飛利浦園藝LED在溫室生產中的應用實踐

戴劍鋒

【摘要】在現代設施園藝生產中，光照環境的控制對溫室生產有著至關重要的作用。文章根據大量的商業應用實例，介紹了飛利浦園藝LED在溫室生產中的應用，分為溫室果菜生產補光、溫室葉菜及育苗補光、溫室花卉補光3個方面，從溫室作物的生長、發育、產量、品質以及環境調控的能耗幾個方面進行闡述，詳細介紹了補光應用的背景以及應用后的效果，以期為中國設施園藝生產的補光應用提供參考。

光照

是影響作物生長發育的重要環境因子之一，根據荷蘭溫室種植者的經驗，1%的光照意味著1%的產量，由此可見光照在作物生產中的重要程度。各種原因帶來溫室內的光照不足都會影響溫室作物的生長、發育及其產量和品質，光照已成為溫室作物生產的重要限制性因素，人工補光將是必然的選擇。

根據溫室作物生產的特點和要求，理想的溫室補光人工光源應具備低散熱、低耗能、高光電轉換效率、具有最適光譜、堅固耐用、使用壽命長、適合溫室環境、具有一定的調控性等特點。LED（Light Emitting Diode）作為一種新型的綠色節能光源，應用于溫室生產，具有白熾燈、熒光燈和高壓鈉燈等傳統人工光源不可比擬的優點。

作為一家具有120多年歷史的照明領軍企業，飛利浦率先將LED應用于溫室園藝補光。基于大量的研究和應用，飛利浦開發了專為設施園藝領域應用而設計的LED產品和技術。除了選擇適合植物生長的光譜，秉承LED節能、低散熱和使用壽命長等特點外，還充分考慮到設施園藝生產中的特殊環境，提高了LED產品自身的防水防塵等級。經過前期的試驗和研發，飛利浦在2008年向市場推出了第一代園藝GreenPower LED解決方案。經過10年的持續應用實踐，飛利浦園藝LED已經擴展為一系列的包含多種照明模組的解決方案，不僅質量穩定可靠，還具有壽命長、光衰低、防水防塵等級高等特性。除了過硬的產品本身，在應用層面，飛利浦還首次提出了LED“光配方”的概念，即在某種生長環境下、某種作物的某個生長階段所需的理想光照條件，包含了3個方面的含義：①光強、光質、光均勻度、光照位置和時間；②在此“光配方”下最適宜的其它環境因子；③可以期待的使用效果（含節能效果）。光配方的理念現已被廣為接受，基于光配方的指導，飛利浦園藝LED在遍布世界的溫室種植中有了大量的應用。并且，飛利浦園藝LED照明團隊專門設置了植物專員角色，更好地進行光配方開發以及與用戶開展深度交流，這也是飛利浦園藝LED照明團隊的優勢和特色，是確保用戶成功的重要因素之一。該文著重以各種應用為例，介紹飛利浦園藝LED在溫室領域的應用實踐及其效果，以期為中國設施園藝生產的補光應用提供有價值的參考。

溫室果菜補光

冬季的溫室果菜（番茄、黃瓜）生產光照不足，需要提供人工補光。同時，玻璃溫室生產中采用高架栽培，植株高度可達4～5 m，由于植株葉片相互遮陽，導致中下部葉片缺少足夠的光照，影響其光合性能的發揮，進而影響了最終產量和經濟效益。在這種情況下，采用LED頂光模組和LED植株間照明模組相結合進行溫室果菜栽培是優化的照明解決方案，稱之為全LED補光方案（圖1）。植株的頂部是LED頂光模組，替代傳統的高壓鈉燈（HPS）。每行植株之間平行吊有2行LED植株間照明模組，2組模組在高度上保持一定的間距，消除上部葉片因遮陽對中下部葉片的影響，使得植物的中下部葉片獲得更多光照，將LED模組放置在作物之間，進行植株間照明，這正是充分利用了LED低散熱的特點。

