不同光源对吊竹梅生长和光合特性的影响

王 佳，莫惠芝，蔡静如，罗旭荣，许建新，赵 亮， 张 静，任国香

(广东省深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东 深圳 518035)

不同光源对吊竹梅生长和光合特性的影响

王 佳，莫惠芝，蔡静如，罗旭荣，许建新*，赵 亮， 张 静，任国香

(广东省深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东 深圳 518035)

为解决植物在寡照的室内环境下生长不良的问题而开发出适宜于室内植物生长的商业照明灯，研究了不同光源对常见垂直绿化植物吊竹梅光合特性及生长的影响，比较了其叶绿素相对含量、净光合速率、存活率、株高、节间距、叶片数、分株数等指标。在全光谱LED灯(T3处理)下吊竹梅的叶片数和分枝数最多，生长情况相对较好。在T3处理下吊竹梅的叶绿素相对含量和最大净光合速率(Pmax)最高，分别为30.99 SPAD和5.07 μmol/(m2·s)；在较低的光合有效辐射(<130)的T3处理下生长的吊竹梅净光合效率与在高光合有效辐射(>500)日光温室生长的吊竹梅相当。在全光谱LED灯下照明的吊竹梅可进行正常的生长且光合能力较强，可为开发适宜应用于室内办公环境的植物照明产品提供参考依据。

光源；全光谱LED植物生长灯；吊竹梅；生长；光合特性

垂直绿化不同于地面绿化，是近10多年来因城市化进程加快而发展起来的一项高新技术，它对改善城市生态环境、提升城市绿化面积起着很大的作用，将会成为未来绿化的一种新趋势，其中室内垂直绿化在各大城市中发展尤为迅速[1]。

在自然界中，光是植物生长和发育最重要的环境因素之一，缺乏光照或光照不足都将影响植物正常的生长发育[2]。而室内光照环境与室外相比较具有很大差距，甚至室内阴暗位置的光照达不到多数植物的光补偿点，长期下来，植物会表现出光合效率低、生长缓慢或徒长等现象，会极大地影响植物的景观效果[3]。因此，合适的照明是垂直绿化发展阶段的必然需求，也是解决室内植物需光和室内照明的必要方法。

目前，发达国家已积极研究植物设施栽培领域的LED光源技术和产品的应用，而我国还处于植物设施栽培领域的LED光源技术与机理研究的发展阶段[4-5]，将LED光源应用于室内植物栽培的研究和应用也很少见报道。因此，本研究以常用的垂直绿化植物吊竹梅为试验材料，探讨了不同常用人工光源对其生长及光合特性的影响，以期为开发适宜应用于室内办公环境的植物照明光源的技术和产品提供依据。

1 材料与方法

1.1 植物材料

吊竹梅(TradescantiazebrinaBosse)，栽培在深圳市铁汉生态环境股份有限公司桥头研发基地，每种处理的植物规格一致、生长健壮、无病虫害，实验采用正常水肥管理。

1.2 照明设计

对照(CK)为全遮阴，无光照。光照实验中设置5种光源系统，分别是：温室日光；30 W普通照明的LED灯(T1处理)；80 W传统钠灯(T2处理)；30 W铁汉自主研发的全光谱LED灯(T3处理)；16 W常用农用生产LED灯(红∶蓝∶绿=2∶1∶1，T4处理)。

1.3 实验方法

将吊竹梅置于室内人工暗室中进行照明处理，暗室为正常的室内办公室，其见光位置全部用遮荫布覆盖遮挡，暗箱由1.2 m高货架和4层90%遮荫网覆盖搭建而成。以人工暗室内的阴暗处理为对照(CK)，每个处理15盆，温度控制在25～35 ℃，湿度控制在60%～75%，光周期为日/夜=14 h/10 h。培育35 d后测定植物的存活率、株高、节间距、叶片数、分枝数、光合速率、叶绿素含量等。测定叶绿素含量时，每个植株取2片成熟叶，每个叶片测量3次数据，取平均值，且算1个重复。采用LI-6400光合测定仪测定净光合速率值，采用SPAD 502便携式叶绿素仪测定叶绿素相对含量，用Excel 2013和SPSS 16.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同光源处理对吊竹梅生长的影响

