飛利浦園藝LED在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)踐

戴劍鋒

【摘要】在現(xiàn)代設(shè)施園藝生產(chǎn)中，光照環(huán)境的控制對(duì)溫室生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。文章根據(jù)大量的商業(yè)應(yīng)用實(shí)例，介紹了飛利浦園藝LED在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用，分為溫室果菜生產(chǎn)補(bǔ)光、溫室葉菜及育苗補(bǔ)光、溫室花卉補(bǔ)光3個(gè)方面，從溫室作物的生長(zhǎng)、發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)以及環(huán)境調(diào)控的能耗幾個(gè)方面進(jìn)行闡述，詳細(xì)介紹了補(bǔ)光應(yīng)用的背景以及應(yīng)用后的效果，以期為中國(guó)設(shè)施園藝生產(chǎn)的補(bǔ)光應(yīng)用提供參考。

光照

是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因子之一，根據(jù)荷蘭溫室種植者的經(jīng)驗(yàn)，1%的光照意味著1%的產(chǎn)量，由此可見(jiàn)光照在作物生產(chǎn)中的重要程度。各種原因帶來(lái)溫室內(nèi)的光照不足都會(huì)影響溫室作物的生長(zhǎng)、發(fā)育及其產(chǎn)量和品質(zhì)，光照已成為溫室作物生產(chǎn)的重要限制性因素，人工補(bǔ)光將是必然的選擇。

根據(jù)溫室作物生產(chǎn)的特點(diǎn)和要求，理想的溫室補(bǔ)光人工光源應(yīng)具備低散熱、低耗能、高光電轉(zhuǎn)換效率、具有最適光譜、堅(jiān)固耐用、使用壽命長(zhǎng)、適合溫室環(huán)境、具有一定的調(diào)控性等特點(diǎn)。LED（Light Emitting Diode）作為一種新型的綠色節(jié)能光源，應(yīng)用于溫室生產(chǎn)，具有白熾燈、熒光燈和高壓鈉燈等傳統(tǒng)人工光源不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

作為一家具有120多年歷史的照明領(lǐng)軍企業(yè)，飛利浦率先將LED應(yīng)用于溫室園藝補(bǔ)光。基于大量的研究和應(yīng)用，飛利浦開(kāi)發(fā)了專(zhuān)為設(shè)施園藝領(lǐng)域應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LED產(chǎn)品和技術(shù)。除了選擇適合植物生長(zhǎng)的光譜，秉承LED節(jié)能、低散熱和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)外，還充分考慮到設(shè)施園藝生產(chǎn)中的特殊環(huán)境，提高了LED產(chǎn)品自身的防水防塵等級(jí)。經(jīng)過(guò)前期的試驗(yàn)和研發(fā)，飛利浦在2008年向市場(chǎng)推出了第一代園藝GreenPower LED解決方案。經(jīng)過(guò)10年的持續(xù)應(yīng)用實(shí)踐，飛利浦園藝LED已經(jīng)擴(kuò)展為一系列的包含多種照明模組的解決方案，不僅質(zhì)量穩(wěn)定可靠，還具有壽命長(zhǎng)、光衰低、防水防塵等級(jí)高等特性。除了過(guò)硬的產(chǎn)品本身，在應(yīng)用層面，飛利浦還首次提出了LED“光配方”的概念，即在某種生長(zhǎng)環(huán)境下、某種作物的某個(gè)生長(zhǎng)階段所需的理想光照條件，包含了3個(gè)方面的含義：①光強(qiáng)、光質(zhì)、光均勻度、光照位置和時(shí)間；②在此“光配方”下最適宜的其它環(huán)境因子；③可以期待的使用效果（含節(jié)能效果）。光配方的理念現(xiàn)已被廣為接受，基于光配方的指導(dǎo)，飛利浦園藝LED在遍布世界的溫室種植中有了大量的應(yīng)用。并且，飛利浦園藝LED照明團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)設(shè)置了植物專(zhuān)員角色，更好地進(jìn)行光配方開(kāi)發(fā)以及與用戶開(kāi)展深度交流，這也是飛利浦園藝LED照明團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)和特色，是確保用戶成功的重要因素之一。該文著重以各種應(yīng)用為例，介紹飛利浦園藝LED在溫室領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐及其效果，以期為中國(guó)設(shè)施園藝生產(chǎn)的補(bǔ)光應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

