設(shè)施蔬菜LED補(bǔ)光技術(shù)研究進(jìn)展

摘"要：【目的】""匯總分析國(guó)內(nèi)外蔬菜LED補(bǔ)光技術(shù)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，為L(zhǎng)ED補(bǔ)光技術(shù)在我國(guó)設(shè)施蔬菜高效生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

【方法】""收集查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，整理匯總并進(jìn)行分析。

【結(jié)果】""LED光源是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的理想光源，適宜的光配方（光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間以及日累計(jì)光照量）可顯著提升設(shè)施蔬菜幼苗干物質(zhì)量和壯苗指數(shù)。長(zhǎng)季節(jié)栽培頂部和株間補(bǔ)光可改善冠層光分布，增強(qiáng)植株整體光合作用。通過(guò)將補(bǔ)光方式與栽培環(huán)境參數(shù)相結(jié)合進(jìn)行光環(huán)境動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)調(diào)控實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬菜綠色優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)有效途徑。

【結(jié)論】""人工補(bǔ)光是改善溫室光照環(huán)境、解決冬季設(shè)施蔬菜生產(chǎn)弱光和光照時(shí)間不足等不利光因素的有效方式，優(yōu)化光配方與蔬菜品種和栽培環(huán)境，可綜合提升設(shè)施蔬菜生產(chǎn)效能。

關(guān)鍵詞：""設(shè)施蔬菜；LED補(bǔ)光；光質(zhì)；光照強(qiáng)度；光周期

中圖分類(lèi)號(hào)："S626.5""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼："A""""文章編號(hào)："1001-4330（2024）11-2835-09

0"引 言

【研究意義】2022年我國(guó)設(shè)施園藝總面積達(dá)280×104 hm2（4 200多萬(wàn)畝），占世界設(shè)施農(nóng)業(yè)總面積的85%以上［1］。設(shè)施蔬菜是我國(guó)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)主栽作物種類(lèi)（種植面積占81%）［2］，光環(huán)境是影響蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因子，在促進(jìn)蔬菜作物生長(zhǎng)、增加光合效率，提升作物產(chǎn)量方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。日光溫室是我國(guó)特有的一種設(shè)施類(lèi)型［3］，設(shè)施內(nèi)由于覆蓋材料、結(jié)構(gòu)等影響，室內(nèi)光照強(qiáng)度大約為露地的30%～70%［4］，冬春季節(jié)溫室蔬菜生產(chǎn)需覆蓋保溫被或二道幕以滿(mǎn)足作物對(duì)溫度需求，不利的天氣狀況以及保溫被未能及時(shí)卷起導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間光照強(qiáng)度不足［5-6］，易形成苗期徒長(zhǎng)苗，開(kāi)花坐果期蔬菜落花落果，果實(shí)著色不均勻等［7］，嚴(yán)重影響蔬菜品質(zhì)和產(chǎn)量。設(shè)施蔬菜冬季生產(chǎn)通過(guò)人工補(bǔ)光改善溫室內(nèi)光照環(huán)境，是解決弱光和光照時(shí)間不足等不利光環(huán)境的有效方式。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外設(shè)施蔬菜LED補(bǔ)光技術(shù)和研究動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，總結(jié)我國(guó)設(shè)施蔬菜LED補(bǔ)光技術(shù)最新研究進(jìn)展，對(duì)選擇設(shè)施高效補(bǔ)光方向有實(shí)際意義。【前人研究進(jìn)展】LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）作為一種節(jié)能環(huán)保型光源，其具有光質(zhì)和光量精確可調(diào)，能耗低、壽命長(zhǎng)并且發(fā)熱低（冷光源性）［8］，且具防潮性和節(jié)能環(huán)保，作為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的理想光源，近幾年在設(shè)施蔬菜補(bǔ)光生產(chǎn)中應(yīng)用相關(guān)文獻(xiàn)較多［9-13］?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】當(dāng)前LED補(bǔ)光技術(shù)在設(shè)施蔬菜育苗以及成株期的光配方（補(bǔ)光光質(zhì)、光照強(qiáng)度和補(bǔ)光時(shí)間等）方面已有文獻(xiàn)研究，但是對(duì)于光配方與蔬菜生長(zhǎng)環(huán)境以及針對(duì)不同品種蔬菜作物在不同生長(zhǎng)階段的光配方動(dòng)態(tài)調(diào)整策略尚未完全清晰，需綜述分析LED光配方以及日累積光照量對(duì)設(shè)施蔬菜育苗期、成株期作物生理生化反應(yīng)、補(bǔ)光方式（頂部補(bǔ)光和株間補(bǔ)光）以及智能化補(bǔ)光策略的最新進(jìn)展?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】收集、整理和分析國(guó)內(nèi)外設(shè)施蔬菜LED補(bǔ)光技術(shù)研究進(jìn)展，分析當(dāng)前設(shè)施LED補(bǔ)光技術(shù)現(xiàn)狀，為冬春季節(jié)設(shè)施蔬菜光能高效利用提供思路和參考。

