目前，眾所周知的是，促進植物生長的手段主要依靠生物技術(shù)，譬如雜交、轉(zhuǎn)基因、施用化肥等等。在徐永看來，這些技術(shù)手段如同西醫(yī)，“就像是從植物的內(nèi)部動手術(shù)或加大藥量來解決問題”。
徐永表示，作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的標志之一，設(shè)施農(nóng)業(yè)讓眾多的植物生產(chǎn)從室外轉(zhuǎn)到了室內(nèi)，生長環(huán)境發(fā)生了改變，但是植物生長需要光合作用，因此光成了設(shè)施農(nóng)業(yè)的一項基本要素。目前設(shè)施農(nóng)業(yè)中人工光、電子控制技術(shù)大量被采用。
“設(shè)施農(nóng)業(yè)是為了解決土地短缺問題，但是如果沒有對其中的作物生長規(guī)律進行研究，可能會將土地短缺演變成能源短缺。”徐永表示，光在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究成了他回國后的主攻方向。
徐永所倡導的光電子農(nóng)業(yè)技術(shù)，作為一項促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收、節(jié)能無害的新型農(nóng)業(yè)技術(shù)，正逐步被應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的種植、養(yǎng)殖、水產(chǎn)和病蟲害防治等領(lǐng)域，“它可以說是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)”。
增產(chǎn)+提質(zhì)光肥有特殊效用
怎樣利用光電子技術(shù)來研究動植物生長過程中所需的最佳光環(huán)境，研究光電刺激法對動植物生長的促進作用，以及運用光電法預(yù)防和控制植物及土壤中的病蟲害，恢復(fù)土壤的活力是目前的主流方向。
徐永表示，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，輪作障礙是目前普遍出現(xiàn)的問題。“以西紅柿溫室種植來講，因為植株生長過程中會釋放出無用元素，對作物產(chǎn)生傷害。特別是長期耕作會導致有害元素的累積，進而出現(xiàn)病蟲害增多、產(chǎn)量下降，甚至無法耕作的弊病。”
那么在室內(nèi)如何利用光的影響，刺激作物有效物質(zhì)的合成，減少有害元素的生成就成了需要攻克的難題。此外，不同波長的光對于不同物質(zhì)的累積能夠起到不同的作用。
徐永告訴記者：“因為植物中含有植物色素，這些有顏色的分子會對光會有選擇性的吸收。”除了葉綠素，植物還有花青素、胡蘿卜素等1000多種色素，它們吸收光的峰值不同。“研究光與色素之間的匹配，對于提高設(shè)施農(nóng)業(yè)作物的品質(zhì)非常有意義。”
“因此對不同的植物，甚至在植物的不同生長階段，可以用不同顏色的光進行搭配組合。”例如草莓，在生長初期，可以用紅光含量高的光照，促進莖葉茂盛，開大花朵。“自然界的草莓通常是小而硬，但是溫室種植草莓很容易大而綿軟，口感不好。經(jīng)過研究實驗，我們發(fā)現(xiàn)如果在結(jié)果期用偏藍的光照，那么溫室草莓也可以做到個大而且糖分足，色澤還好。”
填補短板遏制設(shè)施農(nóng)業(yè)高能耗
目前，大家都認可光調(diào)控技術(shù)有利于植物的生長和有效物質(zhì)的積累。但是如果沒有提高效率，那么室內(nèi)農(nóng)業(yè)設(shè)施的大規(guī)模使用將使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從土地短缺向能源短缺轉(zhuǎn)移。