溫室果菜補(bǔ)光

冬季的溫室果菜（番茄、黃瓜）生產(chǎn)光照不足，需要提供人工補(bǔ)光。同時(shí)，玻璃溫室生產(chǎn)中采用高架栽培，植株高度可達(dá)4～5 m，由于植株葉片相互遮陽(yáng)，導(dǎo)致中下部葉片缺少足夠的光照，影響其光合性能的發(fā)揮，進(jìn)而影響了最終產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。在這種情況下，采用LED頂光模組和LED植株間照明模組相結(jié)合進(jìn)行溫室果菜栽培是優(yōu)化的照明解決方案，稱(chēng)之為全LED補(bǔ)光方案（圖1）。植株的頂部是LED頂光模組，替代傳統(tǒng)的高壓鈉燈（HPS）。每行植株之間平行吊有2行LED植株間照明模組，2組模組在高度上保持一定的間距，消除上部葉片因遮陽(yáng)對(duì)中下部葉片的影響，使得植物的中下部葉片獲得更多光照，將LED模組放置在作物之間，進(jìn)行植株間照明，這正是充分利用了LED低散熱的特點(diǎn)。

采用飛利浦全LED補(bǔ)光方案進(jìn)行溫室番茄生產(chǎn)，提供番茄生長(zhǎng)所需要的光照，在節(jié)能的同時(shí)，植物能更有效地利用光照，提高番茄的產(chǎn)量。在溫度比較高并且需要補(bǔ)光的季節(jié)，也能夠開(kāi)啟植株間照明模組，補(bǔ)充中下部葉片光合作用所需光照。反應(yīng)在作物管理中，中下部葉片可以保留在植株上更久，提供更多的光合貢獻(xiàn)。綜合應(yīng)用效果可以看出，采用全LED補(bǔ)光方案使植物生長(zhǎng)更健壯、葉片更濃綠，成花率和坐果率得以提高。比利時(shí)Greet Biesbrouck番茄種植公司的應(yīng)用結(jié)果表明，穩(wěn)定的光照帶來(lái)了比之前更穩(wěn)定的產(chǎn)量，與不補(bǔ)光或僅僅采用高壓鈉燈補(bǔ)光相比，產(chǎn)量提高了20%～25%。在荷蘭Delphy公司進(jìn)行周年生產(chǎn)的試驗(yàn)中，更是獲得了100.6 kg/m2的高產(chǎn)記錄。在品質(zhì)方面，冬季生長(zhǎng)的番茄，果實(shí)大小、形狀、色澤更均一，品質(zhì)提高、風(fēng)味更佳（圖2）。荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的研究測(cè)試表明，番茄果實(shí)的VC、VE含量均有增加。在溫室環(huán)境調(diào)控方面，也帶來(lái)顯著的積極效果。LED的低散熱，可以更好地控制熱量和光照，避免給溫室內(nèi)帶來(lái)過(guò)剩的熱量，溫室不需要通過(guò)開(kāi)窗而降溫，進(jìn)而維持了較高的CO2濃度，促進(jìn)光合生產(chǎn)，提高產(chǎn)量。與頂部使用高壓鈉燈配合植株間補(bǔ)光的溫室平行對(duì)比，僅使用2/3的能耗。有案例表明，在暖冬地區(qū)或暖冬年份，高壓鈉燈種植區(qū)的溫度控制成為種植者最為頭痛的問(wèn)題，而LED種植區(qū)則不存在這個(gè)問(wèn)題。

溫室葉菜種植及育苗補(bǔ)光

目前，在溫室內(nèi)種植葉類(lèi)蔬菜（以生菜為例）越來(lái)越多。同樣，冬季光照不足，尤其是在冬春季節(jié)的低溫寡照甚至空氣嚴(yán)重污染的地區(qū)，補(bǔ)光顯得尤其重要。不少生菜種植者之前選用高壓鈉燈作為溫室生產(chǎn)種植的補(bǔ)光方案，隨著植物對(duì)光照需求的提高以及種植者對(duì)節(jié)約能耗的需求增加，越來(lái)越多的溫室種植者趨向于嘗試LED補(bǔ)光方案?；陲w利浦園藝LED在溫室蔬菜種植補(bǔ)光的專(zhuān)業(yè)性，許多生菜種植者選擇了飛利浦園藝LED作為溫室生菜補(bǔ)光的優(yōu)選方案。

