿的玉米叶子映照成深浅不一的紫红色。处于不同生长阶段的玉米植株笔直挺立，叶片上凝聚的水珠在微光中闪烁，仿佛随时要从叶尖滑落。
杨凌中心的无极调光自动化温室。受访者供图
在小麦收割之后，杨凌中心的玉米已经在模拟最佳生长环境的“人造阳光”中开始生长。该中心通过精确的温控和光控系统，为玉米创造了理想的生长条件，其效率比田间育种高出2.5倍。与实验室的协同工作，使得育种过程更加快速、高效且精确。杨凌中心的负责人吴纯仁操作着平板电脑，屏幕上不断变化的温湿度曲线与补光灯的闪烁保持一致。
今年，中央一号文件强调：“通过科技创新推动先进生产要素的集中，根据各地实际情况发展农业的高品质生产力。”在全国两会期间，“农业高品质生产力”成为了众多代表和委员广泛讨论的焦点。生物光照技术，作为光照农业技术的关键，无疑是农业高品质生产力的一个显著标志。通过精确调控光照条件，我们能够模拟或改善作物生长所需的光照环境，从而显著缩短作物的生长周期。
近年来，LED等高效光源技术迅猛发展，使得光照农业的应用领域愈发宽广。在农业生产中，光照扮演着至关重要的角色，它不仅是作物生长所需能量的主要来源，而且对作物的产量和品质产生着直接的影响。随着现代农业光照技术与物联网、大数据以及人工智能等技术的深度融合，并在各个领域得到广泛应用，农业生产将迎来更多深层次的变革。
补光如何补足农户“钱袋子”？
在山西省晋中市榆次区的逯宝合作社，理事长薄素梅正忙于核算春节期间草莓的销售收入。今年开春，合作社的温室里收获的草莓比往年来得早，提前了将近半个月。“春节期间的草莓价格可不一般，农户们都希望能在节前将草莓上市，市场需求十分旺盛，每斤的售价能高达60元。”薄素梅脸上洋溢着喜悦的笑容。
错峰销售成为农户提升经济收益的重要手段，那么，我们该如何促使那些果实饱满、色泽鲜艳的草莓提前成熟上市呢？
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’。”
植物如同人类，需充足阳光以茁壮成长，但温室中的草莓，若被枝蔓和叶子遮蔽，其果实便可能遭遇光照不足的问题。去年，逯宝合作社在温室中安装了补光设备，每日早晚各进行两小时的补充照明，有效解决了自然光照的欠缺。经过补光处理的草莓，外观更加美观，口感更佳，且成熟速度显著提升，得以提前进入市场，抢占销售先机。
山西省大同市阳高县昌盛蔬菜种植专业合作社的理事长袁守，对补光技术早已熟悉于心。在他看来，育苗期采用补光手段，能使幼苗茁壮成长，增强其抗病能力。尽管幼苗的售价略高，但种植户们仍乐意购买，因为这样能带来更高的整体效益，并有效减少病害可能带来的损失。袁守这样说道。
若缺乏充足的光照，植株将变得细长，茎节拉长，最终形成所谓的“徒长苗”。这种苗子虽然外观上仅显得略为瘦高，实则品质不佳，生长状况欠佳。而光照的充足能够增强幼苗的粗壮度，进而提升其抗逆能力。山西农业大学园艺学院教授李灵芝如是补充。
谈及李灵芝与阳高县光照农业的深厚联系，需追溯到八年前。当时，阳高县尚有83个贫困村落、超过2.2万名贫困群众尚未摆脱贫困状态。面对如此繁重的脱贫挑战，李灵芝毅然选择到此地担任副县长，她通过产业扶持的示范作用，引导农民尝试种植蔬菜的新品种、采用新技术和新设备，以此推动了产业扶贫的进程。
