LED補(bǔ)光對溫室切花玫瑰生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

戴劍鋒，李 軍，李 欽，Leontiene van Genuchten，Esther de Beer

（1.昕諾飛（中國）投資有限公司，上海 200233；2.云南愛必達(dá)園藝科技有限公司，昆明 650500；3.荷蘭昕諾飛公司，埃因霍溫 5656AE）

切花玫瑰是最重要的切花材料之一，深受大眾喜愛，具有重要的觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。云南作為中國切花玫瑰的主產(chǎn)地，在中國占有超過3/4的市場份額[1]。在云南溫室切花玫瑰周年生產(chǎn)中，冬春季節(jié)的弱光天氣以及夏天的雨季會形成弱光環(huán)境，而光照是影響切花玫瑰生長發(fā)育、光合作用以及產(chǎn)量和品質(zhì)形成的最重要的環(huán)境因子。弱光季節(jié)的光照環(huán)境便成了當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)切花玫瑰生產(chǎn)的主要限制因子，而人工補(bǔ)光是解決這一問題的有效措施。

光照通過光強(qiáng)、光質(zhì)和光周期三個(gè)方面來影響玫瑰的生長，國內(nèi)外學(xué)者在此方面開展了一些研究。研究表明，通過設(shè)定不同的補(bǔ)光強(qiáng)度，可以促進(jìn)新芽萌發(fā)，降低盲枝率[2]。光照中的紅光和遠(yuǎn)紅光比率（R/FR）也會影響切花玫瑰的花芽萌發(fā)率[3]。同時(shí)，不同的光源和光照時(shí)長對切花玫瑰生長、瓶插壽命以及白粉病發(fā)病率也產(chǎn)生不同影響[4-5]。隨著LED技術(shù)的進(jìn)步，其低能耗、低散熱、高光效的優(yōu)點(diǎn)，使得種植者越來越傾向于選擇LED用于高附加值溫室作物的補(bǔ)光。近年來，園藝LED在國外被廣泛應(yīng)用于溫室切花玫瑰生產(chǎn)中進(jìn)行人工補(bǔ)光[6-8]。國內(nèi)在這方面的研究較少，王燕[9]等研究表明在華南地區(qū)，冬季LED補(bǔ)光可改善微型玫瑰插穗扦插品質(zhì)，提高初花的成花率和商品率，提早花期。周潔[10]等研究了不同LED光強(qiáng)對微型玫瑰生長發(fā)育的影響，為其花期和花型調(diào)節(jié)提供了參考依據(jù)。截至目前，國內(nèi)尚未見LED用于切花玫瑰補(bǔ)光的研究報(bào)道。

作為園藝補(bǔ)光行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者和創(chuàng)新者，飛利浦園藝LED在溫室花卉的補(bǔ)光應(yīng)用由來已久，并且針對西歐地區(qū)（荷蘭、比利時(shí)等）的玫瑰種植溫室，特別開發(fā)了LED玫瑰光配方[11]，顯著提高了切花玫瑰的品質(zhì)。云南的氣候特點(diǎn)與西歐有所不同，那么，在云南溫室切花玫瑰生產(chǎn)中應(yīng)用LED補(bǔ)光，補(bǔ)光效果會如何？一定要采用LED玫瑰光配方嗎？為了回答上述問題，本研究以云南地區(qū)連棟玻璃溫室切花玫瑰為研究對象，探索不同的LED光配方對切花玫瑰生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為中國溫室切花玫瑰生產(chǎn)的LED補(bǔ)光提供科學(xué)的參考依據(jù)。

材料與方法

試驗(yàn)溫室和材料

補(bǔ)光試驗(yàn)于2020年11月30日～2021年6月28日在云南愛必達(dá)園藝科技有限公司位于云南省曲靖市馬龍縣月望鄉(xiāng)尋達(dá)村的玻璃生產(chǎn)溫室進(jìn)行。溫室南北走向，南北方向長104 m，東西方向共20跨，每跨跨度12.8 m，溫室脊高7.7 m，天溝高6 m。溫室中部有一條寬度為3 m的東西方向走道，將溫室分為南北兩側(cè)長度各為50.5 m的栽培區(qū)。

