LED补光对温室切花玫瑰生长发育、产量和品质的影响

戴剑锋，李 军，李 钦，Leontiene van Genuchten，Esther de Beer

（1.昕诺飞（中国）投资有限公司，上海 200233；2.云南爱必达园艺科技有限公司，昆明 650500；3.荷兰昕诺飞公司，埃因霍温 5656AE）

切花玫瑰是最重要的切花材料之一，深受大众喜爱，具有重要的观赏价值和经济价值。云南作为中国切花玫瑰的主产地，在中国占有超过3/4的市场份额[1]。在云南温室切花玫瑰周年生产中，冬春季节的弱光天气以及夏天的雨季会形成弱光环境，而光照是影响切花玫瑰生长发育、光合作用以及产量和品质形成的最重要的环境因子。弱光季节的光照环境便成了当地优质切花玫瑰生产的主要限制因子，而人工补光是解决这一问题的有效措施。

光照通过光强、光质和光周期三个方面来影响玫瑰的生长，国内外学者在此方面开展了一些研究。研究表明，通过设定不同的补光强度，可以促进新芽萌发，降低盲枝率[2]。光照中的红光和远红光比率（R/FR）也会影响切花玫瑰的花芽萌发率[3]。同时，不同的光源和光照时长对切花玫瑰生长、瓶插寿命以及白粉病发病率也产生不同影响[4-5]。随着LED技术的进步，其低能耗、低散热、高光效的优点，使得种植者越来越倾向于选择LED用于高附加值温室作物的补光。近年来，园艺LED在国外被广泛应用于温室切花玫瑰生产中进行人工补光[6-8]。国内在这方面的研究较少，王燕[9]等研究表明在华南地区，冬季LED补光可改善微型玫瑰插穗扦插品质，提高初花的成花率和商品率，提早花期。周洁[10]等研究了不同LED光强对微型玫瑰生长发育的影响，为其花期和花型调节提供了参考依据。截至目前，国内尚未见LED用于切花玫瑰补光的研究报道。

作为园艺补光行业的领导者和创新者，飞利浦园艺LED在温室花卉的补光应用由来已久，并且针对西欧地区（荷兰、比利时等）的玫瑰种植温室，特别开发了LED玫瑰光配方[11]，显著提高了切花玫瑰的品质。云南的气候特点与西欧有所不同，那么，在云南温室切花玫瑰生产中应用LED补光，补光效果会如何？一定要采用LED玫瑰光配方吗？为了回答上述问题，本研究以云南地区连栋玻璃温室切花玫瑰为研究对象，探索不同的LED光配方对切花玫瑰生长发育、产量和品质的影响，以期为中国温室切花玫瑰生产的LED补光提供科学的参考依据。

材料与方法

试验温室和材料

补光试验于2020年11月30日～2021年6月28日在云南爱必达园艺科技有限公司位于云南省曲靖市马龙县月望乡寻达村的玻璃生产温室进行。温室南北走向，南北方向长104 m，东西方向共20跨，每跨跨度12.8 m，温室脊高7.7 m，天沟高6 m。温室中部有一条宽度为3 m的东西方向走道，将温室分为南北两侧长度各为50.5 m的栽培区。

试验采用的切花玫瑰品种为‘洛神’，由迪瑞特公司提供，于2020年5月30日定植于椰糠基质槽（袋）内，采用单槽双行进行种植，栽培槽行距为1.6 m，每跨种植8行，定植密度为10株/m2。采用高品质切花玫瑰常用的折枝栽培法，在种植过程中，将除了开花枝以外的较细弱的枝条折枝培养为营养枝，营养枝进行光合作用，为全株提供光合产物。

试验方法

在走道南侧选取一跨设置了对照区（不补光）和补光处理区，对照区和补光区的面积均为100 m2（12.8 m×7.8 m）。补光处理区中，在作物冠层上方3.8 m高处的横梁上分别安装飞利浦LED顶光模组进行补光，模组由昕诺飞（中国）投资有限公司提供。LED模组长度为1.25 m，型号分别为GreenPower LED DRWFR_4 RSE（简称RSE模组，也即玫瑰光配方，光通量600 µmol/s，功率205 W）和GreenPower LED DRW LB（简称DRWLB模组，也即常规光配方，光通量520 µmol/s，功率180 W）。两个补光区各使用24支LED顶光模组，温室补光实景图和示意图分别如图1a和图1b所示。补光的光合有效辐射PAR（Photosynthetically Active Radiation）的平均光通量密度PPFD（Photosynthetically Photon Flux Density）分 别 为106 µmol/（s·m2）和100 µmol/（s·m2）。补光试验开始日期为2020年11月30日，补光试验结束日期为2021年6月28日。补光时长设定为20 h/天，通过定时器设定为0:00～20:00开启LED。

