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神奇稀土在設施農業種植中“閃光”
資料來源:包頭日報    發布日期:2019年06月06日 08:30    

今年以來,稀土高新區認真貫徹落實“打好稀土特色牌,做好‘稀土+’文章”,穩存量、提質量、抓增量,全力推動稀土產業高質量發展”相關指示要求,著力抓好稀土產業鏈條延伸,有效提升稀土品牌效應,切實提高稀土產業發展層次和水平。

1月初,中科院包頭稀土研發中心“稀土農用光源”項目組與包頭市現代農業固陽示范基地合作在設施農作物種植上做出了一個大膽的嘗試,他們在大棚內安裝了LED農用光源補光系統,對時令果蔬番茄、黃瓜實施人工補光。經過近兩個月的精心培育和適時補光,3月1日,合作雙方均收獲了一份可預知但卻仍然令人興奮的大大驚喜:實施補光的番茄、黃瓜較未補光的植株竟分別高出15cm、12cm,開花期分別提前了約10天、8天,且補光的植株莖稈粗壯,長勢茂盛,坐果率提高了50%。

能夠對植物開花、結果的周期、效率影響如此之大的一組組LED補光燈究竟神奇在何處?負責該項目的農作物補光高產方案服務企業包頭中科瑞豐科技有限公司負責人秦新苗告訴記者:“千萬別小看這幾盞燈,我們將燈芯中加入了稀土發光材料,既能為不同的植物定制不同的光譜,還大大提高了光電轉化率。這些燈之所以這樣神奇,就是因為稀土元素在其中發揮了巨大的作用?!?/p>

“稀土+”戰略促進產業發展高端化

在稀土功能材料的發展中,稀土發光材料格外引人注目。稀土因其特殊的電子層結構,而具有一般元素無法比擬的光譜性質,稀土發光幾乎覆蓋了整個固體發光的范疇,只要談到發光,幾乎離不開稀土。

近年來,隨著半導體產業的發展,LED光源和配套器件成本急劇下降,使應用LED進行設施園藝補光成為可能。

如何將稀土發光材料的穩定性、光譜精準性與LED光源有效結合?2016年8月,中科院長春應化所張洪杰院士團隊攜“稀土農用光源在設施農業中的試驗與示范”項目與中科院包頭稀土研發中心“聯姻”,該項技術采用交流LED光源+發光膜組裝形式,根據植物需要設計光譜,應用于如農作物育苗,高附加值農作物及各種蔬菜的種植等,對于把包頭建設成為我國西北地區高技術、高效益的設施農業研發基地,推動稀土農用光源在全國范圍內應用推廣,提高我國設施農業的產量和品質具有十分重大的意義。

中科院包頭稀土研發中心“稀土農用光源”項目負責人張彤告訴記者,稀土發光材料在不同的發光材料及化合物的作用下,通過電激發,會產生不同波段的光譜,和其他普通燈的區別在于,稀土發光材料的光譜更準確?!氨熱縹蟻胍旃?,但因為它的光譜比較寬,可能會把橙光、甚至黃光也包括進來,對于植物來說,可能不需要這么多的黃光或橙光。而稀土發出來的光譜是非常準確的,我想要哪個波段的光譜,它就能定位到哪個波段;另外,稀土發光材料還有一個優點,它的光電轉化效率很高,能把近90%的電能轉化成光能,植物又能將大部分光能吸收,整個過程就實現了非常高的效率?!?/p>

秦新苗舉例說:“將稀土加入燈中,30瓦的光強可以達到普通燈50-60瓦的光強,如果一個大棚內需要安裝100盞30瓦光強的稀土農用光源,換做普通光源的話,可能需要安裝近200盞燈才能達到,且加入稀土的燈,使用壽命可達30000小時,可用7-10年,屬于一次性投入。因此,稀土農用光源可以節省大量的電,實現降本增效?!?/p>

記者了解到,將LED光源與稀土結合這項創新技術在國內乃至世界上均屬少見?!暗靡嬗詬咝慮錳於籃竦南⊥磷試?、強勁有力的扶持政策和高效務實的引才機制,讓我們這支年輕的創新創業團隊‘智慧’不斷匯集、‘能量’持續爆發,將科技成果產業化的步伐不斷向前推進?!鼻匭旅縊?。

