高附加值植物生產的環境控制技術（一）LED 光環境對葉菜生長及品質的影響

賀冬仙

（中國農業大學水利與土木工程學院，北京 100083）

中國設施農業經過40多年快速發展，適應了中國實際，滿足了市場需求，在探索中謀求進步，“智能、清潔、綠色、高效”成為行業共識。當前，中國設施農業進入發展穩定期，2018年末，我國各類設施面積超過333.3萬hm2（5 000萬畝），大棚、日光溫室、連棟溫室等使用年限十年以上的設施總面積超過186.7萬hm2（2 800萬畝），居世界第一。產業鏈水平不斷提升，國家農機購置補貼政策連年增大，設施農業產品和服務呈現多元化，融合、綠色、國際化發展迅猛，新一代信息技術推動設施農業發生了深刻的變革，設施農業進入發展新時代。同時，設施農業也存在著發展不充分、不平衡的問題，機械化率偏低，控制策略缺乏，綠色智能技術裝備供給不足，隨著設施農業的大型化規模化發展，能耗、機械化、結構安全、精準化環境調控和綜合智慧管控平臺等關鍵技術問題亟待攻克。

2019年8月28～29日，“2019中國設施農業產業大會暨2019年高附加值植物生產的環控技術國際研討會”在北京召開。大會由中國農業機械化協會、中國農業大學、日本植物工廠研究會、農業農村部設施農業工程重點實驗室學科群主辦。大會共有69個專業報告，涵蓋設施農業栽培生理、工程裝備、經營管理等各個方面。為了與更多讀者分享大會報告的精彩內容，《中國蔬菜》將其中與蔬菜科研和生產相關的報告進行摘錄整理，在近期陸續發表。本期的5篇摘要來自于本次大會“LED 光環境生理專題”。

LED 光質對葉菜生長的影響：產量是與光合性能還是與葉片性狀密切相關？

何潔 副教授

新加坡南洋理工大學

為了在室內蔬菜生產中正確選擇LED 光譜，本文總結了LED光質對芥藍（Brassica alboglabra）、冰菜（Mesembryanthem crystallinum）和生菜（Lactuca sativa）生長的影響。在相同的光照強度和光照周期下，對比了3種葉菜在不同紅藍比（R∶B）LED 光照下的生長差異。與R∶B 為100∶0（0B）的LED 光照條件相比，在R∶B 為84∶16（16B）的LED 光照下芥藍葉片的凈光合速率和氣孔導度最高，單位葉面積含有更高的光合色素、可溶性蛋白和Rubisco 羧化酶，從而獲得了最高的地上部生物量、葉片數、總葉面積及單位面積葉片質量。16B 的LED 光質適宜芥藍生長，其最高產量與葉片光合能力密切相關。與0B 及其他紅藍LED 組合光照條件相比，在R∶B 為90∶10（10B）的LED 光照下生長的冰菜具有最高的地上部生物量、葉片數、總葉面積及單位面積葉片質量，但其凈光合速率和氣孔導度沒有顯著性差異。這是因為單位葉面積的冰菜含有相似但更高的光合色素、可溶性蛋白和Rubisco 羧化酶。與芥藍和冰菜不同，飽和光照強度的0B 光質條件下生長的生菜地上部生物量、葉片展開率、總葉面積最大，但凈光合速率最低。僅有紅色LED 對生菜光合作用具有一定的抑制作用，其PS Ⅱ潛在的最大光化學效率（Fv/Fm）最低。生菜葉片的光合色素、可溶性蛋白和Rubisco 羧化酶含量隨著藍色LED 光照的增加而增加，LED 紅藍組合光質可以有效地提高生菜的光合效率。故LED 光質對生菜產量的影響與葉片光合特性無關，而是與葉片性狀密切相關。

（中國農業大學季方、賀冬仙翻譯）

紅藍LED 光交替照射對生菜生長的促進作用

清水浩 教授

日本京都大學

本文研究了LED 紅藍光交替照射對生菜生長的影響。在9種不同的紅藍光交替照射條件（分別 為R0B24、R3B21、R6B18、R9B15、R12B12、R15B9、R18B6、R21B3和R24B0）下定植生菜（Lactuca sativaL.‘Greenwave’）種苗后進行光質影響試驗。結果表明：R21B3處理（21 h 紅光和3 h 藍光進行交替照射，無暗期處理）最適合生菜生長，其地上部鮮質量最高；與無暗期處理的紅藍光24 h 同時照射（RB24）相比，R21B3和R12B12處理的生菜光合能力更強，PA/LA 形態指數（投影面積除以葉面積）更大。為此，LED 紅藍光交替照射使生菜葉片具有更有效的受光姿態，其更快的生長速率是由于高光合能力和形態優勢引起的。

