不同光源對吊竹梅生長和光合特性的影響

王 佳，莫惠芝，蔡靜如，羅旭榮，許建新，趙 亮， 張 靜，任國香

(廣東省深圳市鐵漢生態環境股份有限公司，廣東 深圳 518035)

不同光源對吊竹梅生長和光合特性的影響

王 佳，莫惠芝，蔡靜如，羅旭榮，許建新*，趙 亮， 張 靜，任國香

(廣東省深圳市鐵漢生態環境股份有限公司，廣東 深圳 518035)

為解決植物在寡照的室內環境下生長不良的問題而開發出適宜于室內植物生長的商業照明燈，研究了不同光源對常見垂直綠化植物吊竹梅光合特性及生長的影響，比較了其葉綠素相對含量、凈光合速率、存活率、株高、節間距、葉片數、分株數等指標。在全光譜LED燈(T3處理)下吊竹梅的葉片數和分枝數最多，生長情況相對較好。在T3處理下吊竹梅的葉綠素相對含量和最大凈光合速率(Pmax)最高，分別為30.99 SPAD和5.07 μmol/(m2·s)；在較低的光合有效輻射(<130)的T3處理下生長的吊竹梅凈光合效率與在高光合有效輻射(>500)日光溫室生長的吊竹梅相當。在全光譜LED燈下照明的吊竹梅可進行正常的生長且光合能力較強，可為開發適宜應用于室內辦公環境的植物照明產品提供參考依據。

光源；全光譜LED植物生長燈；吊竹梅；生長；光合特性

垂直綠化不同于地面綠化，是近10多年來因城市化進程加快而發展起來的一項高新技術，它對改善城市生態環境、提升城市綠化面積起著很大的作用，將會成為未來綠化的一種新趨勢，其中室內垂直綠化在各大城市中發展尤為迅速[1]。

在自然界中，光是植物生長和發育最重要的環境因素之一，缺乏光照或光照不足都將影響植物正常的生長發育[2]。而室內光照環境與室外相比較具有很大差距，甚至室內陰暗位置的光照達不到多數植物的光補償點，長期下來，植物會表現出光合效率低、生長緩慢或徒長等現象，會極大地影響植物的景觀效果[3]。因此，合適的照明是垂直綠化發展階段的必然需求，也是解決室內植物需光和室內照明的必要方法。

目前，發達國家已積極研究植物設施栽培領域的LED光源技術和產品的應用，而我國還處于植物設施栽培領域的LED光源技術與機理研究的發展階段[4-5]，將LED光源應用于室內植物栽培的研究和應用也很少見報道。因此，本研究以常用的垂直綠化植物吊竹梅為試驗材料，探討了不同常用人工光源對其生長及光合特性的影響，以期為開發適宜應用于室內辦公環境的植物照明光源的技術和產品提供依據。

1 材料與方法

1.1 植物材料

吊竹梅(TradescantiazebrinaBosse)，栽培在深圳市鐵漢生態環境股份有限公司橋頭研發基地，每種處理的植物規格一致、生長健壯、無病蟲害，實驗采用正常水肥管理。

1.2 照明設計

對照(CK)為全遮陰，無光照。光照實驗中設置5種光源系統，分別是：溫室日光；30 W普通照明的LED燈(T1處理)；80 W傳統鈉燈(T2處理)；30 W鐵漢自主研發的全光譜LED燈(T3處理)；16 W常用農用生產LED燈(紅∶藍∶綠=2∶1∶1，T4處理)。

1.3 實驗方法

將吊竹梅置于室內人工暗室中進行照明處理，暗室為正常的室內辦公室，其見光位置全部用遮蔭布覆蓋遮擋，暗箱由1.2 m高貨架和4層90%遮蔭網覆蓋搭建而成。以人工暗室內的陰暗處理為對照(CK)，每個處理15盆，溫度控制在25～35 ℃，濕度控制在60%～75%，光周期為日/夜=14 h/10 h。培育35 d后測定植物的存活率、株高、節間距、葉片數、分枝數、光合速率、葉綠素含量等。測定葉綠素含量時，每個植株取2片成熟葉，每個葉片測量3次數據，取平均值，且算1個重復。采用LI-6400光合測定儀測定凈光合速率值，采用SPAD 502便攜式葉綠素儀測定葉綠素相對含量，用Excel 2013和SPSS 16.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同光源處理對吊竹梅生長的影響