“稀土光源”有效作用設施農業

光是植物生長的核心要素之一。光作為環境信號,通過光量子密度、光質和光照時間,對植物生長發育的各個階段都有著極其重要的影響,營造滿足作物光合需求的小氣候環境,是提高光合效率、加速物質積累、提高產量和品質的關鍵,對設施園藝產業轉型升級和提質增效具有重要作用。

目前,“稀土農用光源”項目團隊依托中科院長春應化所稀土資源綜合利用國家重點實驗室,與中科稀土長春有限責任公司、內蒙古自治區生物技術研究院、內蒙古科技大學、包頭市農牧業科學研究院等多家單位建立了密切的合作關系,對不同作物整個生育時期的光譜配比、光照時間等進行了科學化實驗、歸納、總結,實現數據的統一輸入和管理,形成先進的農用光源數據庫,已經設計形成了番茄、草莓、櫻桃等多種常見大棚經濟作物的光環境動態參數調控系統,調控系統的發光設備利用稀土發光材料,設計并合成了多種LED發光芯片,其發光波長覆蓋藍色、綠色、黃色、紅色,直到近紅外光多個波段,形成了良好的技術儲備。目前,申請發明專利5項,PCT專利1項,項目總投入約2000萬元。

這套完備的光肥解決方案已在內蒙古、山東、河北、吉林等地區冬季種植大櫻桃、草莓、西紅柿、茄子、黃瓜、育苗、花卉種植等領域獲得了示范應用。

在吉林省蔬菜花卉研究所“智能化實驗大棚”番茄種植基地,技術人員根據大棚的具體情況,實地測量了高度及照射所需的角度,進行了配光方案的設計,為每個大棚提供了80盞稀土LED燈,經過3個月的補光,番茄除了品質優秀以外,產量提升30%以上;在包頭廣恒合作社甜瓜種植基地,補光的甜瓜比未補光的甜瓜長勢茂盛,開花提前15天,坐果率高達60%,產量增長了一倍,每畝地增收3萬元。

秦新苗表示:“不補光的番茄每天平均光照7小時,可能60天以上才能開花。如果一天保證14個小時光照,它在40天到50天就可以開花。對于農業來說,打一個合理的時間差,是有效提升經濟收入的很好手段?!?/p>

目前,經過稀土光源補光的農作物平均可增產30%以上,上市時間可提前1周以上。

科技助推稀土產業觸角不斷延伸

近年來,作為我國稀土產業發展的排頭兵,稀土高新區始終將推進稀土產業轉型升級、做優做強稀土產業視為己任,全力助推產業觸角不斷延伸,擴大稀土應用推廣領域,延伸產業發展鏈條。

如今,稀土高新區已形成永磁、儲氫、催化、拋光、合金5大產業鏈條。永磁材料以發展磁共振、永磁電機、永磁調速、永磁齒輪、永磁發電機、永磁彈簧、永磁軸承和磁懸浮等產業為主要方向。儲氫材料重點推廣稀土新能源電動汽車。催化材料將在催化助劑、PVC稀土熱穩定劑、特種橡膠用稀土耐熱助劑、防老化助劑以及硫化劑等新產品實現產業化。拋光材料將發展用于液晶屏、半導體、硬盤盤片和藍寶石的高性能拋光粉、拋光液,重點建設納米級氧化鈰拋光粉(液)等。合金材料將在稀土鋼軌、稀土鋼板、模具鋼、鋁合金輪轂等產品領域形成獨特優勢。

2015年以來,稀土高新區稀土企業、科研單位參與起草稀土方面的國家和行業基礎標準、產品標準、分析檢測方法標準累計127項,占國家行業標準總數一半以上;2017年以來,高新區稀土企業新增專利74項,同比增長16%。稀土研發人員占到全國的三分之一以上。

在稀土高新區持續創新的優良體制下,企業不僅能長效維系品牌核心競爭力,保障企業發展利益,還能跟進甚至引領行業科技發展進程,在行業內持有絕對話語權。

目前,稀土高新區稀土產業發展集群不斷壯大,產業走勢漸趨高端,已具備年產100臺核磁共振儀、700萬只鎳氫動力電池、10億顆LED封裝能力,可生產11大類50余種、近千個規格的各類產品。

  

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