植物工廠內(nèi)LED光調(diào)控在作物栽培中的研究進(jìn)展

陳永快 王濤 蘭婕 黃語燕 康育鑫

摘要：本文主要闡述植物工廠內(nèi)LED光調(diào)控在作物栽培中的應(yīng)用進(jìn)展，總結(jié)光質(zhì)、光照度、光周期3個關(guān)鍵因子對作物（蔬菜、藥植、花卉及果樹）在生長發(fā)育和營養(yǎng)品質(zhì)的調(diào)控。結(jié)果表明，光環(huán)境因子從多方面影響著作物的生長進(jìn)程，在作物整個生理周期中起重要作用，總體上紅光能夠促進(jìn)植株形態(tài)建成，藍(lán)光促進(jìn)植物營養(yǎng)成分累積，合理的光質(zhì)調(diào)配能夠促進(jìn)作物生長;通過光照度和光周期的調(diào)控，可以減少逆境影響，促進(jìn)形態(tài)指標(biāo)和營養(yǎng)品質(zhì)改善。本文主要分析不同作物在光調(diào)控環(huán)境下的響應(yīng)，為植物工廠中作物光生物學(xué)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：植物工廠;LED光調(diào)控;光環(huán)境;作物栽培;研究進(jìn)展

中圖分類號： S123;S316 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）23-0040-07

植物工廠是通過設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制，實現(xiàn)農(nóng)作物周年生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是由計算機對植物生育過程中的溫度、濕度、光照、土壤肥力、室內(nèi)CO2濃度等環(huán)境因素進(jìn)行自動控制，使設(shè)施內(nèi)植物生長發(fā)育不受自然條件制約的省力型生產(chǎn)方式[1]。迄今為止，植物工廠已應(yīng)用于種苗、反季節(jié)蔬菜、瓜果、花卉、食用菌、中草藥等植物的規(guī)?；a(chǎn)，且種類逐年增多[2-6]。植物工廠具有露地栽培不可比擬的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：不受外界氣候條件影響，可按計劃進(jìn)行周年生產(chǎn);空間單位土地面積利用率高，達(dá)露地栽培的40～108倍，可進(jìn)行立式栽培[7];自動化程度高;無農(nóng)藥污染，水肥循環(huán)一體化利用;作物外觀整齊一致，潔凈無雜質(zhì)[8]。

在影響植物生長的環(huán)境因素中，光發(fā)揮著重要作用，不僅影響植物的生物學(xué)基礎(chǔ)，也是形成良好品質(zhì)的必要條件之一。在植物工廠中，Kwon等指出光照條件包括光質(zhì)、光照度和光周期3個重要參數(shù)，這些屬性對作物生長發(fā)育的影響起到了關(guān)鍵作用，亦是植物工廠正常運行的決定性因素[9]。合理利用LED光環(huán)境綜合調(diào)控能夠突破自然條件的局限，提高作物生產(chǎn)效益。

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域，Tournus等指出由于白熾燈紅藍(lán)光譜分布不均，且單位栽培面積功率能耗大，易引起植株徒長[10];熒光燈故障率相對較高，壽命短，實用化程度低[11];金屬鹵化物燈和日光色鏑燈光利用率較低[12]，傳統(tǒng)電光源照明無法判斷光譜里哪些是植物生長發(fā)育必需的光質(zhì)，無法真正認(rèn)識植物的光質(zhì)需求特性。發(fā)光二極管（LED）是半導(dǎo)體發(fā)光器件，是新一代固態(tài)光源，LED的出現(xiàn)為作物栽培提供可控光源，也為作物光質(zhì)生物學(xué)研究提供有效工具[13]。LED屬于電致發(fā)光光源，相較于傳統(tǒng)光源而言，具有以下光電優(yōu)勢和特征：體積小，可進(jìn)行任意形狀的裝配，為植物工廠等設(shè)備提供更大的自由度;壽命長、可靠性高;發(fā)光效率高;LED為冷光源，低發(fā)熱量，熱輻射小，可近距離照射植物，空間利用率高[14];波長固定，可按植物所需生長波譜寬度調(diào)制;節(jié)能環(huán)保，不含汞等有害物質(zhì)[15];響應(yīng)速度快，一般為0.15～0.25 s[16];抗振動和碰撞，耐振性佳。

