光是植物生长的核心要素之一，植物的光合作用就是在光照条件下，实现光能向化学能的转换，这一过程决定了作物的产量和质量。温室中由于设施建筑会在一定程度上遮挡部分自然光源，导致室内光线不足，且北方初春、晚秋及冬季日照时长较短，会显著影响喜光作物的产量和品质。一般而言，农民会引入人工光源来满足植物的用光需求，包括白炽灯、卤钨灯、高压钠灯、荧光灯和LED灯等。其中，LED光因为具有光电转换效率高、波长稳定、热辐射低、环保等优点而得到广泛应用。

2014年，中科院长春应化所的一批专家尝试将稀土材料和LED灯相结合，研发更贴合温室农业需求的LED光源，即稀土照明。也就是指利用稀土发光材料制作农用LED光源，根据作物的需光规律，精准地设计出植物所需光谱，用于农作物育苗和温室大棚农作物补光。

稀土元素有优良的光电磁等物理特性，微量的稀土元素加入其他材料后，往往可以大幅提高产品的质量和性能，起到“点石成金”的作用。在植物照明领域同样如此。

为了更深入地理解稀土材料在农业中的应用，35斗对中科稀土总经理李成宇做了专访，他同时是中科院长春应化所研究员、稀土资源利用国家重点实验室副主任。李成宇为我们介绍了稀土照明的解决方案及其在温室农业中的应用。

中科稀土是由中国科学院长春应用化学研究所张洪杰院士及其科研团队创建的高科技企业。董事长张洪杰院士，现任中国稀土行业协会会长，长春应用化学研究所和清华大学双聘教授，长期从事固体化学、稀土材料的基础与应用研究。目前，团队有50人，分别驻扎在广州和长春，瞄准健康照明和植物照明领域。

北半球冬季，低温寡照，光照时间是一年中最短的阶段，日平均光强也是最弱的阶段。再加上连续阴雪天气、防寒保暖覆盖物透光率低等因素，严重制约了冬季温室果蔬的生长。据团队研究，苗期光照不足会导致幼苗生长偏弱、抗病能力差；花果期光照不足会导致花期延后，产量大幅下降和果实品质降低，为农民带来不可估量的损失。

对于这一点，常见的解决方案是使用LED光源为设施园艺补光。LED光源具有光效高、耗电少、智能化和寿命长等特点，可以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性波段的按需调控成为可能。

而稀土照明的解决方案是采用LED光源＋发光膜组装的形式，根据植物需要设计光谱，应用于如农作物育苗、高附加值农作物及各种蔬菜的种植等。

图：稀土LED植物灯更接近太阳光光谱

相比传统LED光源解决方案，稀土照明主要有两大优势，一是光谱更宽，几乎可以模拟太阳光，将稀土发光材料和半导体结合，可以根据植物需要提供其所需要的任何光谱，而市面上销售植物灯多是红蓝芯片发光，光谱不全。

二是针对不同作物不同生长期提供精准光源。稀土发出的光谱是非常准确的，需要哪个波段的光谱，就能定位到哪个波段。以草莓为例，在扎根期要减弱红光、增强蓝光，抑制叶片的生长，促进草莓的根茎生长；在生长期，增强红光，加大水肥；果期时，适当减少红光，增强蓝光；寒冷时增强近红外（波长范围在800-900nm之间），诱导耐寒因子出现。这些都是结合农业基础研究和稀土光源的特性，提供的植物照明的整体解决方案。

图：中科稀土自研稀土LED植物照明产品

此外，在发光效率上，稀土发光材料能将近90%的电能转化为光能，且能被植物大部分吸收，减少光能浪费。

所以，实际上，稀土照明提供的不仅是材料上的革新，更是植物照明解决方案上的革新，更贴近植物本身的需求。

这些解决方案目前已经大量应用在大樱桃、番茄、蓝莓、火龙果、甜瓜等高附加值农作物种植和育苗上。

稀土照明的技术虽好，但是成效怎么样呢？

2014年12月中科稀土团队在吉林市对大棚种植大樱桃开展了稀土LED植物灯的应用推广，稀土照明项目首次得到成功验证。由于上市较早，樱桃达到了198元一斤的采摘价格，给农民带来了丰厚的收益，让农业能突破季节和天气的限制。自此，团队开始考虑将稀土照明技术在设施农业中推广。

次年，稀土照明技术又在长春莲花山大棚草莓项目中再次得到验证。补光大棚总产量178公斤，未补光大棚总产量47公斤，增产131公斤。经计算，每个补光大棚比未补光大棚增产约2.79倍，增收约2.6万。

在山东寿光将相关光环境调控技术应用在黄瓜、辣椒、茄子、西红柿等作物上，实现增产25%以上，减少农残30%以上。在包头市哈业胡同镇包头广恒合作社，通过合理布局稀土植物 LED 光源，改善了甜瓜生长环境光条件，实现了“黑柳子”甜瓜坐果率提升 60%，产量翻番，合作社增收十几万元。

目前，利用稀土植物 LED 光源产品实现农业设施内光环境调控等相关技术已经逐步覆盖到吉林、辽宁、山东、内蒙古等设施农业大省，为农户冬季稳产增收提供了强有力的技术支持。

在盈利模式上，中科稀土采取“增收＋分成”模式。鉴于农民对新兴技术的不了解，团队采取免费向农民提供硬件和承担电费的模式，和农民共享增收部分的利益。

当我们问及中科稀土目前最需要的帮助是什么时，李成宇告诉我们，最重要的是合作伙伴，中科稀土希望和更多设施农业领域的合作伙伴一起，将稀土照明的解决方案推向市场，帮助农民实现增产增收。

参考文献：

秦新苗、张彤、尚春明、池建义、李成宇等：《稀土农用光源补光对番茄产量及品质的影响》，现代农业，2020年