智慧补光技术的农业应用可行性探究.pdf

第12期 2025 年 12 月 No 12 Dec 2025 农业产业化 Agricultural Industrialization 智慧补光技术的农业应用可行性探究 郑梓铭 姚亚彤 朱治杰 陈嘉欣 王 韬 广州华立学院 广州 511300 摘要 为破解自然光照不足 提升作物产量与品质 从技术 经济 环境 应用场景及社会等维度 系统 论证智慧补光技术在农业领域的应用可行性 研究表明 LED光源与物联网技术的成熟为其提供硬件支撑 人工智能算法实现精准光照调控 长期来看 增产增效带来的经济回报可覆盖初期投入成本 该技术适配 设施农业与高附加值作物种植场景 是推动农业高质量发展的重要方向 关键词 智慧补光技术 农业 系统集成 设备 应用 可行性 中图分类号 S316 文献标识码 A 文章编号 2096 4889 2025 12 0099 03 智慧农业是利用物联网 大数据 云计算等信 息技术手段来提高农业生产效率和质量的新型农业模 式 现代科技的飞速发展使智慧农业得到广泛的关注 和应用 此外 特色农业作为传统农业的升级版 以 其独特的农产品和生产方式 成为农业产业结构调整 和乡村振兴的重要方向 农业生产中 光照作为植物 光合作用的核心要素 直接影响作物生长发育与产量 形成 但自然光照受季节 地域 气候等因素制约 在高纬度地区 阴雨天气或设施农业环境下 光照不 足问题尤为突出 传统补光方式存在能耗高 光谱不 可调 精准度低等缺陷 难以满足现代农业精细化生 产需求 新时期背景下 智慧补光技术的发展有了较 大突破 人工智能 物联网等技术为农业应用提供新 支持 有利于动态精准调控光照强度 光谱等 在农 业领域表现出较强的可行性 1 智慧补光技术应用于农业领域的可 行性 1 1 技术可行性 在LED光源技术不断发展的背景下 智慧补光获 得了可行的硬件 LED灯不仅具有能耗低的特征 而 且寿命长 在光谱可调方面表现突出 可以将不同作 物需求纳入考虑范畴 及时制定出特定光谱组合 为 作物不同类型需求的满足提供帮助 从生菜生长的角 度分析 红蓝光组合补光的优势显著 有利于获得更 高的产量 也使其品质大幅度提升 传感器技术 物 联网的广泛应用有利于及时监测光照强度的大小 明 确温度值和湿度值有无较大变化等等 使补光系统获 得可靠的参考 1 2 经济可行性 虽然智慧补光系统在最开始应用的环节需要投 入较多成本 但由于LED灯具可以应用较长时间 也 不会面临高能耗的问题 所以后期运营成本较少 以 温室草莓种植为例 采用智慧补光技术后 可使草莓 提前上市 产量提升30 以上 增加的收益远超设备 投入 1 同时 智慧补光技术解决了以往能源浪费严 重的问题 实现了减少用电成本的目标 此外 各国 政府与农业部门对智慧农业发展愈加重视 逐渐将补 贴政策融入实践 有些地区对采用补光系统的农业企 业加大支持力度 以专项扶持资金为主 企业应用门 槛相比之前降低 提升经济可行性 1 3 环境可行性 智慧补光技术与传统灯光设备的差异性显著 具有能耗更低的优势 避免碳排放量较大的问题长期 存在 在精准补光的作用下 防止过度光照破坏周边 生态原有的稳定性 也不会使非目标生物受到不利影 响 智慧补光技术也是降低化肥 农药使用量的关键 措施 改变了土壤 水体污染高的局面 为加快农业 绿色发展步伐打下基础 2 智慧补光技术应用于农业领域存在的 问题 2 1 技术层面存在局限性 LED补光设备的散热性能尚不理想 在光衰方面 有所欠缺 当该设备运行较长时间后 灯具无法尽快 散热 从而对光效与寿命造成影响 有些设备的光谱 精准度偏低 