植物工廠的發(fā)展經(jīng)歷了半個多世紀(jì)，隨著光調(diào)控技術(shù)的不斷創(chuàng)新與完善，使植物工廠的能源利用率達(dá)到新的高度。近幾年LED被廣泛應(yīng)用到國內(nèi)外作物的栽培研究中，在果蔬生產(chǎn)方面逐步實現(xiàn)了從播種、育苗到定植、采收等生產(chǎn)過程的生產(chǎn)模式，為植物工廠進(jìn)一步發(fā)展提供了有益借鑒[17-18]。植物工廠充分利用了設(shè)施作物光生物學(xué)基礎(chǔ)，通過營養(yǎng)液栽培技術(shù)、LED光調(diào)控技術(shù)和環(huán)境控制技術(shù)，三類技術(shù)彼此融合，優(yōu)化實施環(huán)境要素控制、養(yǎng)分水分供給、植物種類甄選等相關(guān)條件，達(dá)到植物高效生產(chǎn)的目標(biāo)。本文從光質(zhì)、光照度、光周期3個角度論述蔬菜作物、藥用植物、花卉和果樹的應(yīng)用進(jìn)展，以期為植物工廠中作物光生物學(xué)研究提供參考。

1 光調(diào)控技術(shù)在植物工廠的研究進(jìn)展

1.1 光質(zhì)對設(shè)施作物生長和品質(zhì)的調(diào)控

光質(zhì)對植物生長發(fā)育及生理代謝有著顯著的調(diào)控作用。植物光合作用主要以紅橙光及藍(lán)紫光為吸收峰值區(qū)域，分別約占作物光能生產(chǎn)能力的55%、8%[19]。對于大多數(shù)作物而言，光譜能量分布是光的重要屬性，影響著植物的生理過程，包括對特定波段范圍內(nèi)的光具有不同的生物學(xué)效應(yīng)[20]。

在蔬菜作物方面，陳曉麗等研究發(fā)現(xiàn)，植物對紅光和藍(lán)光較為敏感，尤其在紅藍(lán)光比例組合為 2 ∶ 1 時萵苣根系礦質(zhì)元素的累積量達(dá)到峰值，說明此波段對萵苣礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收特性有所影響[21-22]。Johkan等研究發(fā)現(xiàn)，與常見的復(fù)配光源相比，其他光譜成分如紅外光譜波段或紫外光譜波段對植物生長發(fā)育和形態(tài)建成有協(xié)同作用，說明不同光質(zhì)間混合調(diào)配對植物營養(yǎng)分配有一定影響[23]。李慧敏等研究表明，紅藍(lán)組合光為8 ∶ 1時，甘藍(lán)型油菜幼苗的根系健壯，葉片中可溶性糖、可溶性淀粉、游離氨基酸和總氮的含量顯著提高，而藍(lán)光則明顯促進(jìn)葉片中可溶性蛋白、光合色素、蔗糖和抗壞血酸的累積，說明一定的紅藍(lán)光配比可能會綜合單色光的優(yōu)勢，從而促進(jìn)植株生長[24]。黃薪歷等研究發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)前期補充紅光有利于葉面積的擴展，補充藍(lán)光有利于生菜干物質(zhì)的積累，促進(jìn)維生素C的合成，同時降低硝態(tài)氮含量[25]。蔣曉婷等研究發(fā)現(xiàn)，補充黃光提高了絲瓜幼苗類胡蘿卜素含量[26]。黃枝等研究表明，增加綠光會抑制瓠瓜丙二醛（MDA）的積累，增強抗逆性[27]。

