LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

【摘要】在日光溫室中采用LED燈管和高壓鈉燈（HPS）為光源，研究了不同LED光質(zhì)晚間和早晨補(bǔ)光2 h對(duì)日光溫室番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，不同補(bǔ)光處理方式對(duì)日光溫室番茄生長(zhǎng)和葉片生理參數(shù)具有顯著影響。與無(wú)補(bǔ)光對(duì)照相比，除高壓鈉燈晚間補(bǔ)光處理外，其他LED補(bǔ)光處理顯著提高了番茄的株高，紅藍(lán)光LED早晨補(bǔ)光處理提高了莖粗。紅藍(lán)光LED晚上補(bǔ)光處理番茄葉柄數(shù)和生長(zhǎng)點(diǎn)到第4葉柄處長(zhǎng)度指標(biāo)最高，紅藍(lán)光LED早晨補(bǔ)光處理和HPS處理次之。葉片葉綠素含量（以葉綠素儀測(cè)得SPAD值表示）以紅光LED補(bǔ)光處理最高，HPS處理最低。補(bǔ)光也影響番茄葉片的光量子效率，以HPS處理最高，紅藍(lán)光LED晚上補(bǔ)光處理、紅藍(lán)光LED早晨補(bǔ)光處理最低。不同補(bǔ)光處理方式對(duì)日光溫室番茄果實(shí)產(chǎn)量和地上部鮮重沒(méi)有顯著影響。

弱光寡照是中國(guó)北方寒冷季節(jié)危害設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的環(huán)境逆境，在連陰天等惡劣天氣情況下時(shí)有發(fā)生。近年來(lái)，冬春季節(jié)持續(xù)頻發(fā)的霧霾天氣使得日光溫室內(nèi)光強(qiáng)削減50%以上，光周期縮短10%以上，加劇了弱光寡照的危害程度，已成為制約設(shè)施園藝生產(chǎn)的重要因素。弱光寡照直接導(dǎo)致設(shè)施蔬菜光照不足，誘發(fā)葉片黃化、植株萎蔫、生長(zhǎng)緩慢、落花落果、茄果類蔬菜果實(shí)著色不均等現(xiàn)象，造成嚴(yán)重?fù)p失[2]。通過(guò)人工補(bǔ)光是解決弱光寡照光環(huán)境脅迫問(wèn)題的有效措施。LED為新型半導(dǎo)體固態(tài)光源，具有傳統(tǒng)光源無(wú)法比擬的光電優(yōu)勢(shì)，是設(shè)施園藝補(bǔ)光的優(yōu)選燈具[3]。本試驗(yàn)研究了相同光強(qiáng)下不同LED紅藍(lán)光燈與高壓鈉燈補(bǔ)光對(duì)番茄生長(zhǎng)形態(tài)、葉片生理和產(chǎn)量的影響，以期為日光溫室補(bǔ)光提供科學(xué)依據(jù)。

材料與方法

本試驗(yàn)在北京市順義區(qū)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所試驗(yàn)基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，分別為無(wú)補(bǔ)光處理（CK）、高壓鈉燈晚間補(bǔ)光處理2 h（HPS-N）、紅光LED晚間補(bǔ)光處理2 h（RLED-N）、藍(lán)光LED晚間補(bǔ)光處理2 h（BLED-N）、紅藍(lán)光LED晚間補(bǔ)光處理2 h（RBLED-N）、紅藍(lán)光LED早晨補(bǔ)光處理2 h（RBLED-M）。高壓鈉燈為400 W。溫室番茄2013年10月22日移栽，采用起壟覆膜滴管的種植方法。試驗(yàn)于2013年12月3日開始，燈具懸掛于每壟上方，通過(guò)燈具懸掛高度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)各處理番茄冠層上方的光強(qiáng)一致，為50 μmol /（m2·s）。晚上補(bǔ)光時(shí)間為17：00～19：00，早上補(bǔ)光時(shí)間為7：00～9：00。設(shè)置多壟的番茄為無(wú)補(bǔ)光的對(duì)照。生長(zhǎng)過(guò)程中分別于2013年12月25日和2014年3月7日兩次，每個(gè)處理下選擇5株番茄測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，測(cè)定指標(biāo)包括番茄的株高、莖粗、葉柄數(shù)、生長(zhǎng)點(diǎn)到第4葉柄處長(zhǎng)度、葉綠素含量（以葉綠素儀測(cè)得SPAD值表示）、光量子效率，以及番茄產(chǎn)量和植株地上部鮮重等。

