LED植物生长灯在设施园艺中的应用及对作物生长的影响

2021-02-01 10:57:50 snow 17

设施园艺的设施主要包括塑料大棚,日光温室,露台和植物工厂等。由于设施建筑物在一定程度上阻挡了自然光源,室内光线不足,导致农作物生产和质量下降。因此,辅助光在设施农作物的高质量和高产量中起着不可或缺的作用,但它也成为增加设施能源消耗和运营成本的主要因素。

近年来,LED植物生长灯的性能不断提高,价格逐渐降低,各种特定波长的产品也逐步开发,其在农业和生物学领域的应用范围将更加广阔。

LED植物生长灯


LED植物生长灯对园艺作物生长的影响

光线调节植物的生长和发育,包括种子发芽,茎伸长,叶和根发育,光致,叶绿素合成和分解以及花诱导。设施中的照明环境要素包括照明强度,照明周期和光谱分布,可以通过人造光补充进行调整,而不受天气条件的限制。在设施园艺中配备LED植物生长灯可以大大提高产量。研究表明,在300μmol/(m2·s)LED灯条和LED灯管补充12h(8:00〜20:00)光后,樱桃番茄的果实数量,总产量和单果重均显着增加。补光灯分别增加了42.67%,66.89%和16.97%,而LED管补光灯分别增加了48.91%,94.86%和30.86%。用LED补光剂处理的整个生育期,黄瓜和茄子的单果重和单位面积的产量分别增加了5.3%,15.6%,7.6%和7.8%[红蓝比为3:2,光强度为300μmol/(m 2·s)]。LED光的质量,强度和持续时间可以缩短植物的生长周期,提高农产品的商品产量,营养质量和形态价值,并通过分配实现设施园艺作物的高效,节能和智能化生产整个生长周期中LED的光质量,强度和持续时间的变化。


LED植物生长灯在蔬菜育苗中的应用

蔬菜育苗是设施农业的重要环节。持续的阴雨天气会使设施光线不足,幼苗容易发生贫瘠的生长,进而影响蔬菜的生长,花蕾的分化和果实的发育,最后影响其产量和品质。


LED植物生长灯


LED植物生长灯对水果和蔬菜营养品质的影响

水果和蔬菜含有蛋白质,糖,有机酸,维生素,对人体健康营养有益。光的质量可以通过VC的合成和分解酶的活性来调节和控制,植物中VC的含量,以及园林植物对蛋白质的代谢和碳水化合物积累的调节功能,红光促进碳水化合物的积累,蓝光处理是有益的以蛋白质形成,并且红蓝光的结合对植物营养的改善作用明显高于单色光。补充LED红光或蓝光可以降低生菜中硝酸盐的含量,补充蓝光或绿光可以促进生菜中可溶性糖的积累,补充红外光有利于莴苣中VC的积累。补充蓝光可以增加番茄中VC和可溶性蛋白的含量。红光和蓝光联合处理可提高番茄果实中糖和酸的含量,红光和蓝光联合处理下糖与酸的比例最高。红光和蓝光的结合可以促进黄瓜果实中VC含量的增加。


LED植物生长灯对植物延缓衰老的影响

植物衰老过程中的叶绿素降解、蛋白质迅速丧失及RNA水解,主要表现为叶片衰老。叶绿体对外界光环境的变化十分敏感,尤其受光质影响显着。红光、蓝光和红蓝组合光有利于叶绿体形态建成,蓝光有利于叶绿体内淀粉粒的积累,红光和远红光对叶绿体发育具有负面效应。蓝光及红蓝组合光可促进黄瓜幼苗叶片叶绿素的合成,红蓝组合光还能延缓叶片叶绿素含量在后期的衰减,这种效应随红光比例的减小和蓝光比例的增加表现越明显。 LED红蓝组合光处理下黄瓜幼苗叶片的叶绿素含量显着高于荧光灯对照和单色红、蓝光处理;LED蓝光能显着提高乌塌菜、青蒜苗的叶绿素a/b值。


LED光配方的构建与应用

LED植物生长灯的生长发育受光质及其不同组成比例的影响十分显着,光配方主要包括光质配比、光照强度、光照时间等几个要素。由于不同植物对光的需求有所差异,而且在不同生长发育阶段对光的需求也会有所不同,因此需要对所栽培的作物进行最佳的光质、光照强度和补光时间组合。


LED植物生长灯


光照强度

植株生长在弱光下比在强光下更容易受到光抑制。番茄幼苗的净光合速率随着光照强度[50、150、200、300、450、550μmol/(m2·s )]的增加,呈现先增后降的趋势,并于300μmol/(m2·s)时达到最大;生菜的株高、叶面积、含水量和VC含量在150μmol/(m2·s)光强处理下显着增加,在200μmol/(m2·s)光强处理下,生菜地上部鲜重、总重及游离氛基酸含量均显着提高,而在300μmol/(m2·s) 光强处理下,生菜叶面积、含水量、叶绿素a、叶绿素a+b和类胡萝卜素均降低;与黑暗相比,随着LED植物生长灯光强[3、9、15 μmol/(m2·s)] 的增加,黑豆芽苗菜的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量显着增加,光强为3μmol/ (m2·s) 时VC含量最高,9μmol/(m2·s) 时可溶性蛋白、可溶性糖及蔗糖含量最高;相同温度条件下,随光照强度[(2~2.5)lx×103 lx、(4~ 4.5)lx×103 lx、(6~6.5)lx×103 lx] 的增加,辣椒幼苗的成苗时间缩短,可溶性糖含量增加,但叶绿素a和类胡萝卜素含量逐渐降低。


存在的问题与前景展望

LED植物生长灯的显着优势是能根据不同植物的光合特性、形态建成、品质及产量的需求光谱进行智能组合调整。不同种类作物、同一作物的不同生长期皆对光质、光强及光周期的要求不同,这要求光配方研究进一步发展和完善,形成庞大的光配方数据库,再结合专业灯具的研发,才能实现LED补光灯在农业应用上的最大价值,从而更好地节省能耗、提升生产效率及经济效益。 LED植物生长灯在设施园艺的应用已经显示出旺盛的活力,但是LED植物生长灯价格较高,一次性投入较大,各种作物在不同环境条件下的补光要求不明确、补光光谱、强度和补光时间不太合理造成补光灯应用时难免会有各种问题产生。不过随着技术的进步和完善、LED植物生长灯的生产成本降低,LED植物生长灯设施园艺上将得到更广泛的应用。同时LED植物生长灯补光技术体系的发展进步与新能源结合将使工厂化农业、家庭农业、城市农业以及太空农业得到快速发展,以满足特殊环境下人们对园艺作物的需求。



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