在藥用植物方面，陳曉麗等研究表示，單色紅光及混合光FLRB（熒光燈與紅藍(lán)LED混合）有利于水培蒲公英可食生物量的積聚，主要表現(xiàn)在純紅光條件下蒲公英地上部分對鈣、鎂、鋅、鈉4種元素的累積達(dá)到最高值，而鉀、磷、銅等6種無機元素的積累量在混合光FLRB條件下最高[28]。李思靜等研究表示，在復(fù)色光紅藍(lán)比分別為1 ∶ 1和4 ∶ 1時，明顯抑制枳殼幼苗莖伸長，相對于單色光來說，高比例紅光和對照白光更有利于枳殼物質(zhì)合成[29]。王莉等研究表明，對長鞭紅景天生長影響，長時間紅光照射有助于酶活性的提高，但在生物量方面，單一光質(zhì)白光顯著高于紅光[30]。朱美瑛等研究揭示，紅光對金線蓮中可溶性糖和類胡蘿卜素具有最強的刺激作用[31]。施滿容在對金線蓮生理特性的研究中發(fā)現(xiàn)，光質(zhì)中藍(lán)光均值最大時，金線蓮生長過程中的多糖、總黃酮、葉綠素a和葉綠素a+b積累最多，而對葉綠素b合成無促進(jìn)作用[32]。劉建福等研究提出，藍(lán)光及紅藍(lán)光配比能提高姜黃葉片蛋白質(zhì)和次生代謝產(chǎn)物生成，而綠光及遠(yuǎn)紅光不利于姜黃次生代謝產(chǎn)物的積累[33]。

在花卉方面，郭瑩等研究表明，大花蕙蘭與虎雪蘭雜交組培苗在LED復(fù)合光（紅 ∶ 藍(lán) ∶ 白為 6 ∶ 1 ∶ 1）處理下，葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量均高于其他處理，說明復(fù)合光有利于葉綠素的合成，影響植物光合色素含量[34]，這與褚四敏等在光質(zhì)條件下對植物組織培養(yǎng)的研究[35]具有一致性。石鎮(zhèn)源等研究表示，虎雪蘭組培苗在紅 ∶ 藍(lán) ∶ 白=6 ∶ 1 ∶ 1 時，地上部、根部和整株干質(zhì)量最高，與上述研究不同的是，虎雪蘭組培苗在紅 ∶ 藍(lán) ∶ 白=4 ∶ 2 ∶ 1 時利于3種色素的合成，而單色藍(lán)光（B）下其游離氨基酸和可溶性蛋白含量最高，在單色紅光（R）下反之，說明紅藍(lán)白光配比下虎雪蘭整體長勢較佳，相比之下，單色紅光或單色藍(lán)光下虎雪蘭組培苗易出現(xiàn)徒長現(xiàn)象，部分節(jié)間變長，葉短而小;在復(fù)配光照射下，能較多地積累有效物質(zhì)，使植株正常生長[36]。楊長娟等研究表明，紅藍(lán)配比光（2RB）條件下洋桔梗組培苗增殖量最高，紅藍(lán)復(fù)合光（1RB）處理次之，單色藍(lán)光處理增殖量最低，紅藍(lán)復(fù)合光處理是單色藍(lán)光處理的2.062倍，是紅藍(lán)復(fù)合光（1RB）處理的1.181倍，說明不同光質(zhì)的作用差異可能由洋桔梗組培苗對不同因素處理的差異所致[37]。任桂萍等研究表明，紅光更有利于蝴蝶蘭單芽增殖及生物量積累，藍(lán)光促進(jìn)葉片葉綠素含量增加，并提高根系活力[38]，這與劉曉青等在研究高山杜鵑時發(fā)現(xiàn)紅光更有利于芽的再生率[39]相似。

