庄晓波 | 植物光照标准现状及标准化建议
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光是植物生长最重要的环境因子，它从光照强度、光质(光谱)和光周期三方面影响着植物的生命活动。采用适用、高效、绿色环保的半导体光源以及适宜的光照策略与智能光控方法，能够解决不适光环境对农业生产活动的制约，促进植物生长发育，达到增产、高效、优质、抗病、无公害生产的目的。这对于增强农业产出能力，改善民生，保障农产品安全，促进社会和谐稳定，加快我国现代农业发展具有重要的现实意义；同时能够为半导体照明产业开拓广阔和持久的消费市场，促进我国半导体产业的可持续发展[1]。
植物光照是一个综合性、跨领域的行业，对植物光照的技术需求是多元化的。国内照明企业一直存在“重LED、轻植物”的问题，照明企业的研发人员对植物及其栽培原理缺乏深刻的认识；而农业领域的研究人员对光源缺乏深入了解，因而难以为植物对光的合理需求提出适宜的光照方案。同时，随着国内大批企业涌入LED植物光照这个蓝海，而市场并没有制定一系列相关标准，这使得植物光照市场较为混乱[2]。
笔者将着重探讨植物光照的国内外标准现状，并对标准化工作提出一些建议。
1 国内外植物光照标准现状
1）国际植物光照标准现状。国际上，虽然美日欧在植物光照的研究和产业化开展得比较早，但是至今植物光照的相关标准并不多，主要有以下7个： ANSI/ASABE S640—2017《植物光合作用机理的电磁辐射量值和单位》；ASABE X642《推荐的植物生长和发育应用中LED辐射产品的测量和测试方法（草案）》；ASABE X644《植物照明系统的性能测量（草案）》；DLC《固态照明技术要求V4.4 园艺照明：园艺照明的测试和报告要求（报批稿）》；DIN 5031-10：2013《光学辐射物理和照明工程-第10部分：光生物学有效辐射，剂量，符号和作用光谱》；UL 8800—2017《园艺照明设备调研概要》；LRC—2018《LED和HID园艺灯具测试报告》。
2015年，美国国家标准与技术研究院(NIST)授权美国农业生物工程师学会(ASABE)成立专项组，专项组的成员主要来自园艺科学界、测量实验室及照明产业。ASABE的主要目标是研究制定度量(Metrics)、测量方法(Measurement Methods)等相关标准以指导政府项目，如能源补贴项目。其中，ASABE S640定义和描述了测量适用于植物(光合生物)生长、发育和成果辐射的指标，包括术语、量和单位。ASABE X642引入Q90并要求PPF (Photosynthetic Photon Flux, 光合光子通量)维持率Q90≥36 000 h和PF (Photon Flux,光子通量)维持率必须测试并给出报告，测试方法参考IES LM-80和TM-21。ASABE X644对光谱分布均匀度(Photosynthetic Photon Intensity Distribution (µmol·s-1·sr-1))做了强制性要求。
DLC (The Design Lights Consortium，美国灯光设计联盟)将植物光照设备以PPF为300 µmol/s为界，分为高输出和低输出两种；并要求这两种设备的PPE (Photosynthetic Photon Efficacy, 光合光子能效)≥2.1 µmol/J，法定质保期5年以上。UL 8800要求植物光照灯具符合相关的UL和IEC标准，且防护等级为IP54及以上，并强调电器安全和光生物安全的标志。DIN 5031-10是德文标准，对植物/动物照明的光生物学有效辐射、剂量、符号和作用光谱进行规范。LRC (伦斯勒理工学院照明研究中心)于2018年5月发布了LED和HID园艺灯具测试报告。在该报告中，LRC开发了一个基于PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density, 光合光子通量密度)的等效框架，用于评估和比较14个园艺灯具，其中有10个LED产品。评估包括光度测试、应用模拟和生命周期成本分析。在LRC的调查中，75%的种植者认为LED园艺照明的成本是采购的障碍。因此，在报告中重点分析了全生命周期成本。研究发现，3个LED园艺灯具照明系统的生命周期成本较低，其余7个的生命周期成本高于2个1000 W高压钠灯照明系统。
2）国内植物光照标准现状。植物光照在我国农业生产中的应用在传统照明时代就已经有之，因此早在2008年就有了相关标准的制定，至今植物光照相关的标准有以下9个：GB/T 32655—2016《植物生长用LED光照 术语和定义》；T/CSA 021—2013《植物生长用LED平板灯 性能要求》；T/CSA 032—2016《植物光照用LED灯具通用技术规范》；T/CSA/TR 006《植物生长LED人工光环境技术报告（草案）》；QB/T 2944—2008《植物生长用荧光灯》；QB/T 4060—2010《植物生长放电灯（荧光灯除外）》；中国照明学会农业照明委员会《植物补光灯产品标准（草案）》；中国照明学会农业照明委员会《植物照明产品性能测试方法（草案）》；国家智慧植物工厂产业联盟《全人工光植物工厂生产管理和技术的设计规范-一般要求（草案）》。其中，GB/T 32655这个标准的制定过程中集合了多个领域的专家学者，第一次将植物生长用LED光照的相关术语确定下来，如植物光照、光合有效辐射(PAR)、光合光子通量(PPF)、光合光子通量密度(PPFD)、光谱分布(光质)和光配方(Light Recipe)等。
