光照对盆花生产的影响及补光技术发展现状
2020-12-09肖苏芯
肖苏芯
（北京林业大学，北京 100000）
植物要想进行光合作用，主要能量来源是光，光是植物结构分化和诱发其生长的重要环境信号，对植物生长发育和形态建成产生较大的影响因素有光质、光照强度、光周期等。这年来，在我国，设施农业快速发展，为了保障植物更快更好地发展，在花卉生产中经常使用遮阳网遮荫及人工光源补光改善光照条件。其中，温室大棚内的光照强度要低于露地，影响作物生物量积累及光合作用的重要限制因子常常是弱光。所以，为了达到提高温室内光照强度的目的，人们逐渐深入研究各种补光技术，应用于植物补光的光源有高压钠灯、荧光灯、LED、金属卤化物灯等，其中，还发现了LED 光源局域可调、发热较低、发光效率较高、寿命相对较长等优点。有研究进一步表明，LED 光源不仅可以促进盆花生长，增强植物光合作用，提高产量，改善产品质量，而且能够影响植物内部营养元素的分配和积累，达到调控植物生长发育和生理代谢的目的。
1 光照影响盆花生长发育
1.1 光照强度影响植物
影响植物光合作用最重要的元素是光照强度，然而最适合植物生长的光辐射强度区间不是固定的，它会随着植物的品种、种类、生长环境变化而发生变化，但大多数分布于200～1500μmol/（m2·s）。不同盆花对光照强度的要求差异较大，有些花卉在遮荫后生长得较好，有些花卉生长得较好是依靠了补光处理。比如，北方冬季温室往往自然光照强度不足，唐菖蒲的生长发育会受到显著影响，花芽大部分或全部败育，导致其开花株率和每穗开花率极低。
1.2 光质影响盆花生长发育
光质即为光谱能量分布，其在植物的整个营养生长和生殖生长过程中起着重要作用。对于不同品种的盆花，光质影响有显著区别。已经有试验对此进行研究，分别使用白光、红光、蓝光模拟不同光质，对郁金香进行补光处理。结果发现，白光、蓝光、红光对郁金香不同光质的补光处理，并没有对其花朵形态建成有明显影响。除了白光外，其它模拟光质均可以调节郁金香的花周期，既能使其提前开花，又能影响盆花体内干物质的分配，例如，红光和蓝光显著影响了盆花中干物质向花朵方向分布。
另外，通过改变温室大棚外膜颜色，模拟不同光质对瓜叶菊生长发育及花的形态建成的影响。结果显示，在绿膜处理模拟光质的条件下，瓜叶菊每株开花量最多，而花期可以通过以膜处理模拟光质进行延长，同时，植株体内干物质分配也集中倾向花朵[1]。
1.3 光周期影响盆花生长发育
在大自然中，每种植物都按自己的规律开花，其整个生长发育过程都受日照和黑夜时间长短变化制约，称为光周期现象。温度和光周期都会影响花的形态建成，有研究表明，在拟南芥光周期开花过程中，具有光控功能的生物钟调控成分，对诱导叶片中开花位点基因的特异性表达至关重要。光周期不仅影响盆花的光合作用，为了提前开花对短日照植物进行遮光，对长日照植物进行补光，广泛应用于各个重要的节日，如“五一”“十一”的城市花坛及绿化布置。
2 补光技术发展
最初的人工补光技术领域的相关研究出现在1860年，当时的科学家尝试将灯管作为补充光源用于培育植物。1951 年出现了纯人工补光试验研究。20 世纪90年代，植物生长在温室中的补充光源主要由发光二极管（LED）来替代，对于温室大棚中的补光研究与应用越来越受到科学家们的重视。为了降低人工植物补光成本和提高植物生长效果，研究人员在光强方面、光质方面、光周期对植物光合作用及其生长影响的理论方面，研究了不同的补光技术。
2.1 光照强度调节技术