图1 温室切花玫瑰对照区和补光区实景和示意图

切花玫瑰生长过程中，营养液通过自动施肥机（荷兰Priva公司）供给，采用滴灌带进行灌溉。一般在日出后2 h左右开始第1 次灌溉，晴天日落前2 h左右结束灌溉，阴天在日落前5 h左右结束灌溉。对照区和补光区在同一个种植管理区，灌溉采用同一个灌溉系统，为了满足补光处理作物的灌溉需求，在补光区采用手动灌溉方式额外增加灌溉次数，根据灌溉次数的记录，补光处理比对照区大约多10%～13%的灌溉量。

项目测定

在对照区和补光区各选取长势基本一致的20株玫瑰植株进行标记，并作如下观测。①植株生长发育状况：在切花玫瑰生长期间，对作物生长发育状况进行观测，记录植株叶片、茎干和花色的比较情况，记录每支花从花芽萌发到采收所需天数；②切花产量：记录植株的新芽且最终能够采收的数量；③切花品质：采收时随机取10枝花枝，观测花枝长度、花枝鲜重、花头大小（以周长来计）、花朵色泽比较、瓶插寿命（将采收的花枝插入含有保鲜剂的清水中测试，自瓶插之日起至失去观赏价值时持续的总天数）；④环境数据：温室外太阳总辐射（Priva CM3P）、LED补光时长（由计时器控制并记录）、温室内温湿度（Priva 3779024）、CO2浓度（Priva Guardian NG）。作物灌溉量未作精确记录。以上所有数据，除了常规的田间观测，其余均在每次采收时进行记录统计。

数据分析

试验数据采用Microsoft Excel进行分析。

结果与分析

温室内外主要环境因子

补光试验从2020年11月30日开始，2021年6月28日结束，共持续210天（30周）时间。试验期间温室外太阳辐射日总量如图2所示，随季节总体呈现上升的趋势，但连续的每日光照量波动较大，相邻两日的光照量甚至相差7～8倍，可见试验期间的光照稳定性较差。试验期间，温室内日平均气温在13～24℃区间内（图3），温室内CO2浓度基本维持在450～550 µmol/mol（图4），2021年1月1日开始增加CO2施肥系统以及传感器，可以很好地满足切花玫瑰生长发育的需求。

图2 试验期间温室外太阳辐射日总量

图3 试验期间温室内日平均气温

图4 试验期间温室内日平均CO2浓度

试验的温室综合透光率为55%、每天补光时长固定在20 h，整个试验期间，补光总时长达到了4200 h。根据上述信息和每日室外光照累积量（J/cm2）和补光的光通量密度PPFD，可以计算得到试验期间的PAR累积总量，计算方法参见戴剑锋等[12]。试验期间，对照区、玫瑰光配方补光区与常规光配方补光区的PAR累积总量分别为4026 mol/m2、5636 mol/m2和5545 mol/m2（图5），玫瑰光配方和常规光配方LED分别提供了1610 mol/m2和1519 mol/m2PAR，补光区总光照比对照区总光照分别提高了40%和38%。其中，玫瑰光配方补光区比常规光配方补光区的总光照高了1.6%，可以认为两个补光区的PAR累积总量近似相等。

图5 试验期间温室内PAR累积量

补光对生长发育影响

对新芽的影响

切花玫瑰具有连续开花的习性，玫瑰的产量来自于每一茬采收后新出腋芽抽出的花枝。因此，每一茬新芽的数量决定了每一茬采收的产量。从图6可以看出，与对照相比，补光后，玫瑰植株抽出的新芽会更多、新枝长势更好，茎干更粗壮、叶色更深（图6b、图6c）。

图6 补光对玫瑰新芽的影响

对营养枝的影响

切花玫瑰栽培中采用的折枝技术是将部分不宜长成切花的枝条呈弓形压弯并加以保留，作为营养枝辅助全株的营养。折枝法最大限度地保留了功能叶片，增加同化面积，使玫瑰植株维持较高而稳定的营养状态。与对照相比，补光后营养枝更多、叶色深、长势好。这为整个植株积累了更多的光合产物，可以更均衡地供给植株光合产物，有利于植株的生长和产量形成，提高切花产量和品质，并增强抗逆性（图7）。

图7 补光对玫瑰营养枝的影响

对花枝影响

在成花花枝的表现上，从图8可以看出，补光后，不仅花枝（能够采收的花枝）数量更多、叶色深，而且，在LED补光处理下，花枝均已经出现开放的花朵，而对照区仅仅抽出花苞。这充分表明，补光后，玫瑰开花周期缩短，能够做到提前采收，提高了切花生产的时间效率。