三年的挂职任期虽已告一段落，但李灵芝对阳高县的眷恋之情依然如故。2020年，她重返这片热土，带领科研团队在王官屯镇落地生根，从30亩的日光温室开始着手，利用山西农业大学番茄产业研究院科研项目提供的资金支持，为农户们提供了保障，并将自主研发的、专为西红柿生长设计的LED补光灯安装到了他们的温室中。
瞧这小西红柿，大小一致，宛如一颗颗璀璨的宝石。成熟之后，它们的颜色更加鲜艳，酸甜适中，今年定能卖出好价钱。阳高县宝石红农业专业合作社的理事长胡宝，轻轻拿起一串西红柿，感慨地说：“以前，人们都认为大同的冬天非常寒冷，西红柿苗很容易被冻死。而且，冬天阳光不足，成熟的西红柿外观不佳，口感也不好，根本无法销售。”
如今情形已截然不同了，胡宝这位怀揣情怀的农夫，视种植西红柿如养育子女，坚信科学的力量能够更好地培育“子女”。“得益于补光灯的辅助，昔日西红柿的产量仅能结出三架果实，而如今却能轻而易举地长出五架，产量大幅提升，收入更是翻倍。”在温室之中，阳光与补光灯的光线相互交织，于藤蔓间投下梦幻般的光幕，小西红柿在光幕的映衬下，有的已经呈现出淡淡的红色。
初始阶段，每亩土地的投入约为三万元，这笔资金主要用于购置和安装LED补光灯以及相关设备；其中，一部分资金来源于乡村振兴专项资金，这一举措在很大程度上减轻了我的经济负担。胡宝表示，自从引入补光灯，每个温室的西红柿产量提升了1万斤，这直接带来了2万元的额外收入。然而，每个温室每天的电费大约是10元，冬季使用补光灯的时间长达70天，累计电费仅为700元。与这增加的收入相比，电费的成本几乎可以忽略不计。
除了产量提升带来的经济效益，补光技术所带来的间接成本降低同样值得关注。补光灯不仅能够提供必要的光照，还能提升环境温度，从而有效抑制湿气的积聚，降低病虫害的发生率。植物的抗病能力得到增强，因此农药和化肥的使用量也随之减少，从而节约了大量的成本。以过去一年为例，原本需要施肥20次，采用补光技术后，施肥次数可以减少大约5次，仅此一项就能节省肥料成本约2000元。胡宝和记者对此进行了详细的成本核算。
市场上补光灯的价格悬殊，一亩田所需的补光设备成本从2000元至5万元不等。谈及补光灯的挑选，薄素梅表达了自己的见解：“低价位的设备虽能满足基本需求，但灯珠数量有限、能量不足、照射范围狭小。从事农业者需具备长远投资的眼光，因此我倾向于购买价值2万元的补光设备，其使用寿命长达10至20年，从长远角度考量，性价比更高。”
在王官屯镇的试点区域，已安装了超过30套补光灯于温室之中，但总体规模尚不庞大。推广过程中面临两大挑战：一是全县超过七成的日光温室已使用十年以上，这些温室的电路设施陈旧，改造所需的费用相对较高；二是资金投入的额度较大，这在一定程度上制约了补光灯的广泛使用。
普通农户若投资于补光灯，无疑是一笔不小的开销，特别是在收益并不稳定的情况下，其投入与当年的产出往往不成比例。然而，若能找到一个合理的平衡点，减少设施的费用，再加上政府的补贴支持，那么补光灯的普及推广过程将会更加顺利。这是李灵芝在接受记者采访时所表达的观点。
为了促进设施农业的进步，减轻农民的资金负担，去年三月，国务院发布了《大规模设备更新及消费品以旧换新行动计划》，对设备更新、消费品以旧换新、资源回收循环利用、标准提升等四大举措进行了详细部署；紧接着，去年七月，国家发改委与财政部共同发布了《加大力度支持大规模设备更新和消费品以旧换新的若干政策》，统筹规划了约3000亿元的超长期特别国债资金，以持续推动“两新”政策的实施并取得实效。