在果樹方面，陳光彩等研究表明，單色紅光處理可增加香蕉組培苗的根數(shù)和根長，促進(jìn)植物形態(tài)建成，低藍(lán)光會矮化組培苗，對組培苗葉片有不利影響，紅藍(lán)光混合（80%R+20%B）處理香蕉組培苗可溶性糖、光合色素含量積累量達(dá)到最高，說明紅藍(lán)混合光源對香蕉組培苗植株形態(tài)及生理指標(biāo)有促進(jìn)作用[40]。張立偉等研究表明，紅光處理會降低香椿苗可溶性蛋白含量，而藍(lán)光、紅藍(lán)混合光處理能提高香椿苗可溶性蛋白含量[41]。張斌斌等研究表明，紅、黃濾光膜下紅葉桃葉片光澤較佳，花青素、葉綠素、類黃酮含量顯著提升，藍(lán)、綠濾光膜下葉片色澤偏綠，葉綠素含量變?yōu)樨?fù)值，總酚、類黃酮等含量降低，而白色濾光膜下葉片著色較差，說明可通過調(diào)節(jié)光質(zhì)組成促進(jìn)紅葉桃葉片的呈色效果[42]。黃文靜等研究表示，LED紅光利于火龍果幼苗植株增高，LED藍(lán)光利于火龍果幼苗莖圍增粗，在復(fù)合紅藍(lán)光（6 ∶ 4）下火龍果出苗時間最短，增殖系數(shù)高，生根率達(dá)到100%，說明在此光譜條件下可促進(jìn)火龍果幼苗生長進(jìn)程[43]。

綜上可見，不同光譜分布的LED復(fù)配光源對植物體內(nèi)功能性化學(xué)物質(zhì)積累表現(xiàn)在多個方面，說明光質(zhì)對植物體內(nèi)有效物質(zhì)的光調(diào)控具有復(fù)雜性，不同植物及品種在植物生長周期各階段所表現(xiàn)出特定的響應(yīng)機制，呈現(xiàn)出不同的光生物學(xué)效應(yīng)?？傮w來看，紅光下所生成的物質(zhì)使植株形態(tài)發(fā)生變化，促進(jìn)碳水化合物合成，增加酶活性，而藍(lán)光下所生成的物質(zhì)明顯促進(jìn)植物營養(yǎng)成分的累積，合理的紅藍(lán)復(fù)合光能夠促進(jìn)植物形態(tài)建成。

1.2 光照度對設(shè)施作物生長和品質(zhì)的調(diào)控

光是一個復(fù)雜且重要的生態(tài)因子，一定范圍內(nèi)的光照度會造成植物形態(tài)特征和生理特性可塑性變化，從而影響植物的營養(yǎng)物質(zhì)含量。植物主要通過對光能的利用與碳氧分配來影響光合作用，調(diào)節(jié)不同類型光合色素復(fù)合物的形成，實現(xiàn)植物的營養(yǎng)吸收[44]。Torres等指出，在合理光照度下植物光合速率和蒸騰速率增加，物質(zhì)生產(chǎn)能力越高，干物質(zhì)積累越多，越能促進(jìn)作物生長發(fā)育[45]。

在光環(huán)境中，不同供試植物對于不同供給光子通量所產(chǎn)生的若干生理反應(yīng)及生物學(xué)效應(yīng)并不相同。張毅華等研究得出，與黑暗處理相比，補光光照度為9 μmol/（m2·s）時，黑豆芽苗菜下胚軸直徑最大，隨著光照度增大，下胚軸長逐漸減小，尤其當(dāng)光照度大于21 μmol/（m2·s）時，下胚軸長出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，表明強光不利于黑豆芽苗菜下胚軸的增長[46]。肖蘇琪等研究表明，光照度為 100 μmol/（m2·s） 時顯著增加黃瓜幼苗的莖粗、葉面積、比葉質(zhì)量、生物量和壯苗指數(shù)，且補光促進(jìn)干物質(zhì)向葉片和根部分配，抑制向莖部分配[47]。在方舒玲水培生菜研究中，光照度為250 μmol/（m2·s）時，其地上鮮質(zhì)量、葉綠素含量表現(xiàn)最優(yōu)，且凈光合速率最大，可溶性糖、可溶性蛋白含量隨光照度增加而增大，硝酸鹽、抗壞血酸含量隨光照度增加而呈下降態(tài)勢[48]。林魁等研究闡釋，在紅藍(lán)配比處理下，瓠瓜果實的光合色素、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖含量均隨光照度增大而顯著提高，而丙二醛含量顯著降低[49]。在田發(fā)明培育甜椒幼苗研究中，當(dāng)光照度為300 μmol/（m2·s）時，與白光相比，紅藍(lán)混合光提高了葉片葉綠素a含量、胡蘿卜素含量和根系活力[50]。