从表1中可知，不同的光源处理对吊竹梅生长的影响存在差异。除无补光处理(CK)外，各光源处理对吊竹梅存活率的影响差异不大，在CK处理下吊竹梅出现死亡，成活率为86.67%。在通常情况下，吊竹梅生长迅速，短时间能看出生长差异；在全光谱LED灯(T3处理)下吊竹梅生长高度最高，为30.66 cm，与CK、温室日光、LED灯(红∶蓝∶绿=2∶1∶1)(T4处理)差异显著，而与其他光源处理差异不明显；CK处理下吊竹梅高度也较高，可能是因为CK处理下吊竹梅缺光徒长。在CK处理下吊竹梅最长节间距最长，为5.82 cm，徒长明显，茎间发白，叶片变小变绿。但其节间距与80 W传统钠灯(T2处理)、T3处理相比，并没有显著差异。在T3处理下叶片数和分枝数最多，与T4处理和对照差异明显，但与其他光源处理差异不明显，其原因可能是单独使用T4处理进行照明不能满足植物对光照强度的需要。

总体来看，在CK处理下的吊竹梅的生长情况最差，徒长明显，茎间发白，而在T3处理下的吊竹梅的生长情况相对最好。

表1 不同光源处理对吊竹梅生长的影响

注：表中数据为同一处理5次重复的平均值。采用Duncan新复极差法检验，同列不同字母表示在0.05水平下差异显著。下同。

2.2 不同光源处理对吊竹梅叶绿素相对含量的影响

叶片叶绿素含量与光合速率密切相关，而通常把叶绿素含量作为判断植物光合速率的重要指标[6]。SPAD叶绿素仪作为一种快速测定作物叶绿素相对含量的仪器已经得到很多专家的认可，并在常用农作物上得到广泛应用[7]。从图1中可知，在T3处理下的吊竹梅的叶绿素相对含量最高，为30.99 SPAD，显著高于除T4外的所有光照处理和对照。

2.3 不同光源处理对吊竹梅光合作用效率的影响

在自然光光谱中，400～700 nm波段称为光合有效辐射(Photosynthetically active radiation，PAR)，是植物进行光合作用的重要因子[7]。从表2可以看出，T1、T2和T3处理下吊竹梅净光合效率(Pn)差异不明显，表明在这几种生长灯下吊竹梅都可以进行正常的光合作用，但T3处理下吊竹梅的光合能力较高，且在T3处理(PAR<130)下生长的吊竹梅Pn与在日光温室(PAR>500)下生长的吊竹梅Pn相当。T4处理下吊竹梅的Pn为负值且与其他处理差异明显，表明吊竹梅在该环境下不能正常进行光合作用来存储光合有机物。

2.4 不同光源处理对吊竹梅最大净光合速率的影响

由表3可知，在PAR为1000 μmol/(m2·s)的条件下(此时为光饱和)，在各处理下吊竹梅的最大净光合速率值(Pmax)差异显著。在T3处理下吊竹梅Pmax最高，为5.07 μmol/(m2·s)，显著高于其它处理，推测此处理下吊竹梅的光合能力和健康状况最佳。

表2 不同光源处理对吊竹梅光合作用效率的影响

μmol/(m2·s)

注：表中数据为同一处理7次重复的平均值。

表3 不同光源处理对吊竹梅最大净光合速率的影响

μmol/(m2·s)

图1 不同光源处理对吊竹梅叶绿素相对含量的影响

3 结论与讨论

3.1 光源的比较

目前，垂直绿化在应用时普遍存在植物种类单调、配置不合理、植物稳定性差等问题。为维持行业的可持续发展，必须充分掌握植物的生长特性，丰富植物的种类，合理配置植物，充分发挥单位绿化面积的生态效益[7]。