1"材料與方法

1.1"材 料

收集和查閱當(dāng)前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和官網(wǎng)相關(guān)設(shè)施蔬菜LED補(bǔ)光技術(shù)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展。

1.2"方 法

整理匯總并分析歸類(lèi)設(shè)施蔬菜育苗期、成株期光配方以及補(bǔ)光策略研究現(xiàn)狀及進(jìn)展。

2"結(jié)果與分析

2.1"設(shè)施人工補(bǔ)光光源比較

研究表明，人工光環(huán)境調(diào)控作為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于植物光合補(bǔ)光、菌藻生產(chǎn)及病蟲(chóng)害防控等領(lǐng)域。當(dāng)前設(shè)施人工補(bǔ)光光源主要有白熾燈、熒光燈［14］、高壓鈉燈［15-16］、金屬鹵化物燈［17］、LED燈［18］等。表1

在中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)檢索平臺(tái)，檢索1987至今以“人工光”為主題的科技文獻(xiàn)，共檢索到與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的科技論文305篇，其中農(nóng)作物、農(nóng)藝學(xué)、園藝、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)和農(nóng)業(yè)工程學(xué)科分別為115篇（占37.70%）、86篇（占28.20%）、81篇（占26.56%）、17篇（占5.57%）和6篇（1.97%）。發(fā)文量在2013年以前均在5篇以?xún)?nèi)，從2014年（10篇）開(kāi)始逐年增加，2016年發(fā)文量為最多27篇，“十三五”（2016～2020年）期間發(fā)文量為100篇，占總發(fā)文量的50.50%，該趨勢(shì)與“十三五”期間農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新領(lǐng)域開(kāi)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境及植物本體感知數(shù)據(jù)采集、積累以及動(dòng)植物表型及數(shù)學(xué)建模方法研究等基礎(chǔ)研究方向相匹配［24］。圖1

檢索以“LED”為主題科技文獻(xiàn)，共檢索到與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的科技論文2 132篇，研究主要集中在LED光源、光合特性、植物工廠(chǎng)、LED光質(zhì)、生長(zhǎng)發(fā)育和生理特性、光照強(qiáng)度等方面。圖2

2.2"LED技術(shù)在設(shè)施生產(chǎn)中的應(yīng)用

研究表明，LED燈可發(fā)出植物生長(zhǎng)所需要的單色光光譜［22］，并能根據(jù)生產(chǎn)所需實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)和光照強(qiáng)度單獨(dú)控制，光能有效利用率達(dá)80%～90%，傳統(tǒng)人工光源光譜范圍與植物實(shí)際所需的紅光（600～700 nm）或藍(lán)光（400～500 nm）相比范圍更大［25］。

2.2.1"LED補(bǔ)光對(duì)蔬菜幼苗生長(zhǎng)的影響

研究表明，設(shè)施育苗生產(chǎn)的光環(huán)境調(diào)控主要包括對(duì)光質(zhì)、光照強(qiáng)度和光照周期的調(diào)控，對(duì)蔬菜日累積光照量（Daily Light Integral，DLI）的研究也日益增加［26-29］。

