清凉农业：脉冲光种植技术突破光合效率瓶颈，实现十几倍产量提升|光合作用|光能|太阳光|清凉农业|种植|脉冲光|补光

文章来源：35斗微信公众号

现如今，传统农业面临着单位面积产出低、成本回收周期长及难以抵御极端气候等多重挑战，特别是在设施农业领域，高投入与低效率、高风险之间的矛盾尤为突出。

据观研报告网数据，2023年，中国植物补光设备市场规模约为80.18亿元人民币，预计每年补光电费支出约70亿。其中，农用钠灯是主要补光设备类型，LED植物补光设备技术发展迅速。放眼国际市场，全球范围内的补光设备市场规模则已超千亿人民币大关。这些数字不仅反映着设施农业照明市场的巨大潜力，同样也揭示了现有技术在能效提升与成本控制的局限性。

光合作用是地球上最重要的化学反应，也是农业的基石，但其对太阳光能的实际利用率却不到1%，是农业增产最大的瓶颈。鉴于当前农业发展对提升光能利用率、提升单位面积产量的强烈需求。探索新技术、新产品以显著提升光合作用效能，便成为了当务之急。

清凉农业，一家致力于农业技术革新的创新型企业，正通过脉冲光种植技术和相关产品，试图解开这一难题。近期，35斗采访了清凉农业创始人袁廷山，就脉冲光种植技术的研发历程、应用前景及公司商业模式进行了深入探讨。

提高光合效率，是清凉农业的创业初心

“光合作用是农业所有生产环节的最上游，也是所有生产环节中效率最低的环节，理论上45%的太阳光都可以被光合作用所利用，这里面有几十倍的效率提升潜力。”

在采访之初，袁廷山就向我们描述了当前农业存在的挑战。“利用脉冲光种植技术提高光能利用率，大幅度提升农业产量，就是我们创业的契机。”

袁廷山长期对脉冲光下光合作用效率高的相关研究感兴趣。国际上，脉冲光种植的理论研究已经持续了上百年。最早的时候，科学家们以带扇形缺口的高速转盘，按一定时间间隔遮挡部分太阳光或人工光，形成脉冲光用于种植试验，比如德国O.Warburg的“藻类闪光试验”。进入21世纪，科学家主要通过LED脉冲光设备进行脉冲光种植研究。发现在脉冲光下，从低等藻类到高等植物，都存在光合作用的效率大幅度提升的现象。

“近十年来，西北农林科技大学的杨振超副教授带领研究生持续进行脉冲光种植的研究，获得了大量的长期种植试验成果。研究显示，只需20%光能的中频脉冲光，植物生长速率和100%光能的连续光下相同，并且综合生长参数优于连续光。”

在前人的研究基础上，2019年，清凉农业正式成立，提出了利用运动光学装置将太阳光和人工光高效转变成脉冲光用于种植的创新方案，核心专利已经获得了发明专利授权。

脉冲光种植技术的原理包括光稀释原理和扫描照明原理，将阳光稀释到1/3至1/10，就达到不同植物最高产的适宜光照强度。将适宜光照强度的光束转变成扫描光束，对种植区域进行反复的扫描照明，植物就能获得明暗交替的脉冲光照明。在脉冲光下，只需要不到1/5的照明时间就达到连续照明同等的生长效果。以上两个原理的叠加，利用一亩地的阳光，可以满足15至45亩种植面积的多层垂直农场的照明需求，利用免费的阳光就能实现十几倍以上的产量提升。这种颠覆性的增产效果是其他增产技术无法达到的。

35斗了解到，基于上述方案，清凉农业已研发了三类产品。

第一，针对温室补光设备领域，开发了脉冲光植物补光灯这个产品。

农用钠灯发出的光经过快速旋转的反射镜和透镜转变成扇状扫描光束，给植物提供脉冲光照明。同样照明功率下，照明面积比普通农用钠灯提高3至4倍，替换升级现有的温室补光灯能实现显著的降本增效。

“以一个面积15亩的中型补光温室为例，替换成脉冲光植物补光灯后，不但设备成本更低，并且每年的补光电费可以节省约50万。国内现有补光温室面积约有13万亩，这也是我们的核心产品，计划今年内上市并实现盈利。”袁廷山如是说。

第二，针对微藻养殖领域，开发了脉冲光生物反应器这个产品。

脉冲光生物反应器可以实现10-20倍的太阳光稀释倍数和数百Hz的光-暗循环频率，并能保持藻液在适宜的培养温度，这三方面都是微藻养殖领域几十年来希望实现的目标。因为这三方面的效率提升，脉冲光生物反应器在太阳光下的大规模培养产量比现有竞品光生物反应器提升30至50倍，设备成本也有优势。

脉冲光生物反应器的生产能力是把每年一亩地获得的太阳光，经过光合作用产出70吨微藻干粉，可提取40吨生物柴油和其他高附加值产物，有望实现微藻柴油商业化。

从双减固碳的角度，每亩设备通过光合作用每年可以固定二氧化碳126吨，相当于几十亩森林的固碳能力。

第三，针对温室大棚领域，还开发了日光垂直农场，这将是脉冲光种植技术最大的应用场景。

相比现有的温室和大棚，日光垂直能够低成本控制光照和温湿度，拥有更好的抗天灾性能。能够随意控制植物的开花结果时间，既可以在北方冬季种植热带水果，也可以在炎热夏季种植草莓和各类怕热的蔬菜，甚至可以让水稻或小麦一年分几十批次种植，每星期都能收割和食用最新鲜成熟的稻米和小麦。

