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LED光源及其光谱成分调控园艺作物生产的潜能

2015-10-26 10:07
默菲
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  秋冬和早春季节的短日照和低光强环境不利于温室作物的生长,因此人工补光通常被广泛应用于温室园艺生产以维持植物正常的光合作用。高压钠灯通常被认为是温室园艺生产较好的人工补光光源,其不仅可为植物提供光合作用所需的以短波光为主的光合作用有效光(400nm~700 nm),而且还能发射长波光(< 700 nm)。长波光影响植物温度以及温室环境,从而影响植物蒸腾作用和形态特征等。但由于高压钠灯光谱成分主要集中在红黄光波段,与植物生长的最佳光谱需求仍有较大差距。

  近年来,随着科学技术的快速发展,新型人工光源不断涌现,其光谱成分也得以逐步优化。LED光源的问世被认为是园艺生产中一场革命性进展。LED光源具有单色光、节能、可控性好、使用寿命长等特征,单色LED组合后可形成植物需要的光谱。因此,LED光源被认为是植物生产中最为理想的人工光源。深入了解LED光源及其光谱成分调控作物生长特征,对LED在园艺生产的推广应用具有重要意义。

  LED光源将为调控设施条件下光谱环境提供快捷精准的途径

  光是自然界中影响植物生长最重要的环境因子。众所周知,光为植物光合作用提供源动力。除此以外,光也影响植物生长发育。如光强、光质(光谱)、光的方向、光周期的日变化和年变化等均可以影响种子发芽、幼苗建成、成年植物的形态结构以及从营养生长到生殖生长的转化等。光对植物生长发育的影响在很大程度上取决于光谱环境。

  现实生产中,为了调控园艺作物生长,人们通常采用一些辅助措施来改变设施条件下的光谱环境而达到其目的,如通过不同遮阳网或人工补光等措施来改善植物光环境。LED人工光源的问世将为调控设施条件下光谱环境提供一个快捷精准的途径。

  提及到光,人们通常首先想到的就是光对植物光合作用和干物质产量的影响。然而,在园艺作物生产中,这一思维定势具有一定的局限性。首先,很多园艺作物的市场价值不完全由产品的大小、数量或者重量决定的,园艺作物的外观和内在品质通常也起着很重要的作用。尤其对于高附加值的花卉作物来说,其市场价值完全由其外形决定,而光谱环境对植物的外在形态特征具有决定性作用,如为了培养高品质的盆栽花卉,可以通过提高红光/远红光比例来减少植物徒长,从而获得紧促型的株型以提高其市场价值。对于切花作物来说,通过光谱环境调控来控制花期(如图1)。因此,LED人工光源的问世为生产高品质的花卉作物提供了可能。

  此外,近年来有研究报道称光谱环境也会影响果蔬作物的内在品质,如番茄果实生长在红蓝光环境下可提高其维生素C的含量(如图2),但有关利用光谱变化调控果蔬内在品质尚处于初步研究阶段。

图1 LED光源应用于非洲菊生产

图2 LED光源调控番茄品质

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