2.2.1.1"LED補(bǔ)光光質(zhì)對(duì)蔬菜幼苗生長(zhǎng)的影響

研究表明，光質(zhì)是影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育的重要因素，光質(zhì)由不同輻射光譜組成，植物主要利用的光譜范圍在200～800 nm，可見(jiàn)光光譜中波長(zhǎng)640～660 nm的紅光和430～450 nm藍(lán)光是光合作用主要光源［30］。相對(duì)于光照強(qiáng)度和光照時(shí)間，光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響更加復(fù)雜。光質(zhì)是通過(guò)觸發(fā)基因表達(dá)調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)［31-33］。藍(lán)光照射上調(diào)乙醇酸氧化酶（Glycolate oxidase， GLO2）和1，5-二磷酸核酮糖羧化酶大亞基（Ribulose-1，5-bisphosphate carboxylase-oxygenase large subunit ， rbcL）基因表達(dá)，紅光照射下調(diào)GLO2和rbcL基因表達(dá)，GLO2和rbcL均涉及到光呼吸和卡爾文循環(huán)的平衡調(diào)節(jié)［34］。單色光補(bǔ)充時(shí)，紅光有利于植株葉片伸長(zhǎng)和葉片葉面積、鮮重增加［35-36］，可使黃瓜幼苗真葉數(shù)增多，提高葉片葉綠素相對(duì)含量，并且使番茄幼苗根長(zhǎng)增加［37］。而藍(lán)光有抑制葉片擴(kuò)大的作用［38］，會(huì)引起黃瓜葉片增厚和卷曲，使番茄植株幼苗株高顯著降低［37］。遠(yuǎn)紅光能夠穿透植物冠層，適當(dāng)增加遠(yuǎn)紅光比例可以提升包括番茄在內(nèi)的植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量［39］。與補(bǔ)充單色光質(zhì)相比，紅藍(lán)復(fù)合光質(zhì)可顯著提高番茄幼苗干物質(zhì)量、壯苗指數(shù)和凈光合速率［40-41］。圖3

綠光可以逆轉(zhuǎn)紅光或藍(lán)光在生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生的影響，并且通過(guò)觸發(fā)特定基因的表達(dá)，增強(qiáng)作物對(duì)生物和非生物脅迫的抗性［37，43］。補(bǔ)充綠光時(shí)能夠上調(diào)光合相關(guān)基因表達(dá)對(duì)維持光合能力具有正向調(diào)控作用［44］，藍(lán)光可通過(guò)激活質(zhì)膜H+-ATPases刺激氣孔開(kāi)放，而綠光可以逆轉(zhuǎn)由藍(lán)光介導(dǎo)的氣孔開(kāi)放［45］。進(jìn)行番茄苗期短期干旱脅迫處理，短期干旱脅迫下，增加綠光可以顯著降低氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，gs），增加原有和瞬時(shí)水分生產(chǎn)效率，同時(shí)增強(qiáng)葉肉導(dǎo)度（mesophyll conductance，gm），保持相對(duì)高的光合能力，并且可下調(diào)SLHA1，SLHA 2和SLHA 4表達(dá)，激活SLAREB1-2信號(hào)通路，從而引發(fā)植物抗旱［43］。

2.2.1.2"LED補(bǔ)光光強(qiáng)對(duì)蔬菜幼苗生長(zhǎng)的影響

研究表明，日光溫室冬春季節(jié)育苗由于光照強(qiáng)度低，幼苗莖稈瘦弱、株高增加，導(dǎo)致幼苗成苗質(zhì)量不高［46-47］。番茄的光飽和點(diǎn)為1 250 μmol/（m2·s），光補(bǔ)償點(diǎn)為35.7～44.6 μmol/（m2·s），黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育最適光照強(qiáng)度為600～900 μmol/（m2·s），光強(qiáng)低于100 μmol/（m2·s）則受到弱光脅迫［48］。在黃瓜開(kāi)花坐果期若連續(xù)3～5 d光量子通量密度在20～100 μmol/（m2·s）范圍內(nèi)，弱光環(huán)境會(huì)造成黃瓜落花以及化瓜［49-50］。肖蘇琪［46］研究發(fā)現(xiàn)早春季節(jié)補(bǔ)光強(qiáng)度為100 μmol/（m2·s）及以上時(shí)，有利于干物質(zhì)向黃瓜幼苗葉片和根部的分配，不利于向莖部分配，并且不同光強(qiáng)補(bǔ)光處理黃瓜幼苗淀粉含量顯著增加。白天以300 μmol/（m2·s）光照強(qiáng)度連續(xù)照射番茄葉片12 h后，夜間采用白光連續(xù)照射可損傷番茄葉片。與不補(bǔ)光相比，夜間采用150 μmol/（m2·s）光照強(qiáng)度的白光照射可促進(jìn)番茄干物質(zhì)積累，但與300 μmol/（m2·s）補(bǔ)光強(qiáng)度照射時(shí)無(wú)顯著差異［51］。"

