設施蔬菜LED補光技術研究進展

摘"要：【目的】""匯總分析國內外蔬菜LED補光技術研究現狀和進展，為LED補光技術在我國設施蔬菜高效生產中的應用提供理論依據。

【方法】""收集查閱國內外文獻資料，整理匯總并進行分析。

【結果】""LED光源是設施農業生產的理想光源，適宜的光配方（光質、光照強度、光照時間以及日累計光照量）可顯著提升設施蔬菜幼苗干物質量和壯苗指數。長季節栽培頂部和株間補光可改善冠層光分布，增強植株整體光合作用。通過將補光方式與栽培環境參數相結合進行光環境動態精準調控實現設施蔬菜綠色優質高效生產有效途徑。

【結論】""人工補光是改善溫室光照環境、解決冬季設施蔬菜生產弱光和光照時間不足等不利光因素的有效方式，優化光配方與蔬菜品種和栽培環境，可綜合提升設施蔬菜生產效能。

關鍵詞：""設施蔬菜；LED補光；光質；光照強度；光周期

中圖分類號："S626.5""""文獻標志碼："A""""文章編號："1001-4330（2024）11-2835-09

0"引 言

【研究意義】2022年我國設施園藝總面積達280×104 hm2（4 200多萬畝），占世界設施農業總面積的85%以上［1］。設施蔬菜是我國設施園藝產業主栽作物種類（種植面積占81%）［2］，光環境是影響蔬菜生長發育的重要環境因子，在促進蔬菜作物生長、增加光合效率，提升作物產量方面發揮至關重要的作用。日光溫室是我國特有的一種設施類型［3］，設施內由于覆蓋材料、結構等影響，室內光照強度大約為露地的30%～70%［4］，冬春季節溫室蔬菜生產需覆蓋保溫被或二道幕以滿足作物對溫度需求，不利的天氣狀況以及保溫被未能及時卷起導致設施內長時間光照強度不足［5-6］，易形成苗期徒長苗，開花坐果期蔬菜落花落果，果實著色不均勻等［7］，嚴重影響蔬菜品質和產量。設施蔬菜冬季生產通過人工補光改善溫室內光照環境，是解決弱光和光照時間不足等不利光環境的有效方式。通過對國內外設施蔬菜LED補光技術和研究動態進行分析，總結我國設施蔬菜LED補光技術最新研究進展，對選擇設施高效補光方向有實際意義?！厩叭搜芯窟M展】LED（Light Emitting Diode，發光二極管）作為一種節能環保型光源，其具有光質和光量精確可調，能耗低、壽命長并且發熱低（冷光源性）［8］，且具防潮性和節能環保，作為設施農業生產應用的理想光源，近幾年在設施蔬菜補光生產中應用相關文獻較多［9-13］。【本研究切入點】當前LED補光技術在設施蔬菜育苗以及成株期的光配方（補光光質、光照強度和補光時間等）方面已有文獻研究，但是對于光配方與蔬菜生長環境以及針對不同品種蔬菜作物在不同生長階段的光配方動態調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設施蔬菜育苗期、成株期作物生理生化反應、補光方式（頂部補光和株間補光）以及智能化補光策略的最新進展?！緮M解決的關鍵問題】收集、整理和分析國內外設施蔬菜LED補光技術研究進展，分析當前設施LED補光技術現狀，為冬春季節設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

收集和查閱當前國內外文獻和官網相關設施蔬菜LED補光技術研究現狀和進展。

1.2"方 法

整理匯總并分析歸類設施蔬菜育苗期、成株期光配方以及補光策略研究現狀及進展。

2"結果與分析

2.1"設施人工補光光源比較

研究表明，人工光環境調控作為設施農業生產的重要組成部分，廣泛應用于植物光合補光、菌藻生產及病蟲害防控等領域。當前設施人工補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

