淺析夜景照明對植物生長的影響

劉加民

【摘要】：城市夜景照明是指城市區(qū)域所有室外活動的空間或景物的夜間照明；常見的有夜景景觀照明、道路與交通照明、廣場或工地照明、廣告標(biāo)志照明和園林山水照明等。常見的夜景照明光源有白熾燈、汞燈、熒光燈、金屬鹵化物燈、高強度氣體放電燈、LED燈等。在城市的規(guī)劃建設(shè)過程中會常常會將照明和綠化植物結(jié)合起來進(jìn)行安排和建造。根據(jù)環(huán)境不同，植物和光源有不同的搭配，以達(dá)到夜間照明及美化的作用。

【關(guān)鍵詞】：夜景照明；植物生長；影響

1植物對光的需求特性

在植物生長的過程中，光照度、光質(zhì)和光周期都會對其產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)，在弱光下，增加光強能提高光合速率，但是，當(dāng)光強增加到一定值時，它將不再起作用。此時，影響植物生長的因素就變?yōu)闇囟群投趸嫉臐舛?。紅光和藍(lán)光是植物生長中最重要的兩種光，而紅藍(lán)光光通量比（R/B 比）會影響植物的培育效果，其他顏色的光也會在一定程度上影響一些植物的生長。另外，光周期也會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響。目前，關(guān)于“光周期對植物生長發(fā)育影響的機理”已經(jīng)有不少研究報道，在這些研究中，很多是針對光誘導(dǎo)開花機理進(jìn)行探索的，以期實現(xiàn)對觀賞性植物花期的有效調(diào)控。

由此可知，將LED光源應(yīng)用于植物照明中，需要從多個方面考慮光源的設(shè)計，以滿足受光植物的照明需求。

2光照對景觀植物的影響

2.1光時對景觀植物種子萌發(fā)和幼苗生長影響

光周期對植物和植物組織培養(yǎng)都有重要的影響。光照時間影響著種子的發(fā)芽，長日照條件下種子的發(fā)芽率會高于自然條件下種子的發(fā)芽率，這是由于長日照條件下有更多的同化產(chǎn)物向種子分配和積累。目前城市公共空間種植的植物基本都是移栽而來的，從生長地到移栽地，不同植物的光周期被統(tǒng)一，可能會對某些景觀植物的幼苗以及種子形成造成一定的影響。

2.2光時對景觀樹木育苗的影響

樹是城市綠化的主要植物，承擔(dān)了凈化空氣、吸收溫室氣體、營造宜居環(huán)境的重任。根據(jù)前人對某些樹種研究發(fā)現(xiàn)，延長光照時間能夠促進(jìn)苗木生長及抑制休眠，反之，縮短光照時間則能抑制苗木生長和促進(jìn)頂芽形成，因此給某些苗木補光可以促進(jìn)其生長縮短育苗時間，提高育苗效率。龍作義等給紅皮云杉苗木延長光照時間促進(jìn)了該樹木的生長。城市道路兩旁的綠化樹經(jīng)常會跟路燈間隔安排，路燈能夠照射到的樹木葉子跟陰影區(qū)樹木葉子的生長狀況是有所差別，這種差別因樹木的種類而有所不同。

2.3光強對景觀植物的影響

光照強度是一種環(huán)境信號，它通過植物體的光敏色素來影響植物的生長發(fā)育。由于夜間照明存在，植物葉片接收到的光照強度不同于自然狀態(tài)下的光強，因此會對植物生長產(chǎn)生直接的影響。植物對光照強度的需求有一個上限，即光飽和點。光照強度達(dá)到上限時光合作用達(dá)到最強，超過上限時就會使植物產(chǎn)生光抑制從而降低植物的光合作用。由于城市亮化的需要，城市夜景照明往往會提供給城市綠化植物較強的光照強度，其中陰生和偏陰性植物受到的影響最大。

