LED燈補光對作物生長發育的影響

陳 菲 張信栓 于曉瑩

河南農業職業學院

LED燈補光對作物生長發育的影響

陳 菲 張信栓 于曉瑩

河南農業職業學院

為了探討LED人工補光對作物生長發育的影響。根據人工補光的理論依據，從紅光、藍光、復合光三種光質對作物生長發育的影響，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。

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膜或玻璃的覆蓋，使棚內透光率受到影響，特別是持續陰天光照不足，可導致光合作用下降。溫室植物生產中光環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勢，為葉菜植物工廠的快速發展提供一定的基礎。LED的光源可根據不同葉菜的需求而變換其光質，為植物提供適宜的光環境參數；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，降低成本[1]。

一、LED光源補光的理論依據

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受光時數，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,導致植株營養體生長不健壯、落花落果嚴重、果實發育緩慢、含糖量降低、產量下降、品質變劣,表現為弱光脅迫[2]。而延長光照時間可增加光合產物的積累,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。遠紅外線產生熱效應，供給作物生長發育的熱量，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產生影響,紅光抑制番茄幼苗莖的伸長。因此針對果實發育的不同時期,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、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、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，有效提高其產量和質量[21、22]。

三、展望

近年來,溫室栽培已成為我國經濟型農業的重要產業,但大棚內的光照對于蔬菜的生長影響很大，是限制作物高產優質的主要因素之一。溫室人工補光是改善溫室光照環境的最有效的辦法。但我國溫室人工補光的開發應用較晚,隨著溫室產業的發展和生產水平的提高,溫室人工補光的研究和開發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。相比傳統人工光源具有明顯的優勢，但LED光環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展階段，相信在不久的將來，隨著LED產品的進一步開發研究，LED溫室補光光源必將得到全面的普及。

[1]聞 婧，魏靈玲，楊其長，等.LED在葉菜植物工廠中的應用[J].溫室園藝（LED在設施園藝中的應用系列二），2009，11-12.

[2]吳蘭坤,黃衛東,戰吉成.弱光對大櫻桃坐果及果實品質的影響[J].中國農業大學學報,2002,7(3):69-741

[3]花 妍 ,羅新蘭 ,李天來，等.光照時間對番茄苗期生長發育的影響[J].河南農業科學，2008，8：108-111

[4]李愚鶴,馬鴻艷,欒非時.補充光照對溫室冬茬黃瓜幼苗生長及生理特性的影響 [J].東北農業大學學報,2005,36(5):584-588

[5]胡永光,李萍萍,鄧慶安,等.溫室人工補光效果的研究及補光光源配置設計 [J].江蘇理工大學學報(自然科學版),2001,22(3):37-401

[6]Tinus R W,Mcdonald SE.How to grow tree seedlings in containers in greenhouses [R].USDA ForServ RockyMtn ForRange Exp StaFort Collins,Col Gen Tech Rep RM,，1979，60

[7]周國泉，徐一清，付順華，等.溫室植物生產用人工光源研究進展[J].浙江林學院學報2008，25（6）：798 -802

[8]楊雅婷，魏靈玲，魏 強，等.LED 在溫室補光中的應用 [J].溫室園藝 （LED在設施園藝中的應用系列五），2009，15-16

[9]宋亞英，陸生海.溫室人工補光技術及光源特性與應用研究 ［J］.農村實用工程技術：溫室園藝，2005（1）：28－29.

[10]吳家森 ;胡君艷;周啟忠.LED燈補光對蘿卜生長及光合特性的影響[J].北方園藝,2009,10:30-33

[11]王紹輝,孔 云,陳青君,等.不同光質補光對日光溫室黃瓜產量與品質的影響 [J].中國生態農業學報,2006,14(4):119-1211

[12]劉玉穎,廖祥儒,徐景智,等.補充光照對番茄幼苗生長的影響 [J].河北大學學報 (自然科學版), 2002,22(1):51-541

[13]廖建良;劉歡歡;賀握權,等.LED補光對金銀花栽培影響研究[J].惠州學院學報，2013，33(6):54-58

[14]楊曉建;劉世琦;張自坤.不同LED光源對青蒜苗生長及葉綠素熒光特性的影響[J].中國蔬菜,2011,6期-頁,共6頁

[15]張歡;章麗麗;李薇,等.不同光周期紅光對油葵芽苗菜生長和品質的影響[J].園藝學報 ,2012,39(2):297-304

[16]唐永康;郭雙生;艾為黨.不同比例紅藍LED光照對油麥菜生長發育的影響[J].航天醫學與醫學工程 , 2010,23(3):206-212

[17]王婷;李雯琳;鞏芳娥.LED光源不同光質對不結球白菜生長及生理特性的影響[J].甘肅農業大學學報, 2011,46(4):69-73

[18]孫慶麗;陳志;徐剛.不同光質對水稻幼苗生長的影響[J].浙江農業學報,2010,22(3):321-325

[19]鄔奇;蘇娜娜 ;崔瑾.LED光質補光對番茄幼苗生長及光合特性和抗氧化酶的影響 [J].北方園藝, 2013,21:59-63

[20]陳祥偉;劉世琦;成波 .不同LED光源對小白菜生長及品質的影響[J].長江蔬菜,2013,16:36-40

[21]蘇詩淼.LED光對溫室植物生長的影響[J].安徽農業科學,2014,42(25):8494-8496

[22]汪玉潔;鄭胤建;蘇蔚.不同光質對豌豆芽苗菜生長和品質的影響[J].廣東農業科學,2013,40(24):32-34