光照對盆花生產(chǎn)的影響及補光技術發(fā)展現(xiàn)狀

肖蘇芯

（北京林業(yè)大學，北京 100000）

植物要想進行光合作用，主要能量來源是光，光是植物結構分化和誘發(fā)其生長的重要環(huán)境信號，對植物生長發(fā)育和形態(tài)建成產(chǎn)生較大的影響因素有光質(zhì)、光照強度、光周期等。這年來，在我國，設施農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，為了保障植物更快更好地發(fā)展，在花卉生產(chǎn)中經(jīng)常使用遮陽網(wǎng)遮蔭及人工光源補光改善光照條件。其中，溫室大棚內(nèi)的光照強度要低于露地，影響作物生物量積累及光合作用的重要限制因子常常是弱光。所以，為了達到提高溫室內(nèi)光照強度的目的，人們逐漸深入研究各種補光技術，應用于植物補光的光源有高壓鈉燈、熒光燈、LED、金屬鹵化物燈等，其中，還發(fā)現(xiàn)了LED 光源局域可調(diào)、發(fā)熱較低、發(fā)光效率較高、壽命相對較長等優(yōu)點。有研究進一步表明，LED 光源不僅可以促進盆花生長，增強植物光合作用，提高產(chǎn)量，改善產(chǎn)品質(zhì)量，而且能夠影響植物內(nèi)部營養(yǎng)元素的分配和積累，達到調(diào)控植物生長發(fā)育和生理代謝的目的。

1 光照影響盆花生長發(fā)育

1.1 光照強度影響植物

影響植物光合作用最重要的元素是光照強度，然而最適合植物生長的光輻射強度區(qū)間不是固定的，它會隨著植物的品種、種類、生長環(huán)境變化而發(fā)生變化，但大多數(shù)分布于200～1500μmol/（m2·s）。不同盆花對光照強度的要求差異較大，有些花卉在遮蔭后生長得較好，有些花卉生長得較好是依靠了補光處理。比如，北方冬季溫室往往自然光照強度不足，唐菖蒲的生長發(fā)育會受到顯著影響，花芽大部分或全部敗育，導致其開花株率和每穗開花率極低。

1.2 光質(zhì)影響盆花生長發(fā)育

光質(zhì)即為光譜能量分布，其在植物的整個營養(yǎng)生長和生殖生長過程中起著重要作用。對于不同品種的盆花，光質(zhì)影響有顯著區(qū)別。已經(jīng)有試驗對此進行研究，分別使用白光、紅光、藍光模擬不同光質(zhì)，對郁金香進行補光處理。結果發(fā)現(xiàn)，白光、藍光、紅光對郁金香不同光質(zhì)的補光處理，并沒有對其花朵形態(tài)建成有明顯影響。除了白光外，其它模擬光質(zhì)均可以調(diào)節(jié)郁金香的花周期，既能使其提前開花，又能影響盆花體內(nèi)干物質(zhì)的分配，例如，紅光和藍光顯著影響了盆花中干物質(zhì)向花朵方向分布。

另外，通過改變溫室大棚外膜顏色，模擬不同光質(zhì)對瓜葉菊生長發(fā)育及花的形態(tài)建成的影響。結果顯示，在綠膜處理模擬光質(zhì)的條件下，瓜葉菊每株開花量最多，而花期可以通過以膜處理模擬光質(zhì)進行延長，同時，植株體內(nèi)干物質(zhì)分配也集中傾向花朵[1]。

1.3 光周期影響盆花生長發(fā)育

在大自然中，每種植物都按自己的規(guī)律開花，其整個生長發(fā)育過程都受日照和黑夜時間長短變化制約，稱為光周期現(xiàn)象。溫度和光周期都會影響花的形態(tài)建成，有研究表明，在擬南芥光周期開花過程中，具有光控功能的生物鐘調(diào)控成分，對誘導葉片中開花位點基因的特異性表達至關重要。光周期不僅影響盆花的光合作用，為了提前開花對短日照植物進行遮光，對長日照植物進行補光，廣泛應用于各個重要的節(jié)日，如“五一”“十一”的城市花壇及綠化布置。

2 補光技術發(fā)展

最初的人工補光技術領域的相關研究出現(xiàn)在1860年，當時的科學家嘗試將燈管作為補充光源用于培育植物。1951 年出現(xiàn)了純?nèi)斯ぱa光試驗研究。20 世紀90年代，植物生長在溫室中的補充光源主要由發(fā)光二極管（LED）來替代，對于溫室大棚中的補光研究與應用越來越受到科學家們的重視。為了降低人工植物補光成本和提高植物生長效果，研究人員在光強方面、光質(zhì)方面、光周期對植物光合作用及其生長影響的理論方面，研究了不同的補光技術。

