背景介绍
近年来，植物工厂受到了前所未有的关注。据联合国预测，到 2050 年全球人口将达 95 亿，人类的食物需求也将要比现在增加 70%-100%，而人均耕地面积最近 30 年来却从 0.33hm² 下降至 0.22hm²，降幅达 31.7%。
在影响植物生长的诸多环境因素中，光是最重要的因素之一。所谓“万物生长靠太阳”，植物对于光的要求，主要为光照颜色、光谱、光照强度和光照时间。所以通过人工开发特定光谱照明产品的光照可以极大地提高植物生长。
据了解，植物工厂生产成本中的电费占比约 30%，若无廉价电源与效率高的人工灯光降低生产成本，植物工厂对农民的吸引力并不大。因此，发展节省资源的光源是建设植物工厂的必要需求。
另外，近几年随着农业生产力的提高，温室大棚发展迅速，传统温室大棚一般使用普通电光源补充光照和应用不同覆盖材料等农业技术措施，这些措施存在着不同程度的问题：缺乏对具体光谱成分的分析导致光质处理不纯，光强不一致、低于植物光补偿点，照射光源能效低等。日本、美国、荷兰等发达国家相继研发的植物栽培灯，主要以 LED 光源为主，但 LED照明产品的上游技术及核心专利被国外大公司垄断，造成目前市场上的 LED 植物照明产品成本过高、技术垄断、手工操作开关，难以推广和普及。
试验开发和过程
太阳光是由许多不同波长的光波所组成，而在太阳辐射光谱中只有极小部分对光合作用产生影响，约占太阳光比例的 5%。宏源早在 2006 年就开始研究植物灯特殊光谱段，通过研究得出 620-680nm 的红光和400-500nm 的蓝紫光最佳配比，从而成功研制出了无极植物灯。
而宏源智能化植物工厂是一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效农业系统，如图 1、图 2 所示，是基于 B/S 架构，通过 WIFI 实现远程操控对作物生育过程的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境因素进行自动控制，不受外界条件制约的生产方式。
下面是部分研究配比参数：
（1）生菜：定植和育苗光源分别采用红蓝光 6∶1和 7∶1 的光源最适合其生长。
（2）韭菜：红/蓝 7∶1 处理下韭菜株高、茎粗、叶宽等质量比均显著高于其他处理。
（3）黄瓜：7∶2 是适宜黄瓜幼苗生长的最佳红蓝光配比。而生长期 7∶1 为最佳红蓝光配比。
（4）青菜、空心菜：以 7∶1 是适宜青菜、空心菜叶子生长的最佳红蓝光配比。
（5）白萝卜：生长最适宜的光质：红蓝光配比 8∶1。
（6）油麦菜：红蓝光比例为 9∶1，有利于油麦菜生长。
（7）草莓、西红柿：红蓝光 9∶1 对草莓、西红柿生长最有利，并且果实饱满且营养丰富。
（8）冬青：红蓝光按照 8∶1 的比例配置，冬青长势最好，强壮且根系也非常发达。
（9）芽苗菜：以 6∶2∶1 的红绿蓝光配比效果最明显。
（10）马蹄莲：生长情况以补照红蓝光 6∶2的比例效果最好。
（11）红掌骄阳： 综合分析, 红蓝光 7∶3 处理较佳, 有利于形态、根部生长以及干物质积累。
（12）铁皮石斛：红蓝光 7∶3，其增殖效果最好；6∶4 时, 更有利于苗株光合作用和物质积累。
在我司实验室中，生菜在 2014 年 7 月 8 日由育苗下种种植。种植环境：
● 植物上方照度：2600-2900lx（纯红蓝光谱照度数值，非白光照度数值），无自然光照，完全人工照明系统，前期照射周期 6 h 开，2 h 关，每天循环 3 次；后期 14 h 开，10 h 关，每天循环2 次；
●环境温度：28-30℃（后期空调开始添加，维持 28℃）
●相对湿度：50%-70%（后期空调打开降至 60%左右）
在三周左右时间后，单颗生菜从最初 4 个叶瓣长到 11 个，宽度9~10cm。生长高度较为良好，高度增长 80%左右。生菜基本上茎的发育较为良好，高度涨势迅猛，如图 3 所示。该生长速度相比较我司常规日光照明环境下生长的生菜组群，加快植物生长达 50%以上（基于叶片面积及重量得出）。
图3 实验室生菜种植测试样品
另外，我司对外销售的植物照明产品中，得到国外的测试报告如图 4 所示，在无极植物灯照射下的植物生长情况：
图4 相关国外测试报告
根据图 4 的俄罗斯托木斯克国立大学生物及生物物理研究所研究报告以及宏源实验室实践证明，宏源无极植物灯较钠灯植物灯加快植物生长近一倍（基于叶片面积及果实结果重量得出）。该报告是基于 LVD无极植物灯光照 200 W 与400 W 高压钠灯的对比试验数据，该数据在俄罗斯托木斯克国立大学试验了近半年时间，通过种植西红柿等喜阳类作物得出的数据。
图5 wifi智能控制界面
人工环境云服务系统, 如图 5 所示是最先进的农业物联网系统。该系统是基于现在最先进的 WIFI 无线通信技术，将各类传感器设备（如湿度传感器、温度传感器、土壤 K+离子传感器等）监控信息反馈至软件，并通过智能化分析，自动化操作植物工厂内需要补充的原料或环境补充的动作，如温度偏冷则打开地暖设备；土壤过干则打开滴水管设备； CO² 浓度降低则自动空气循环等等。同时整个环境具有视频监控功能，可实时将工厂内实际情况反馈至中心软件，以便使用者远程分析控制。整套系统基于 B/S 架构，可通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理，充分发挥物联网技术设施在农业生产中的作用。本系统适用于各种类型的日光温室、连栋温室、智能温室。
结论
本项目基于 WIFI 的无极植物灯栽培智能补光系统，采用 LVD 无极灯作为补光光源，结合远程智能控制系统，能够满足植物波长光照需求，特别适合应用于光控植物设施栽培环境，可以很好地满足市场需求。在中心软件界面上实现“傻瓜相机”的原理，即任何家庭人员均可有效参与并实施种植农产品作物，更加贴近现代消费者的心理和生理需求。项目本身种植产品要达到国家无公害的认证标准。
实施本项目，可以改善农民靠天吃饭的窘况，帮助农民改善生产条件，可提高植物的质量、产量，同时果实类作物可缩短结果期，使其增加收入，产生显著的经济效益和社会效益。
本项目可以广泛应用于植物栽培、温室补光、植物组培、植物工厂，具有促进植物生长，调节植物形态建成，节能环保等多方面优势，不仅可发出光波较窄的单色光，如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、红外等，并能根据植物不同需要任意组合，而且还是低发热特性的冷光源，可以近距离照射植物，提高空间利用率，不仅能够为农业植物的生长提供合理的光环境条件，减少农药、激素等化学品的使用，确保食品安全，而且还是低能耗的绿色光源，具有广阔的应用前景，是未来植物照明光源的重要发展趋势。
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