前期的試驗(yàn)以及大量的應(yīng)用實(shí)例表明，飛利浦LED頂光模組提供的補(bǔ)光方案具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)。首先，表現(xiàn)在補(bǔ)光時(shí)段上，在早春或者晚秋，甚至一些暖冬地區(qū)，在需要補(bǔ)光的時(shí)節(jié)需要開(kāi)啟高壓鈉燈補(bǔ)光。由于高壓鈉燈的高散熱量，種植者在溫室環(huán)境控制上有2種選擇：一是在不開(kāi)窗通風(fēng)的情況下補(bǔ)光，讓植物處于較高的溫度中；二是開(kāi)窗通風(fēng)降溫，但CO2濃度會(huì)急劇降低，繼續(xù)加大CO2的使用量，會(huì)導(dǎo)致CO2的浪費(fèi)。然而，這2種選擇都是得不償失的生產(chǎn)管理措施。于是，種植者不得不放棄補(bǔ)光，生產(chǎn)受到影響，而LED補(bǔ)光沒(méi)有這方面的問(wèn)題。其次，表現(xiàn)在植物生長(zhǎng)方面，在飛利浦LED補(bǔ)光下種植的生菜，生長(zhǎng)更好、生育期更短、單株生菜更重。生長(zhǎng)過(guò)程中，使用高壓鈉燈時(shí)會(huì)帶來(lái)的燒尖（tip burn）現(xiàn)象也不再發(fā)生（比利時(shí)Desmet公司）。在品質(zhì)表現(xiàn)方面，飛利浦特有的光配方使植物的葉片更厚實(shí)，口感更佳。株型更緊湊飽滿，更好的株型意味著更長(zhǎng)的貨架期，適合于產(chǎn)品的長(zhǎng)途運(yùn)輸。并且，紅葉生菜的紅色著色效果更好、更快（圖3）。另外，飛利浦LED頂光模組開(kāi)發(fā)了特有的vision產(chǎn)品，使用在芬蘭Nurmitarhat Oy溫室種植的采收區(qū)，不僅可以補(bǔ)光，而且可以很好的用于采收時(shí)觀察植株的長(zhǎng)勢(shì)、顏色和品質(zhì)等外觀是否達(dá)到采收標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)拜耳蔬菜種子公司的種植結(jié)果，在使用飛利浦LED補(bǔ)光方案后，種植一茬生菜的時(shí)間縮短為未使用飛利浦LED補(bǔ)光時(shí)所需種植時(shí)間的一半，并且其所育成的紅葉生菜品種，著色品質(zhì)表現(xiàn)得更突出，這也使得他們的品種在市場(chǎng)上具有更大的競(jìng)爭(zhēng)力。

在冬季的溫室育苗中，如果連陰雨天氣突襲，溫室內(nèi)的光照水平會(huì)更低，嚴(yán)重影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育，此關(guān)鍵時(shí)期的光照如果不足，蔬菜幼苗會(huì)生長(zhǎng)欠佳，易產(chǎn)生徒長(zhǎng)苗。飛利浦LED生產(chǎn)模組在溫室內(nèi)提供理想的光照環(huán)境進(jìn)行溫室蔬菜的育苗（圖4），育成的苗子會(huì)更健壯，品質(zhì)更好。

在植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)取得用戶滿意效果的同時(shí)，種植者還發(fā)現(xiàn)，飛利浦LED補(bǔ)光方案更節(jié)能、更高效，能夠節(jié)省約一半的電費(fèi)，意味著生產(chǎn)單株生菜（單位重量）的成本更低，獲益更高。

溫室花卉補(bǔ)光

光照對(duì)于是溫室切花、盆花的生產(chǎn)至關(guān)重要。根據(jù)溫室花卉補(bǔ)光的目的，將溫室花卉補(bǔ)光分為2個(gè)方面：一是光周期補(bǔ)光，即通過(guò)改變光照時(shí)間、調(diào)節(jié)光周期從而達(dá)到花卉的花期調(diào)控，這種方法提供的光照強(qiáng)度較弱，植物只需感受到光信號(hào)即可；二是生長(zhǎng)補(bǔ)光，即通過(guò)對(duì)植物生長(zhǎng)階段提供生長(zhǎng)所需的光照，從而促進(jìn)植物更好的生長(zhǎng)，進(jìn)而形成產(chǎn)量和品質(zhì)，這里提供的光照一般較強(qiáng)。

對(duì)日長(zhǎng)比較敏感的植物，在特定時(shí)期會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行人工補(bǔ)光，提供長(zhǎng)日照條件或者在夜間進(jìn)行人工補(bǔ)光打破其暗夜，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)開(kāi)花期的目的。菊花是一種短日照植物，在其開(kāi)花前，必須達(dá)到一定的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)；或者在育種過(guò)程中為了保持母本的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，必須抑制花芽分化。為了達(dá)到維持營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的目的，使用飛利浦LED花期燈來(lái)補(bǔ)光，提供長(zhǎng)日照條件，從而達(dá)到花期調(diào)控的目的。比利時(shí)Gediflora公司應(yīng)用結(jié)果表明，飛利浦LED花期燈在達(dá)到抑制菊花花芽分化效果的同時(shí)，與原有的白熾燈相比，LED的應(yīng)用節(jié)能達(dá)到60%（圖5）?；ㄆ跓粢部梢詰?yīng)用在草莓生產(chǎn)中進(jìn)行人工補(bǔ)光，明顯促進(jìn)草莓莖的抽生，提早收獲期，提高果品質(zhì)量，并且大大減少畸形果的數(shù)量。同時(shí)，比白熾燈節(jié)能88%（荷蘭Brookberries公司，圖6）。在石竹、珍珠菜屬等花卉的花期調(diào)節(jié)上也有很好的應(yīng)用。