（中國農業大學季方、賀冬仙翻譯）

白紅與紅藍LED 光照環境對兩種生菜生長、品質和能量利用效率的影響

閆征南 博士 賀冬仙 教授

中國農業大學

植物葉片的光合色素強烈吸收紅橙光和藍紫光，故紅藍LED 光源被廣泛應用于人工光型植物工廠。然而，長期在自然環境下生長的植物由于進化已形成了利用廣譜太陽輻射的生理機制。為了對比紅藍組合LED 光質與在白色LED 中補充其他LED 光質對水培生菜（Lactuca sativaL.）的影響，本試驗在白色LED 中補充紅色LED，或在紅藍LED 中分別補充紫外LED、綠色LED 或遠紅外LED 的光照條件下培育綠葉生菜綠蝶和紫葉生菜紫雅20天。結果表明，在紅藍LED 中補充遠紅外LED 使綠葉生菜的地上部鮮質量和干質量分別提高了28%和34%，補充紫外光對2個品種生菜的生長和能源利用效率無顯著性影響，補充綠光則使綠葉生菜的VC 含量和紫葉生菜的花青素含量分別降低了44%和30%。與紅藍LED 光照條件相比，紅藍LED 補充綠色LED 的光照條件下培育的紫葉生菜在綠光區域的光譜吸收率降低，這與其更高的花青素含量有關。在白色LED 中補充紅色LED 的光照條件使得紫葉生菜的地上部鮮質量和干質量均提高了25%，但其VC 和硝酸鹽含量與白色LED光照條件下培育的無顯著性差異。與紅藍LED 光照條件相比，白紅LED 光照條件下培育的2個品種生菜的鮮質量、光能和電能利用效率更優或達到同等水平。綜上所述，白紅LED 光質可替代紅藍LED 光質用于綠葉和紫葉生菜（綠蝶和紫雅）的立體水培生產。

（中國農業大學賀冬仙翻譯）

植物工廠的光照周期對生菜生長及次級代謝產物積累的影響

魯娜 博士

日本千葉大學

由于生物的周期性特征，晝夜節律在動植物組織器官中普遍存在。生物內部因素與外部環境條件（如光照周期）的時間協調對植物健康和生存具有重要作用。在人工光型植物工廠，光照周期是影響植物生產的一個重要環境變量，可以通過有效調控使其達到最佳的能量利用效率。本文研究了光照周期對生菜（Lactuca sativaL.）生長及次生代謝產物積累的影響。在植物工廠中設置了4種LED 光照周期（24 h 明期-24 h 暗期、12 h 明期-12 h 暗期、6 h 明期-6 h 暗期、3 h 明期-3 h 暗期）培育生菜，結果表明：12 h 明期-12 h 暗期的光照周期下培育的生菜鮮質量最大，而24 h 明期-24 h 暗期的光照周期下培育的生菜的總酚積累量和抗氧化能力最高。

（中國農業大學賀冬仙、季方翻譯）

LED 植物工廠種植紫葉生菜需要模擬太陽光嗎？

方煒 教授

臺灣大學

SunLike 是首爾半導體公司的產品，被宣傳為是最接近太陽輻射的LED。據該公司稱，被SunLike 照亮的物體看起來與在太陽光下一樣。但SunLike 是否是室內種植農場/植物工廠的最佳LED 光源還不能定論。本文采用冷白色LED、光譜可調LED 及基于SunLike 的LED 光照下培育紫葉生菜，對比其鮮質量、相對生長速率和花青素含量的差異。播種42天后，各種LED 光照處理下的紫葉生菜鮮質量的差異不顯著。基于SunLike 的LED 光照下培育的紫葉生菜在前2周生長緩慢，但在采收前的最后1周會趕上來，這可能是由于SunLike 光譜中較高的綠光比例（35%）造成的。與基于SunLike 的LED 光照相比，利用光譜可調LED 燈具探討了不同的紅光遠紅光比、藍綠光比和綠紅光比對紫葉生菜的形態、花青素含量和相對生長速率的差異。結果表明：13%～15%的綠光足夠紫葉生菜在最后1周的生長需求，而24%的藍光照射可以顯著提高生菜的花青素含量。顯而易見，植物工廠生產紫葉生菜根本不需要使用SunLike 模擬太陽輻射。

（中國農業大學賀冬仙、季方翻譯）