試驗(yàn)采用的切花玫瑰品種為‘洛神’，由迪瑞特公司提供，于2020年5月30日定植于椰糠基質(zhì)槽（袋）內(nèi)，采用單槽雙行進(jìn)行種植，栽培槽行距為1.6 m，每跨種植8行，定植密度為10株/m2。采用高品質(zhì)切花玫瑰常用的折枝栽培法，在種植過程中，將除了開花枝以外的較細(xì)弱的枝條折枝培養(yǎng)為營養(yǎng)枝，營養(yǎng)枝進(jìn)行光合作用，為全株提供光合產(chǎn)物。

試驗(yàn)方法

在走道南側(cè)選取一跨設(shè)置了對照區(qū)（不補(bǔ)光）和補(bǔ)光處理區(qū)，對照區(qū)和補(bǔ)光區(qū)的面積均為100 m2（12.8 m×7.8 m）。補(bǔ)光處理區(qū)中，在作物冠層上方3.8 m高處的橫梁上分別安裝飛利浦LED頂光模組進(jìn)行補(bǔ)光，模組由昕諾飛（中國）投資有限公司提供。LED模組長度為1.25 m，型號分別為GreenPower LED DRWFR_4 RSE（簡稱RSE模組，也即玫瑰光配方，光通量600 μmol/s，功率205 W）和GreenPower LED DRW LB（簡稱DRWLB模組，也即常規(guī)光配方，光通量520 μmol/s，功率180 W）。兩個(gè)補(bǔ)光區(qū)各使用24支LED頂光模組，溫室補(bǔ)光實(shí)景圖和示意圖分別如圖1a和圖1b所示。補(bǔ)光的光合有效輻射PAR（Photosynthetically Active Radiation）的平均光通量密度PPFD（Photosynthetically Photon Flux Density）分 別 為106 μmol/（s·m2）和100 μmol/（s·m2）。補(bǔ)光試驗(yàn)開始日期為2020年11月30日，補(bǔ)光試驗(yàn)結(jié)束日期為2021年6月28日。補(bǔ)光時(shí)長設(shè)定為20 h/天，通過定時(shí)器設(shè)定為0:00～20:00開啟LED。

圖1 溫室切花玫瑰對照區(qū)和補(bǔ)光區(qū)實(shí)景和示意圖

切花玫瑰生長過程中，營養(yǎng)液通過自動施肥機(jī)（荷蘭Priva公司）供給，采用滴灌帶進(jìn)行灌溉。一般在日出后2 h左右開始第1 次灌溉，晴天日落前2 h左右結(jié)束灌溉，陰天在日落前5 h左右結(jié)束灌溉。對照區(qū)和補(bǔ)光區(qū)在同一個(gè)種植管理區(qū)，灌溉采用同一個(gè)灌溉系統(tǒng)，為了滿足補(bǔ)光處理作物的灌溉需求，在補(bǔ)光區(qū)采用手動灌溉方式額外增加灌溉次數(shù)，根據(jù)灌溉次數(shù)的記錄，補(bǔ)光處理比對照區(qū)大約多10%～13%的灌溉量。

項(xiàng)目測定

在對照區(qū)和補(bǔ)光區(qū)各選取長勢基本一致的20株玫瑰植株進(jìn)行標(biāo)記，并作如下觀測。①植株生長發(fā)育狀況：在切花玫瑰生長期間，對作物生長發(fā)育狀況進(jìn)行觀測，記錄植株葉片、莖干和花色的比較情況，記錄每支花從花芽萌發(fā)到采收所需天數(shù)；②切花產(chǎn)量：記錄植株的新芽且最終能夠采收的數(shù)量；③切花品質(zhì)：采收時(shí)隨機(jī)取10枝花枝，觀測花枝長度、花枝鮮重、花頭大?。ㄒ灾荛L來計(jì)）、花朵色澤比較、瓶插壽命（將采收的花枝插入含有保鮮劑的清水中測試，自瓶插之日起至失去觀賞價(jià)值時(shí)持續(xù)的總天數(shù)）；④環(huán)境數(shù)據(jù)：溫室外太陽總輻射（Priva CM3P）、LED補(bǔ)光時(shí)長（由計(jì)時(shí)器控制并記錄）、溫室內(nèi)溫濕度（Priva 3779024）、CO2濃度（Priva Guardian NG）。作物灌溉量未作精確記錄。以上所有數(shù)據(jù)，除了常規(guī)的田間觀測，其余均在每次采收時(shí)進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)。