植物整個生長周期在光照度補光下，對其表型特征和后期品性有較大影響。根據(jù)各種植物對光照度的需求，可分為陽地植物、陰地植物和耐陰地植物[51]。韓金龍等經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，北沙參、柴胡、天南星在50%遮光處理下仍能維持較高的光合速率和產(chǎn)量，而土貝母和牛膝產(chǎn)量受光影響嚴(yán)重，遮光處理后光合速率等指標(biāo)顯著下降，說明這2種藥用植物對光照比較敏感，屬喜光植物，不適合在遮光條件下種植。芍藥屬陽地植物，要求生長在陽光充足的地方，其光飽和點為全光照的100%，光補償點為全光照的3%～5%[52]。李麗麗研究闡述，芍藥光補償點LCP在25～53 μmol/（m2·s）之間，光飽和點LSP在700～1 100 μmol/（m2·s）之間，因此當(dāng)遮陰30%時，芍藥光合生理特性最優(yōu)，且有效緩解光抑制現(xiàn)象[53]。魚腥草屬三白草科多年生草本植物，喜歡生長在陰濕環(huán)境下。曾至誠研究表明，光照度對魚腥草生長形態(tài)和營養(yǎng)成分影響較大，隨著光照度的降低，魚腥草植株高度、地上莖直徑、地下莖直徑、葉長、葉寬、葉柄長均有所增加[54]。三七是景天科陰地植物，不能忍受強烈的日光照射，喜濕環(huán)境生存。陳黎明等的研究表明，在透光率為16%的光照度下，三七光合作用達(dá)最大值[55]。

在花卉方面，楊有芹等研究指出，遮陰能促進(jìn)紅雉鳳仙花株高、側(cè)枝、冠幅等形態(tài)指標(biāo)生長，同時促進(jìn)了植物葉片的生長，使單葉面積、葉片長寬顯著增強;光照度對紅雉鳳仙花的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度影響顯著，而對胞間濃度、水分利用效率及氣孔限制值影響不顯著[56]，這與曾小華對峨眉鳳仙花的研究結(jié)果[57]相似。于海業(yè)等研究表明，蝴蝶蘭在 175 μmol/（m2·s） 下培育，其葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量最佳，當(dāng)光照度為 450 μmol/（m2·s） 時，蘭花的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、凈CO2同化率、根系活性最高[58]。武沖等研究表明，隨著遮光率的增高，紅葉櫻花葉片中光合色素含量增加，但花色苷含量減少，凈光合速率及光化學(xué)淬滅系數(shù)增加，說明遮陰可以降低其花色苷的含量[59]。

在果樹方面，馬煥香等研究指出，光照度影響鄒平水杏頂芽枝向上生長，而樹冠內(nèi)部光照不足表現(xiàn)為徒長且枝條細(xì)弱，對根系生長有明顯的抑制作用;光照充足時，果品著色好，且糖分及維生素含量高[60]。張珊珊等研究表明，高光照度水平（100%光照）和深度遮陰（20%光照）均不利于云南藍(lán)果樹幼苗的生長及光合作用，適度遮陰（60%光照） 最利于幼苗個體發(fā)育[61]。尹魁林等研究表明，當(dāng)光照度在 2 000～5 000 lx時，冬棗試管苗葉色深綠，成活率高;當(dāng)光照度在5 000～10 000 lx時，冬棗試管苗葉色微黃，生長速率慢，成活率低[62]。

綜合來看，光照度調(diào)控作物生長具有重要作用，合理的光照度能夠改善植物生長，促進(jìn)植物生長速率，增加干物質(zhì)等。在光照度一致的條件下，紅藍(lán)混合光能夠促進(jìn)作物初級代謝產(chǎn)物（糖、蛋白質(zhì)、維生素等）生理過程變化，可以通過光量調(diào)控營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。植物在不同程度光照度下活性成分存在明顯變化，在高光照度條件下，適當(dāng)?shù)恼陉幪幚砟芊乐怪参锕夂辖Y(jié)構(gòu)的破壞，在形態(tài)結(jié)構(gòu)上有利于避免過高光照度對葉片光合器官的損傷[63]。