在中國知網文獻檢索平臺，檢索1987至今以“人工光”為主題的科技文獻，共檢索到與農業領域相關的科技論文305篇，其中農作物、農藝學、園藝、農業基礎科學和農業工程學科分別為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%）。發文量在2013年以前均在5篇以內，從2014年（10篇）開始逐年增加，2016年發文量為最多27篇，“十三五”（2016～2020年）期間發文量為100篇，占總發文量的50.50%，該趨勢與“十三五”期間農業科技創新領域開展農業生產環境及植物本體感知數據采集、積累以及動植物表型及數學建模方法研究等基礎研究方向相匹配［24］。圖1

檢索以“LED”為主題科技文獻，共檢索到與農業領域相關的科技論文2 132篇，研究主要集中在LED光源、光合特性、植物工廠、LED光質、生長發育和生理特性、光照強度等方面。圖2

2.2"LED技術在設施生產中的應用

研究表明，LED燈可發出植物生長所需要的單色光光譜［22］，并能根據生產所需實現波長和光照強度單獨控制，光能有效利用率達80%～90%，傳統人工光源光譜范圍與植物實際所需的紅光（600～700 nm）或藍光（400～500 nm）相比范圍更大［25］。

2.2.1"LED補光對蔬菜幼苗生長的影響

研究表明，設施育苗生產的光環境調控主要包括對光質、光照強度和光照周期的調控，對蔬菜日累積光照量（Daily Light Integral，DLI）的研究也日益增加［26-29］。

2.2.1.1"LED補光光質對蔬菜幼苗生長的影響

研究表明，光質是影響植物生長和發育的重要因素，光質由不同輻射光譜組成，植物主要利用的光譜范圍在200～800 nm，可見光光譜中波長640～660 nm的紅光和430～450 nm藍光是光合作用主要光源［30］。相對于光照強度和光照時間，光質對植物生長發育的影響更加復雜。光質是通過觸發基因表達調控植物生長發育的重要轉導信號［31-33］。藍光照射上調乙醇酸氧化酶（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，紅光照射下調GLO2和rbcL基因表達，GLO2和rbcL均涉及到光呼吸和卡爾文循環的平衡調節［34］。單色光補充時，紅光有利于植株葉片伸長和葉片葉面積、鮮重增加［35-36］，可使黃瓜幼苗真葉數增多，提高葉片葉綠素相對含量，并且使番茄幼苗根長增加［37］。而藍光有抑制葉片擴大的作用［38］，會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］。遠紅光能夠穿透植物冠層，適當增加遠紅光比例可以提升包括番茄在內的植物生長和產量［39］。與補充單色光質相比，紅藍復合光質可顯著提高番茄幼苗干物質量、壯苗指數和凈光合速率［40-41］。圖3

綠光可以逆轉紅光或藍光在生長發育產生的影響，并且通過觸發特定基因的表達，增強作物對生物和非生物脅迫的抗性［37，43］。補充綠光時能夠上調光合相關基因表達對維持光合能力具有正向調控作用［44］，藍光可通過激活質膜H+-ATPases刺激氣孔開放，而綠光可以逆轉由藍光介導的氣孔開放［45］。進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度（stomatal conductance，gs），增加原有和瞬時水分生產效率，同時增強葉肉導度（mesophyll conductance，gm），保持相對高的光合能力，并且可下調SLHA1，SLHA 2和SLHA 4表達，激活SLAREB1-2信號通路，從而引發植物抗旱［43］。

2.2.1.2"LED補光光強對蔬菜幼苗生長的影響

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

2.2.1.3"LED補光時間對蔬菜幼苗生長的影響

研究表明，王冰華［52］在研究揭苫前后溫室補光對黃瓜幼苗的影響時發現，揭苫前3 h，或者蓋苫前1 h和3 h補光有利于黃瓜幼苗總葉面積增加，全株干物質量的積累。鄔奇等［53］研究表明，隨著補光時間的延長，番茄幼苗葉片內源性玉米素（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，光周期可能通過調節內源性玉米素和生長素水平調控莖、葉面積和根系的生長發育，并且得出每天16 h光照有利于黃瓜和番茄幼苗根系生長發育，提高壯苗指數。