2.2.1.3"LED補(bǔ)光時(shí)間對(duì)蔬菜幼苗生長(zhǎng)的影響

研究表明，王冰華［52］在研究揭苫前后溫室補(bǔ)光對(duì)黃瓜幼苗的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，揭苫前3 h，或者蓋苫前1 h和3 h補(bǔ)光有利于黃瓜幼苗總?cè)~面積增加，全株干物質(zhì)量的積累。鄔奇等［53］研究表明，隨著補(bǔ)光時(shí)間的延長(zhǎng)，番茄幼苗葉片內(nèi)源性玉米素（Zeatin，ZT）和吲哚乙酸（Indole-3-aceticacid，IAA）含量逐漸升高，而在莖中的含量逐漸降低，并且黃瓜幼苗葉面積與葉片IAA含量呈正相關(guān)，光周期可能通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)源性玉米素和生長(zhǎng)素水平調(diào)控莖、葉面積和根系的生長(zhǎng)發(fā)育，并且得出每天16 h光照有利于黃瓜和番茄幼苗根系生長(zhǎng)發(fā)育，提高壯苗指數(shù)。

2.2.1.4"LED日累積光照量對(duì)蔬菜幼苗生長(zhǎng)的影響"

研究表明，日累積光照量（DLI），是光照強(qiáng)度和光周期的乘積［26］。在人工光型植物工廠(chǎng)進(jìn)行番茄育苗補(bǔ)光試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)提高DLI可促進(jìn)幼苗生根，提高種苗健壯程度。以R：B為1.2的白紅LED為補(bǔ)光光源，DLI為12.6 mol/（m2·d）（即光強(qiáng)為250 μmol/（m2·s），光照時(shí)間14 h）可作為設(shè)施番茄育苗的光環(huán)境調(diào)控依據(jù)［26］。光照強(qiáng)度和光照周對(duì)人工光型植物工廠(chǎng)水培草莓匍匐莖、子苗生長(zhǎng)有交互作用：過(guò)高的日累積光照量會(huì)影響草莓子苗生長(zhǎng)，可能是與不同草莓品種葉片的光飽和點(diǎn)及生長(zhǎng)階段相關(guān)，得出DLI為11.5 mol/（m2·d）（光照強(qiáng)度為200 μmol/（m2·s），補(bǔ)光時(shí)間16 h）光照環(huán)境較適宜“紅顏”草莓匍匐莖育苗［54］。光照強(qiáng)度為30 μmol/（m2·s），光周期8 h/d處理的大豆芽苗菜下胚軸總酚類(lèi)物質(zhì)含量和DPPH自由基清除能力較黑暗培養(yǎng)處理和12 h/d光周期處理的效果顯著更好［55］。采用綠光∶"藍(lán)光∶"紅光1∶"1∶"3光質(zhì)，頂部補(bǔ)光光強(qiáng)約為11.16 μmol/（m2·s），補(bǔ)光9 h（08：00～17：00），可以增加日光溫室馬鈴薯微型薯（11～20 g，21～30 g，31～40 g，微型馬鈴薯等級(jí)）生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量［10］。不同蔬菜作物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)光照強(qiáng)度和光周期的需求量不同。因此，在進(jìn)行LED補(bǔ)光時(shí)要根據(jù)作物生長(zhǎng)的具體環(huán)境制定相適應(yīng)的補(bǔ)光策略以達(dá)到最佳補(bǔ)光效果。