2.1 光照強度調(diào)節(jié)技術

目前光強有2 種調(diào)節(jié)方式，一是調(diào)節(jié)光源與作物冠層距離，二是調(diào)節(jié)光源的發(fā)光強度。已經(jīng)有試驗設計了一種光源與作物冠層距離實時自動調(diào)節(jié)裝置，這種裝置可以根據(jù)光電傳感器接收到的信號，調(diào)節(jié)光源與植物冠層距離，進而提供對植物生長最適合的光照環(huán)境。此類調(diào)節(jié)光照強度的方法，都是采用了縮短光源與作物冠層距離的方法，也體現(xiàn)出了LED 燈的優(yōu)勢，其低發(fā)熱性，使得光源與花卉之間近距離補光得以實現(xiàn)，解決了氣體放電燈因熱輻射效應較大而灼傷花卉的問題。

為了很好地滿足花卉生長需要的光照條件，采用補光是最好的解決辦法，試驗過程中可將光合作用指標數(shù)據(jù)作為反饋控制指標應用于補光技術調(diào)節(jié)，進一步分析光照強度的細節(jié)調(diào)控。已經(jīng)有很多系統(tǒng)和模型應用于這一領域，例如，利用可編程電源為LED 列陣提供恒流輸出驅(qū)動，利用LED 列陣作為激發(fā)葉綠素產(chǎn)生熒光的光化光，利用MINIPAM 熒光儀對植物光系統(tǒng)II的穩(wěn)態(tài)熒光Fs、光適應下最大熒光Fm'進行檢測，并結合測量系統(tǒng)傳感器，對光合有效輻射PAR、環(huán)境溫度等植物環(huán)境因素的有關數(shù)據(jù)，綜合分析環(huán)境因素對實際量子效率ΦpsII 等參數(shù)的影響。系統(tǒng)通過串口與上位機通信，上位機可利用DELPHI7 語言編制的監(jiān)控軟件，對植物光適應下的熒光參數(shù)進行實時在線監(jiān)控[2]。

2.2 光質(zhì)調(diào)節(jié)補光技術

2.2.1 光質(zhì)對植物干物質(zhì)積累量的影響。一項對甜椒的研究顯示，光質(zhì)對全株干物質(zhì)積累量存在顯著影響，補光顯著促進了干物質(zhì)的積累。

2.2.2 光質(zhì)對植物營養(yǎng)元素的影響。

相關研究顯示，光質(zhì)對N、P、K、Mg、Zn 化學元素在甜椒根、莖、葉、果實中的積累量無顯著影響，而對Ca和Mn 在甜椒中不同位置的積累量有顯著影響（如表1、表2 所示），且規(guī)律大約一致。2R1B 條件下，果實中Ca 積累量最高；4R1B 葉中Ca 積累量最高；8R1B 條件下根和莖中的積累量最高?？梢钥闯觯赓|(zhì)除了影響植物部分礦質(zhì)元素的總積累量，也會影響部分礦質(zhì)元素在各器官中的積累分配[3]。

表1 Ca 元素在不同光質(zhì)處理下不同部位的元素分配比及積累總量

表2 Mn 元素在不同光質(zhì)處理下不同部位的元素分配比及積累總量

2.3 光周期調(diào)節(jié)補光技術

2.3.1 光周期對植物干物質(zhì)積累量的影響。研究表明，不同補光時間的干物質(zhì)積累量沒有太大差別，由此可見，調(diào)節(jié)光周期對植物干物質(zhì)積累量的影響較小。

2.3.2 光周期對植物營養(yǎng)元素的影響。相關研究表明，光周期對N、P、K、Mg、Zn 化學元素在甜椒根、莖、葉、果實中的積累量有顯著影響。尤其是補光8h 的N、P、K、Ca、Mg、Mn，積累總量分別較CK 提高51.82%、55.56%、47.55%、50.00%、56.76%、36.04%。由此可見，通過LED補光能夠提高盆花對礦質(zhì)元素的吸收積累能力。因此，LED 補光可作為一種調(diào)控盆花體內(nèi)礦質(zhì)元素含量的有效措施[3]。

2.4 補光效率調(diào)節(jié)技術

光從光源發(fā)出到達植物葉片被利用的過程中可能會有很多損耗，減少光在傳播過程中的損耗可以顯著提高光能利用率。研究表明，提高人工植物補光效率的有效方法與策略，是通過改善光在植物冠層的分布、波動補光及減少無效補光區(qū)域等。

3 結語

綜上所述，光照強度、光質(zhì)和光周期都是盆花生產(chǎn)過程中重要的環(huán)境因素，不僅能增強盆花光合作用，影響盆花生長，提高盆花質(zhì)量和產(chǎn)量，而且能影響植物體內(nèi)營養(yǎng)元素的分配和積累，達到調(diào)控植物生長發(fā)育、生長代謝的目的。因此，在大規(guī)模盆花生產(chǎn)中，要從光強、光質(zhì)、光周期、補光效率等多方面進行改善。目前，國內(nèi)外補光技術與策略已經(jīng)逐漸成熟，很多層面都已經(jīng)具體到個體程度，而不僅僅限于大規(guī)模粗放管理水平。