采用飛利浦全LED補光方案進行溫室番茄生產，提供番茄生長所需要的光照，在節能的同時，植物能更有效地利用光照，提高番茄的產量。在溫度比較高并且需要補光的季節，也能夠開啟植株間照明模組，補充中下部葉片光合作用所需光照。反應在作物管理中，中下部葉片可以保留在植株上更久，提供更多的光合貢獻。綜合應用效果可以看出，采用全LED補光方案使植物生長更健壯、葉片更濃綠，成花率和坐果率得以提高。比利時Greet Biesbrouck番茄種植公司的應用結果表明，穩定的光照帶來了比之前更穩定的產量，與不補光或僅僅采用高壓鈉燈補光相比，產量提高了20%～25%。在荷蘭Delphy公司進行周年生產的試驗中，更是獲得了100.6 kg/m2的高產記錄。在品質方面，冬季生長的番茄，果實大小、形狀、色澤更均一，品質提高、風味更佳（圖2）。荷蘭瓦赫寧根大學的研究測試表明，番茄果實的VC、VE含量均有增加。在溫室環境調控方面，也帶來顯著的積極效果。LED的低散熱，可以更好地控制熱量和光照，避免給溫室內帶來過剩的熱量，溫室不需要通過開窗而降溫，進而維持了較高的CO2濃度，促進光合生產，提高產量。與頂部使用高壓鈉燈配合植株間補光的溫室平行對比，僅使用2/3的能耗。有案例表明，在暖冬地區或暖冬年份，高壓鈉燈種植區的溫度控制成為種植者最為頭痛的問題，而LED種植區則不存在這個問題。

溫室葉菜種植及育苗補光

目前，在溫室內種植葉類蔬菜（以生菜為例）越來越多。同樣，冬季光照不足，尤其是在冬春季節的低溫寡照甚至空氣嚴重污染的地區，補光顯得尤其重要。不少生菜種植者之前選用高壓鈉燈作為溫室生產種植的補光方案，隨著植物對光照需求的提高以及種植者對節約能耗的需求增加，越來越多的溫室種植者趨向于嘗試LED補光方案。基于飛利浦園藝LED在溫室蔬菜種植補光的專業性，許多生菜種植者選擇了飛利浦園藝LED作為溫室生菜補光的優選方案。

前期的試驗以及大量的應用實例表明，飛利浦LED頂光模組提供的補光方案具有以下幾方面優勢。首先，表現在補光時段上，在早春或者晚秋，甚至一些暖冬地區，在需要補光的時節需要開啟高壓鈉燈補光。由于高壓鈉燈的高散熱量，種植者在溫室環境控制上有2種選擇：一是在不開窗通風的情況下補光，讓植物處于較高的溫度中；二是開窗通風降溫，但CO2濃度會急劇降低，繼續加大CO2的使用量，會導致CO2的浪費。然而，這2種選擇都是得不償失的生產管理措施。于是，種植者不得不放棄補光，生產受到影響，而LED補光沒有這方面的問題。其次，表現在植物生長方面，在飛利浦LED補光下種植的生菜，生長更好、生育期更短、單株生菜更重。生長過程中，使用高壓鈉燈時會帶來的燒尖（tip burn）現象也不再發生（比利時Desmet公司）。在品質表現方面，飛利浦特有的光配方使植物的葉片更厚實，口感更佳。株型更緊湊飽滿，更好的株型意味著更長的貨架期，適合于產品的長途運輸。并且，紅葉生菜的紅色著色效果更好、更快（圖3）。另外，飛利浦LED頂光模組開發了特有的vision產品，使用在芬蘭Nurmitarhat Oy溫室種植的采收區，不僅可以補光，而且可以很好的用于采收時觀察植株的長勢、顏色和品質等外觀是否達到采收標準。據拜耳蔬菜種子公司的種植結果，在使用飛利浦LED補光方案后，種植一茬生菜的時間縮短為未使用飛利浦LED補光時所需種植時間的一半，并且其所育成的紅葉生菜品種，著色品質表現得更突出，這也使得他們的品種在市場上具有更大的競爭力。

在冬季的溫室育苗中，如果連陰雨天氣突襲，溫室內的光照水平會更低，嚴重影響作物的生長發育，此關鍵時期的光照如果不足，蔬菜幼苗會生長欠佳，易產生徒長苗。飛利浦LED生產模組在溫室內提供理想的光照環境進行溫室蔬菜的育苗（圖4），育成的苗子會更健壯，品質更好。

在植物的生長、發育、產量、品質取得用戶滿意效果的同時，種植者還發現，飛利浦LED補光方案更節能、更高效，能夠節省約一半的電費，意味著生產單株生菜（單位重量）的成本更低，獲益更高。