阳高县主动响应政策，开展了设施农业的改造工程，对5000亩陈旧的日光温室大棚进行了升级和改造，整个项目的投资总额高达1000万元。在改造过程中，不仅更换了棉被、缓冲间等设施设备，还对墙体进行了加固，从而增强了温室的保温效果。此外，项目还计划引进新技术和一系列先进的设备，其中补光系统引起了广泛关注。阳高县现代农业发展中心的副主任曹权明这样介绍道。
智慧光照系统怎样赋能现代农业？
还有一天即可迎来丰收，只需轻触控制屏上的收获按键，便可轻松实现一键式采摘。在德州市的兰剑智能科技植物工厂，先进的智慧农业管理系统使得蔬菜的采摘过程如同一场真实的“农场游戏”。在这里，蔬菜的生长数据以及设备运行状况尽收眼底，红蓝光的照耀下，蔬菜更加鲜嫩可口，散发出强烈的科技气息。借助手机应用程序进行操控同样轻松，无论是设定开关时间，亦或是精确调整光照周期，这一切对兰剑智能科技植物工厂的负责人张现征来说，都易如反掌。他正向记者一一展示这些功能。
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
植物工厂代表着设施农业的尖端水平，其产量远超露天种植，甚至可以达到数倍之高。它能够打破自然环境的束缚，无论身处沙漠、戈壁，还是高楼大厦之中，即便缺乏充足的阳光，即便四周环境密闭，也能孕育出一个小巧的绿色生态乐园。
张现征透露，该植物工厂面积超过500平方米，通过20层立体种植技术，实现了空间的高效利用，仿佛将一大片农田垂直压缩至厂房之内。依托尖端技术和精心设计，该工厂已实现从播种、分栽到收获的全过程自动化，目前每日产量高达500公斤。
没有阳光，菜能长得好吗？
张现征指向上方闪烁的灯光，详细阐述道：“即便缺少阳光，这些高效率的LED灯也能展现出不凡的光照效果，它们同样是植物生长的理想光源。这些灯珠所发出的全光谱光线，精准地模仿了自然界中最为适宜植物生长的光照环境，不仅能够有效提升植物的光合作用，还能加快它们的生长速度。从播种到收获，整个过程大约只需45天，而在常规的大田种植模式下，这一周期通常要延长至60天。”这表明，在植物工厂中，蔬菜的生长周期得到了显著缩短，从而能够以更快的速度向市场提供新鲜蔬菜。
仅靠光亮是不够的，植物工厂依据作物的生长特点精心设计了光照配方，确保植物能够获得精确的生长能量。那些负责设计光照比例的专家宛如魔术师一般，在为紫甘蓝配置光照时，特意加入了一抹“蓝光”，使得其叶片颜色更加鲜艳夺目，花青素等营养成分也因此更加丰富；而在为罗马生菜增添“白光”时，叶片便呈现出翠绿且修长的形态，既美观又脆嫩多汁。那“神奇”的力量源自山东农业大学刘世琦教授所带领的专家团队，该团队为植物工厂的发展提供了全方位的技术保障。
我们的生菜之所以口感脆嫩、甘甜可口、新鲜如初，身后的植物工厂正是揭秘的关键。在植物工厂内，主播搭建了一个迷你直播间，向观众展示着工厂生产的丰富绿叶蔬菜。这些蔬菜在密封性高、保温性能好、卫生等级高的环境中生长，因而品质上乘，颇受青睐。将它们搭配成蔬菜沙拉套餐，更是人气爆棚。此外，顾客还可以预订季度的蔬菜套餐，每周都能享受到各式新鲜蔬菜的配送。兰剑智能科技致力于拓展其植物工厂的销售网络，并在此过程中不断推陈出新，形成了独特的销售策略。该工厂每日能销售超过400公斤的蔬菜，从而为现代农业的发展树立了新的标杆。
