稀土光源使光照具有“靶向性”

近日，首届包头稀土杯科技创新邀请赛启动仪式在中国科学院包头稀土研发中心举行。作为本次启动仪式的项目路演代表，研发中心的智能蔬菜工厂推出了最新产品：宝宝果蔬。

宝宝果蔬的研发人员王强向记者展示了其中的奶油生菜，从外表看来，这些蔬菜似乎没什么特别之处，但实际上，它们都经过了独特的光照过程，营养成分含量、糖度、酸碱度都发生了变化。

“基于稀土元素补光的新技术，我们种植出了这种专门针对婴幼儿消化系统的高质量蔬菜。”王强说。

光是植物生长的核心要素之一。光作为环境信号，通过光量子密度（光强度）、光质（光谱）和光照时间（光周期），对植物生长发育的各个阶段都有着极其重要的影响，营造满足作物光合需求的小气候环境，是提高光合效率、加速物质积累、提高产量和品质的关键，对设施园艺产业转型升级和提质增效具有重要作用。

冬季光照时长不足7小时，对于北方的设施农业来说是不够的，因此很多地方都要依靠人工补光灯来延长光照时间。固阳示范基地负责人介绍，他们以LED灯为光源建立了一套补光系统，根据植物所需的时长，限定一个补光时间范围。以番茄为例，24小时为一个周期，14个小时昼，10个小时夜，在这个基础上再加一个光感探头，如果阴天没有太阳，有效光照降低，这时候灯会自动开启。

凭借对稀土元素的充分了解和大量实验，中科院包头稀土研发中心的研究团队在LED灯光的基础上，将稀土元素加入光源中，根据不同作物光合需求组合不同光质光源形成补光阵列，使针对作物光合作用所需多个特征波段的按需调控成为可能。

据介绍，稀土农用光源主要是让稀土发光材料在不同的发光材料及化合物的作用下，通过电激发产生不同波段的光谱。这种新技术与普通人工补光技术的区别在于稀土发光材料的光谱更准确。

研发中心稀土农用光源项目负责人张彤告诉记者：“比如我想要红光，但因为它的光谱比较宽，可能会把橙光、甚至黄光也包括进来，对于植物来说，可能不需要这么多的黄光或橙光。而有稀土元素参与的人工光照过程，其光谱是非常准确的，我们想要哪个波段的光谱，它就能定位到哪个波段；另外，稀土发光材料还有一个优点，它的光电转化效率很高，能把近90％的电能转化成光能，植物又能将大部分光能吸收，这样一来，大大提高了光照吸收的效率。”

在中科院包头稀土研发中心2号基地人工气候实验室，一排排拉着遮光帘的植物培养架整齐地摆放着。将植物培养架四周的遮光帘拉开，高矮不一的果蔬幼苗出现在眼前，幼苗上方，一盏盏稀土补光灯正在“关照”着这些幼苗。

张彤说：“这个实验室所有光源都是人工光源，排除自然光，我们就是要在纯人工光源下进行极值试验，从而观察不同植物在各种光源下的生长状况。”

据包头市农业科技人员介绍，在当地，如果普通番茄不补光，最长只有7小时的自然光照时间，苗期会很长，一般60天以上才能开花，生育期就拉得很长，自然也会影响产量。

张彤表示，今年1月初，包头市现代农业固阳示范基地与中科院包头稀土研发中心“稀土农用光源”项目组合作，在大棚内安装了基于LED农用光源的稀土元素补光系统，对番茄、黄瓜等时令果蔬实施人工补光。

“如果一天保证14个小时的稀土光源光照，番茄在40天到50天就可以开花。而且经过人工补光的番茄与未补光的番茄相比，花期提前，果期也会提前。番茄的果实都有一个转色期，即由青变红，如果光照时间不足，植物转色期也会拉长。经过对比，补光的番茄在90天就能上市销售，而没有补光的番茄需要120天以上。对于农业来说，打一个合理的时间差，是有效提升经济收入的很好手段。”张彤说。

（作者：李宝乐 记者：张景阳）