难以完全匹配不同作物在各生长阶段的 细微需求 同时 物联网传感器的稳定性不足 在复 收稿日期 2025 06 13 基金项目 广州华立学院一般项目 pdjh2023b0756 作者简介 郑梓铭 2002 男 广东中山人 主要从事农业经济研究 通信作者 王 韬 1988 男 广东梅州人 副教授 硕士 主要从事管理经济学 农村经济学研究 2025 年农业产业化100 杂农业环境中 传感器出现数据偏差的概率较大 也 增加了出现故障的可能性 导致补光系统的调控处在 异常状态 2 2 经济成本压力较大 智慧补光系统的建设成本包括LED灯具 传感 器 控制器 网络设备以及安装调试等费用 对于中 小型农业企业和农户来说 一次性投入资金较大 超 出其经济承受能力 除了前期投入外 智慧补光系统 的日常运营也需要持续成本 设备的维护 更换 以 及系统运行所需的电力消耗等 均会引起农业生产成 本高的情况 尽管LED灯具在能耗方面优势显著 但 面对大面积种植 电费支出偏多 依旧难以实现农业 生产经济效益最大化的目标 2 3 专业人才与技术培训不足 智慧补光技术属于新时代的产物 不仅与电子 信息密切相关 也涵盖了农业科学 光学等知识 需 要既懂农业生产又熟悉智能设备操作与维护的复合型 人才 但农业领域此类人才十分匮乏 农业从业者对 智慧补光技术的了解较少 未明确该技术在农业应用 的可行性 对于具体应用流程 注意事项等缺乏清晰 认识 设备安装 调试等环节出现不合理行为 从而 使智慧补光技术难以在农业领域全面彰显出自身价 值 此外 针对智慧农业技术应用特色农业产业的研 发和创新需要大量的跨学科专业知识和技能 许多农 业从业者缺乏相关的技术背景和培训 难以理解和应 用智慧农业技术 从而出现技术壁垒 2 4 政策与市场体系不完善 政府部门虽然对智慧农业比较关注 也制定并 执行了政策 但有关智慧补光技术的专项政策不足 补贴标准相对笼统 也未及时划定明确的范围 有些 地区的补贴申请流程复杂 难以短时间内完成审核 从而导致农业从业者对智慧补光技术的应用热情大大 降低 此外 智慧补光设备市场不够规范 产品质量 水平区别较大 尚未形成统一的行业标准 在质量认 证体系方面存在不足 以次充好的不良商家占据一定 比例 销售的补光设备质量水平偏低 从而导致农业 生产效果不佳 2 5 对环境与生态影响存在不确定性 频繁 大规模应用智慧补光技术后 光污染的 发生率较高 导致周边生态环境 生物作息产生变 化 例如 夜间高强度补光可能干扰昆虫的正常活动 和繁殖 破坏生态链平衡 对鸟类的迁徙和栖息也可 能产生不利影响 虽然LED灯相比很多灯具节能性良 好 但在全球农业大规模推广智慧补光技术的背景 下 能源消耗总量依旧偏大 若电力来源以传统化石 能源为主 将增加碳排放 与可持续发展目标产生 矛盾 3 智慧补光技术在农业领域的应用策略 3 1 优化技术研发与系统集成 3 1 1 推进设备性能升级 针对补光设备在散热 光 谱精准度等方面的不足 农业领域应以多维度技术为 切入点 从散热技术的角度分析 应加大新型散热材 料的研发力度 注重对新型散热结构的优化 深刻认 识到高导热系数的石墨烯复合材料的重要性 将其作 为制作灯具外壳的关键 或者投入较多精力和时间在 仿生散热鳍片结构的设计中 通过提高散热面积与空 气对流效率 将灯具表面温度降低20 30 延长设 备使用寿命 2 在光谱调控层面 需投入较多资源开 发可调谐LED芯片模组 考虑到现有芯片的功能 应 用现状 对此展开智能控制 从而实现红蓝光 远红 光 紫外光等波段的独立调节 例如在草莓花芽分化 期 精准增强蓝光比例以促进花芽形成 