溫室花卉補光

光照對于是溫室切花、盆花的生產至關重要。根據溫室花卉補光的目的，將溫室花卉補光分為2個方面：一是光周期補光，即通過改變光照時間、調節光周期從而達到花卉的花期調控，這種方法提供的光照強度較弱，植物只需感受到光信號即可；二是生長補光，即通過對植物生長階段提供生長所需的光照，從而促進植物更好的生長，進而形成產量和品質，這里提供的光照一般較強。

對日長比較敏感的植物，在特定時期會根據需要進行人工補光，提供長日照條件或者在夜間進行人工補光打破其暗夜，來達到調節開花期的目的。菊花是一種短日照植物，在其開花前，必須達到一定的營養生長；或者在育種過程中為了保持母本的營養生長，必須抑制花芽分化。為了達到維持營養生長的目的，使用飛利浦LED花期燈來補光，提供長日照條件，從而達到花期調控的目的。比利時Gediflora公司應用結果表明，飛利浦LED花期燈在達到抑制菊花花芽分化效果的同時，與原有的白熾燈相比，LED的應用節能達到60%（圖5）。花期燈也可以應用在草莓生產中進行人工補光，明顯促進草莓莖的抽生，提早收獲期，提高果品質量，并且大大減少畸形果的數量。同時，比白熾燈節能88%（荷蘭Brookberries公司，圖6）。在石竹、珍珠菜屬等花卉的花期調節上也有很好的應用。

花卉補光的另一方面是生長補光。眾所周知，營養生長是生殖生長的物質基礎，充足的光照帶來充分的營養生長，能夠保證開花的進行，使花朵的花型、花色有所改觀。比利時Scheers Rose Nursery公司專業生產大花型切花玫瑰。出于高品質玫瑰的生產需求，近期他們溫室中更新了補光方案，采用70%飛利浦LED和30%高壓鈉燈的組合方案。與原有高壓鈉燈方案相比，新方案補光強度提升至原光強的1.5倍，且產熱降低了50%。如此就不需要對整個溫室的供電設施進行改造。消耗相同的電量，可以提供同樣的光照強度，并且可以每年多提供500～750 h的光照。溫室內的CO2濃度和溫度控制都更加穩定，生產出了高品質的切花玫瑰（圖7）。飛利浦全LED補光方案在溫室非洲菊、蝴蝶蘭等花卉生產中的應用，在植物生產和經濟上也取得了令人滿意的效果（圖8）。

現代玻璃溫室的天溝高度越來越高，溫室內垂直空間越來越大，使在溫室內進行多層種植成為可能，而多層種植的關鍵條件就是光照。飛利浦LED提供了很好的解決方案。De Hoog Orchids是一家專門從事石斛蘭溫室生產的專業種植公司。先前采用高壓鈉燈種植，每年植株能夠開花1次。開花前需要一段低溫誘導，使用空調進行降溫，產生了高額電費。為了擴大石斛蘭的生產規模并實行周年種植，該公司采用了多層種植，每層均采用飛利浦LED提供生長所需的光照（圖9）。“光照穩定，易于控制，使得我們很容易做到控制植物的某些性狀，比如花芽分化的進程、花芽誘導數目以及一簇花的數目，這對于我們來說至關重要。穩定理想的光照也讓我們能夠提前進行生產的計劃來更好地滿足客戶的要求，同時也節省了電費。最終提高了空間利用率，提高了整個溫室生產的效率”。由飛利浦LED提供的光照解決方案同樣應用于郁金香、長壽花。

國內在高檔花卉的溫室種植中也對飛利浦LED補光方案做了試驗，在小玫瑰和姜荷花的試驗中均取得了很好的效果，補光后的植物長勢更好、葉片更綠、分枝增加、發花更多、花苞更大（圖10）。

結語

飛利浦園藝LED照明專業提供溫室補光方案，可以根據溫室設施的結構特點、作物的種類、生產目標以及所處地域的氣候特點為溫室種植者設計合適的溫室補光方案。隨著中國現代農業的發展、國家對設施農業這一高集約型生產方式的支持，以及國家節能減排政策的推行、對低碳綠色農業的鼓勵、LED技術的飛速發展，LED補光必將成為未來溫室補光的主導，在溫室蔬菜、育苗、花卉生產中的發揮著廣泛的作用。