植物工厂的落成，标志着农业科技的创新发展，同时也为当地农民开辟了增收致富的新途径。“过去在田间劳作全凭经验；而现在在植物工厂工作，我们学习的是先进的技术。”操作智能控制系统的张大姐笑着分享道。
植物工厂的构建与运作亟需众多专业技术人员和管理人员的参与，这一需求为周边的农民们开辟了多种多样的就业机会。他们从播种、浇水到设备保养等环节，经过系统的培训，逐步学会了智能温室的操作技巧和光谱调节等现代农业技术，进而转型成为了“农业技术工人”。
LED植物工厂在育苗、蔬菜栽培、园艺等行业得到了广泛应用，而且随着人工光源技术的革新，其能耗得到了一定程度的降低。然而，在整体能耗构成中，照明部分仍然占有较大比例。因此，若要摆脱植物工厂仅限于“大型盆栽”的局限，迈向产业化道路，就必须选择更节能的光谱和设备，通过科技创新降低成本、提高效率，并积极寻找新的盈利途径，这将是解决问题的关键。
夜色渐浓，位于广东湛江的农垦垦区国家现代农业产业园内，常常映入眼帘的是一片璀璨的红色光芒。过往的行人不禁好奇，这难道是实验室的灯光？抑或是精心设计的灯光秀？然而，真相却是，这里是一片火龙果的种植园，那片光芒源自于LED火龙果专用补光灯。
广东湛江农垦集团公司的负责人指出，火龙果能否开花结果，关键在于光照和温度。虽然南方冬季的气候并不像北方那样严寒，且地理环境优越，但白天短夜晚长的特点依然会对火龙果产生影响。若光照不足，火龙果便会进入休眠状态，从而停止开花结果。
火龙果在市场上颇受欢迎，尤其是在非季节性时期，其价格更是居高不下。众多农户都渴望能够补充光照，以期火龙果能够实现全年丰收。曾在外地务工多年的陈晓军，如今已转型成为产业园的新一代农民，他承包了20亩土地，专门种植红心火龙果。
人工光源的运用是火龙果栽培的关键步骤，尤其在南方冬季，它能够有效唤醒火龙果植株的休眠状态，从而拉长其结果周期。通过红蓝光的合理搭配来加速其生长，不仅能够实现火龙果的提前上市，而且延长光照时间后所收获的果实将更加甜美。
我们起初选用的是传统螺旋形的节能荧光灯来为火龙果提供光照，然而这类灯具不仅电耗巨大，而且价格不菲，且容易损坏，因此我们迫切需要寻找一种更节能的照明设备以减少开支。陈晓军表示，经过一番深入讨论，湛江农垦广前公司向我们推荐了LED球泡型的补光灯，这种灯的能耗仅为节能灯的一半，并且其亮度更是远超节能灯。每亩种植所需的补光灯费用为5000元，自2020年引入该设备以来，效果显著，立见成效；在反季节种植中，可额外收获四批果实，每亩产量可增加2000斤，收入也因此得到了显著提升。
在季节性光照不足的条件下，补光灯扮演着至关重要的角色；而在缺乏自然光线的植物工厂内，生物光照技术彰显了“人工智能与农业”结合的实践可能性。目前，在农业发展的尖端领域，生物光照技术已与智慧农业实现深度融合，植物工厂与智慧温室成为这一创新结合的典范。在植物生长的关键阶段，光环境管理发挥着至关重要的地位，其质量的好坏直接影响到植物的产量与品质。作为这一管理技术的核心，LED技术充分彰显了现代农业新生产力的旺盛生命力。
生物光照技术还有哪些农业应用场景？
育种是一项既繁琐又耗时的任务，这一过程不仅蕴含着科学精神，更兼具艺术特色。记者在杨凌中心拜访负责人吴纯仁时，这位在育种领域耕耘数十年的专家，感慨万分地表达了他的观点。