在叶菜生长 阶段 提高红光占比提升光合效率 同时 农业领域 应着眼于环境传感器性能 对此加大优化力度 采用 防护等级达IP67的温湿度 光照强度传感器 在高湿 温室环境则采用专业手段加装纳米涂层 避免此范围 接触水汽 确保数据采集误差率控制在2 以内 3 1 2 提升系统集成水平 推动智慧补光技术在农业 应用的过程中 需及时设置符合新时代要求的智慧补 光技术标准体系 如明确设备接口的具体要求 阐明 数据格式的注意事项 标准方式等 在此环节内 可 以推行基于TCP IP的Modbus协议作为设备通信标准 实现不同品牌补光灯具 传感器 控制器之间的互操 作性 提升对云边端协同管理平台的关注度 做好该 平台的开发工作 分析农业生产现场的特点 及时部 署边缘计算节点 精准捕捉传感器呈现出的环境数 据 遵循实时处理的原则 将预设模型作为参考重 点 完善补光策略 无论是历史数据的存储 还是机 器学习算法的运行 都可以将云端平台应用起来 短 时间内分析作物生长数据 预测不同季节 天气条件 下的最佳补光方案 3 2 降低应用成本 3 2 1 加大财政补贴与金融支持 政府设立智慧补光 技术专项补贴基金 对购置设备的农业主体实施阶梯 式补贴政策 例如 对中小型农户按设备采购价的 40 给予补贴 对农业合作社 企业则补贴30 单 户最高补贴金额不超过10万元 同时 针对采用国产 核心部件的设备 额外增加10 的补贴 3 2 2 优化设备成本与能耗 相关部门应对企业进行 引导 使其将智慧补光技术的规模化生产作为目标 例如在产业集群地区建设年产能超100万盏的LED补 光灯具生产线 通过自动化装配线将单盏灯具生产 成本降低25 以上 3 同时 农业企业需认识到太阳 第12期 101 能 市电双模式供电系统的优势 从不同角度完善该 系统 在光照充足地区 利用单晶硅太阳能板收集能 量 配合锂电池储能装置 实现白天储能 夜间补光 的自给供电模式 此外 农业领域需将智能调光算法 的推广工作提上日程 明确光量子通量密度的使用流 程 具体功能 将其作为在不同阶段监测数据的核 心 例如当自然光照与作物需求阈值处在相同范围 则自动降低补光强度 3 3 加强专业人才培养与技术推广 3 3 1 强化人才教育与培训 首先 农业院校开设智 慧农业光环境调控专业课程 设置光谱设计 设备运 维 智能控制等实践模块 在此过程中 农业院校需 注重与企业的联合 共同对虚拟仿真教学平台进行 开发 使学生规范化应用VR技术 完成生菜 兰花 等不同植物补光方案的模拟 并根据具体要求进行调 试 为了有效解决在职农业技术人员认知错误 智慧 补光技术知识掌握不足的问题 须从 线上 线下 混合式培训的角度出发 线上平台提供超过300课时 的视频课程 涵盖从基础原理到故障排查的全流程知 识 4 线下每季度组织专家巡回讲座 为其讲解智慧 补光技术的内涵 优势 阐明该技术在农业应用的可 行性 以案例形式提升在职农业技术人员对该技术的 信心 并培训其具体应用技能 3 3 2 建立示范推广基地 相关部门为了保障智慧补 光技术的发展 须从全国不同气候区入手 认识到建 设智慧补光技术示范基地的作用 将此项工作有效落 实 每个基地设置对比试验区 例如 在北方温室番 茄种植区 设置常规补光 智慧补光 无补光3组试 验区 通过连续2个生长周期的数据监测 从而更加 精准 直观展现智慧补光技术的多种优势 同时 基 地应在适当时间内举办开放日活动 给予农户参观学 习的机会 并提供一对一技术指导服务 5 3 4 完善政策与市场环境 3 4 1 健全政策法规体系 首先 农业农村部联合 国家标准化管理委员会 制定如 农业智慧补光设 