陳 菲 張信栓 于曉瑩

河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院

LED燈補(bǔ)光對作物生長發(fā)育的影響

陳 菲 張信栓 于曉瑩

河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院

為了探討LED人工補(bǔ)光對作物生長發(fā)育的影響。根據(jù)人工補(bǔ)光的理論依據(jù)，從紅光、藍(lán)光、復(fù)合光三種光質(zhì)對作物生長發(fā)育的影響，綜述了LED作為溫室人工補(bǔ)光光源的理論基礎(chǔ)，為LED全面普及提供理論依據(jù)。

LED 人工補(bǔ)光 植物

植物的生命活動都與光照密不可分，但保護(hù)地作物由于有農(nóng)膜或玻璃的覆蓋，使棚內(nèi)透光率受到影響，特別是持續(xù)陰天光照不足，可導(dǎo)致光合作用下降。溫室植物生產(chǎn)中光環(huán)境的調(diào)控有兩種方式:一種是通過懸掛反光幕和選擇溫室覆蓋材料的塑料膜或玻璃板等手段調(diào)節(jié)自然光。另一種是將人工光源應(yīng)用于植物栽培的照明、補(bǔ)光。LED作為補(bǔ)光光源具有獨(dú)特的優(yōu)勢，為葉菜植物工廠的快速發(fā)展提供一定的基礎(chǔ)。LED的光源可根據(jù)不同葉菜的需求而變換其光質(zhì)，為植物提供適宜的光環(huán)境參數(shù)；同時(shí)，LED的光源為冷光源，在進(jìn)行近距離照射時(shí)，不會對植物造成灼傷，另外葉菜類蔬菜的生長空間較小，多在密閉式植物工廠進(jìn)行立體化的栽培，利用LED作為光源可進(jìn)一步提升植物工廠的空間利用率，提高單產(chǎn)，降低成本[1]。

一、LED光源補(bǔ)光的理論依據(jù)

溫室設(shè)施為了防寒保溫，覆蓋的蒲席、草苫揭蓋時(shí)間直接影響設(shè)施內(nèi)受光時(shí)數(shù)，常會造成光照強(qiáng)度和光照時(shí)間明顯不足,使喜強(qiáng)光照的果菜類作物長期生長在弱光逆境中,導(dǎo)致植株?duì)I養(yǎng)體生長不健壯、落花落果嚴(yán)重、果實(shí)發(fā)育緩慢、含糖量降低、產(chǎn)量下降、品質(zhì)變劣,表現(xiàn)為弱光脅迫[2]。而延長光照時(shí)間可增加光合產(chǎn)物的積累,有大量研究表明，補(bǔ)充光照可以增加植物葉片生長速率，光合速率也隨之提高，只有在保護(hù)地日落后或日出前補(bǔ)光4～8小時(shí)，才不會影響蔬菜的正常生長[3、4、5、6]。人工補(bǔ)光的效果除光照強(qiáng)度外，還取決于補(bǔ)光光源的輻射光譜中能被植物葉片有效吸收而進(jìn)行光合作用的生理輻射特性。不同的補(bǔ)光光源，其生理輻射特性不同。紅、橙光的光合作用最強(qiáng)，利于植物較早開花結(jié)實(shí)，可促使植物體內(nèi)干物質(zhì)的積累，促使鱗莖、塊根、葉球以及其他植物器官的形成。其次，是波長為400～520nm 的藍(lán)光輻射，可利于延遲開花，使以獲取營養(yǎng)器官為目的的植物充分生長[7、8、9]。有研究表明，利用LED燈補(bǔ)光與溫室自然光照射30天后測定蘿卜的生長生理指標(biāo)，與自然光相比,使用LED燈補(bǔ)光有利于蘿卜肉質(zhì)根的形成,肉質(zhì)根鮮重分別增加了5.93克/株和10.93克/株;LED燈補(bǔ)光使蘿卜光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)升高,光合能力增強(qiáng)[10]。