2.2.1.4"LED日累積光照量對蔬菜幼苗生長的影響"

研究表明，日累積光照量（DLI），是光照強度和光周期的乘積［26］。在人工光型植物工廠進行番茄育苗補光試驗結果表明，適當提高DLI可促進幼苗生根，提高種苗健壯程度。以R：B為1.2的白紅LED為補光光源，DLI為12.6 mol/（m2·d）（即光強為250 μmol/（m2·s），光照時間14 h）可作為設施番茄育苗的光環境調控依據［26］。光照強度和光照周對人工光型植物工廠水培草莓匍匐莖、子苗生長有交互作用：過高的日累積光照量會影響草莓子苗生長，可能是與不同草莓品種葉片的光飽和點及生長階段相關，得出DLI為11.5 mol/（m2·d）（光照強度為200 μmol/（m2·s），補光時間16 h）光照環境較適宜“紅顏”草莓匍匐莖育苗［54］。光照強度為30 μmol/（m2·s），光周期8 h/d處理的大豆芽苗菜下胚軸總酚類物質含量和DPPH自由基清除能力較黑暗培養處理和12 h/d光周期處理的效果顯著更好［55］。采用綠光∶"藍光∶"紅光1∶"1∶"3光質，頂部補光光強約為11.16 μmol/（m2·s），補光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）生產的數量和質量［10］。不同蔬菜作物在不同生長階段對光照強度和光周期的需求量不同。因此，在進行LED補光時要根據作物生長的具體環境制定相適應的補光策略以達到最佳補光效果。

2.2.2"LED補光對蔬菜成株生長應用的影響

研究表明，日光溫室長季節吊蔓作物（包括荷蘭立架式無土栽培系統），冠層垂直方向光照不均勻，植株中部及中下部光照環境遠不如上層，嚴重影響植株整體光合產物合成和轉運［54，56］。研究表明，黃瓜中層葉片所照射到光照強度僅為上層的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行株間補光或冠層頂部補光，從而改善了冠層光分布，增強植株整體光合作用［39，57］，提高番茄地上部總干質量，增加10%～20%的作物產量［58］，以LED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］等作物株間補光的應用研究日益增加。番茄生長期、開花期、坐果期使用藍光或紅光、紅藍7∶"1以及紅光或紅藍5∶"1進行頂部補光可有效增強番茄光合作用［12］。以紅藍5∶"1為補光光質，在冬季日光溫室開棚前3 h和閉棚后3 h進行補光（補光6 h），300 μmol/（m2·s）補光光強相較于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、類胡蘿卜素、葉綠素（a+b）含量也相對較高［63］，而在早春季節番茄坐果后-果實轉色期內采用葉背補光，揭簾前與蓋簾后以200 μmol/（m2·s）光強補光，番茄果實可溶性固形物含量、總酸含量、VC含量、番茄紅素和揮發性物質含量較高［54］。采用紅藍3∶"1進行番茄株間補光，當補光強度為170 μmol/（m2·s）（燈下30 cm處光照強度），補光16 h（08：00～00：00），補光燈放置于距番茄莖部水平30 cm處的冠層內部時，研究發現，株間補光可促進果實成熟，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］。

通過隸屬函數對甜瓜不同生育期（幼苗期、伸蔓期和結果期）生理生長指標以及果實品質進行綜合評價，得出幼苗期適宜補光7 h，伸蔓期進行5 h可促進植株生長，結果期補光1h（光照強度約為695.6～724.6 μmol/（m2·s））甜瓜果實品質最佳，產量也最高［4］。

