本文來自35斗微信公眾號，作者陳欣雨。
光是植物生長的核心要素之一，植物的光合作用就是在光照條件下，實現光能向化學能的轉換，這一過程決定了作物的產量和質量。溫室中由於設施建築會在一定程度上遮擋部分自然光源，導致室內光線不足，且北方初春、晚秋及冬季日照時長較短，會顯著影響喜光作物的產量和品質。一般而言，農民會引入人工光源來滿足植物的用光需求，包括白熾燈、鹵鎢燈、高壓鈉燈、螢光燈和LED燈等。其中，LED光因為具有光電轉換效率高、波長穩定、熱輻射低、環保等優點而得到廣泛應用。
2014年，中科院長春應化所的一批專家嘗試將稀土材料和LED燈相結合，研發更貼合溫室農業需求的LED光源，即稀土照明。也就是指利用稀土發光材料製作農用LED光源，根據作物的需光規律，精準地設計出植物所需光譜，用於農作物育苗和溫室大棚農作物補光。
稀土元素有優良的光電磁等物理特性，微量的稀土元素加入其他材料後，往往可以大幅提高產品的質量和性能，起到「點石成金」的作用。在植物照明領域同樣如此。
為了更深入地理解稀土材料在農業中的應用，35斗對中科稀土總經理李成宇做了專訪，他同時是中科院長春應化所研究員、稀土資源利用國家重點實驗室副主任。李成宇為我們介紹了稀土照明的解決方案及其在溫室農業中的應用。
中科稀土是由中國科學院長春應用化學研究所張洪傑院士及其科研團隊創建的高科技企業。董事長張洪傑院士，現任中國稀土行業協會會長，長春應用化學研究所和清華大學雙聘教授，長期從事固體化學、稀土材料的基礎與應用研究。目前，團隊有50人，分別駐紮在廣州和長春，瞄準健康照明和植物照明領域。
稀土農用光源，為溫室農業提供更精準的植物照明解決方案
北半球冬季，低溫寡照，光照時間是一年中最短的階段，日平均光強也是最弱的階段。再加上連續陰雪天氣、防寒保暖覆蓋物透光率低等因素，嚴重製約了冬季溫室果蔬的生長。據團隊研究，苗期光照不足會導致幼苗生長偏弱、抗病能力差；花果期光照不足會導致花期延後，產量大幅下降和果實品質降低，為農民帶來不可估量的損失。
對於這一點，常見的解決方案是使用LED光源為設施園藝補光。LED光源具有光效高、耗電少、智能化和壽命長等特點，可以根據不同作物光合需求組合不同光質光源形成補光陣列，使針對作物光合作用所需多個特性波段的按需調控成為可能。
而稀土照明的解決方案是採用LED光源＋發光膜組裝的形式，根據植物需要設計光譜，應用於如農作物育苗、高附加值農作物及各種蔬菜的種植等。
圖：稀土LED植物燈更接近太陽光光譜
相比傳統LED光源解決方案，稀土照明主要有兩大優勢，一是光譜更寬，幾乎可以模擬太陽光，將稀土發光材料和半導體結合，可以根據植物需要提供其所需要的任何光譜，而市面上銷售植物燈多是紅藍晶片發光，光譜不全。
二是針對不同作物不同生長期提供精準光源。稀土發出的光譜是非常準確的，需要哪個波段的光譜，就能定位到哪個波段。以草莓為例，在紮根期要減弱紅光、增強藍光，抑制葉片的生長，促進草莓的根莖生長；在生長期，增強紅光，加大水肥；果期時，適當減少紅光，增強藍光；寒冷時增強近紅外（波長範圍在800-900nm之間），誘導耐寒因子出現。這些都是結合農業基礎研究和稀土光源的特性，提供的植物照明的整體解決方案。
圖：中科稀土自研稀土LED植物照明產品
此外，在發光效率上，稀土發光材料能將近90%的電能轉化為光能，且能被植物大部分吸收，減少光能浪費。
所以，實際上，稀土照明提供的不僅是材料上的革新，更是植物照明解決方案上的革新，更貼近植物本身的需求。
這些解決方案目前已經大量應用在大櫻桃、番茄、藍莓、火龍果、甜瓜等高附加值農作物種植和育苗上。
覆蓋吉林、遼寧、山東、內蒙古等設施農業大省，與農民共享增值收益
稀土照明的技術雖好，但是成效怎麼樣呢？
2014年12月中科稀土團隊在吉林市對大棚種植大櫻桃開展了稀土LED植物燈的應用推廣，稀土照明項目首次得到成功驗證。由於上市較早，櫻桃達到了198元一斤的採摘價格，給農民帶來了豐厚的收益，讓農業能突破季節和天氣的限制。自此，團隊開始考慮將稀土照明技術在設施農業中推廣。
次年，稀土照明技術又在長春蓮花山大棚草莓項目中再次得到驗證。補光大棚總產量178公斤，未補光大棚總產量47公斤，增產131公斤。經計算，每個補光大棚比未補光大棚增產約2.79倍，增收約2.6萬。
在山東壽光將相關光環境調控技術應用在黃瓜、辣椒、茄子、西紅柿等作物上，實現增產25%以上，減少農殘30%以上。在包頭市哈業胡同鎮包頭廣恆合作社，通過合理布局稀土植物 LED 光源，改善了甜瓜生長環境光條件，實現了「黑柳子」甜瓜坐果率提升 60%，產量翻番，合作社增收十幾萬元。
目前，利用稀土植物 LED 光源產品實現農業設施內光環境調控等相關技術已經逐步覆蓋到吉林、遼寧、山東、內蒙古等設施農業大省，為農戶冬季穩產增收提供了強有力的技術支持。
在盈利模式上，中科稀土採取「增收＋分成」模式。鑒於農民對新興技術的不了解，團隊採取免費向農民提供硬體和承擔電費的模式，和農民共享增收部分的利益。
當我們問及中科稀土目前最需要的幫助是什麼時，李成宇告訴我們，最重要的是合作夥伴，中科稀土希望和更多設施農業領域的合作夥伴一起，將稀土照明的解決方案推向市場，幫助農民實現增產增收。
參考文獻：
秦新苗、張彤、尚春明、池建義、李成宇等：《稀土農用光源補光對番茄產量及品質的影響》，現代農業，2020年