植物光照技术标准体系的比较研究

李 锦，张云鹏，王 侃，华树明

(1.国家电光源质量监督检验中心(北京)，北京 100022；2.国家节能中心，北京 100045；3.中国照明学会，北京 100009)

引言

光是植物生长发育的重要环境因子，地球上植物发育所需的光源主要来自于太阳辐射。由于植物对光具有选择性吸收的特征，光合作用和能量转化最多利用其中5%左右的光合有效辐射[1]。随着科学技术的进步以及农业与生物产业的快速发展，植物对有效光的利用已经突破单纯依靠太阳光的限制，人工光源代替或补充自然光源的不足已经成为现代农业的重要手段。目前，在植物生产系统中应用人工光源的主要有温室大棚、植物组培、植物工厂、育苗工厂以及病虫害防治、生物物理防治等领域。

我国现有植物光照市场需求量大，并且随着现代化农业的不断发展，需求量还在不断扩大，产品的安全性、可靠性、长寿命及可盈利性是植物光照产品能否取得市场接受和成功的关键。但是，由于光照技术在农业领域的应用跨学科、跨专业、跨领域，植物光照产品也由原来的照明工具变为了生产工具，因此，产品市场推广应用过程中存在很多的障碍需要解决。笔者通过梳理现有的国内外标准内容，从标准化技术层面进行分析，试图建立植物光照技术标准化体系，帮助解决植物光照技术的市场推广痛点问题。

1 植物光照产品在市场推广中的主要技术障碍

1)产品种类繁多，质量良莠不齐。植物生长用光照产品形式众多，既有传统植物光照产品，如金卤灯、高压钠灯、荧光灯等，也有新兴的LED植物光照产品，如LED球泡灯、LED平板灯等，并将随着技术的发展而逐步变化。由于标准制定工作滞后于技术发展，企业为了快速占领市场，都按照自己的需求来进行产品开发和销售，导致市场乱象，产品质量良莠不齐，严重影响用户对产品的信心。

2)产品规格不统一，客户无法正确选择合适的产品。与常规照明产品不同，植物光照产品的光谱分布主要集中在植物所需的400～700 nm[2]范围，且规格参数也相应不同，例如照明产品的光通量以lm为单位，而植物光照产品通常是以μmol/s为单位。因此常规照明产品的规格划分规则无法直接应用于植物光照产品，客户无法正确选择适合自身需求的产品。

3)产品接口待标准化，彼此间互换性差。植物光照产品不仅种类繁多，同一类型的产品其接口也存在不一致的情况，有的甚至产品第二代新品与第一代同类产品的接口也完全不一致，不仅导致维修时间的增加，还提高了对维修人员的技能要求，增加维护成本和使用难度。

4)缺乏成熟智能化的植物光照系统。植物类型多样，在生长过程中，需要不同的光谱，光照强度，时长以满足其光照需求，这就需要智能化的植物光照系统。但是市场上缺乏成熟的智能植物光照系统。

5)应用场景多，应用标准缺失。植物光照类产品应用在植物生长的不同阶段又可分为育苗灯、组培灯、生长灯、顶光/株间补光灯、花期诱导灯等。作为生产工具，在不同的应用场景，植物对光谱分布、光辐射通量、光均匀度、光周期等要素的需求都不完全相同，因此，植物光照类的应用标准还需要做大量的工作去补充完善。

2 植物光照产品的标准化现状分析

由于植物生长光照领域在光电参数、植物光生理反应、使用环境、测量方法等方面以及定义、术语方面均不同于通用照明，其标准化工作是一个全新的体系。

2.1 国际标准和技术规范现状分析

国际电工委员会IEC、国际照明委员会CIE、国际标准化组织ISO等国际标准化机构正在积极探索植物光照领域相关标准工作的开展，但到目前为止，还未发布正式标准。一些非官方的组织机构，开展了一些团体标准和技术规范的制定工作如表1所示。但由于缺失植物光照领域的标准框架体系，这些标准和技术文件存在一些问题：

1)数量不够，没有顶层设计，不成体系，比较凌乱；2)不符合产业需求，技术数据不统一，没有共同的技术语言，无法交流，客户不知如何使用；3)长期规划和短期需求的合理规划、有机结合度不够。

表1 植物光照领域国际标准和技术规范

2.2 国内标准现状分析

中国标准化组织及一些社会团体在植物光照领域很活跃，开展了一些标准化工作，如表2所示，但存在的问题基本与国际标准的情况一致。

表2 植物光照领域国内国家标准、行业标准和部分团体标准

综上所述，虽然国内外标准化组织和机构都在积极投入开展植物光照领域的标准化工作，但是植物光照领域的标准化建设是一个系统工作，目前还处于起步阶段。

3 植物光照技术标准体系的建议

植物光照是生物学、设施园艺学、植物生理学、植物营养学、光生物学、电学等多学科交叉和有机结合发展的产物，因此，除了需要学科间充分协作，标准体系的顶层设计也至关重要。只有从全局的角度出发，对不同层次，不同维度的要素统筹规划，标准工作的开展才能有的放矢，各标准组织机构之间才能实现资源共享，信息互联互通。

通常标准体系包括：基础标准、安全标准、性能标准和设计应用标准。植物光照技术标准体系可根据图1进行规划设计。整个体系架构中，蓝色版块是目前已经开展的标准工作，主要侧重基础标准部分，而安全标准、性能标准和设计应用标准由于其难度较大，目前推进缓慢。红色部分是保障产品质量、客户应用便利安全的基本标准要求，应该在近期集中资源推进完成，尤其是接口标准。目前市场植物光照产品品类多、应用环境差异较大、随着智能化程度的提高，可调光植物光照产品的应用也越来越普遍。接口的标准化在系统设计过程中发挥着重要的作用，机械安装和电气连接接口标准的建立不仅可为设计实现互操作性与低成本，而且可以减少设计、安装和维护所需的时间。紫色部分需要跨学科、跨领域的专家共同投入研究，难度大、周期长，作为中长期规划，可以成熟一个就推进一个。

4 结语

综上所述，通过标准化手段、标准体系建设可以保证产品质量，维护消费者利益，规范市场准入准则，协调社会各方利益，建立稳定的秩序。但植物光照技术的标准体系建设工作任重而道远，中国照明学会作为CIE的国内唯一技术对口单位将发起倡议，积极协调推进国际组织在植物光照技术国际标准领域的工作开展。同时，中国照明学会农业照明专委会和标准化委员会，也将积极推进团体组织和机构间的合作，按照标准体系内容的轻重缓急，逐步完成标准的搭建。

图1 植物光照技术标准体系Fig.1 Standard system of plant lighting technology