2.2.2"LED補(bǔ)光對(duì)蔬菜成株生長(zhǎng)應(yīng)用的影響

研究表明，日光溫室長(zhǎng)季節(jié)吊蔓作物（包括荷蘭立架式無(wú)土栽培系統(tǒng)），冠層垂直方向光照不均勻，植株中部及中下部光照環(huán)境遠(yuǎn)不如上層，嚴(yán)重影響植株整體光合產(chǎn)物合成和轉(zhuǎn)運(yùn)［54，56］。研究表明，黃瓜中層葉片所照射到光照強(qiáng)度僅為上層的30%［57］。由于LED具有冷光源性，可將其置于植株冠層下部空間進(jìn)行株間補(bǔ)光或冠層頂部補(bǔ)光，從而改善了冠層光分布，增強(qiáng)植株整體光合作用［39，57］，提高番茄地上部總干質(zhì)量，增加10%～20%的作物產(chǎn)量［58］，以L(fǎng)ED燈為光源在日光溫室番茄［7，59-60］、草莓［9］、黃瓜［29］、甜椒［9，61-62］、甜瓜［4］等作物株間補(bǔ)光的應(yīng)用研究日益增加。番茄生長(zhǎng)期、開(kāi)花期、坐果期使用藍(lán)光或紅光、紅藍(lán)7∶"1以及紅光或紅藍(lán)5∶"1進(jìn)行頂部補(bǔ)光可有效增強(qiáng)番茄光合作用［12］。以紅藍(lán)5∶"1為補(bǔ)光光質(zhì)，在冬季日光溫室開(kāi)棚前3 h和閉棚后3 h進(jìn)行補(bǔ)光（補(bǔ)光6 h），300 μmol/（m2·s）補(bǔ)光光強(qiáng)相較于100 μmol/（m2·s）和200 μmol/（m2·s）更有利于番茄光合色素積累，葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素、葉綠素（a+b）含量也相對(duì)較高［63］，而在早春季節(jié)番茄坐果后-果實(shí)轉(zhuǎn)色期內(nèi)采用葉背補(bǔ)光，揭簾前與蓋簾后以200 μmol/（m2·s）光強(qiáng)補(bǔ)光，番茄果實(shí)可溶性固形物含量、總酸含量、VC含量、番茄紅素和揮發(fā)性物質(zhì)含量較高［54］。采用紅藍(lán)3∶"1進(jìn)行番茄株間補(bǔ)光，當(dāng)補(bǔ)光強(qiáng)度為170 μmol/（m2·s）（燈下30 cm處光照強(qiáng)度），補(bǔ)光16 h（08：00～00：00），補(bǔ)光燈放置于距番茄莖部水平30 cm處的冠層內(nèi)部時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，株間補(bǔ)光可促進(jìn)果實(shí)成熟，春季（3月11至6月21日）可提前一周成熟，夏季（6月22日至9月23日）可提前兩周成熟［64］。

通過(guò)隸屬函數(shù)對(duì)甜瓜不同生育期（幼苗期、伸蔓期和結(jié)果期）生理生長(zhǎng)指標(biāo)以及果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出幼苗期適宜補(bǔ)光7 h，伸蔓期進(jìn)行5 h可促進(jìn)植株生長(zhǎng)，結(jié)果期補(bǔ)光1h（光照強(qiáng)度約為695.6～724.6 μmol/（m2·s））甜瓜果實(shí)品質(zhì)最佳，產(chǎn)量也最高［4］。

2.2.3"設(shè)施蔬菜LED補(bǔ)光策略

研究表明，針對(duì)不同作物或同種作物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)光照強(qiáng)度的差異性需求進(jìn)行精準(zhǔn)化補(bǔ)光是提升蔬菜作物光合利用效率、實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵途徑。采用升降式補(bǔ)光系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)作物生育期對(duì)不同光照強(qiáng)度的需求［65］。但當(dāng)前蔬菜補(bǔ)光大多采用固定光質(zhì)、光照強(qiáng)度方式進(jìn)行補(bǔ)光，由于經(jīng)驗(yàn)值和作物實(shí)際需求存在一定差異，使得補(bǔ)光過(guò)程未能形成標(biāo)準(zhǔn)化、精準(zhǔn)化方案［66］。針對(duì)不同植物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)光配方（光質(zhì)、光照強(qiáng)度和光周期）需求的不同，通過(guò)采集溫室光照、溫度以及CO2等參數(shù)，構(gòu)建溫室作物補(bǔ)光數(shù)學(xué)模型以及最佳紅藍(lán)光閾值［67-68］，建立智能補(bǔ)光系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)溫室作物自動(dòng)化補(bǔ)光，可節(jié)能10%。張仲熊等［69］采用冠層補(bǔ)光和株間補(bǔ)光2種方式相結(jié)合的立體補(bǔ)光方式，充分采集作物冠層-株間實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，通過(guò)冠層-株間光環(huán)境調(diào)控模型獲得黃瓜種植過(guò)程所需的光強(qiáng)值，動(dòng)態(tài)計(jì)算冠層-株間補(bǔ)光燈所需要停留的位置，采用ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸，進(jìn)行補(bǔ)光燈升降裝置高度實(shí)時(shí)變化，從而達(dá)到黃瓜種植整體光環(huán)境精準(zhǔn)實(shí)時(shí)調(diào)控，與傳統(tǒng)冠層補(bǔ)光以及自然光相比，立體補(bǔ)光區(qū)黃瓜產(chǎn)量分別比前兩者增加0.28和1.39 kg/m2。

