高附加值植物生产的环境控制技术（一）LED 光环境对叶菜生长及品质的影响

贺冬仙

（中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083）

中国设施农业经过40多年快速发展，适应了中国实际，满足了市场需求，在探索中谋求进步，“智能、清洁、绿色、高效”成为行业共识。当前，中国设施农业进入发展稳定期，2018年末，我国各类设施面积超过333.3万hm2（5 000万亩），大棚、日光温室、连栋温室等使用年限十年以上的设施总面积超过186.7万hm2（2 800万亩），居世界第一。产业链水平不断提升，国家农机购置补贴政策连年增大，设施农业产品和服务呈现多元化，融合、绿色、国际化发展迅猛，新一代信息技术推动设施农业发生了深刻的变革，设施农业进入发展新时代。同时，设施农业也存在着发展不充分、不平衡的问题，机械化率偏低，控制策略缺乏，绿色智能技术装备供给不足，随着设施农业的大型化规模化发展，能耗、机械化、结构安全、精准化环境调控和综合智慧管控平台等关键技术问题亟待攻克。

2019年8月28～29日，“2019中国设施农业产业大会暨2019年高附加值植物生产的环控技术国际研讨会”在北京召开。大会由中国农业机械化协会、中国农业大学、日本植物工厂研究会、农业农村部设施农业工程重点实验室学科群主办。大会共有69个专业报告，涵盖设施农业栽培生理、工程装备、经营管理等各个方面。为了与更多读者分享大会报告的精彩内容，《中国蔬菜》将其中与蔬菜科研和生产相关的报告进行摘录整理，在近期陆续发表。本期的5篇摘要来自于本次大会“LED 光环境生理专题”。

LED 光质对叶菜生长的影响：产量是与光合性能还是与叶片性状密切相关？

何洁 副教授

新加坡南洋理工大学

为了在室内蔬菜生产中正确选择LED 光谱，本文总结了LED光质对芥蓝（Brassica alboglabra）、冰菜（Mesembryanthem crystallinum）和生菜（Lactuca sativa）生长的影响。在相同的光照强度和光照周期下，对比了3种叶菜在不同红蓝比（R∶B）LED 光照下的生长差异。与R∶B 为100∶0（0B）的LED 光照条件相比，在R∶B 为84∶16（16B）的LED 光照下芥蓝叶片的净光合速率和气孔导度最高，单位叶面积含有更高的光合色素、可溶性蛋白和Rubisco 羧化酶，从而获得了最高的地上部生物量、叶片数、总叶面积及单位面积叶片质量。16B 的LED 光质适宜芥蓝生长，其最高产量与叶片光合能力密切相关。与0B 及其他红蓝LED 组合光照条件相比，在R∶B 为90∶10（10B）的LED 光照下生长的冰菜具有最高的地上部生物量、叶片数、总叶面积及单位面积叶片质量，但其净光合速率和气孔导度没有显著性差异。这是因为单位叶面积的冰菜含有相似但更高的光合色素、可溶性蛋白和Rubisco 羧化酶。与芥蓝和冰菜不同，饱和光照强度的0B 光质条件下生长的生菜地上部生物量、叶片展开率、总叶面积最大，但净光合速率最低。仅有红色LED 对生菜光合作用具有一定的抑制作用，其PS Ⅱ潜在的最大光化学效率（Fv/Fm）最低。生菜叶片的光合色素、可溶性蛋白和Rubisco 羧化酶含量随着蓝色LED 光照的增加而增加，LED 红蓝组合光质可以有效地提高生菜的光合效率。故LED 光质对生菜产量的影响与叶片光合特性无关，而是与叶片性状密切相关。

（中国农业大学季方、贺冬仙翻译）

红蓝LED 光交替照射对生菜生长的促进作用

清水浩 教授

日本京都大学

本文研究了LED 红蓝光交替照射对生菜生长的影响。在9种不同的红蓝光交替照射条件（分别 为R0B24、R3B21、R6B18、R9B15、R12B12、R15B9、R18B6、R21B3和R24B0）下定植生菜（Lactuca sativaL.‘Greenwave’）种苗后进行光质影响试验。结果表明：R21B3处理（21 h 红光和3 h 蓝光进行交替照射，无暗期处理）最适合生菜生长，其地上部鲜质量最高；与无暗期处理的红蓝光24 h 同时照射（RB24）相比，R21B3和R12B12处理的生菜光合能力更强，PA/LA 形态指数（投影面积除以叶面积）更大。为此，LED 红蓝光交替照射使生菜叶片具有更有效的受光姿态，其更快的生长速率是由于高光合能力和形态优势引起的。