花卉補(bǔ)光的另一方面是生長(zhǎng)補(bǔ)光。眾所周知，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)是生殖生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，充足的光照帶來(lái)充分的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，能夠保證開(kāi)花的進(jìn)行，使花朵的花型、花色有所改觀。比利時(shí)Scheers Rose Nursery公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)大花型切花玫瑰。出于高品質(zhì)玫瑰的生產(chǎn)需求，近期他們溫室中更新了補(bǔ)光方案，采用70%飛利浦LED和30%高壓鈉燈的組合方案。與原有高壓鈉燈方案相比，新方案補(bǔ)光強(qiáng)度提升至原光強(qiáng)的1.5倍，且產(chǎn)熱降低了50%。如此就不需要對(duì)整個(gè)溫室的供電設(shè)施進(jìn)行改造。消耗相同的電量，可以提供同樣的光照強(qiáng)度，并且可以每年多提供500～750 h的光照。溫室內(nèi)的CO2濃度和溫度控制都更加穩(wěn)定，生產(chǎn)出了高品質(zhì)的切花玫瑰（圖7）。飛利浦全LED補(bǔ)光方案在溫室非洲菊、蝴蝶蘭等花卉生產(chǎn)中的應(yīng)用，在植物生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)上也取得了令人滿意的效果（圖8）。

現(xiàn)代玻璃溫室的天溝高度越來(lái)越高，溫室內(nèi)垂直空間越來(lái)越大，使在溫室內(nèi)進(jìn)行多層種植成為可能，而多層種植的關(guān)鍵條件就是光照。飛利浦LED提供了很好的解決方案。De Hoog Orchids是一家專(zhuān)門(mén)從事石斛蘭溫室生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)種植公司。先前采用高壓鈉燈種植，每年植株能夠開(kāi)花1次。開(kāi)花前需要一段低溫誘導(dǎo)，使用空調(diào)進(jìn)行降溫，產(chǎn)生了高額電費(fèi)。為了擴(kuò)大石斛蘭的生產(chǎn)規(guī)模并實(shí)行周年種植，該公司采用了多層種植，每層均采用飛利浦LED提供生長(zhǎng)所需的光照（圖9）。“光照穩(wěn)定，易于控制，使得我們很容易做到控制植物的某些性狀，比如花芽分化的進(jìn)程、花芽誘導(dǎo)數(shù)目以及一簇花的數(shù)目，這對(duì)于我們來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。穩(wěn)定理想的光照也讓我們能夠提前進(jìn)行生產(chǎn)的計(jì)劃來(lái)更好地滿足客戶的要求，同時(shí)也節(jié)省了電費(fèi)。最終提高了空間利用率，提高了整個(gè)溫室生產(chǎn)的效率”。由飛利浦LED提供的光照解決方案同樣應(yīng)用于郁金香、長(zhǎng)壽花。

國(guó)內(nèi)在高檔花卉的溫室種植中也對(duì)飛利浦LED補(bǔ)光方案做了試驗(yàn)，在小玫瑰和姜荷花的試驗(yàn)中均取得了很好的效果，補(bǔ)光后的植物長(zhǎng)勢(shì)更好、葉片更綠、分枝增加、發(fā)花更多、花苞更大（圖10）。

結(jié)語(yǔ)

飛利浦園藝LED照明專(zhuān)業(yè)提供溫室補(bǔ)光方案，可以根據(jù)溫室設(shè)施的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作物的種類(lèi)、生產(chǎn)目標(biāo)以及所處地域的氣候特點(diǎn)為溫室種植者設(shè)計(jì)合適的溫室補(bǔ)光方案。隨著中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展、國(guó)家對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)這一高集約型生產(chǎn)方式的支持，以及國(guó)家節(jié)能減排政策的推行、對(duì)低碳綠色農(nóng)業(yè)的鼓勵(lì)、LED技術(shù)的飛速發(fā)展，LED補(bǔ)光必將成為未來(lái)溫室補(bǔ)光的主導(dǎo)，在溫室蔬菜、育苗、花卉生產(chǎn)中的發(fā)揮著廣泛的作用。