国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)的团体标准T/CSA 021适用于集LED器件及其控制驱动电路和灯具于一体、采用交流220 V/50 Hz电源供电的植物生长用LED平板灯，并提出了植物生长用LED平板灯应符合GB 7000系列标准的安全要求，控制装置符合GB 19510.14和GB/T 24825的要求，电磁兼容符合GB/T 17743、GB l7625.1和GB/T 18595的相关要求；在电气特性方面，规定了功率、功率因数要求；在辐射性能方面，规定了初始辐射通量/辐射效率、辐射强度分布、辐射照度和红蓝辐射照度比、辐射照度的均匀性；且在辐射光谱特性、寿命等方面也做出了要求。
T/CSA 032规定了植物光照用LED灯具的分类，技术要求、检验方法、检验规则，以及标志、包装、运输、储存；对植物生长用LED灯具的安全性能、结构外观、电学性能、光学性能、可靠性、电磁兼容性等进行了规范，对灯具的光子通量效能进行了分级，针对技术要求给出了检测方法。其中，要求灯具的外壳防护等级宜达到IP65；防腐等级室内灯具为F2，室外为WF2。2018年7月，CSA标委会考虑对T/CSA 032进行修订。CSA还计划对适用于全人工光叶菜的LED光照系统进行标准化。轻工行业标准QB/T 2944和QB/T 4060对植物生长用荧光灯和高压钠灯提出了性能要求和相应的测试方法等。此外，农业农村部2018年7月启动了《温室植物补光灯质量评价技术规范》行业标准的编制工作。
2 标准化工作的建议
LED时代的到来给植物光照带来更多可能，这使得与植物光照相关的设施园艺、设施农业有着更广阔的前景。标准化建议如下：
1）起草的标准应能引导或服务植物光照产业，不应过于学术化[3]。
2）适用于人眼的照明标准不再适用于植物光照，标准化应首先考虑对测量参数、测量方法、测试条件等进行规范，以及对测试设备提出要求，再探索植物光照效果的评价方法，以引导产业规范有序发展。
3）建议学习国际标准化组织，与国内外相关标准化组织建立联络关系，不要在相同的产品重复制定标准。当一个产品标准出现重复、不统一和矛盾时，将带来评价标准不一、地方保护、企业无所适从、无序竞争等诸多负面作用，这不仅不能起到正确的引导作用，而且会影响行业的健康发展[1]。
4）由于每种植物对不同光谱的反应不同且生长环境具有多样性，对某种植物生长所需的光强、光质、光照时间、光照均匀度以及光照位置等仍然需要很多研究工作。建议先做好充分的调研和试验，再启动标准化工作。
5）建议参考农业行业标准，和农业界跨界合作，制定物种间差异较小的植物的通用标准。而且，应用标准还应限定其他环境因子范围[3]。
6）植物光照市场是一片蓝海，越来越多的企业有意愿参与标准的制修订，但参编人员标准化水平良莠不齐。建议加强对参编人员的标准化培训，以老带新，先把标准的大纲和范围讨论清楚再针对具体内容展开。
3 结束语
目前，我国已经是全球半导体照明产品第一生产大国和应用大国，产业链配套健全。植物光照市场发展迅猛，对标准化的需求越来越强烈，现有的零星标准远远满足不了。
植物光照标准的制修订，不应闭门造车、盲目自大。在参考国际标准的同时，应结合我国的大量实践，制订出适应市场需求的标准。首先制订植物光照的测试标准，然后制订光照产品的安全和性能标准，再进一步探讨植物光照效果评价标准。优先考虑应用较多的植物或光照产品。在标准制订中，要尊重客观规律，讲求科学、严谨；摒弃盲目、草率[4]。
参考文献
[1] 中国照明学会. 2012—2013照明科学与技术学科发展报告[M] //中国科学技术协会. 中国科协学科发展研究系列报告. 北京: 中国科学技术出版社, 2014.
[2] 广东南网能源光亚照明研究院. 2018阿拉丁照明产业调研白皮书[M].
[3] 李涛. 植物生长LED人工光环境进展及标准化建议[R]. 国家半导体照明工程研发及产业联盟标准化委员会（CSAS），2018.
[4] 施晓红, 杨樾, 王晔, 等. 建立和完善LED 灯具的国家标准体系的研究（下）[J]. 照明工程学报, 2012, 23 (1) ：73-81.
专家介绍
庄晓波，上海时代之光照明电器检测有限公司标准技术部副主任，高级工程师，《照明工程学报》审稿专家。
▌全文刊载于《照明工程学报》2018年第29卷第4期
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