目前，应用广泛的人工补光光源主要是白炽灯、荧光灯、高压钠灯、低压钠灯等。白炽灯应用时间最久，所含红外线的比例较大，发光效率较低，但构造简单，价格便宜，一般在温室用于维持植物光周期的照明光源，一般悬挂高度在距离植株40 cm处[8]。荧光灯能被植物吸收的光能占辐射总量的75%～80%，发光效率较高，但单灯效率较小，且含有对环境和人体有害物质“汞”，常在人工气候室中作育苗和组织培养的补光光源，一般悬挂高度在距离植株5～10 cm处[9]。高压钠灯主要产生黄橙色光，发光效率极高，由于散热量大，高压钠灯的安装高度与植株的垂直距离保持1 m左右，为确保植物的补光强度，应将灯尽可能地布置在植物的正上方[10]。低压钠灯发光光谱集中在589 nm黄色光，通常与其他光源配合使用。金属卤化物灯的光色可随不同的金属卤化物成分而改变，一般在蓝紫光区域发出的光更多。氙气灯的可见光部分近于自然光，但红外成分比自然光强，寿命比一般金属卤化物灯高4～5倍，但成本高，热量大，光效不高[11]。以上这些光源都是热光源，都会使环境冷却成本增加。

室内照明环境中进行人工补光，不同于农业补光，在应用中迫切需要采用适用、高效、节能环保的植物照明灯具，做到提高发光效率、减低能耗、均匀照明、发光颜色与室内照明环境一致、科学合理植物补光，配备优化的光照解决方案与智能的光控方法，解除不适光环境对植物生产活动的制约，达到促进植物生长发育、高效、抗病、优质的目的。LED灯是采用半导体发光原理制造的一种节能环保灯，具有节能、寿命长、光量和光质可调节、发热低等优点，已被广泛应用于植物生长的研究中；LED灯在植物补光应用方面还可以实现对分层种植作物的近距离补光、对同一种作物不同部位的不同类型的补光，从而优于传统灯具及照射方式的补光效果[12]。因此，本实验认为此光源是取代目前能耗大、运行费用高的常用人工光源的很好选择。

3.2 不同光源处理对吊竹梅生长的影响

本研究表明，不同的光源对吊竹梅的生长具有较明显的影响，这可能与作为光源的各种灯具的光谱范围、光照强度等属性有关。在普通LED灯(T1处理)下的吊竹梅生长一般，其光合特性较差且与其他处理差异明显，可能是因为普通LED灯的光谱通常只含紫外光及波长在440 nm左右的短波蓝光，缺少植物生长所需的红光波段，而且短波蓝光并不处于植物生长所需的450～470 nm的波段[13]。在传统钠灯(T2处理)下的吊竹梅生长和光合能力比在普通LED灯(T1处理)下的稍好，可能是因为传统钠灯的光谱范围比普通LED灯宽，而且光照强度高、亮度高，距离光源1 m的距离以内能感觉到热量。

3.3 不同光源处理对吊竹梅叶绿素相对含量和净光合速率的影响

光饱和时的Pn值为叶片的Pmax(最大净光合速率)，其值越大说明在有效的光照下合成的光合产物越多，也反映了叶片的光合潜能[14]。在全光谱LED植物生长灯(T3处理)下的吊竹梅光合能力最好，且与其他处理差异显著。可能因为全光谱LED灯的光谱接近太阳光线，光谱范围在400～840 nm，且含有对植物发育和形态建成有促进作用的远红光波段(700～800 nm)[15]，而且红蓝波段的峰值处于植物生长所需的波段，因此，全光谱LED植物生长灯更加适于室内植物的正常生长，这对于我国垂直绿化、室内农场的发展具有非常重要的现实意义，同时还可为照明产业在农业领域开拓更为广阔和持久的消费市场奠定基础。但是全光谱LED植物生长灯的不同光质的配比对不同类型植物的生长影响还需要进一步研究。

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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

广东省省级科技计划项目(2014B09093015)；广东省工程技术研究开发中心入库项目(2013.12-2016.4)。

王佳(1987─)，女，湖南邵阳人，硕士，研究方向：立体绿化技术开发和应用。*通讯作者：许建新。

S688

A

1001-8581(2016)03-0043-04

许晶晶)