數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel進(jìn)行分析。

結(jié)果與分析

溫室內(nèi)外主要環(huán)境因子

補(bǔ)光試驗(yàn)從2020年11月30日開始，2021年6月28日結(jié)束，共持續(xù)210天（30周）時(shí)間。試驗(yàn)期間溫室外太陽輻射日總量如圖2所示，隨季節(jié)總體呈現(xiàn)上升的趨勢，但連續(xù)的每日光照量波動較大，相鄰兩日的光照量甚至相差7～8倍，可見試驗(yàn)期間的光照穩(wěn)定性較差。試驗(yàn)期間，溫室內(nèi)日平均氣溫在13～24℃區(qū)間內(nèi)（圖3），溫室內(nèi)CO2濃度基本維持在450～550 μmol/mol（圖4），2021年1月1日開始增加CO2施肥系統(tǒng)以及傳感器，可以很好地滿足切花玫瑰生長發(fā)育的需求。

圖2 試驗(yàn)期間溫室外太陽輻射日總量

圖3 試驗(yàn)期間溫室內(nèi)日平均氣溫

圖4 試驗(yàn)期間溫室內(nèi)日平均CO2濃度

試驗(yàn)的溫室綜合透光率為55%、每天補(bǔ)光時(shí)長固定在20 h，整個(gè)試驗(yàn)期間，補(bǔ)光總時(shí)長達(dá)到了4200 h。根據(jù)上述信息和每日室外光照累積量（J/cm2）和補(bǔ)光的光通量密度PPFD，可以計(jì)算得到試驗(yàn)期間的PAR累積總量，計(jì)算方法參見戴劍鋒等[12]。試驗(yàn)期間，對照區(qū)、玫瑰光配方補(bǔ)光區(qū)與常規(guī)光配方補(bǔ)光區(qū)的PAR累積總量分別為4026 mol/m2、5636 mol/m2和5545 mol/m2（圖5），玫瑰光配方和常規(guī)光配方LED分別提供了1610 mol/m2和1519 mol/m2PAR，補(bǔ)光區(qū)總光照比對照區(qū)總光照分別提高了40%和38%。其中，玫瑰光配方補(bǔ)光區(qū)比常規(guī)光配方補(bǔ)光區(qū)的總光照高了1.6%，可以認(rèn)為兩個(gè)補(bǔ)光區(qū)的PAR累積總量近似相等。

圖5 試驗(yàn)期間溫室內(nèi)PAR累積量

補(bǔ)光對生長發(fā)育影響

對新芽的影響

切花玫瑰具有連續(xù)開花的習(xí)性，玫瑰的產(chǎn)量來自于每一茬采收后新出腋芽抽出的花枝。因此，每一茬新芽的數(shù)量決定了每一茬采收的產(chǎn)量。從圖6可以看出，與對照相比，補(bǔ)光后，玫瑰植株抽出的新芽會更多、新枝長勢更好，莖干更粗壯、葉色更深（圖6b、圖6c）。

圖6 補(bǔ)光對玫瑰新芽的影響

對營養(yǎng)枝的影響

切花玫瑰栽培中采用的折枝技術(shù)是將部分不宜長成切花的枝條呈弓形壓彎并加以保留，作為營養(yǎng)枝輔助全株的營養(yǎng)。折枝法最大限度地保留了功能葉片，增加同化面積，使玫瑰植株維持較高而穩(wěn)定的營養(yǎng)狀態(tài)。與對照相比，補(bǔ)光后營養(yǎng)枝更多、葉色深、長勢好。這為整個(gè)植株積累了更多的光合產(chǎn)物，可以更均衡地供給植株光合產(chǎn)物，有利于植株的生長和產(chǎn)量形成，提高切花產(chǎn)量和品質(zhì)，并增強(qiáng)抗逆性（圖7）。