备技术规范 等标准文件 明确设备的光谱均匀度 85 能效比 2 0 mol J 使用寿命 50 000 h 等核心指标 注重建立产品认证制 度 要求企业产品通过第三方检测机构认证后方可进 入市场 并在包装显著位置标注认证标识 其次 相 关部门需出台智慧补光系统安装与验收标准 规定温 室 植物工厂等场景下的设备安装间距 高度 布线 规范 例如 要求LED灯具与作物冠层垂直距离保持 在0 8 1 2 m 避免光灼伤 6 最后 相关部门需将市 场抽检工作纳入重要日程 倘若发现某企业的产品质 量与相应要求存在偏差 则处以销售额2 5倍罚款 并纳入信用黑名单 3 4 2 推动产学研合作与产业发展 高校 科研院所 与农业科技企业需形成密切协作 考虑到智慧补光技 术在农业应用的可行性共建智慧补光技术联合实验 室 科学 合理地整合各方优势资源 在此过程中 光学 农业生物学等基础研究支持由高校提供 科研 院所负责技术中试验证 企业则依托生产经验实现 技术产业化 7 三方加大对光谱优化算法的分析与研 究 了解该算法在农业应用的功能 并将节能型补光 设备作为探究的重点 在此前提下展开联合攻关 共同申报国家级 省级科研项目 加速技术研发进 程 8 此外 特色农业产业受市场需求的影响较大 产品的特殊性往往需要适应特定的市场和消费者群 体 在智慧农业赋能时 需要充分考虑特色农产品的 市场需求和消费者偏好 保证智慧农业技术与特色农 业产业的衔接和融合 3 5 注重环境友好与生态保护 3 5 1 开展环境影响评估 首先 农业领域需高度重 视地理信息系统 使该系统与农业应用相融合 并按 照实际需求应用光照模拟软件 了解补光设备的应用 现状和主要特征 对其光辐射范围 强度分布进行建 模分析 判断其是否容易使周边生态系统处在异常状 态 对于候鸟迁徙路线 昆虫栖息地等生态敏感区 域 要对夜间补光强度进行严格限制 时长同样需控 制在合理范围内 防止造成生物节律混乱 其次 相 关部门应明确生态监测的必要性 长期开展此项工 作 将操作范围延伸至示范区 及时部署生物多样性 传感器 实时追踪不同物种数量有无显著波动 明确 其分布情况 以大数据分析为重点 评估补光对生态 链的影响 3 5 2 倡导绿色节能应用 首先 相关部门需优先推 广符合 绿色产品评价 照明产品 GB T 43017 2023 的智慧补光设备 要求产品光效达到150 lm W 以上 且采用低功耗驱动电源与智能调光芯片 鼓励 企业研发太阳能 市电双模式供电系统 在光照充足 地区 通过单晶硅太阳能板收集能量 配合锂电池储 能装置实现自给供电 减少60 以上的市电消耗 其 次 农业领域需高度重视基于物联网的智能控制系 统 加大该系统的推广力度和范围 选择环境传感器 作为主要设备 实时监测自然光照强度有无偏高或偏 低 当光线满足作物需求时自动降低补光功率 还可 以考虑到机器学习算法的应用流程 注意事项 使其 及时预测天气变化 判断设计的补光计划有无不合理 之处 做到提前调整 4 结语 综上所述 智慧补光技术凭借先进的硬件基 下转第137页 郑梓铭 等 智慧补光技术的农业应用可行性探究 第12期 137 感受和可借鉴经验 远胜于纸上谈兵 最后 要苦练内功 规范内部治理 无论是合 作社还是公司制企业 都要建立健全的法人治理结 构 规范财务管理制度 确保账目清晰 公开透明 这不仅有助于提升经营管理效率 更是赢得成员信 任 吸引外部投资 承接政府项目 如财政补贴 贴 息贷款 的基本前提 一个管理混乱 账目不清的主 体 即使拥有再好的土地资源 也难以获得长期的金 融支持和政策青睐 4 结论与展望 土地延包新阶段 