3"討 論

3.1"""LED燈作為新型固態(tài)半導(dǎo)體光源，可以根據(jù)作物生理生長(zhǎng)需求進(jìn)行智能化的光照環(huán)境控制，從實(shí)現(xiàn)蔬菜作物標(biāo)準(zhǔn)化種植［70］，我國(guó)蔬菜種植區(qū)氣候類(lèi)型多樣，且蔬菜品種多樣，在進(jìn)行設(shè)施蔬菜補(bǔ)光時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同種植區(qū)，不同蔬菜品種構(gòu)建適宜的補(bǔ)光措施。例如在設(shè)施冬春季節(jié)生產(chǎn)時(shí)，大多選擇耐弱光、耐低溫、抗病品種，而針對(duì)耐弱光品種補(bǔ)光（光飽和點(diǎn)、補(bǔ)償點(diǎn)）策略與常規(guī)品種的差異還需要研究。《溫室植物補(bǔ)光燈質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》［71］對(duì)植物生長(zhǎng)燈用的LED燈的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，針對(duì)不同氣候區(qū)設(shè)施作物種植補(bǔ)光參數(shù)仍需明確。

3.2

當(dāng)前針對(duì)設(shè)施蔬菜智能補(bǔ)光策略將環(huán)境參數(shù)（溫度、CO2等）與植物光配方需求相結(jié)合，通過(guò)構(gòu)建相適應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫室作物動(dòng)態(tài)自動(dòng)補(bǔ)光已有研究，但一些研究結(jié)果還處于試驗(yàn)階段［69］，仍需要進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤試驗(yàn)。針對(duì)作物冠層補(bǔ)光+株間補(bǔ)光方式，搭建與相適應(yīng)的自動(dòng)化補(bǔ)光系統(tǒng)，構(gòu)建系統(tǒng)性的智能補(bǔ)光策略，充分挖掘作物光合利用效能，提升作物品質(zhì)和產(chǎn)量，將為設(shè)施農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效提供有效解決方案。

3.3

作為一種生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定，能夠智能化周年穩(wěn)定生產(chǎn)方式，植物工廠(chǎng)成為近幾年發(fā)展迅猛的行業(yè)，而缺乏高效率、低價(jià)格LED光源市場(chǎng)提供成為限制人工光型植物工廠(chǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。前人研究指出人工型植物工廠(chǎng)的光能利用效率理論最大值為0.1［72］，而實(shí)際種植生產(chǎn)中光能利用效率大概在0.032～0.043，遠(yuǎn)未達(dá)到理論最大值［26］；其次LED光源前期購(gòu)買(mǎi)投入較大，例如功率為15W的LED補(bǔ)光燈每只燈管價(jià)格大約120元，遠(yuǎn)高于普通光源燈（飛利浦熒光燈，16W或20W每只燈管價(jià)格約在15～20元）。因此，研發(fā)或篩選適宜的性?xún)r(jià)比較高的LED燈具以滿(mǎn)足植物工廠(chǎng)育苗或栽培工藝至關(guān)重要。

4"結(jié) 論

4.1

綜述了補(bǔ)光技術(shù)在設(shè)施蔬菜育苗期和成株期生長(zhǎng)研究進(jìn)展，總結(jié)分析光配方（光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、日累計(jì)光照量）對(duì)幼苗生理生長(zhǎng)以及成株期果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。針對(duì)不同蔬菜作物品種需要深入研究光配方復(fù)合因素對(duì)設(shè)施蔬菜栽培影響機(jī)制，綜合提升蔬菜作物光能利用率。

