稀土高新区:让稀土在设施农业种植中“闪光”

  • 2019-07-12 10:23
  • 来源: 包头日报

 

秦新苗在实验室记录稀土植物补光灯下果蔬的生长情况

稀土植物补光灯下的植物

今年以来,包头市稀土高新区认真贯彻落实“打好稀土特色牌,做好‘稀土+’文章”,稳存量、提质量、抓增量,全力推动稀土产业高质量发展”相关指示要求,着力抓好稀土产业链条延伸,有效提升稀土品牌效应,切实提高稀土产业发展层次和水平。

1月初,中科院包头稀土研发中心“稀土农用光源”项目组与包头市现代农业固阳示范基地合作在设施农作物种植上做出了一个大胆的尝试,他们在大棚内安装了LED农用光源补光系统,对时令果蔬番茄、黄瓜实施人工补光。经过近两个月的精心培育和适时补光,3月1日,合作双方均收获了一份可预知但却仍然令人兴奋的大大惊喜:实施补光的番茄、黄瓜较未补光的植株竟分别高出15cm、12cm,开花期分别提前了约10天、8天,且补光的植株茎秆粗壮,长势茂盛,坐果率提高了50%。

能够对植物开花、结果的周期、效率影响如此之大的一组组LED补光灯究竟神奇在何处?负责该项目的农作物补光高产方案服务企业包头中科瑞丰科技有限公司负责人秦新苗告诉记者:“千万别小看这几盏灯,我们将灯芯中加入了稀土发光材料,既能为不同的植物定制不同的光谱,还大大提高了光电转化率。这些灯之所以这样神奇,就是因为稀土元素在其中发挥了巨大的作用。”

“稀土+”战略促进产业发展高端化

在稀土功能材料的发展中,稀土发光材料格外引人注目。稀土因其特殊的电子层结构,而具有一般元素无法比拟的光谱性质,稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴,只要谈到发光,几乎离不开稀土。

近年来,随着半导体产业的发展,LED光源和配套器件成本急剧下降,使应用LED进行设施园艺补光成为可能。

如何将稀土发光材料的稳定性、光谱精准性与LED光源有效结合?2016年8月,中科院长春应化所张洪杰院士团队携“稀土农用光源在设施农业中的试验与示范”项目与中科院包头稀土研发中心“联姻”,该项技术采用交流LED光源+发光膜组装形式,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,对于把包头建设成为我国西北地区高技术、高效益的设施农业研发基地,推动稀土农用光源在全国范围内应用推广,提高我国设施农业的产量和品质具有十分重大的意义。

中科院包头稀土研发中心“稀土农用光源”项目负责人张彤告诉记者,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,会产生不同波段的光谱,和其他普通灯的区别在于,稀土发光材料的光谱更准确。“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。而稀土发出来的光谱是非常准确的,我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,整个过程就实现了非常高的效率。”

秦新苗举例说:“将稀土加入灯中,30瓦的光强可以达到普通灯50-60瓦的光强,如果一个大棚内需要安装100盏30瓦光强的稀土农用光源,换做普通光源的话,可能需要安装近200盏灯才能达到,且加入稀土的灯,使用寿命可达30000小时,可用7-10年,属于一次性投入。因此,稀土农用光源可以节省大量的电,实现降本增效。”

记者了解到,将LED光源与稀土结合这项创新技术在国内乃至世界上均属少见。“得益于高新区得天独厚的稀土资源、强劲有力的扶持政策和高效务实的引才机制,让我们这支年轻的创新创业团队‘智慧’不断汇集、‘能量’持续爆发,将科技成果产业化的步伐不断向前推进。”秦新苗说。

“稀土光源”有效作用设施农业

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、光质和光照时间,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。

目前,“稀土农用光源”项目团队依托中科院长春应化所稀土资源综合利用国家重点实验室,与中科稀土长春有限责任公司、内蒙古自治区生物技术研究院、内蒙古科技大学、包头市农牧业科学研究院等多家单位建立了密切的合作关系,对不同作物整个生育时期的光谱配比、光照时间等进行了科学化实验、归纳、总结,实现数据的统一输入和管理,形成先进的农用光源数据库,已经设计形成了番茄、草莓、樱桃等多种常见大棚经济作物的光环境动态参数调控系统,调控系统的发光设备利用稀土发光材料,设计并合成了多种LED发光芯片,其发光波长覆盖蓝色、绿色、黄色、红色,直到近红外光多个波段,形成了良好的技术储备。目前,申请发明专利5项,PCT专利1项,项目总投入约2000万元。

这套完备的光肥解决方案已在内蒙古、山东、河北、吉林等地区冬季种植大樱桃、草莓、西红柿、茄子、黄瓜、育苗、花卉种植等领域获得了示范应用。

在吉林省蔬菜花卉研究所“智能化实验大棚”番茄种植基地,技术人员根据大棚的具体情况,实地测量了高度及照射所需的角度,进行了配光方案的设计,为每个大棚提供了80盏稀土LED灯,经过3个月的补光,番茄除了品质优秀以外,产量提升30%以上;在包头广恒合作社甜瓜种植基地,补光的甜瓜比未补光的甜瓜长势茂盛,开花提前15天,坐果率高达60%,产量增长了一倍,每亩地增收3万元。

秦新苗表示:“不补光的番茄每天平均光照7小时,可能60天以上才能开花。如果一天保证14个小时光照,它在40天到50天就可以开花。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。”

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责任编辑:武扬

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