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荷兰园艺实例分析:LED光源补光如何做到增量又增产?

导读: LED光源的出现为进一步优化设施条件下人工补光的光谱环境提供了可能。为了能够开发和充分利用这一新型光源的潜能,有关LED光源调控作物生长还需深入研究。

  荷兰是当前世界设施园艺产业最发达的国家,且由于受地理位置及气候影响,光成为了限制这个产业发展的最主要环境因素,也因此非常重视人工补光。为了解荷兰在人工补光,尤其是LED光源方面的应用研究成果,本刊特邀曾在荷兰从事设施园艺相关研究多年的李涛博士分享目前的进展。希望此文能给国内研究和发展LED光源调控作物生长的人士带来启发。

  荷兰是当前世界设施园艺产业最发达的国家,其拥有10500公顷的智能化玻璃温室,年产值达到59亿欧元。其中大约40%左右的温室用于果蔬类作物生产,以番茄、甜椒和黄瓜为主;剩余60%左右的温室主要用于鲜切花(以玫瑰和菊花为代表)和盆栽花卉生产。尽管荷兰玻璃温室总面积多年来趋于稳定,但温室大型化发展速度很快,以便于智能化管理。目前,已有部分企业拥有温室面积超过20公顷以上。

  此外,荷兰设施园艺单位面积产量也遥遥领先于其他国家,例如,番茄可以达到每年70千克 m2(中国为30千克m2);黄瓜每年90千克m2;在人工补光条件下切花玫瑰可达到每年250株m2。尽管荷兰设施园艺产业具有很高的生产效率,但高投入和高能耗一直是该产业面临的问题。因此,进一步提高产量和改进生产是设施园艺产业发展的长久目标。

  增加1%的光=增加0.5-1%的产量

  荷兰地处北纬52o,加之受大西洋的影响,阴雨天气颇多,因此,光是限制荷兰设施园艺产业发展的最主要环境因素。

  多年来,荷兰园艺科学家进行了大量的研究总结出一条定律,即在温室里每增加1%的光意味着增加0.5-1%的产量,基于此,人工补光被广泛应用于园艺生产中。目前,已有超过3000公顷的温室安装有人工补光系统,对促进生产起到了举足轻重的作用。起初,人工补光系统主要应用于鲜切花及盆栽花卉以及作物育苗生产中。近年来,在果蔬类作物生产中的应用也逐渐增加。人工补光除了能够改进作物产量之外,还能保证周年生产,从而满足市场需求与提高温室应用效率。荷兰冬季自然光太弱而不能满足作物生长的需求,通常来说,荷兰番茄在12月中旬定植,次年3月开始采收,生产持续至11月中旬。然而,由于冬季的低光强和短日照影响,12月份的累积自然光比6月份低10倍左右,因此人工补光主要应用于冬季作物生产,以保障园艺产品的周年供应。

  仍以高压钠灯光源为主

  荷兰设施园艺人工补光以高压钠灯光源为主。高压钠灯具有适宜的光谱成分和较高的能量转换效率。当前,高压钠灯可以实现的能量转换效率为每瓦能量输入产出1.9μmol m2S1光合有效光。高压钠灯已被广泛应用于果蔬类及鲜切花生产中(图1)。尽管如此,人工补光所面临的最大挑战仍旧是较低的能量利用效率和高成本问题。为解决这一问题,相关学者开展了一系列研究工作,如优化人工补光光周期和光强,针对不同作物及品种探索不同的补光方案,改进人工补光措施等。荷兰学者也曾提出移动光源补光概念,尽管移动光源在很大程度上可节省投资成本,但其推广应用仍存在很大争议,因为尚无充分证据证实在移动光源补光条件下园艺作物产量可以达到固定光源条件下同等的产量。

图1. 高压钠灯应用于温室番茄生产

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