二、LED燈補(bǔ)光對作物生長發(fā)育的影響

1.紅光對作物的影響

綠色植物葉綠素吸收最多的是紅橙光，其次是藍(lán)紫光，而對黃綠光吸收的最少。遠(yuǎn)紅外線產(chǎn)生熱效應(yīng)，供給作物生長發(fā)育的熱量，在紅外線的照射下，可使果實(shí)的成熟趨于一致，近紅外線對作物無用途。王紹輝研究指出,在黃瓜苗期增加UVA和紅光的照射,減少藍(lán)光和UVB的照射,有利于植株茁壯生長。紅光與藍(lán)光有利于黃瓜果實(shí)維生素C與還原糖含量的提高;紅光照射下黃瓜產(chǎn)量比對照和UVB處理都高[11]。劉玉穎研究結(jié)果顯示,紅光照射下番茄葉片比白光照射下含有較多的蔗糖、蛋白質(zhì)以及較高的蔗糖酶活性。補(bǔ)充光照對番茄幼苗的一些外部形態(tài)產(chǎn)生影響,紅光抑制番茄幼苗莖的伸長。因此針對果實(shí)發(fā)育的不同時(shí)期,應(yīng)該采取不同的光質(zhì)燈進(jìn)行補(bǔ)光照射,以提高果實(shí)的品質(zhì)[12]。而在對金銀花的補(bǔ)光處理中，補(bǔ)充紅光和藍(lán)光下的金銀花株高、葉片數(shù)、葉面積和葉綠素a、葉綠素b、葉綠素(a+b)含量均顯著高于對照。而且紅光處理的植株最高，并且促進(jìn)金銀花開花[13]。同時(shí)，紅光的補(bǔ)光照射，還有利于提高青蒜苗的光合速率，進(jìn)而促進(jìn)青蒜苗的生長及干物質(zhì)積累[14]。并且紅光光周期設(shè)置在16小時(shí)/天d時(shí)有利于促進(jìn)油葵芽苗菜生長和部分品質(zhì)改善[15]。

2.藍(lán)光對作物的影響

唐永康利用LED對油麥菜進(jìn)行補(bǔ)光處理，結(jié)果表明藍(lán)光利于其莖葉橫向生長和光合色素合成;5％～20％藍(lán)光比例能提高其光合和蒸騰速率、光合色素含量、生物量和大量元素含量,改善其熒光特性。25％～50％藍(lán)光比例使光合色素含量進(jìn)一步增加,且藍(lán)光比例為10％的光照條件最有利于油麥菜生長[16]。而LED藍(lán)光照射還有利于不結(jié)球白菜莖和葉柄的伸長生長[17]，也有利于水稻幼苗地上部分干物質(zhì)的積累及水稻幼苗葉綠素的合成[18]。

3.復(fù)合光對作物的影響

復(fù)合光能彌補(bǔ)單色光的不足，促進(jìn)植物的全面生長。有研究表明，紅藍(lán)復(fù)合光質(zhì)補(bǔ)光處理顯著提高了番茄幼苗的干物質(zhì)積累量、壯苗指數(shù)和凈光合速率，并且顯著增加了幼苗的葉面積、干鮮重量、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)的含量，提高了幼苗的CAT活性、壯苗指數(shù)、根系活力和凈光合速率，是番茄工廠化設(shè)施育苗過程可供參考的適宜補(bǔ)光光質(zhì)[19]。而通過研究不同光質(zhì)對小白菜生長及營養(yǎng)品質(zhì)的影響，也表明復(fù)合光處理下小白菜的生長生理指標(biāo)均有顯著提高，復(fù)合光照有利于小白菜生長，提高品質(zhì)[20]。同時(shí)復(fù)合光也有助于生菜及豌豆芽苗菜的生長，有效提高其產(chǎn)量和質(zhì)量[21、22]。

三、展望

近年來,溫室栽培已成為我國經(jīng)濟(jì)型農(nóng)業(yè)的重要產(chǎn)業(yè),但大棚內(nèi)的光照對于蔬菜的生長影響很大，是限制作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主要因素之一。溫室人工補(bǔ)光是改善溫室光照環(huán)境的最有效的辦法。但我國溫室人工補(bǔ)光的開發(fā)應(yīng)用較晚,隨著溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)水平的提高,溫室人工補(bǔ)光的研究和開發(fā)應(yīng)用將顯得越來越重要。LED光源不僅可以進(jìn)一步降低光照成本，同時(shí)對植物的生長也具有促進(jìn)作用。相比傳統(tǒng)人工光源具有明顯的優(yōu)勢，但LED光環(huán)境調(diào)控應(yīng)用于蔬菜設(shè)施栽培領(lǐng)域的技術(shù)和理論研究尚處于初步發(fā)展階段，相信在不久的將來，隨著LED產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)研究，LED溫室補(bǔ)光光源必將得到全面的普及。

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