1.3 光周期對設(shè)施作物生長和品質(zhì)的調(diào)控

光照是最重要的環(huán)境因子，光周期是光環(huán)境的三大屬性之一，是植物在晝夜周期中光照期和黑暗期長短的交替，植物對光的需求有獨特的晝夜規(guī)律，通過正確匹配植物體內(nèi)時鐘周期，獲得更多光合作用的優(yōu)勢[64]。通過光周期調(diào)控，植物營養(yǎng)物質(zhì)累積具有可調(diào)節(jié)性，而適當(dāng)延長光照周期可以緩解弱光產(chǎn)生的脅迫，有助于生物量積累和品質(zhì)改善[65]。

光周期調(diào)控是解決設(shè)施栽培作物因地理位置、季節(jié)變化引起的光照時間不足等問題，光周期調(diào)控可縮短培養(yǎng)周期，做到分段光周期管理，通常延長植物苗的光周期可以促進(jìn)其生長代謝和生理過程。高建敏等研究表明，光周期為9 h光期+15 h暗期下，南瓜幼苗的株高最高，而莖圍在光周期為24 h光期+0 h暗期最高，說明全光照可抑制南瓜幼苗的伸長，有利于莖的增粗，同時長光照促進(jìn)南瓜幼苗干物質(zhì)的積累，而在短光照處理下（9 h光期）南瓜幼苗干物質(zhì)積累最少，且幼苗徒長現(xiàn)象嚴(yán)重[66]。査凌雁等研究表明，光周期為16 h光期+8 h暗期時，明顯提高了櫻桃蘿卜的根直徑、根體積和肉質(zhì)根干鮮質(zhì)量，同時增加了地上部干鮮質(zhì)量和葉綠素含量[67]。番茄作為日中性蔬菜，對光照時數(shù)沒有嚴(yán)格的要求[68]，但何蔚等研究發(fā)現(xiàn)，在光照度和日光累積量一致的條件下，光周期是影響番茄幼苗光合色素合成的主要因素[69]。劉曉英等研究發(fā)現(xiàn)，光周期為晝14 h/夜10 h時能明顯提高菠菜的光合色素（葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素）含量，并促進(jìn)菠菜生長[70]。馬超在對大豆芽苗菜生理特性研究時發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)延長光照時間可累積大豆芽苗菜葉綠素、維生素C與異黃酮含量，顯著降低游離氨基酸含量[71]。

按照藥用植物對光周期的反應(yīng)，可分為3類，依次是長日照植物（日照12 h以上）、短日照植物（日照14 h以下）、日中性植物（對日照無要求，任何日照均能開花）[72]。桔梗是多年生草本植物，一味以根入藥的常用中藥，趙姣姣研究發(fā)現(xiàn)，在光周期16 h下，桔梗地上部和根的生物量最大，而白光8 h光周期下植株干鮮質(zhì)量最小[73]。紫蘇是典型的短日照植物，蘭樹斌研究發(fā)現(xiàn)，紫蘇對補光特別敏感，在補光時間6 h以內(nèi)，開花時間越遲，弱補光越適合紫蘇生長[74]。大麻為1年生草本植物，強曉霞采用2，3，5-三苯基氯化四氮唑（TTC）法、NADH法在大麻苗期進(jìn)行性別鑒定，研究發(fā)現(xiàn)大麻性別表達(dá)不受人工短日照處理（8 h）的影響，但人工長日照處理（16 h）會使大麻向雄性分化[75]。月季屬日中性植物，可入藥，呂永平等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光周期不低于14 h/d時可保證月季組織培養(yǎng)，生根情況均無明顯差異[76]。

在花卉方面，菊花是典型的短日照植物，洪艷等研究表明，切花菊麗金在短日照（12 h光照/12 h 黑暗）下43 d時，其幼苗可以完成花芽分化，較快地現(xiàn)蕾與開花[77]，與Higuchi等研究結(jié)論“菊花適宜光周期”[78]相一致。毛洪玉等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光周期為10 h光照/14 h黑暗時，切花菊C029花芽分化提前，有助于加快該品種開花的臨界日長[79]。韓婧等研究表示，將光周期延長至14 h/d時，芍藥的開花率和著花量顯著提升，同時促進(jìn)葉綠素積累[80]。李程等研究表明，春石斛在生長階段經(jīng)過短日照處理，可大大加快花芽分化進(jìn)程，縮短開花時間[81]，這與趙耀等研究光周期調(diào)控菊花生長的研究結(jié)果[82]相似。鄺琦等研究表明，菊花花芽分化臨界日長為13.5 h，說明短日照時間對菊花栽培具有指導(dǎo)性的意義[83]。