結(jié)果與分析

不同補(bǔ)光處理對(duì)番茄生長(zhǎng)和葉片生理參數(shù)的影響

由表1可知，不同補(bǔ)光處理方式對(duì)日光溫室番茄生長(zhǎng)和葉片生理參數(shù)具有顯著影響。與無(wú)補(bǔ)光對(duì)照相比，除HPS晚間補(bǔ)光和BLED-N處理外，其他LED補(bǔ)光處理顯著提高了番茄的株高，而且紅藍(lán)光LED早晨補(bǔ)光處理也提高了莖粗。紅藍(lán)光LED晚上補(bǔ)光處理番茄葉柄數(shù)和生長(zhǎng)點(diǎn)到第4葉柄處長(zhǎng)度兩指標(biāo)最高，紅藍(lán)光LED早晨補(bǔ)光處理和HPS處理次之。葉片SPAD值以紅光LED補(bǔ)光處理最高，HPS處理最低。補(bǔ)光也影響番茄葉片的光量子效率，以HPS處理最高，紅藍(lán)光LED晚上補(bǔ)光處理、紅藍(lán)光LED早晨補(bǔ)光處理最低。

不同補(bǔ)光處理對(duì)番茄產(chǎn)量和地上部生物量的影響

由表2可知，不同補(bǔ)光處理方式對(duì)日光溫室番茄果實(shí)產(chǎn)量和地上部鮮重沒(méi)有顯著影響。但是，HPS補(bǔ)光處理與紅光LED晚上補(bǔ)光處理產(chǎn)量平均值較高，地上部鮮重平均值以對(duì)照最高。雖然未達(dá)到顯著水平，但試驗(yàn)數(shù)據(jù)也表明，補(bǔ)光處理對(duì)提高產(chǎn)量有所裨益。補(bǔ)光效益大小不僅取決于光源燈具、補(bǔ)光方式、補(bǔ)光時(shí)間、光質(zhì)組成及其強(qiáng)度、天氣條件等因素。如果霧霾等弱光寡照天氣發(fā)生頻繁，補(bǔ)光效益必定提高。因此，開展智能補(bǔ)光研究非常必要，智能補(bǔ)光是溫室補(bǔ)光的發(fā)展方向。

討論

LED是設(shè)施園藝補(bǔ)光最理想的替代光源，LED光源的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①LED可按植物生長(zhǎng)發(fā)育需求調(diào)制光源；②LED為冷光源，貼近植物照射，可提高空間利用率；③LED可精準(zhǔn)調(diào)控光強(qiáng)、光質(zhì)和光周期等；④LED光源節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕；⑤LED光源裝置多樣，有燈板、燈帶、燈管和燈泡，可應(yīng)用環(huán)境的范圍廣。在LED紅藍(lán)光條件下，植物可完成正常生長(zhǎng)。本試驗(yàn)表明，在日光溫室中采用LED燈管和高壓鈉燈為光源補(bǔ)光，對(duì)日光溫室番茄生長(zhǎng)有顯著的影響，但對(duì)果實(shí)產(chǎn)量和地上部生物量無(wú)顯著影響。

補(bǔ)光技術(shù)在荷蘭設(shè)施園藝生產(chǎn)中的應(yīng)用效果明顯，主要是高緯度地區(qū)光照強(qiáng)度低且時(shí)長(zhǎng)較短的緣故。此次試驗(yàn)中LED和HPS補(bǔ)光未見產(chǎn)量效果。究其原因，可能與試驗(yàn)期間弱光寡照發(fā)生頻率低的客觀條件有關(guān)。若試驗(yàn)期間，由各種原因?qū)е碌娜豕夤颜盏奶鞖鈼l件發(fā)生頻繁，造成設(shè)施內(nèi)的作物光照強(qiáng)度不足和光照時(shí)長(zhǎng)不夠，則補(bǔ)光效果顯現(xiàn)將更加明顯。所以，補(bǔ)光前提天氣條件確定需要做更多細(xì)致的研究工作，以深入探討。

參考文獻(xiàn)

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[J]. 科技導(dǎo)報(bào)，2014，6：11.

基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）課題（2013AA103001）。

作者簡(jiǎn)介：劉文科，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樵O(shè)施園藝營(yíng)養(yǎng)與光溫生物學(xué)及其工程技術(shù)裝備。