圖7 補(bǔ)光對玫瑰營養(yǎng)枝的影響

對花枝影響

在成花花枝的表現(xiàn)上，從圖8可以看出，補(bǔ)光后，不僅花枝（能夠采收的花枝）數(shù)量更多、葉色深，而且，在LED補(bǔ)光處理下，花枝均已經(jīng)出現(xiàn)開放的花朵，而對照區(qū)僅僅抽出花苞。這充分表明，補(bǔ)光后，玫瑰開花周期縮短，能夠做到提前采收，提高了切花生產(chǎn)的時(shí)間效率。

圖8 補(bǔ)光對玫瑰花枝的影響

補(bǔ)光對產(chǎn)量與品質(zhì)影響

對產(chǎn)量與品質(zhì)量化影響

試驗(yàn)期間，總共采收了4茬玫瑰，除了上述圖片的直觀比較，補(bǔ)光的效果也可以從數(shù)據(jù)分析中看出量化的比較。每茬花枝的平均生長周期由對照的46天縮短至補(bǔ)光后的40天，玫瑰光配方和常規(guī)光配方下無差異（圖9a）。綜合4輪采收的結(jié)果表明，相對于對照，補(bǔ)光區(qū)的植株新芽數(shù)顯著高于對照，每株新芽數(shù)由對照的4.53芽/株提高到7.11芽/株，提高了57%（圖9a），這可以看作是產(chǎn)量的提高。正如上述所說，補(bǔ)光處理的光照總量至少提高了38%，而產(chǎn)量增加高達(dá)57%。荷蘭溫室種植者的一條重要經(jīng)驗(yàn)就是“多1%的光照意味著多1%的產(chǎn)量”。本試驗(yàn)中，LED 補(bǔ)光區(qū)產(chǎn)量提高程度遠(yuǎn)高于光照總量增加幅度，說明LED補(bǔ)光的光合生產(chǎn)效率要高于自然光的光合生產(chǎn)效率，本試驗(yàn)中提高系數(shù)為1.5，包括自然光在內(nèi)的綜合光合生產(chǎn)效率提高至原來的1.14倍。

圖9 補(bǔ)光對玫瑰產(chǎn)量和品質(zhì)量化影響

根據(jù)花枝鮮重和莖干長度，可得花枝單位長度的莖鮮重。補(bǔ)光后，玫瑰光配方對莖鮮重?zé)o影響，而常規(guī)光配方提高了莖鮮重，對照區(qū)、玫瑰光配方和常規(guī)光配方下的莖鮮重分別為0.79、0.79、1.00 g/cm（圖9b）。同時(shí)，花頭周徑變大，對照區(qū)、玫瑰光配方和常規(guī)光配方下的花頭周徑分別為14.3、15.6、16.2 cm（圖9b）。在瓶插壽命上，補(bǔ)光前后沒有差異，均為28.5天（圖9a）。在花枝長度的分布方面，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，補(bǔ)光后，80 cm以上花枝的百分率提高，A級花比例也更高（數(shù)據(jù)未列出）。

對花色影響

除了花枝長度和花型，花色也是切花玫瑰的重要品質(zhì)表現(xiàn)之一。圖10表明，補(bǔ)光后，切花的花色變得更鮮艷、更濃郁，大大提高了切花玫瑰的品質(zhì)和觀賞性。

圖10 補(bǔ)光對玫瑰花色影響

綜合以上分析，可以看出，采用常規(guī)光配方和玫瑰光配方兩種LED補(bǔ)光后，對玫瑰的生長發(fā)育以及產(chǎn)量和品質(zhì)均有改善，其中，在莖鮮重和花頭周徑這兩個(gè)品質(zhì)指標(biāo)方面，常規(guī)光配方的效果還要優(yōu)于玫瑰光配方。

