种粮种菜用得着半导体科技吗？

　　过去一百年里，半导体科学技术改变了我们生活的方方面面。关于半导体科技带来的信息革命，我们大家都很熟悉了谁每天还不上个网打个电话呢？但是，如果说半导体科技还推动了农业革命，你可能就有点疑惑了：种粮种菜这么土的活儿还用得着高大上的半导体科技吗？我们还是来看看吧。
　　“民以食为天”。几千年来，农业一直是人类社会存在的基础。人口的繁衍增殖都离不开农业技术的进步。无论是选种育苗还是栽培收获，无论是水利建设还是保墒抗灾，任何新技术都会被首先考虑是否可以用来提高农业生产水平，半导体科学技术也不例外。
　　有史以来，农民都是靠天吃饭的，因为农作物的生长发育依赖于“光、温、水、肥、气”，这些重要的环境因素都是很难控制的。“一年三百六十日，风刀霜剑严相逼”，真正风调雨顺的年份又能有多少啊。自上个世纪以来，工业技术的发展逐渐解决了水利设施和化肥的问题，生物技术的发展提高了选种育苗的水平，但是仍然不能彻底解决靠天吃饭的问题，因为“万物生长靠太阳”。如果能在房子里种庄稼，那该有多好啊！
　　随着科学技术的发展，房子里种庄稼的梦想逐渐要变成现实了。首先是地膜和塑料大棚技术的普及，显著降低了恶劣天气对农作物生长的影响。但是，要想把庄稼种到房子里，必须解决光源的问题。农作物的生长是光合作用的结果，没有光，扯什么都是白扯啊。而且，这个光源的光必须很强，这与养鸡场大不一样：现代化的养鸡场是在房子里养鸡，那里的光源只是起个照明的作用，因为小鸡长肉靠的是饲料，而不是叶绿素。只要有了合适的光源，就可以把庄稼种到房子里了，“温、水、肥、气”这些问题也比露天的情况好解决多了。
　　万事俱备，只欠光源。怎么办呢？传统的电灯（白炽灯）肯定不行，它们靠的是电流加热电阻丝来发光，效率太低。气体灯的效率还行，不管是装饰用的霓虹灯，还是工地里照明的高压氙灯，但是它们的体积太大、造价也不便宜，而且是玻璃制品不宜维护，更重要的是它们的发光波长受到填充气体的限制，无法根据农作物光合作用的最佳范围进行调节。上个世纪末开始流行的节能灯可以通过改变荧光粉来调节波长，但是还是有体积大、造价高的问题，用来长庄稼有点太奢侈了。说了半天，一个也用不上啊。怎么办呢？别灰心，别丧气，白光二极管（LED）来了。
　　白光二极管就是能够发白光的发光二极管。二极管是典型的半导体器件，你可以认为它是由两种半导体材料密切拼接在一起的：一种半导体材料（n型材料）里面的电子多一些，另一种半导体材料（p型材料）里面的空穴多一些（“空穴”是专业术语，说的是电子留下来的“空位”，用来描述电子离开了自己本来可以停留的位置），这两种材料接触的地方就叫pn结。在外加电压的作用下，pn结两侧的电子和空穴会向对面阵地运动，彼此相遇之后就会“复合”发光这是专业说法，你可以认为电子掉到坑里（这个坑就是空穴）摔死了，在牺牲的瞬间爆发出了生命的光芒。这些道理人们早就知道了，但是起初只能让二极管发出红光，而且效率也不太高，主要是因为半导体材料的限制。直到上个世纪九十年代，随着半导体材料、物理和器件技术的发展，特别是以氮化镓为代表的宽带隙材料研究的进展，人们终于做出了白光二极管。现在的白光二极管不仅体积小、效率高、寿命长、价格便宜，而且发光波长可以预先设计房子里种庄稼的光源问题就要解决了，虽然大规模推广还有很多材料、工艺乃至市场方面的问题需要解决。
　　把庄稼种到房子里（我们把它叫作植物工厂吧），不仅可以消除恶劣天气的影响，还可以根据农作物的种类选择合适波长的光源，更可以方便地统筹安排“光、温、水、肥、气”这些主要环境因素。比如说，水的使用量就会减少很多，因为植物蒸发出去的水分可以回收利用了；一年到头都可以长庄稼了，而不再局限于春秋之间的半年时间里；不仅可以一楼长水稻，二楼长麦子，而且农作物的轮作问题也容易解决了；光源的利用也更充分了，不管早中晚，光都是直射在庄稼上，即使需要关灯让植物休息一下，也可以轮着来，一楼的白天对应着二楼的黑夜好处还多着呢，数不胜数。当然，这些好处的综合利用也离不开半导体科技，在这样的植物工厂里，各种农作物的生长因素的调度当然离不开计算机了这可是半导体科技的拿手戏啊。
　　植物工厂的普及不仅改变了传统农作物的种植方法，还会改变传统农作物的选种育苗方法。选种是个非常复杂的权衡过程，比如说，我们希望麦子的个子小（这样就不容易在狂风暴雨中倒伏）、麦穗大（这样才能产量高），而这两个属性可能是相互冲突的。如果这种麦子是要种在植物工厂里，那么我们选择的时候就可以更多地偏向于麦穗大的属性。实际上，既然植物工厂彻底改变了农作物的生长环境，那么选种育苗的原则和工序也必然要进行相应的变化。
　　好了，现在我们回到开始的问题：种粮种菜这么土的活儿用得着高大上的半导体科技吗？答案就很明显了：是的，半导体科学技术正在推动农业革命的发展。