2.2.3"設施蔬菜LED補光策略

研究表明，針對不同作物或同種作物在不同生長階段對光照強度的差異性需求進行精準化補光是提升蔬菜作物光合利用效率、實現優質高產的關鍵途徑。采用升降式補光系統可實現作物生育期對不同光照強度的需求［65］。但當前蔬菜補光大多采用固定光質、光照強度方式進行補光，由于經驗值和作物實際需求存在一定差異，使得補光過程未能形成標準化、精準化方案［66］。針對不同植物在不同生長階段對光配方（光質、光照強度和光周期）需求的不同，通過采集溫室光照、溫度以及CO2等參數，構建溫室作物補光數學模型以及最佳紅藍光閾值［67-68］，建立智能補光系統，可實現溫室作物自動化補光，可節能10%。張仲熊等［69］采用冠層補光和株間補光2種方式相結合的立體補光方式，充分采集作物冠層-株間實時環境數據，通過冠層-株間光環境調控模型獲得黃瓜種植過程所需的光強值，動態計算冠層-株間補光燈所需要停留的位置，采用ZigBee無線傳輸，進行補光燈升降裝置高度實時變化，從而達到黃瓜種植整體光環境精準實時調控，與傳統冠層補光以及自然光相比，立體補光區黃瓜產量分別比前兩者增加0.28和1.39 kg/m2。

3"討 論

3.1"""LED燈作為新型固態半導體光源，可以根據作物生理生長需求進行智能化的光照環境控制，從實現蔬菜作物標準化種植［70］，我國蔬菜種植區氣候類型多樣，且蔬菜品種多樣，在進行設施蔬菜補光時，應針對不同種植區，不同蔬菜品種構建適宜的補光措施。例如在設施冬春季節生產時，大多選擇耐弱光、耐低溫、抗病品種，而針對耐弱光品種補光（光飽和點、補償點）策略與常規品種的差異還需要研究?！稖厥抑参镅a光燈質量評價技術規范》［71］對植物生長燈用的LED燈的質量進行評定，針對不同氣候區設施作物種植補光參數仍需明確。

3.2

當前針對設施蔬菜智能補光策略將環境參數（溫度、CO2等）與植物光配方需求相結合，通過構建相適應的數學模型，利用農業物聯網技術實現溫室作物動態自動補光已有研究，但一些研究結果還處于試驗階段［69］，仍需要進行長期跟蹤試驗。針對作物冠層補光+株間補光方式，搭建與相適應的自動化補光系統，構建系統性的智能補光策略，充分挖掘作物光合利用效能，提升作物品質和產量，將為設施農業提質增效提供有效解決方案。

3.3

作為一種生產環境穩定，能夠智能化周年穩定生產方式，植物工廠成為近幾年發展迅猛的行業，而缺乏高效率、低價格LED光源市場提供成為限制人工光型植物工廠產業化發展的關鍵問題之一。前人研究指出人工型植物工廠的光能利用效率理論最大值為0.1［72］，而實際種植生產中光能利用效率大概在0.032～0.043，遠未達到理論最大值［26］；其次LED光源前期購買投入較大，例如功率為15W的LED補光燈每只燈管價格大約120元，遠高于普通光源燈（飛利浦熒光燈，16W或20W每只燈管價格約在15～20元）。因此，研發或篩選適宜的性價比較高的LED燈具以滿足植物工廠育苗或栽培工藝至關重要。

4"結 論

4.1

綜述了補光技術在設施蔬菜育苗期和成株期生長研究進展，總結分析光配方（光質、光照強度、光照時間、日累計光照量）對幼苗生理生長以及成株期果實產量和品質的影響。針對不同蔬菜作物品種需要深入研究光配方復合因素對設施蔬菜栽培影響機制，綜合提升蔬菜作物光能利用率。

4.2"""LED補光對設施育苗壯苗提升、成株產量品質提升具有促進作用。將LED補光與具體栽培環境參數（溫度、CO2、濕度等）相結合，通過多因子耦合分析，需要明確光配方隨溫室環境參數動態調整機制，針對不同補光方式研發智能化、精準化補光體系，從而實現設施蔬菜高效補光。

參考文獻"（References）

［1］"李天來， 齊明芳， 孟思達.中國設施園藝發展60年成就與展望［J］.園藝學報， 2022， 49（10）： 2119-2130.