從表1中可知，不同的光源處理對吊竹梅生長的影響存在差異。除無補光處理(CK)外，各光源處理對吊竹梅存活率的影響差異不大，在CK處理下吊竹梅出現死亡，成活率為86.67%。在通常情況下，吊竹梅生長迅速，短時間能看出生長差異；在全光譜LED燈(T3處理)下吊竹梅生長高度最高，為30.66 cm，與CK、溫室日光、LED燈(紅∶藍∶綠=2∶1∶1)(T4處理)差異顯著，而與其他光源處理差異不明顯；CK處理下吊竹梅高度也較高，可能是因為CK處理下吊竹梅缺光徒長。在CK處理下吊竹梅最長節間距最長，為5.82 cm，徒長明顯，莖間發白，葉片變小變綠。但其節間距與80 W傳統鈉燈(T2處理)、T3處理相比，并沒有顯著差異。在T3處理下葉片數和分枝數最多，與T4處理和對照差異明顯，但與其他光源處理差異不明顯，其原因可能是單獨使用T4處理進行照明不能滿足植物對光照強度的需要。

總體來看，在CK處理下的吊竹梅的生長情況最差，徒長明顯，莖間發白，而在T3處理下的吊竹梅的生長情況相對最好。

表1 不同光源處理對吊竹梅生長的影響

注：表中數據為同一處理5次重復的平均值。采用Duncan新復極差法檢驗，同列不同字母表示在0.05水平下差異顯著。下同。

2.2 不同光源處理對吊竹梅葉綠素相對含量的影響

葉片葉綠素含量與光合速率密切相關，而通常把葉綠素含量作為判斷植物光合速率的重要指標[6]。SPAD葉綠素儀作為一種快速測定作物葉綠素相對含量的儀器已經得到很多專家的認可，并在常用農作物上得到廣泛應用[7]。從圖1中可知，在T3處理下的吊竹梅的葉綠素相對含量最高，為30.99 SPAD，顯著高于除T4外的所有光照處理和對照。

2.3 不同光源處理對吊竹梅光合作用效率的影響

在自然光光譜中，400～700 nm波段稱為光合有效輻射(Photosynthetically active radiation，PAR)，是植物進行光合作用的重要因子[7]。從表2可以看出，T1、T2和T3處理下吊竹梅凈光合效率(Pn)差異不明顯，表明在這幾種生長燈下吊竹梅都可以進行正常的光合作用，但T3處理下吊竹梅的光合能力較高，且在T3處理(PAR<130)下生長的吊竹梅Pn與在日光溫室(PAR>500)下生長的吊竹梅Pn相當。T4處理下吊竹梅的Pn為負值且與其他處理差異明顯，表明吊竹梅在該環境下不能正常進行光合作用來存儲光合有機物。

2.4 不同光源處理對吊竹梅最大凈光合速率的影響

由表3可知，在PAR為1000 μmol/(m2·s)的條件下(此時為光飽和)，在各處理下吊竹梅的最大凈光合速率值(Pmax)差異顯著。在T3處理下吊竹梅Pmax最高，為5.07 μmol/(m2·s)，顯著高于其它處理，推測此處理下吊竹梅的光合能力和健康狀況最佳。

表2 不同光源處理對吊竹梅光合作用效率的影響

μmol/(m2·s)

注：表中數據為同一處理7次重復的平均值。

表3 不同光源處理對吊竹梅最大凈光合速率的影響

μmol/(m2·s)

圖1 不同光源處理對吊竹梅葉綠素相對含量的影響

3 結論與討論

3.1 光源的比較

目前，垂直綠化在應用時普遍存在植物種類單調、配置不合理、植物穩定性差等問題。為維持行業的可持續發展，必須充分掌握植物的生長特性，豐富植物的種類，合理配置植物，充分發揮單位綠化面積的生態效益[7]。

目前，應用廣泛的人工補光光源主要是白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈等。白熾燈應用時間最久，所含紅外線的比例較大，發光效率較低，但構造簡單，價格便宜，一般在溫室用于維持植物光周期的照明光源，一般懸掛高度在距離植株40 cm處[8]。熒光燈能被植物吸收的光能占輻射總量的75%～80%，發光效率較高，但單燈效率較小，且含有對環境和人體有害物質“汞”，常在人工氣候室中作育苗和組織培養的補光光源，一般懸掛高度在距離植株5～10 cm處[9]。高壓鈉燈主要產生黃橙色光，發光效率極高，由于散熱量大，高壓鈉燈的安裝高度與植株的垂直距離保持1 m左右，為確保植物的補光強度，應將燈盡可能地布置在植物的正上方[10]。低壓鈉燈發光光譜集中在589 nm黃色光，通常與其他光源配合使用。金屬鹵化物燈的光色可隨不同的金屬鹵化物成分而改變，一般在藍紫光區域發出的光更多。氙氣燈的可見光部分近于自然光，但紅外成分比自然光強，壽命比一般金屬鹵化物燈高4～5倍，但成本高，熱量大，光效不高[11]。以上這些光源都是熱光源，都會使環境冷卻成本增加。