結(jié)論與討論

由試驗(yàn)結(jié)果可知，補(bǔ)光后，光照環(huán)境改善，增加了新芽萌發(fā)數(shù)，新芽數(shù)量的提高奠定了產(chǎn)量的數(shù)量基礎(chǔ)。植物光合作用提高，營養(yǎng)枝茂盛生長（更好地提供光合產(chǎn)物）也進(jìn)一步奠定了切花花枝產(chǎn)量和品質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，進(jìn)而表現(xiàn)為長勢更好、產(chǎn)量更高、周期更短、品質(zhì)更優(yōu)，國外已有的溫室切花玫瑰補(bǔ)光應(yīng)用也有類似的效果[13]。補(bǔ)光后，光照提升38%，切花產(chǎn)量（以花枝數(shù)量來計(jì)）提高了57%，充分表明試驗(yàn)所選用的LED極大提高了玫瑰生產(chǎn)的綜合光照利用率。在外觀品質(zhì)的花型、花色方面也能夠表現(xiàn)得更好。并且，補(bǔ)光能夠縮短花枝的采收周期，相應(yīng)提高了切花生產(chǎn)的時(shí)間效率。結(jié)合對補(bǔ)光區(qū)植株采用的手動增加水分的統(tǒng)計(jì)，切花產(chǎn)量的增加幅度要高于補(bǔ)光區(qū)耗水量的增加，因而，也可以得出結(jié)論，補(bǔ)光提高了切花玫瑰生產(chǎn)的水分利用率。LED對作物光照利用率和水分利用率的提高，與在其他作物方面的已有研究結(jié)論相一致[12]。

同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種LED光配方均改善了玫瑰切花的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)，其中，常規(guī)光配方對切花品質(zhì)的改善要優(yōu)于玫瑰光配方。結(jié)合兩種模組的功率也可以看出，常規(guī)模組在表現(xiàn)更優(yōu)的同時(shí)，還能夠節(jié)省補(bǔ)光的能耗投入，可以作為本地區(qū)的補(bǔ)光選擇。這也表明，在溫室切花的補(bǔ)光應(yīng)用中，不應(yīng)簡單地照搬歐洲的補(bǔ)光經(jīng)驗(yàn)，而應(yīng)根據(jù)本地的實(shí)際情況，基于氣候、作物品種、溫室設(shè)施、種植水平以及補(bǔ)光目的來因地制宜設(shè)計(jì)合適的補(bǔ)光方案。

由于生產(chǎn)溫室的實(shí)際情況限制，試驗(yàn)中無法獨(dú)立控制對照區(qū)和補(bǔ)光區(qū)的環(huán)境因子，除了光照環(huán)境之外的其余環(huán)境因子幾乎無差異。另外，本試驗(yàn)中，補(bǔ)光時(shí)長固定為20 h/天，實(shí)際應(yīng)用中，會根據(jù)實(shí)際的自然光照條件適當(dāng)作出調(diào)整。今后的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用上，應(yīng)對補(bǔ)光區(qū)的環(huán)境控制因子如溫度、CO2和水分管理做相應(yīng)調(diào)整，以更好地發(fā)揮LED補(bǔ)光的增產(chǎn)提質(zhì)效應(yīng)。這將成為今后的科研和生產(chǎn)中進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

本研究在位于云南地區(qū)國內(nèi)頂級玫瑰切花生產(chǎn)者愛必達(dá)園藝科技有限公司的馬龍生產(chǎn)溫室進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間覆蓋2020～2021年的大部分補(bǔ)光季節(jié)，無論從試驗(yàn)點(diǎn)的選擇、試驗(yàn)的執(zhí)行、還是試驗(yàn)時(shí)間的安排方面，都比較有代表性。因而，本試驗(yàn)的研究結(jié)果可以為中國其他地域開展玫瑰切花生產(chǎn)的補(bǔ)光提供科學(xué)的參考依據(jù)。