LED补光对日光温室番茄生长和产量的影响

【摘要】在日光温室中采用LED灯管和高压钠灯（HPS）为光源，研究了不同LED光质晚间和早晨补光2 h对日光温室番茄生长和产量的影响。结果表明，不同补光处理方式对日光温室番茄生长和叶片生理参数具有显著影响。与无补光对照相比，除高压钠灯晚间补光处理外，其他LED补光处理显著提高了番茄的株高，红蓝光LED早晨补光处理提高了茎粗。红蓝光LED晚上补光处理番茄叶柄数和生长点到第4叶柄处长度指标最高，红蓝光LED早晨补光处理和HPS处理次之。叶片叶绿素含量（以叶绿素仪测得SPAD值表示）以红光LED补光处理最高，HPS处理最低。补光也影响番茄叶片的光量子效率，以HPS处理最高，红蓝光LED晚上补光处理、红蓝光LED早晨补光处理最低。不同补光处理方式对日光温室番茄果实产量和地上部鲜重没有显著影响。

弱光寡照是中国北方寒冷季节危害设施蔬菜生产的环境逆境，在连阴天等恶劣天气情况下时有发生。近年来，冬春季节持续频发的雾霾天气使得日光温室内光强削减50%以上，光周期缩短10%以上，加剧了弱光寡照的危害程度，已成为制约设施园艺生产的重要因素。弱光寡照直接导致设施蔬菜光照不足，诱发叶片黄化、植株萎蔫、生长缓慢、落花落果、茄果类蔬菜果实着色不均等现象，造成严重损失[2]。通过人工补光是解决弱光寡照光环境胁迫问题的有效措施。LED为新型半导体固态光源，具有传统光源无法比拟的光电优势，是设施园艺补光的优选灯具[3]。本试验研究了相同光强下不同LED红蓝光灯与高压钠灯补光对番茄生长形态、叶片生理和产量的影响，以期为日光温室补光提供科学依据。

材料与方法

本试验在北京市顺义区中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所试验基地日光温室内进行。试验设置6个处理，分别为无补光处理（CK）、高压钠灯晚间补光处理2 h（HPS-N）、红光LED晚间补光处理2 h（RLED-N）、蓝光LED晚间补光处理2 h（BLED-N）、红蓝光LED晚间补光处理2 h（RBLED-N）、红蓝光LED早晨补光处理2 h（RBLED-M）。高压钠灯为400 W。温室番茄2013年10月22日移栽，采用起垄覆膜滴管的种植方法。试验于2013年12月3日开始，灯具悬挂于每垄上方，通过灯具悬挂高度的调节实现各处理番茄冠层上方的光强一致，为50 μmol /（m2·s）。晚上补光时间为17：00～19：00，早上补光时间为7：00～9：00。设置多垄的番茄为无补光的对照。生长过程中分别于2013年12月25日和2014年3月7日两次，每个处理下选择5株番茄测定相关指标，测定指标包括番茄的株高、茎粗、叶柄数、生长点到第4叶柄处长度、叶绿素含量（以叶绿素仪测得SPAD值表示）、光量子效率，以及番茄产量和植株地上部鲜重等。

结果与分析

不同补光处理对番茄生长和叶片生理参数的影响

由表1可知，不同补光处理方式对日光温室番茄生长和叶片生理参数具有显著影响。与无补光对照相比，除HPS晚间补光和BLED-N处理外，其他LED补光处理显著提高了番茄的株高，而且红蓝光LED早晨补光处理也提高了茎粗。红蓝光LED晚上补光处理番茄叶柄数和生长点到第4叶柄处长度两指标最高，红蓝光LED早晨补光处理和HPS处理次之。叶片SPAD值以红光LED补光处理最高，HPS处理最低。补光也影响番茄叶片的光量子效率，以HPS处理最高，红蓝光LED晚上补光处理、红蓝光LED早晨补光处理最低。

不同补光处理对番茄产量和地上部生物量的影响

由表2可知，不同补光处理方式对日光温室番茄果实产量和地上部鲜重没有显著影响。但是，HPS补光处理与红光LED晚上补光处理产量平均值较高，地上部鲜重平均值以对照最高。虽然未达到显著水平，但试验数据也表明，补光处理对提高产量有所裨益。补光效益大小不仅取决于光源灯具、补光方式、补光时间、光质组成及其强度、天气条件等因素。如果雾霾等弱光寡照天气发生频繁，补光效益必定提高。因此，开展智能补光研究非常必要，智能补光是温室补光的发展方向。

讨论

LED是设施园艺补光最理想的替代光源，LED光源的优势主要体现在以下几个方面：①LED可按植物生长发育需求调制光源；②LED为冷光源，贴近植物照射，可提高空间利用率；③LED可精准调控光强、光质和光周期等；④LED光源节能、环保、寿命长、体积小、重量轻；⑤LED光源装置多样，有灯板、灯带、灯管和灯泡，可应用环境的范围广。在LED红蓝光条件下，植物可完成正常生长。本试验表明，在日光温室中采用LED灯管和高压钠灯为光源补光，对日光温室番茄生长有显著的影响，但对果实产量和地上部生物量无显著影响。

补光技术在荷兰设施园艺生产中的应用效果明显，主要是高纬度地区光照强度低且时长较短的缘故。此次试验中LED和HPS补光未见产量效果。究其原因，可能与试验期间弱光寡照发生频率低的客观条件有关。若试验期间，由各种原因导致的弱光寡照的天气条件发生频繁，造成设施内的作物光照强度不足和光照时长不够，则补光效果显现将更加明显。所以，补光前提天气条件确定需要做更多细致的研究工作，以深入探讨。

参考文献

[1] 孙维拓，杨其长，方慧，等. 主动蓄放热-热泵联合加温系统在

日光温室的应用[J]. 农业工程学报，2013，29（19）：168-177.

[2] 刘文科，杨其长. 雾霾天气与设施园艺补光[J]. 科技导报，

2014，10：11.

[3] 刘文科，杨其长. 设施农业照明新光源——发光二极管（LED）

[J]. 科技导报，2014，6：11.

基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）课题（2013AA103001）。

作者简介：刘文科，研究员，博士生导师，研究方向为设施园艺营养与光温生物学及其工程技术装备。