如何在家禽饲养应用中采用固态照明，以降低电费和提高产量

LED光源高能效的窄带发射使照明技术在生命科学应用中具有重要的价值。在本文中，Ken Marrin介绍如何在家禽饲养应用中采用固态照明，以降低电费和提高产量。

专家预计，到2030年，全球对食品的需求量将翻一番。为了满足这一需求，粮食生产者正在采用新技术，以较低的成本增加产量，同时减少对环境的压力。这些生产技术大多集中于加强传统投入，比如水、空气、营养物质和空间等。但是，光却是一个很大程度上未开发的生产投入。

通过使用LED照明，利用家禽、猪、奶牛、鱼类或甲壳类动物独特的光谱需求，农民可以减少压力和家禽死亡率，调节昼夜节律，大幅增加蛋、肉和其他蛋白质来源的产量，同时显著降低能源使用和其他投入成本。

固态照明（SSL）的利基应用包括农业专用的照明，这样的应用可产生巨大的收入潜力。飞利浦和欧司朗等主要大厂已经开发了用于农业和园艺业的光谱可调式LED灯，此外还有一些小型企业，如Once Innovations和NextGen Illumination等生产出了专用于家禽市场的LED灯。

许多畜牧养殖户仍然在其畜棚中使用60W、80W和100W的白炽灯。这些灯非常适合人类环境，但是白炽灯与阳光不一样，对人类来说最好的光线并不一定适合其他动物。日光的光谱与白炽灯的光谱明显不同。日光是所有颜色的组合。

图1. 日光光谱（a）与日落光谱（b）

图1a显示中午的日光中每种颜色的数量。在这一天的这个时候，蓝色和绿色比红色更亮。图1b显示一天结束时日光中的颜色数量。此时，红色比绿色和蓝色更亮。

白炽灯、荧光灯、高压钠灯、LED的比较

现代的畜棚照明系统试图模仿太阳的光谱，试图提供一个连续的光谱，包含所有的颜色，中间无间隙。白炽灯（图2a）有效地模拟了日落时的日光，产生一个连续的光谱，红色多，绿色少，蓝色只有一点点。但是，这个光谱并不能模拟午间的阳光。一些制造商试图在灯泡上涂层来改变光谱，但是这种方法不能产生连续的光谱。此外，白炽灯泡的效率也非常低，经常烧坏，并且需要达到防湿级别的灯具。当然，白炽灯很快也要被禁止生产了。

图2. 白炽灯光谱（a）与节能灯光谱（b）

紧凑型荧光灯（CFL）具有良好的效率并产生白光，但是，其光输出是针对人类视觉而设计的。通过产生和结合红色、绿色和蓝色的窄带来实现白光。因此，红色、蓝色和绿色峰值之间的光谱存在很大差距，并且在太阳光中存在的许多红色、蓝色和绿色波长会失去（图2b）。蓝光特别弱，大部分更深的红色都失去了。总的来说，紧凑型荧光灯在模仿自然光方面做得非常糟糕，也很难清洁（卷曲形状），含有少量有毒的汞，需要一个防潮的外壳，也不能很好地调色。

高压钠灯（HPS）具有出色的效率和高光输出，在红色和黄色中色谱最强，从而赋予灯泡独特的橙黄色或琥珀色。但是，与节能灯一样，许多色谱缺失，尤其是绿色和蓝色。此外，高压钠灯也很难变暗，预热缓慢，需要镇流器操作，具有较高的前期成本，并且可能含有钠和/或汞。

LED是农业照明方案中最高效和环保的产品，通过将蓝色LED与红色和绿色荧光粉结合，产生白光。光谱接近连续式的（图3），蓝色特别强，但也有充足的绿色和红色。虽然不完全是日光，但从人类的角度来看，LED光谱提供了近似的光，没有像其他技术那样有光谱间隙。

此外，它们也具有最长的使用寿命（长达10年，全天候运行），坚固耐用，不易受到震动的影响，并允许色移和颜色控制。LED具有较高的前期成本，但这些成本通过节能可以回收，从而使总体拥有成本降至最低。

图3. 标准的白光LED光谱

LED在家禽养殖中的应用

LED最大的优势是能提供可定制的可调频谱。动物的光谱灵敏度不同于人类，光谱要求也是如此。通过优化畜棚中的光谱、辐射和调制，农户可以为家畜创造一个良好的照明环境，让家畜心情愉悦，从而促进其生长，同时最大限度地减少能源和饲料的支出。

家禽是四色的。与人类一样，家禽对绿色在550nm处有峰值灵敏度。但是它们对红色、蓝色和紫外线（UV）的敏感度也高。但是人类和家禽之间最显著的区别可能是家禽在视觉上有感受紫外线的能力（在385nm出现峰值）。

每种颜色对家禽的生理都有明显的影响。例如，可以通过绿光增强骨骼肌卫星细胞的增殖，在早期时增加生长速度。蓝光通过提高血浆雄激素在较晚的年龄增加生长。窄带蓝光减少运动，还降低了自相残杀率。绿色和蓝色光可共同促进肌纤维的生长。总体而言，蓝光已被证明可以将饲料转化率提高4％，从而将每磅成本降低3％，并将整体活重增加5％。

红光在饲养期开始时可以增加鸡的生长速度，增加鸡的运动量，从而最大限度地减少腿部疾病。红光还可以减少每个产蛋量的饲料消耗量，而产出的蛋在尺寸、重量、蛋壳厚度、蛋黄和白蛋白重量方面没有差异。总体而言，红灯已被证明可以延长高峰期的产量，每只母鸡的产蛋量可提高38个蛋，而食用量可能会减少20％。

标准和补贴

尽管LED有很多优势，但是前期投入成本高昂。部分原因是由于农业照明行业缺乏性能标准，使得购买农业照明LED的消费者很难像白炽灯和紧凑型荧光灯那样获得节能补贴。

值得欣喜的是，标准正在制定中，将会设定关键性能标准，如耐久性、性能、可靠性和安全性，目前有多家公司表示有兴趣加入标准制定。