4.2"""LED補(bǔ)光對(duì)設(shè)施育苗壯苗提升、成株產(chǎn)量品質(zhì)提升具有促進(jìn)作用。將LED補(bǔ)光與具體栽培環(huán)境參數(shù)（溫度、CO2、濕度等）相結(jié)合，通過(guò)多因子耦合分析，需要明確光配方隨溫室環(huán)境參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，針對(duì)不同補(bǔ)光方式研發(fā)智能化、精準(zhǔn)化補(bǔ)光體系，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬菜高效補(bǔ)光。

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Research progress of LED light supplement technology ""of greenhouse vegetables

MA Yan， XIAO Lingang， YU Chen， GUO Zhaofeng， ZOU Ping， CAO Xinwei

（Institute of Agricultural Mechanization， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Intelligent Control Technology for Xinjiang Facility Agriculture， Urumqi 830091， China）

Abstract：【Objective】 ""To summarize and analyze the research status and progress of LED supplementation technology for vegetables at home and abroad in the hope of providing a theoretical basis for the application of LED fill light technology in the efficient production of facility vegetables in China.

【Methods】 """Related literature in domestic and foreign were collected ， and meanwhile， these literature were sorted and analyzed.

【Results】 ""LED light source was an ideal light source for facility agricultural production， appropriate light formula （light quality， light intensity and light duration and cumulative daily light amount） could significantly improve the dry matter quality and strong seedlings index of vegetables seedling.Light supplementation at the top and between plants could improve the canopy light distribution and enhance the overall photoeynthesis of plants in long season cultivation.It was an effective way to accurately control the dynamic light environment by combining the light filling method with the cultivation environment parameters to achieve green， high quality and efficient production of facility vegetables.

【Conclusion】 ""Artificial light supplementation is an effective way to improve the greenhouse light environment and solve the unfavorable light factors such as weak light and insufficient light time in winter vegetable production.Through the combination of light formula， vegetable varieties and cultivation environment optimization， the production efficiency of vegetable facilities can be comprehensively improved.

Key words：""greenhouse vegetables; LED light supplement; light quality; light intensity; photoperiod

Fund projects：""Special Training Project for Xinjiang Minority Science and Technology Talents \"Study on the automatic LED Light Supplementation of tomato seedling in Greenhouse\"（2019D03008）; Funding Project of Basic Scientific Research Business of Public Welfare Scientific Research Institutes in Autonomous Region\"Research on structural optimization and efficient cultivation technology of arch shed in southern Xinjiang\"（KY2021129）;Xinjiang Academy of Agricultural Sciences independent cultivation project \"Research and application of digitization of production technology in facility agriculture\"（nkyzzkj-025）

Correspondence author：""CAO Xinwei（1982- ）， male， senior engineer，master， "research direction： facility agriculture engineering technology and equipment， （E-mail） caoxinwei@sohu.com

ZOU Ping（1977-）， male， professor of engineering，master， "research direction：facility agriculture engineering technology， （E-mail）75066472@qq.com

收稿日期（Received）：

2024-05-17

基金項(xiàng)目：

新疆少數(shù)民族科技人才特殊培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目“設(shè)施番茄苗期 LED 自動(dòng)補(bǔ)光工藝研究”（2019D03008）；新疆維吾爾自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目“南疆拱棚結(jié)構(gòu)優(yōu)化及高效栽培技術(shù)研究”（KY2021129）；新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主培育項(xiàng)目“設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)數(shù)字化的研究應(yīng)用”（nkyzzkj-025）

作者簡(jiǎn)介：

馬艷（1987-），女，新疆人，高級(jí)農(nóng)藝師，碩士，研究方向設(shè)施蔬菜栽培生理，（E-mail）455618932@qq.com

通訊作者：

曹新偉（1982-），男，湖南人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)與裝備，（E-mail）caoxinwei@sohu.com

鄒平（1977-），男，江西人，正高級(jí)工程師，碩士，研究方向設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，（E-mail）75066472@qq.com