日光垂直农场单位产能下的建造成本和运营成本都比冬暖大棚更低，单位占地面积的种植产量超过了LED垂直农场宣称的高水平。可以低成本替换升级国内现有的3000万亩温室。这个产品预计两年内完善并开始建设。

为突破行业痛点，清凉农业正计划融资加速产品推广

袁廷山告诉我们，设施农业，尤其是温室农业，在追求高效率与可持续发展的道路上面临多重挑战，其痛点可归纳为以下几点：

一是高昂的单位面积投入与低效收入比。设施农业初期建设成本高，包括温室结构、设备购置及安装，尤其是高科技温室设施往往耗资金额巨大。然而，尽管如此，其单位面积的生产效率提升仍然有限，导致成本回收周期漫长，投资回报率低下。

二是极端气候适应性差。现有温室和大棚难以应对极端气候事件，如冰雹、风暴、洪灾等，脆弱的设施易受损严重，造成种植户十几年的投入归零，即使高标准的玻璃温室也难以抵御大尺寸冰雹（超过鸡蛋大小），而这种尺寸的冰雹，过去一个月来在国内多地已经出现多次了，全球变暖将会让极端气候越来越频繁。

三是光照与温度调控存在挑战。温室的核心目的在于控制光照、温度，以优化植物生长环境。然而，现有温室技术在控制光照和温度方面存在低效率和高能耗成本的痛点。

在控制光照的角度，晴天时太阳光照强度超出植物的利用极限，温室需要打开遮光帘，避免农作物灼伤和午休现象，大量的光能白白浪费了。而多云和阴雨天，自然光照太低又满足不了植物生长，也需要打开植物补光灯以保证农作物持续生长。

在控制温度的角度，温室大棚的结构容易和外界热交换，因此外界的严寒和酷暑都会快速传导进入温室内，影响农作物生长。酷暑主要来自太阳光，因为太阳光能转化率较低，仅约1%光能被植物光合作用转变成化学能，其余大部分都转化为热能，导致温室快速升温。

如果不及时操作降温措施，比如开窗通风、打开风机湿帘或开空调散热等，温室内温度会迅速飙升，引发种植事故造成农作物大量生病和死亡，而操作降温措施的能耗极高。

严寒主要来自寒冷季节的夜间，为避免温度过低造成农作物受损，农户需要烧燃料块或电加热来提升温室的温度。因此，现有的温室和大棚，无论是进行遮光、补光，还是操作降温或升温，都要耗费大量人力和能源，大大推高了设施农业的种植成本。

相比之下，日光垂直农场的单位产能的成本投入更低，回报率更高，对各种天灾的抵御能力更强，隔热保温效果更好，更多光能转变成化学能不引起升温，无论外界的严寒酷暑，日光垂直农场内都能提供适宜的、清凉的温度条件和适宜的光照条件，在这种种植条件下，植物的生长品质更优。

说到这里，袁廷山向我们介绍了公司名称由来。"清凉农业"这个名字，其实蕴含着三方面寓意，一是公司的技术能够让温室环境清凉，更适合农作物生长。二是象征着公司产品为农业工作环境带来革新，为农民提供一个更为舒适、清凉的工作环境，不再面对严寒酷暑。第三，清凉也寓意着对农业智慧化的思考，用科技消除农业的烦恼，让农业不再是负担。

“因此，清凉农业不仅体现了我们的技术特色，更是对农业未来的美好愿景所在”，袁廷山这样说道。

在未来发展规划和重点需求方面，袁廷山表示，清凉农业首先进入温室补光设备市场，为现有的温室种植企业提供补光解决方案。“我们的商业模式灵活多样，既可以销售设备，也可以提供设备租赁服务，并结合电费分成的方式，以满足不同客户的需求。”

35斗了解到，截至2021年底，清凉农业已完成了来自奇绩创坛的种子轮融资。现在，公司正计划通过进一步融资来加速产品的市场推广，以期实现规模化盈利目标。

在采访的最后，袁廷山描绘了蓝图：“我们在补光设备市场站稳脚跟后，就要扩展脉冲光生物反应器和日光垂直农场业务，实现农业生产的高效、环保和多用途。

在未来，城市、郊区、海边、沙漠等地或许都会有日光垂直农场和脉冲光生物反应器的应用场景。

在城市，多功能的日光垂直农场综合体结合种植、餐饮、娱乐休闲等功能，

在郊区，脉冲光生物反应器高效处理废弃物、工厂烟气和污水，为城市带来高含氧量空气和微藻产品；

在沙漠，日光垂直农场在供应蔬菜水果肉类等生鲜食品的同时，还能作为“能源田地”生产微藻燃油满足发电等能源需求；

在海边，巨型脉冲光生物反应器利用阳光和海水，源源不断培育出藻类和浮游生物，为鱼类贝类养殖场提供饵料，为居民提供海鲜产品。这项技术的广泛应用，有望以更少的耕地，满足几倍于现在地球人口的高质量生活需求。”

对此，我们可以用几个简洁的短语来总结上述四个应用场景：城市中的休闲园林，郊区的环保绿肺、沙漠中的食品能源岛、海边的垂直渔场。随着日光垂直农场在各个角落的扎根与成长，我们有理由相信，一个更加环保、可持续的美好未来正向我们慢慢走来。