LED燈補光對作物生長發(fā)育的影響

陳 菲 張信栓 于曉瑩

河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學院

LED燈補光對作物生長發(fā)育的影響

陳 菲 張信栓 于曉瑩

河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學院

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

LED 人工補光 植物

植物的生命活動都與光照密不可分，但保護地作物由于有農(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，可導致光合作用下降。溫室植物生產(chǎn)中光環(huán)境的調控有兩種方式: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節(jié)自然光。另一種是將人工光源應用于植物栽培的照明、補光。LED作為補光光源具有獨特的優(yōu)勢，為葉菜植物工廠的快速發(fā)展提供一定的基礎。LED的光源可根據(jù)不同葉菜的需求而變換其光質，為植物提供適宜的光環(huán)境參數(shù)；同時，LED的光源為冷光源，在進行近距離照射時，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行立體化的栽培，利用LED作為光源可進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光源補光的理論依據(jù)

溫室設施為了防寒保溫，覆蓋的蒲席、草苫揭蓋時間直接影響設施內(nèi)受光時數(shù)，常會造成光照強度和光照時間明顯不足,使喜強光照的果菜類作物長期生長在弱光逆境中,導致植株營養(yǎng)體生長不健壯、落花落果嚴重、果實發(fā)育緩慢、含糖量降低、產(chǎn)量下降、品質變劣,表現(xiàn)為弱光脅迫[2]。而延長光照時間可增加光合產(chǎn)物的積累,有大量研究表明，補充光照可以增加植物葉片生長速率，光合速率也隨之提高，只有在保護地日落后或日出前補光4～8小時，才不會影響蔬菜的正常生長[3、4、5、6]。人工補光的效果除光照強度外，還取決于補光光源的輻射光譜中能被植物葉片有效吸收而進行光合作用的生理輻射特性。不同的補光光源，其生理輻射特性不同。紅、橙光的光合作用最強，利于植物較早開花結實，可促使植物體內(nèi)干物質的積累，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燈補光與溫室自然光照射30天后測定蘿卜的生長生理指標，與自然光相比,使用LED燈補光有利于蘿卜肉質根的形成,肉質根鮮重分別增加了5.93克/株和10.93克/株;LED燈補光使蘿卜光補償點和光飽和點升高,光合能力增強[10]。

二、LED燈補光對作物生長發(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，其次是藍紫光，而對黃綠光吸收的最少。遠紅外線產(chǎn)生熱效應，供給作物生長發(fā)育的熱量，在紅外線的照射下，可使果實的成熟趨于一致，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,減少藍光和UVB的照射,有利于植株茁壯生長。紅光與藍光有利于黃瓜果實維生素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、蛋白質以及較高的蔗糖酶活性。補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。因此針對果實發(fā)育的不同時期,應該采取不同的光質燈進行補光照射,以提高果實的品質[12]。而在對金銀花的補光處理中，補充紅光和藍光下的金銀花株高、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，并且促進金銀花開花[13]。同時，紅光的補光照射，還有利于提高青蒜苗的光合速率，進而促進青蒜苗的生長及干物質積累[14]。并且紅光光周期設置在16小時/天d時有利于促進油葵芽苗菜生長和部分品質改善[15]。

2.藍光對作物的影響

唐永康利用LED對油麥菜進行補光處理，結果表明藍光利于其莖葉橫向生長和光合色素合成;5％～20％藍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％藍光比例使光合色素含量進一步增加,且藍光比例為10％的光照條件最有利于油麥菜生長[16]。而LED藍光照射還有利于不結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的積累及水稻幼苗葉綠素的合成[18]。

3.復合光對作物的影響

復合光能彌補單色光的不足，促進植物的全面生長。有研究表明，紅藍復合光質補光處理顯著提高了番茄幼苗的干物質積累量、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，是番茄工廠化設施育苗過程可供參考的適宜補光光質[19]。而通過研究不同光質對小白菜生長及營養(yǎng)品質的影響，也表明復合光處理下小白菜的生長生理指標均有顯著提高，復合光照有利于小白菜生長，提高品質[20]。同時復合光也有助于生菜及豌豆芽苗菜的生長，有效提高其產(chǎn)量和質量[21、22]。

三、展望

近年來,溫室栽培已成為我國經(jīng)濟型農(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)質的主要因素之一。溫室人工補光是改善溫室光照環(huán)境的最有效的辦法。但我國溫室人工補光的開發(fā)應用較晚,隨著溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)水平的提高,溫室人工補光的研究和開發(fā)應用將顯得越來越重要。LED光源不僅可以進一步降低光照成本，同時對植物的生長也具有促進作用。相比傳統(tǒng)人工光源具有明顯的優(yōu)勢，但LED光環(huán)境調控應用于蔬菜設施栽培領域的技術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)品的進一步開發(fā)研究，LED溫室補光光源必將得到全面的普及。

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