其意义远超简单的期限延 长 它是一次深刻的制度创新和系统重塑 陕西省榆 林市的试点实践证明 以党建为引领 以稳定与调整 相结合为原则 以系统性工作方法推进的土地延包 能够有效激活人 地 产等关键要素 为新型农业经 营主体的蓬勃发展开辟出广阔蓝海 它带来的制度稳 定 产权明晰 资源盘活 模式创新和政策精准等机 遇 正持续推动新型农业经营主体从传统的种植者 养殖者向现代化的经营者 整合者和创新者蜕变 随着土地延包工作在更大范围地铺开 以及其 与乡村振兴各项战略的深度融合 新型农业经营主 体的角色将愈发重要 各级政府应充分借鉴 榆林经 验 在确保延包工作公平公正完成的基础上 更加 注重其产业激活效应 加强制度供给 搭建融合平 台 引导金融 活水 从而培育出更多 更强 更 具活力的新型农业经营主体 让他们真正成为引领现 代农业发展 驱动乡村全面振兴的核心力量 参考文献 1 刘同山 石熙嘉 洪树琼 农村承包地 二轮延包 的政策内涵 推进 策略与创新思路 J 价格理论与实践 2025 2 44 49 2 40 2 李国强 农村土地第三轮承包中 承包地调整 的规范逻辑 J 政法 论丛 2024 5 68 83 3 罗必良 米运生 承包地 二轮延包 关于政策指南的思考 J 农业经 济问题 2025 1 16 26 4 娄 磊 洪名勇 适应性执行 村集体在新一轮土地延包试点中实现 效率与公平有机统一的策略选择 基于Y省D村调利不调地的案 例研究 J 农业经济问题 2024 12 89 1 06 5 娄 磊 洪名勇 钱 龙 农村新一轮土地延包30年效率与公平的研 究 来自Y省J区D村调利不调地的案例证据 J 华中农业大学学 报 社会科学版 2024 2 188 1 96 6 苗道华 乡村振兴战略背景下农村土地第二轮承包政策的反思与衡 平 J 农业经济 2023 9 102 1 04 7 张立冬 李 丹 农地确权与第二轮土地承包到期延包的政策衔接问 题研究 J 中州学刊 2023 8 49 56 上接第101页 础 智能控制体系与显著的经济生态效益 在农业领 域展现出广阔的应用前景 然而 智慧补光技术的应 用仍面临设备成本高 系统集成复杂 专业人才短缺 等挑战 未来需进一步加强产学研协同创新 优化设 备性能与降低成本 完善政策支持体系等 从而助力 农业现代化高质量发展 参考文献 1 赵福焱 魏国戎 毛世铟 物联网驱动下国内外智慧农业发展现状研 究 J 中国农机装备 2025 6 139 1 42 2 杨 涛 崔维隆 杨 磊 等 智慧农业视域下农机装备的融合应用与 效能提升 J 中国农机装备 2025 6 102 1 04 3 崔维隆 杨 涛 潘龙龙 等 机械与智慧农业相结合精准作业关键技 术探究 J 中国农机装备 2025 6 93 95 4 李 迅 潘 超 全球先进数字农业技术体系在中国粮食种植的试点 实践探索 J 粮油食品科技 2025 33 3 21 33 5 黄蝶君 李 桦 颠覆性技术创新塑造新质生产力的作用机制 基 于扎根理论的智慧农业案例研究 J 中国科技论坛 2025 3 53 64 6 陶润天 智慧农业在高标准农田建设中的应用 以凉州区为例 J 中国农机装备 2025 6 96 98 7 张玉成 张晓博 高树琴 等 伏羲农场 智慧农业技术集成创新的 实践探索与思考 J 中国科学院院刊 2025 40 2 301 3 09 8 冼锂东 幸 敏 基于ZigBee物联网技术智能浇灌系统的研究设计 J 物联网技术 2025 15 11 107 110 薛 皎 等 新型农业经营主体在土地延包新阶段的发展机遇 以陕西省榆林市为例 公益广告