LI Tianlai， QI Mingfang， MENG Sida.Sixty years of facility horticulture development in China： achievements and prospects［J］.Acta Horticulturae Sinica， 2022， 49（10）： 2119-2130.

［2］ 齊飛.在歷史的回望中走進新時代——設施園藝產業四十年變革與發展［J］.農業工程技術， 2019， 39（25）： 15-17.

QI Fei.In the historical retrospection into a new era -- the 40 years of change and development of facility horticulture industry ［J］.Agricultural Engineering Technology， 2019， 39（25）： 15-17.

［3］ 周瑩.日光溫室復合相變保溫材料的研究［D］.太谷： 山西農業大學， 2017.

ZHOU Ying."Study on Composite Phase Change Thermal Insulation Material in Solar Greenhouse［D］.Taigu： Shanxi Agricultural University， 2017.

［4］ 祁娟霞， 韋峰， 董艷， 等.不同補光時間對日光溫室甜瓜生長發育的影響［J］.浙江農業學報， 2016， 28（6）： 979-983.

QI Juanxia， WEI Feng， DONG Yan， et al.Effect of different duration of supplemental illumination on growth of melon in sunlight greenhouse［J］.Acta Agriculturae Zhejiangensis， 2016， 28（6）： 979-983.

［5］ 楊小玲， 宋蘭芳， 靳力爭， 等.設施果菜補光技術應用現狀與展望［J］.北方園藝， 2018，（17）： 166-170.

YANG Xiaoling， SONG Lanfang， JIN Lizheng， et al.Application status and prospect of supplemental lighting in cultivation of vegetables and fruits in greenhouse［J］.Northern Horticulture， 2018，（17）： 166-170.

［6］ 王楠， 焦子偉， 李東育， 等.我國綠色設施農業栽培關鍵技術研究進展［J］.江蘇農業科學， 2021， 49（18）： 18-24.

WANG Nan， Jiao Ziwei， Li Dongyu， et al.Research progress on key cultivation technology of China’s green facility agriculture［J］.Jiangsu Agricultural Sciences， 2021， 49（18）： 18-24.

［7］ 劉文科.LED補光對日光溫室番茄生長和產量的影響［J］.農業工程技術， 2016， 36（4）： 40-41.

LIU Wenke.Effect of LED fill-light on tomato growth and yield in greenhouse ［J］.Agricultural Engineering Technology， 2016， 36（4）： 40-41.

［8］ 楊雅婷， 魏靈玲， 魏強， 等.LED在設施園藝中的應用系列（五） LED在溫室補光中的應用［J］.農業工程技術（溫室園藝）， 2009， 29（9）： 15-16.

YANG Yating， WEI Lingling， WEI Qiang， et al.The application of LED in greenhouse fill-light ［J］.Agriculture Engineering Technology （Greenhouse amp; Horticulture）， 2009， 29（9）： 15-16.

［9］ 王華碩.LED補光對日光溫室黃瓜、番茄、草莓生長發育及品質的影響［D］.邯鄲： 河北工程大學， 2018.

WANG Huashuo.Effect of LED Light on the Growth and Quality of Cucumber， Tomato and Strawberry in Solar Greenhouse［D］.Handan： Hebei University of Engineering， 2018.

［10］ 錢創建， 宿飛飛， 王紹鵬， 等.LED補光對日光溫室脫毒馬鈴薯微型薯結薯特性的影響［J］.中國瓜菜， 2021， 34（7）： 54-57.

QIAN Chuangjian， SU Feifei， WANG Shaopeng， et al.Effect of LED lighting on the production characteristics of virus-free potato minituber in solar greenhouse［J］.China Cucurbits and Vegetables， 2021， 34（7）： 54-57.

［11］ 傅國海， 楊其長， 劉文科.LED補光和根區加溫對日光溫室起壟內嵌式基質栽培甜椒生長及產量的影響［J］.中國生態農業學報， 2017， 25（2）： 230-238.