（中国农业大学季方、贺冬仙翻译）

白红与红蓝LED 光照环境对两种生菜生长、品质和能量利用效率的影响

闫征南 博士 贺冬仙 教授

中国农业大学

植物叶片的光合色素强烈吸收红橙光和蓝紫光，故红蓝LED 光源被广泛应用于人工光型植物工厂。然而，长期在自然环境下生长的植物由于进化已形成了利用广谱太阳辐射的生理机制。为了对比红蓝组合LED 光质与在白色LED 中补充其他LED 光质对水培生菜（Lactuca sativaL.）的影响，本试验在白色LED 中补充红色LED，或在红蓝LED 中分别补充紫外LED、绿色LED 或远红外LED 的光照条件下培育绿叶生菜绿蝶和紫叶生菜紫雅20天。结果表明，在红蓝LED 中补充远红外LED 使绿叶生菜的地上部鲜质量和干质量分别提高了28%和34%，补充紫外光对2个品种生菜的生长和能源利用效率无显著性影响，补充绿光则使绿叶生菜的VC 含量和紫叶生菜的花青素含量分别降低了44%和30%。与红蓝LED 光照条件相比，红蓝LED 补充绿色LED 的光照条件下培育的紫叶生菜在绿光区域的光谱吸收率降低，这与其更高的花青素含量有关。在白色LED 中补充红色LED 的光照条件使得紫叶生菜的地上部鲜质量和干质量均提高了25%，但其VC 和硝酸盐含量与白色LED光照条件下培育的无显著性差异。与红蓝LED 光照条件相比，白红LED 光照条件下培育的2个品种生菜的鲜质量、光能和电能利用效率更优或达到同等水平。综上所述，白红LED 光质可替代红蓝LED 光质用于绿叶和紫叶生菜（绿蝶和紫雅）的立体水培生产。

（中国农业大学贺冬仙翻译）

植物工厂的光照周期对生菜生长及次级代谢产物积累的影响

鲁娜 博士

日本千叶大学

由于生物的周期性特征，昼夜节律在动植物组织器官中普遍存在。生物内部因素与外部环境条件（如光照周期）的时间协调对植物健康和生存具有重要作用。在人工光型植物工厂，光照周期是影响植物生产的一个重要环境变量，可以通过有效调控使其达到最佳的能量利用效率。本文研究了光照周期对生菜（Lactuca sativaL.）生长及次生代谢产物积累的影响。在植物工厂中设置了4种LED 光照周期（24 h 明期-24 h 暗期、12 h 明期-12 h 暗期、6 h 明期-6 h 暗期、3 h 明期-3 h 暗期）培育生菜，结果表明：12 h 明期-12 h 暗期的光照周期下培育的生菜鲜质量最大，而24 h 明期-24 h 暗期的光照周期下培育的生菜的总酚积累量和抗氧化能力最高。

（中国农业大学贺冬仙、季方翻译）

LED 植物工厂种植紫叶生菜需要模拟太阳光吗？

方炜 教授

台湾大学

SunLike 是首尔半导体公司的产品，被宣传为是最接近太阳辐射的LED。据该公司称，被SunLike 照亮的物体看起来与在太阳光下一样。但SunLike 是否是室内种植农场/植物工厂的最佳LED 光源还不能定论。本文采用冷白色LED、光谱可调LED 及基于SunLike 的LED 光照下培育紫叶生菜，对比其鲜质量、相对生长速率和花青素含量的差异。播种42天后，各种LED 光照处理下的紫叶生菜鲜质量的差异不显著。基于SunLike 的LED 光照下培育的紫叶生菜在前2周生长缓慢，但在采收前的最后1周会赶上来，这可能是由于SunLike 光谱中较高的绿光比例（35%）造成的。与基于SunLike 的LED 光照相比，利用光谱可调LED 灯具探讨了不同的红光远红光比、蓝绿光比和绿红光比对紫叶生菜的形态、花青素含量和相对生长速率的差异。结果表明：13%～15%的绿光足够紫叶生菜在最后1周的生长需求，而24%的蓝光照射可以显著提高生菜的花青素含量。显而易见，植物工厂生产紫叶生菜根本不需要使用SunLike 模拟太阳辐射。

（中国农业大学贺冬仙、季方翻译）