室內照明環境中進行人工補光，不同于農業補光，在應用中迫切需要采用適用、高效、節能環保的植物照明燈具，做到提高發光效率、減低能耗、均勻照明、發光顏色與室內照明環境一致、科學合理植物補光，配備優化的光照解決方案與智能的光控方法，解除不適光環境對植物生產活動的制約，達到促進植物生長發育、高效、抗病、優質的目的。LED燈是采用半導體發光原理制造的一種節能環保燈，具有節能、壽命長、光量和光質可調節、發熱低等優點，已被廣泛應用于植物生長的研究中；LED燈在植物補光應用方面還可以實現對分層種植作物的近距離補光、對同一種作物不同部位的不同類型的補光，從而優于傳統燈具及照射方式的補光效果[12]。因此，本實驗認為此光源是取代目前能耗大、運行費用高的常用人工光源的很好選擇。

3.2 不同光源處理對吊竹梅生長的影響

本研究表明，不同的光源對吊竹梅的生長具有較明顯的影響，這可能與作為光源的各種燈具的光譜范圍、光照強度等屬性有關。在普通LED燈(T1處理)下的吊竹梅生長一般，其光合特性較差且與其他處理差異明顯，可能是因為普通LED燈的光譜通常只含紫外光及波長在440 nm左右的短波藍光，缺少植物生長所需的紅光波段，而且短波藍光并不處于植物生長所需的450～470 nm的波段[13]。在傳統鈉燈(T2處理)下的吊竹梅生長和光合能力比在普通LED燈(T1處理)下的稍好，可能是因為傳統鈉燈的光譜范圍比普通LED燈寬，而且光照強度高、亮度高，距離光源1 m的距離以內能感覺到熱量。

3.3 不同光源處理對吊竹梅葉綠素相對含量和凈光合速率的影響

光飽和時的Pn值為葉片的Pmax(最大凈光合速率)，其值越大說明在有效的光照下合成的光合產物越多，也反映了葉片的光合潛能[14]。在全光譜LED植物生長燈(T3處理)下的吊竹梅光合能力最好，且與其他處理差異顯著。可能因為全光譜LED燈的光譜接近太陽光線，光譜范圍在400～840 nm，且含有對植物發育和形態建成有促進作用的遠紅光波段(700～800 nm)[15]，而且紅藍波段的峰值處于植物生長所需的波段，因此，全光譜LED植物生長燈更加適于室內植物的正常生長，這對于我國垂直綠化、室內農場的發展具有非常重要的現實意義，同時還可為照明產業在農業領域開拓更為廣闊和持久的消費市場奠定基礎。但是全光譜LED植物生長燈的不同光質的配比對不同類型植物的生長影響還需要進一步研究。

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Effects of Different Light Sources on Growth and Photosynthetic Characteristics ofTradescantiazebrina

WANG Jia, MO Hui-zhi, CAI Jing-ru, LUO Xu-rong,XU Jian-xin*, ZHAO Liang, ZHANG Jing, REN Guo-xiang

(Shenzhen Techand Ecology and Environment Limited Company, Shenzhen 518035, China)

In order to solve plants growth problem in poor-light indoor environment and develop the most appropriate plant growth lights applied to indoor commercial lighting, studied different light sources on the growth and photosynthetic response ofTradescantiazebrine, several indexes, including chlorophyll content, photosynthetic rate, maximum photosynthetic rate, survival rate, height, the distance of internode, leaves and ramets amount were compared. The results showed that compared with other treatments, the full-spectrum LED grow light (T3treatment) improved leaves and ramets amount ofTradescantiazebrina. The T3treatment greatly improved chlorophyll content and maximum photosynthetic rate ofTradescantiazebrinawere 30.99 SPAD and 5.07 μmol/(m2·s)； respectively. The growth ofTradescantiazebrineat T3treatment was similar to those at the treatment of heliogreenhouse. The full-spectrum LED grow light increased the health growth and photosynthetic capacity ofTradescantiazebrinaand provided evidence for appropriate plant growth lights applied to indoor commercial lighting.

Light sources; Full-spectrum LED light for plant growth;Tradescantiazebrina; Growth; Characteristics of photosynthesis

2015-08-18

廣東省省級科技計劃項目(2014B09093015)；廣東省工程技術研究開發中心入庫項目(2013.12-2016.4)。

王佳(1987─)，女，湖南邵陽人，碩士，研究方向：立體綠化技術開發和應用。*通訊作者：許建新。

S688

A

1001-8581(2016)03-0043-04

許晶晶)