在果樹方面，朱開元等研究表明，延長光周期處理（每天將光周期延長至18 h）可以促進(jìn)羅漢松和雞爪槭苗木干物質(zhì)積累，同時刺激了光合潛力的提升，在養(yǎng)分濃度方面，雞爪槭苗木較羅漢松在氮、磷、鉀元素的利用效率均顯著提高，但不會影響?zhàn)B分淋溶[84]。李冬梅研究指出，桃樹在休眠誘導(dǎo)期內(nèi)長日照條件下葉片表現(xiàn)出良好的營養(yǎng)狀況和較強的抗性，但抗性開始的時間晚，持續(xù)時間長;短日照下葉片抗性迅速增強，但持續(xù)時間短，衰老早[85]?？篆偟妊芯刻岢?，在全光照、全黑暗、光暗交替（12L—12D）3種光照處理下，枇杷擬盤多毛孢均有利于促進(jìn)菌落擴展、產(chǎn)孢量增加和分生孢子萌發(fā)，其中全光照處理下，菌落直徑和孢子萌發(fā)率均達(dá)到峰值，而光暗交替能促進(jìn)產(chǎn)孢量的增加，且產(chǎn)孢量達(dá)到最高[86]。劉國琴等研究闡述楊樹、桑樹受短日照影響，使果樹進(jìn)入芽休眠階段[87]。張曉偉研究表明，短日照條件下，果樹新梢伸長受到抑制，枝條節(jié)數(shù)及節(jié)間長度減小，而長日照有利于果實發(fā)育，間接促進(jìn)果樹花芽形成[88]。

由此看來，植物通過光受體光周期明暗變化，調(diào)節(jié)植物生理生化特性[89]，通過逐漸延長每天的光周期，縮短暗期可提高植物幼苗的生長發(fā)育，使植物花芽分化提前，調(diào)節(jié)植物生理特性及開花反應(yīng)。適當(dāng)延長光照時間，植物的生物量、營養(yǎng)成分積累更為顯著，但短光照可能致使蔬菜幼苗出現(xiàn)徒長現(xiàn)象，通過提高作物對短光周期的適應(yīng)能力，與高光照度相互協(xié)調(diào)，促進(jìn)植株的生長發(fā)育[90-91]。

2 結(jié)論

綜上所述，對設(shè)施作物而言，光質(zhì)、光照度和光周期需求具有作物種類和品種差異，作物生長發(fā)育的本質(zhì)需求分階段性，在萌發(fā)階段需要熱量，而生長階段需要不同的光源促進(jìn)其光形態(tài)建成及更多營養(yǎng)物質(zhì)的累積、儲存與利用。本文主要探討了植物工廠中不同光質(zhì)、光照度和光周期對蔬菜、藥植、花卉及果樹生長和品質(zhì)的影響，分析不同作物生長發(fā)育規(guī)律的多樣性，認(rèn)為光環(huán)境調(diào)控對設(shè)施作物不能一概而論，要按需調(diào)控光質(zhì)、光照度和光周期參數(shù)，逐條分析植物形態(tài)建成、物質(zhì)代謝及營養(yǎng)品質(zhì)產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目標(biāo)。 隨著高精度環(huán)境控制形式植物工廠和光電技術(shù)的發(fā)展，按照植物光生物學(xué)要求，按需供光，智能化管理，最大程度提高光環(huán)境調(diào)控的生物效益，為作物生長發(fā)育和營養(yǎng)品質(zhì)提供新的有效手段。光調(diào)控技術(shù)不僅為光源的節(jié)能提供技術(shù)參數(shù)，更為作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供技術(shù)手段，具有重要意義。

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