在智慧农业的推进中，生物光照扮演着关键角色，作为智慧农业技术的硬件基础，它在智慧育种等多个领域持续探索新的应用途径。在这样的智能温控系统构建的条件下，玉米种植实现了历史性的突破，由原先的每年一季变为四季常青，实现了从一年一季到一年五季的“育种加速”，这一变革背后，蕴藏着我国种业科技革命的核心秘密。
传统育种宛如依赖自然馈赠，而如今，我们已打造出一个数字化、智能化的“第二自然”。在我国种业领域的首个大型无极调光自动化温室中，吴纯仁指着那些传感器，向人们介绍道。各类传感器如同细小的触手，它们能够感知并搜集作物生长环境中的光照强度、温度和湿度等关键信息。这些信息与作物生长状态的监测数据相结合，通过大数据分析，能够精确地模拟出作物在理想生长条件下的环境参数组合，进而实现对光照、水分、温度和肥料供应的精确调控。
正午时分，阳光猛烈，自动补光灯便会调节亮度，减少光线；而在阴雨连绵的日子里，它则会提升亮度，升级后的新一代补光系统相比传统LED灯能节省大约三分之一的能源。经过光谱优化的灯光设计，不仅减轻了工作人员的视觉负担，还能为不同生长阶段的作物提供量身定制的光照方案。在此，育种技术正迈向数字化与智能化的发展路径，有效缩短了育种周期，促进了新种子的研发与普及，从而为商业化生物育种的顺畅进行奠定了稳固的基础。
育种环节中，光照的调节至关重要，同时，从遗传学的角度出发，提升光合作用的效率，也是光照育种的一个独到策略。借助生物育种技术，对作物中与光合作用相关的基因进行优化，可以有效提升作物对光能的吸收和利用，这不仅有助于提高作物的产量，还能优化农产品的营养成分和口感等品质特征，进而生产出更满足市场需求的高品质农产品，增强我国农产品在国际市场上的竞争力。吴纯仁如此阐述。
位于关中平原中心的杨凌，LED补光灯正助力玉米快速生长；而在相距两千公里之遥的海南热带椰林深处，一场关于光与农业的探索也在悄然展开；那里，各种经济作物因它们独特的生长特性和对光照的特殊要求，与光照调控技术紧密相连。
谈及香草兰，许多人可能感到陌生，然而提及香草口味的冰淇淋，众人便会豁然开朗，原来香草的香气正是源自香草兰的提炼。尽管香草兰用途多样，但其天然产量却无法充分满足市场的需求。
香草兰偏爱阴暗环境，在我国，人们普遍选择搭建遮阳设施，通过铺设遮阳网来防止阳光长时间直射。尤其在海南东部地区，冬季阴雨连绵，长时间的阴雨天气下，即使光照不足，遮阳网仍能阻挡55%至75%的阳光。这种情况下，香草兰的生长发育可能会受到影响。因此，在温室内部增设补光灯，成为了调整光照的最佳选择。赵青云，作为中国热带农业科学研究院香料饮料研究所（简称“香饮所”）香草兰研究中心的负责人，向我们阐述道。
我们查阅了海内外的资料，目的是寻找有关香草兰种植与光照之间关系的一些线索和启示。然而，与其他常见的经济作物相比，国际上关于香草兰种植光照的研究几乎是空白的。目前，香饮所正在深入探讨香草兰在各个生长阶段对不同波长光的需求规律，这使他们在业内创新方面处于领先地位。赵青云这样坦诚地表示。
不同生物对光线的感应有着明显的区别，家禽的视觉敏感度远超人类。人工光源在现代畜禽养殖中扮演着关键角色。山西农业大学李建慧教授指出，非笼养蛋鸡的养殖中，使用的是暖白光光谱，并额外增加了红光成分，这样的处理能有效减少啄癖等不良习性。此类灯具光谱范围宽广，与太阳光光谱相似，能够有效拓宽家禽的视野范围，从而显著提升产蛋量和蛋壳的质地。