目前光强有2 种调节方式，一是调节光源与作物冠层距离，二是调节光源的发光强度。已经有试验设计了一种光源与作物冠层距离实时自动调节装置，这种装置可以根据光电传感器接收到的信号，调节光源与植物冠层距离，进而提供对植物生长最适合的光照环境。此类调节光照强度的方法，都是采用了缩短光源与作物冠层距离的方法，也体现出了LED 灯的优势，其低发热性，使得光源与花卉之间近距离补光得以实现，解决了气体放电灯因热辐射效应较大而灼伤花卉的问题。
为了很好地满足花卉生长需要的光照条件，采用补光是最好的解决办法，试验过程中可将光合作用指标数据作为反馈控制指标应用于补光技术调节，进一步分析光照强度的细节调控。已经有很多系统和模型应用于这一领域，例如，利用可编程电源为LED 列阵提供恒流输出驱动，利用LED 列阵作为激发叶绿素产生荧光的光化光，利用MINIPAM 荧光仪对植物光系统II的稳态荧光Fs、光适应下最大荧光Fm'进行检测，并结合测量系统传感器，对光合有效辐射PAR、环境温度等植物环境因素的有关数据，综合分析环境因素对实际量子效率ΦpsII 等参数的影响。系统通过串口与上位机通信，上位机可利用DELPHI7 语言编制的监控软件，对植物光适应下的荧光参数进行实时在线监控[2]。
2.2 光质调节补光技术
2.2.1 光质对植物干物质积累量的影响。一项对甜椒的研究显示，光质对全株干物质积累量存在显著影响，补光显著促进了干物质的积累。
2.2.2 光质对植物营养元素的影响。
相关研究显示，光质对N、P、K、Mg、Zn 化学元素在甜椒根、茎、叶、果实中的积累量无显著影响，而对Ca和Mn 在甜椒中不同位置的积累量有显著影响（如表1、表2 所示），且规律大约一致。2R1B 条件下，果实中Ca 积累量最高；4R1B 叶中Ca 积累量最高；8R1B 条件下根和茎中的积累量最高。可以看出，光质除了影响植物部分矿质元素的总积累量，也会影响部分矿质元素在各器官中的积累分配[3]。
表1 Ca 元素在不同光质处理下不同部位的元素分配比及积累总量
表2 Mn 元素在不同光质处理下不同部位的元素分配比及积累总量
2.3 光周期调节补光技术
2.3.1 光周期对植物干物质积累量的影响。研究表明，不同补光时间的干物质积累量没有太大差别，由此可见，调节光周期对植物干物质积累量的影响较小。
2.3.2 光周期对植物营养元素的影响。相关研究表明，光周期对N、P、K、Mg、Zn 化学元素在甜椒根、茎、叶、果实中的积累量有显著影响。尤其是补光8h 的N、P、K、Ca、Mg、Mn，积累总量分别较CK 提高51.82%、55.56%、47.55%、50.00%、56.76%、36.04%。由此可见，通过LED补光能够提高盆花对矿质元素的吸收积累能力。因此，LED 补光可作为一种调控盆花体内矿质元素含量的有效措施[3]。
2.4 补光效率调节技术
光从光源发出到达植物叶片被利用的过程中可能会有很多损耗，减少光在传播过程中的损耗可以显著提高光能利用率。研究表明，提高人工植物补光效率的有效方法与策略，是通过改善光在植物冠层的分布、波动补光及减少无效补光区域等。
3 结语
综上所述，光照强度、光质和光周期都是盆花生产过程中重要的环境因素，不仅能增强盆花光合作用，影响盆花生长，提高盆花质量和产量，而且能影响植物体内营养元素的分配和积累，达到调控植物生长发育、生长代谢的目的。因此，在大规模盆花生产中，要从光强、光质、光周期、补光效率等多方面进行改善。目前，国内外补光技术与策略已经逐渐成熟，很多层面都已经具体到个体程度，而不仅仅限于大规模粗放管理水平。