2.4光質(zhì)對景觀植物光合作用的影響

光質(zhì)通過葉綠素對植物的光合作用產(chǎn)生影響，葉綠素含量體現(xiàn)了植物對光能的吸收和轉(zhuǎn)化能力，是評價植物生長發(fā)育狀況的一項重要指標(biāo)，不同光質(zhì)對植物葉綠素含量的影響是不同的。很多研究顯示，白光和紅光促進(jìn)植物葉綠素含量的升高，而藍(lán)綠光抑制植物葉綠素含量的升高。但是也有研究顯示某些植物藍(lán)光處理下葉綠素的含量高于紅光處理。因此光質(zhì)對植物葉綠素含量的影響因植物的種類及組織器官等不同而有所不同。此外，光合速率是表征光合作用的重要指標(biāo)。一些研究顯示藍(lán)光可提高菊花葉片凈光合速率的值，而紅光會使得光合速率的值降低；還有一些研究結(jié)果表明紅光促進(jìn)植物葉片光合作用，而藍(lán)光抑制植物葉片的光合。分析結(jié)果可能因所選物種對光質(zhì)的適應(yīng)程度不同而造成光質(zhì)對葉片光合作用的影響不同。

2.5光質(zhì)對植物生長及代謝的影響

研究顯示，紅光可促進(jìn)某些植物幼苗的生長，促進(jìn)橫向分枝及分蘗，延遲花芽分化，而遠(yuǎn)紅光可消除該效應(yīng)；藍(lán)光可以抑制植物葉片的生長，減小葉面積，降低植物的生長速率。植物內(nèi)部碳氮代謝物質(zhì)含量也受光質(zhì)的影響，研究顯示藍(lán)光有助于蛋白質(zhì)的合成而紅光有助于碳水化合物的增加。謝寶東等對銀杏葉研究得出光質(zhì)對植物此生代謝物含量影響顯著，短波段利于黃酮和內(nèi)酯類物質(zhì)的積累而長波段有利于生長。

3 LED植物照明的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，日本開始研究將LED應(yīng)用于植物生長中，但并未在高亮度藍(lán)光芯片的應(yīng)用方面有所突破，僅應(yīng)用了660 nm的離散型LED。20世紀(jì)90年代中期，NASA就開始篩選和發(fā)展LED光源，并將其應(yīng)用于植物組培中。1989年，高亮度GaN基LED問世，進(jìn)一步推動了III-V化合物L(fēng)ED的發(fā)展。近年來，已經(jīng)有大量的研究報道光照、光質(zhì)和光周期與不同作物生長形態(tài)之間的關(guān)系，并提出了相應(yīng)的光照度、光質(zhì)和光周期優(yōu)化設(shè)計方案。表1為LED在植物照明中的具體應(yīng)用情況。

在改善LED燈具的功能方面，方法提出，可通過改變LED顆粒的排布情況提高照明的均勻性。除了光學(xué)設(shè)計方面的內(nèi)容外，科研人員還從照明設(shè)備的驅(qū)動電路、控制系統(tǒng)和設(shè)備結(jié)構(gòu)方面入手開展了一系列的研究。例如，LED智能光照生物培養(yǎng)箱、LED 植物生長箱和基于太陽能供電的LED光控系統(tǒng)等植物照明系統(tǒng)或裝備等。另外，岑益超等人還提出了基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的LED智能照明控制系統(tǒng)。

雖然我國LED植物照明研究起步較晚，但是，其發(fā)展速度非?？欤饕铝τ趹?yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研究。2013年，國家投入經(jīng)費4 611萬元，主要用于研究植物工廠中的關(guān)鍵技術(shù)。

結(jié)語

城市夜景照明對景觀植物的影響研究還有待進(jìn)一步研究。比如城市里的主干道，因為照明需求都會使用大功率路燈，同時考慮到照亮范圍就會增高路燈的高度，此時夜間照明就會對道路兩旁的城市綠化帶植物產(chǎn)生影響。由于景觀植物的種類多，各地城市的綠地植物也有所差異，因此大范圍的研究是不現(xiàn)實的。在做這方面的研究時需要確定研究區(qū)域和研究植物，進(jìn)行實地的調(diào)查與試驗分析，才能夠合理有效地反映夜景照明對某些景觀植物的影響。

【參考文獻(xiàn)】：

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