LED灯补光对作物生长发育的影响

时间：2024-07-28

陈菲张信栓于晓莹

河南农业职业学院

LED灯补光对作物生长发育的影响

陈菲张信栓于晓莹

河南农业职业学院

为了探讨LED人工补光对作物生长发育的影响。根据人工补光的理论依据，从红光、蓝光、复合光三种光质对作物生长发育的影响，综述了LED作为温室人工补光光源的理论基础，为LED全面普及提供理论依据。

LED 人工补光植物

植物的生命活动都与光照密不可分，但保护地作物由于有农膜或玻璃的覆盖，使棚内透光率受到影响，特别是持续阴天光照不足，可导致光合作用下降。温室植物生产中光环境的调控有两种方式:一种是通过悬挂反光幕和选择温室覆盖材料的塑料膜或玻璃板等手段调节自然光。另一种是将人工光源应用于植物栽培的照明、补光。LED作为补光光源具有独特的优势，为叶菜植物工厂的快速发展提供一定的基础。LED的光源可根据不同叶菜的需求而变换其光质，为植物提供适宜的光环境参数；同时，LED的光源为冷光源，在进行近距离照射时，不会对植物造成灼伤，另外叶菜类蔬菜的生长空间较小，多在密闭式植物工厂进行立体化的栽培，利用LED作为光源可进一步提升植物工厂的空间利用率，提高单产，降低成本[1]。

一、LED光源补光的理论依据

温室设施为了防寒保温，覆盖的蒲席、草苫揭盖时间直接影响设施内受光时数，常会造成光照强度和光照时间明显不足,使喜强光照的果菜类作物长期生长在弱光逆境中,导致植株营养体生长不健壮、落花落果严重、果实发育缓慢、含糖量降低、产量下降、品质变劣,表现为弱光胁迫[2]。而延长光照时间可增加光合产物的积累,有大量研究表明，补充光照可以增加植物叶片生长速率，光合速率也随之提高，只有在保护地日落后或日出前补光4～8小时，才不会影响蔬菜的正常生长[3、4、5、6]。人工补光的效果除光照强度外，还取决于补光光源的辐射光谱中能被植物叶片有效吸收而进行光合作用的生理辐射特性。不同的补光光源，其生理辐射特性不同。红、橙光的光合作用最强，利于植物较早开花结实，可促使植物体内干物质的积累，促使鳞茎、块根、叶球以及其他植物器官的形成。其次，是波长为400～520nm 的蓝光辐射，可利于延迟开花，使以获取营养器官为目的的植物充分生长[7、8、9]。有研究表明，利用LED灯补光与温室自然光照射30天后测定萝卜的生长生理指标，与自然光相比,使用LED灯补光有利于萝卜肉质根的形成,肉质根鲜重分别增加了5.93克/株和10.93克/株;LED灯补光使萝卜光补偿点和光饱和点升高,光合能力增强[10]。

二、LED灯补光对作物生长发育的影响

1.红光对作物的影响

绿色植物叶绿素吸收最多的是红橙光，其次是蓝紫光，而对黄绿光吸收的最少。远红外线产生热效应，供给作物生长发育的热量，在红外线的照射下，可使果实的成熟趋于一致，近红外线对作物无用途。王绍辉研究指出,在黄瓜苗期增加UVA和红光的照射,减少蓝光和UVB的照射,有利于植株茁壮生长。红光与蓝光有利于黄瓜果实维生素C与还原糖含量的提高;红光照射下黄瓜产量比对照和UVB处理都高[11]。刘玉颖研究结果显示,红光照射下番茄叶片比白光照射下含有较多的蔗糖、蛋白质以及较高的蔗糖酶活性。补充光照对番茄幼苗的一些外部形态产生影响,红光抑制番茄幼苗茎的伸长。因此针对果实发育的不同时期,应该采取不同的光质灯进行补光照射,以提高果实的品质[12]。而在对金银花的补光处理中，补充红光和蓝光下的金银花株高、叶片数、叶面积和叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)含量均显著高于对照。而且红光处理的植株最高，并且促进金银花开花[13]。同时，红光的补光照射，还有利于提高青蒜苗的光合速率，进而促进青蒜苗的生长及干物质积累[14]。并且红光光周期设置在16小时/天d时有利于促进油葵芽苗菜生长和部分品质改善[15]。

2.蓝光对作物的影响

唐永康利用LED对油麦菜进行补光处理，结果表明蓝光利于其茎叶横向生长和光合色素合成;5％～20％蓝光比例能提高其光合和蒸腾速率、光合色素含量、生物量和大量元素含量,改善其荧光特性。25％～50％蓝光比例使光合色素含量进一步增加,且蓝光比例为10％的光照条件最有利于油麦菜生长[16]。而LED蓝光照射还有利于不结球白菜茎和叶柄的伸长生长[17]，也有利于水稻幼苗地上部分干物质的积累及水稻幼苗叶绿素的合成[18]。

3.复合光对作物的影响

复合光能弥补单色光的不足，促进植物的全面生长。有研究表明，红蓝复合光质补光处理显著提高了番茄幼苗的干物质积累量、壮苗指数和净光合速率，并且显著增加了幼苗的叶面积、干鲜重量、可溶性糖和可溶性蛋白质的含量，提高了幼苗的CAT活性、壮苗指数、根系活力和净光合速率，是番茄工厂化设施育苗过程可供参考的适宜补光光质[19]。而通过研究不同光质对小白菜生长及营养品质的影响，也表明复合光处理下小白菜的生长生理指标均有显著提高，复合光照有利于小白菜生长，提高品质[20]。同时复合光也有助于生菜及豌豆芽苗菜的生长，有效提高其产量和质量[21、22]。

三、展望

近年来,温室栽培已成为我国经济型农业的重要产业,但大棚内的光照对于蔬菜的生长影响很大，是限制作物高产优质的主要因素之一。温室人工补光是改善温室光照环境的最有效的办法。但我国温室人工补光的开发应用较晚,随着温室产业的发展和生产水平的提高,温室人工补光的研究和开发应用将显得越来越重要。LED光源不仅可以进一步降低光照成本，同时对植物的生长也具有促进作用。相比传统人工光源具有明显的优势，但LED光环境调控应用于蔬菜设施栽培领域的技术和理论研究尚处于初步发展阶段，相信在不久的将来，随着LED产品的进一步开发研究，LED温室补光光源必将得到全面的普及。

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