图8 补光对玫瑰花枝的影响

补光对产量与品质影响

对产量与品质量化影响

试验期间，总共采收了4茬玫瑰，除了上述图片的直观比较，补光的效果也可以从数据分析中看出量化的比较。每茬花枝的平均生长周期由对照的46天缩短至补光后的40天，玫瑰光配方和常规光配方下无差异（图9a）。综合4轮采收的结果表明，相对于对照，补光区的植株新芽数显著高于对照，每株新芽数由对照的4.53芽/株提高到7.11芽/株，提高了57%（图9a），这可以看作是产量的提高。正如上述所说，补光处理的光照总量至少提高了38%，而产量增加高达57%。荷兰温室种植者的一条重要经验就是“多1%的光照意味着多1%的产量”。本试验中，LED 补光区产量提高程度远高于光照总量增加幅度，说明LED补光的光合生产效率要高于自然光的光合生产效率，本试验中提高系数为1.5，包括自然光在内的综合光合生产效率提高至原来的1.14倍。

图9 补光对玫瑰产量和品质量化影响

根据花枝鲜重和茎干长度，可得花枝单位长度的茎鲜重。补光后，玫瑰光配方对茎鲜重无影响，而常规光配方提高了茎鲜重，对照区、玫瑰光配方和常规光配方下的茎鲜重分别为0.79、0.79、1.00 g/cm（图9b）。同时，花头周径变大，对照区、玫瑰光配方和常规光配方下的花头周径分别为14.3、15.6、16.2 cm（图9b）。在瓶插寿命上，补光前后没有差异，均为28.5天（图9a）。在花枝长度的分布方面，根据统计结果，补光后，80 cm以上花枝的百分率提高，A级花比例也更高（数据未列出）。

对花色影响

除了花枝长度和花型，花色也是切花玫瑰的重要品质表现之一。图10表明，补光后，切花的花色变得更鲜艳、更浓郁，大大提高了切花玫瑰的品质和观赏性。

图10 补光对玫瑰花色影响

综合以上分析，可以看出，采用常规光配方和玫瑰光配方两种LED补光后，对玫瑰的生长发育以及产量和品质均有改善，其中，在茎鲜重和花头周径这两个品质指标方面，常规光配方的效果还要优于玫瑰光配方。

结论与讨论

由试验结果可知，补光后，光照环境改善，增加了新芽萌发数，新芽数量的提高奠定了产量的数量基础。植物光合作用提高，营养枝茂盛生长（更好地提供光合产物）也进一步奠定了切花花枝产量和品质的物质基础，进而表现为长势更好、产量更高、周期更短、品质更优，国外已有的温室切花玫瑰补光应用也有类似的效果[13]。补光后，光照提升38%，切花产量（以花枝数量来计）提高了57%，充分表明试验所选用的LED极大提高了玫瑰生产的综合光照利用率。在外观品质的花型、花色方面也能够表现得更好。并且，补光能够缩短花枝的采收周期，相应提高了切花生产的时间效率。结合对补光区植株采用的手动增加水分的统计，切花产量的增加幅度要高于补光区耗水量的增加，因而，也可以得出结论，补光提高了切花玫瑰生产的水分利用率。LED对作物光照利用率和水分利用率的提高，与在其他作物方面的已有研究结论相一致[12]。

同时，试验结果表明，两种LED光配方均改善了玫瑰切花的生长、产量和品质，其中，常规光配方对切花品质的改善要优于玫瑰光配方。结合两种模组的功率也可以看出，常规模组在表现更优的同时，还能够节省补光的能耗投入，可以作为本地区的补光选择。这也表明，在温室切花的补光应用中，不应简单地照搬欧洲的补光经验，而应根据本地的实际情况，基于气候、作物品种、温室设施、种植水平以及补光目的来因地制宜设计合适的补光方案。

由于生产温室的实际情况限制，试验中无法独立控制对照区和补光区的环境因子，除了光照环境之外的其余环境因子几乎无差异。另外，本试验中，补光时长固定为20 h/天，实际应用中，会根据实际的自然光照条件适当作出调整。今后的大规模实际应用上，应对补光区的环境控制因子如温度、CO2和水分管理做相应调整，以更好地发挥LED补光的增产提质效应。这将成为今后的科研和生产中进一步研究的内容。

本研究在位于云南地区国内顶级玫瑰切花生产者爱必达园艺科技有限公司的马龙生产温室进行，试验时间覆盖2020～2021年的大部分补光季节，无论从试验点的选择、试验的执行、还是试验时间的安排方面，都比较有代表性。因而，本试验的研究结果可以为中国其他地域开展玫瑰切花生产的补光提供科学的参考依据。