按照自然光條件，室外正午時分每秒的光照強度可以達到1000瓦/平方米，“如果要在室內(nèi)做到同樣的光照，會造成問題。”徐永說道，“設(shè)施農(nóng)業(yè)的植物密度較高。比如說，一個單層為20平方米植物工廠，一般分為5層，這樣的話，相當于每一平方米放置一個5000瓦功率的電爐，連續(xù)使用還會造成溫度過高，加上空調(diào)降溫費用，這樣一個規(guī)模的植物工廠每天僅光照一項耗電就達到1000千瓦時。”
傳統(tǒng)溫室、大棚種植中，彌補陽光不足所用的光源一般是熒光燈、高壓鈉燈和白熾燈等，這樣不僅增加了電能損耗還增加了室內(nèi)的熱負荷，因此很有必要讓光調(diào)控有效而且節(jié)能。
徐永教授特別指出，最近各地都在籌劃建設(shè)植物工廠。這個依靠人工光培育蔬菜的朝陽產(chǎn)業(yè)，可以擺放多層栽培系統(tǒng)，利用集中的光照促使植物生長速度加快。往往用幾十米見方的地方就可以生產(chǎn)出相當于1公頃耕地的產(chǎn)品，效益等于耕地的200倍，而且還有不使用農(nóng)藥、不受氣候影響的優(yōu)點。
但是目前植物工廠也面臨著人工光的一些弊病。徐永教授指出，如傳統(tǒng)的組培設(shè)施所使用的玻璃瓶，由于塑料蓋子無法透光，因此光照只能從瓶壁透入。“由于無法直射以及瓶身的損耗，加上光照的不均勻、漏光等，光強的綜合利用率只有15%-20%。”
他帶領(lǐng)團隊研究出了一款光照植物培養(yǎng)設(shè)施——高光能利用率組培架，利用LED燈作為光源進行直射。LED屬于冷光源，熱負荷低，近距離置于植物不會灼傷，光的利用率高，節(jié)能省電。同時，LED體積小，占用空間小，可多層栽培立體組合，安裝方便，使植物工廠小型化。不僅可以增加單位面積的作物數(shù)量，而且可實現(xiàn)較為均勻的光照。光的利用率可達到70%-80%，從而實現(xiàn)能耗降低，空間利用率提升的雙重功效。
此外，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化、精準化和生產(chǎn)過程的最優(yōu)化和智能化提供有效的控制手段和必要的技術(shù)支持，光電子農(nóng)業(yè)同樣可以大顯身手。
光電子的應(yīng)用前途不止于作物
去年5月，徐永團隊還在三明市尤溪縣洋中鎮(zhèn)建成了光電子農(nóng)業(yè)科教示范基地，將光電子農(nóng)業(yè)工程和技術(shù)進行了集中展示，其中就有全國唯一的彩色漫射玻璃溫室。溫室面積約1200平方米，常年種植有菠蘿、樹葡萄、三角梅、馬纓丹、雞蛋花等綠色植物，也種有草莓、西紅柿、辣椒及各類葉用蔬菜。
在傳統(tǒng)的溫室，目前可以做到控制光強卻無法調(diào)節(jié)光照的顏色。而且由于采用普通透光玻璃，光照全透容易造成明暗相間的陰影，植物生長受限。漫射玻璃可以解決這樣的問題，不僅可以實現(xiàn)均勻光照，如果通過彩色薄膜的自動切換，還可以實現(xiàn)根據(jù)植物生長階段調(diào)配最佳光照。
因此彩色漫射玻璃溫室不僅能夠很好地解決作物生長過程中對光的需求，而且增強溫室的保溫效果。2016年初，福建三明地區(qū)遭受罕見持續(xù)低溫，夜間溫度達到零下五攝氏度，普通大棚內(nèi)種植的西紅柿等作物全部受凍死亡，而彩色漫射玻璃溫室內(nèi)種植的樹葡萄等熱帶作物無一受凍，全部安全過冬。
目前我省已有一些農(nóng)業(yè)企業(yè)對光電子產(chǎn)生了興趣，例如福清佳家農(nóng)業(yè)、南平躍農(nóng)農(nóng)業(yè)、泉州秉尚石斛等，都在育苗及種植等方面進行了合作。
徐永透露，其實光電子不僅可以為植物帶來效益，而且在食用菌、畜牧和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面都可以有所作為。