光照对畜牧养殖领域的影响广泛，不仅局限于家禽养殖。“在‘南鱼北养’这一创新的养殖模式中，光照的调节作用至关重要，它是确保鱼类健康成长、提升养殖成效的关键。”山西农业大学动物科学学院副院长刘青如此阐述。无论是畜禽还是水产养殖，光照在推动动物生长、调节繁殖周期、提高产品品质等方面都取得了显著成效。
光谱需求研究与农业产业链如何实现深度对接？
凭借在全球LED制造领域的领先地位，我国已经成为植物照明LED灯具的主要出口国。中国农业科学院都市农业研究所的研究员杨其长这样指出。
目前，在生物农业领域，关于LED光源的基础研究与应用研发活动十分频繁，现代农业中相关应用的示范项目也实现了阶段性的成功。然而，诸如建立生物农业“光配方”数据库、将LED技术与农业产业链深度融合等基础性问题以及产业发展的方向，迫切需要我们进行深入的探讨。
李灵芝指出，光照农业借助智能传感技术与环境控制系统的配合，以及温室技术的创新，为农业生产带来了智能化的解决方案。在我国智慧农业的国际合作中，我们正逐步从单纯的硬件设备供应，拓展至知识培训、技术咨询等增值服务领域，这一转变将助力农业产业迈向更高价值链。
山西农业大学的一位教授，名叫李灵芝（位于左侧），正在对LED补光灯在西红柿栽培过程中的运用进行详细阐述。这一过程由摄影师杜淼进行了记录。
光谱技术作为光照农业领域的核心支撑，与园艺科学的紧密结合极为关键。位于阳高县的现代化温室园区内，好亮固体光源研究所设立的光谱实验室扮演着至关重要的角色。许东所长向记者透露，要将光照农业技术成功转化，必须依靠一个严谨的科研体系。他们所构建的种植工艺光谱技术实验室致力于基础研究，而产业化应用实验室则致力于将科研成果转化为实际的生产力。这一做法，正是众多科研机构普遍遵循的实践路径。
自2003年成立以来，好亮固体光源研究所已经实现了从传统照明行业向生物光学领域的战略过渡。在深入探索农业光谱需求的过程中，研究团队敏锐地察觉到了生物光学在农业领域所蕴含的广阔前景。“植物对光线的反应特性与工业照明有着本质上的区别。”许东阐述说，经过精确的光谱调节，不仅能够大幅提高农作物的产量，而且还能达到品质上的飞跃，这恰恰是生物光学技术的核心所在。
荷兰、日本、美国等国的花卉和园艺作物在光照育种领域有着较早的探索和广泛的应用，已经形成了较为完善的技术体系和产业模式。我国在这方面也进行了积极的尝试，将光照育种技术应用于蔬菜、水果等经济作物的种植，虽然已经取得了一些成绩，但大多数育种基地目前还处于技术研究和推广的阶段，与发达国家在光照育种技术方面还存在一定的差距。吴纯仁如此说道。
实际上，我国在光照农业这一领域已经构建起了多元化的发展模式。这包括了从光谱实验室开展的基础性研究，到田间实地进行的示范应用；从智能传感器的研发与生产，到环境控制系统的整合与优化。产学研用各环节紧密配合，共同推动了技术创新和普及的进程。在大家的共同努力下，我国的光照农业正逐步从单纯的技术研发阶段，向提供全链条服务的升级阶段迈进。
科研资金的不断攀升、专业人才培育体系的逐步健全以及政策扶持的逐步实施，依托于科技创新和精细化管理，光照农业在农业现代化的推进过程中有望获得更加显著的分量。
夕阳西下，暮色如轻纱般笼罩着阳高县。在西红柿温室中，补光灯按照既定时间亮起，光线柔和地弥漫开来，这束光无微不至地呵护着棚内的生命。展望未来，更多尖端的光照技术和设备将应用于农业领域，不断照亮我们建设农业强国的道路，引领我们迎接辉煌的曙光。