FU Guohai， YANG Qichang， LIU Wenke.Effect of LED supplemental lighting and root zone heating on growth and yield of soil ridged substrate-embedded sweet pepper in solar greenhouses in China［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture， 2017， 25（2）： 230-238.

［12］ 盧純， 張亞紅， 李青.LED不同光質補光對日光溫室冬春茬番茄生長及光合特性的影響［J］.江蘇農業科學， 2020， 48（8）： 127-134.

LU Chun， Zhang Yahong， Li Qing.Effects of LED light quality supplements on growth and photosynthetic characteristics of tomatoes in winter-spring season in solar greenhouse［J］.Jiangsu Agricultural Sciences， 2020， 48（8）： 127-134.

［13］ 盧純.LED光質對冬季日光溫室內番茄生產及病蟲害的影響［D］.銀川： 寧夏大學， 2019.

LU Chun.Effects of Different LED Lights under Tomato’s Production， Diseases and Pests in Solar Greenhouse during Winter Season［D］.Yinchuan： Ningxia University， 2019.

［14］ 王偉偉， 馬俊貴.設施溫室補光燈的應用［J］.農業工程， 2014， 4（6）： 47-50.

WANG Weiwei， MA Jungui.Application of facilities greenhouse fill light［J］.Agricultural Engineering， 2014， 4（6）： 47-50.

［15］ 耿博， 龍家煥， 鄭夢影， 等.高壓鈉燈與LED燈在植物補光中的應用特性分析［J］.黑龍江農業科學， 2018，（8）： 65-69.

GENG Bo， LONG Jiahuan， ZHENG Mengying， et al.Analysis of application characteristics of high pressure sodium lamp and LED lamp in plant light supply［J］.Heilongjiang Agricultural Sciences， 2018，（8）： 65-69.

［16］ 霍菲陽.高壓鈉燈用大功率電子鎮流器的研究［D］.哈爾濱： 哈爾濱理工大學， 2008.

HUO Feiyang.Research on Electronic Ballast Used for High Pressure Sodium Lamp［D］.Harbin： Harbin University of Science and Technology， 2008.

［17］ 姜青松， 王海波， 朱月華.金屬鹵化物燈及其發光材料的研究進展［J］.中國照明電器， 2013，（10）： 1-5.

JIANG Qingsong， WANG Haibo， ZHU Yuehua.Status and development on metal halide lamps and luminous materials［J］.China Light amp; Lighting， 2013，（10）： 1-5.

［18］ 呂艷.溫室設施的使用與維護系列之溫室補光［J］.農業工程技術（溫室園藝）， 2007， 27（12）： 20， 19.

LYU Yan.The use and maintenance of greenhouse facilities series of greenhouse lighting ［J］.Agricultural Engineering Technology （Greenhouse amp; Horticulture）， 2007， 27（12）： 20， 19.

［19］ 葛大勇.設施農業專用光源的研制［D］.保定： 河北大學， 2001.

GE Dayong.Development of the Special light Source for Equipment Agriculture［D］.Baoding： Hebei University， 2001.

［20］ 尤杰， 耿博， 鄭夢影， 等.設施園藝生產中LED燈與高壓鈉燈的應用差異性分析［J］.農業工程技術， 2018， 38（7）： 17-21.

YOU Jie， GENG Bo， ZHENG Mengying， et al. Application difference analysis of LED lamp and high pressure sodium lamp in facility horticulture production［J］.Agricultural Engineering Technology， 2018， 38（7）：17-21.

［21］ 張理智.隧道高壓鈉燈與LED燈照明節能分析、比選［J］.隧道建設， 2012， 32（S2）： 18-23.

ZHANG Lizhi.Analysis on and comparsion and contrast between high pressure sodium lamps and LED lights ［J］.Tunnel Construction， 2012， 32（S2）： 18-23.

［22］ Singh D， Basu C， Meinhardt-Wollweber M， et al.LEDs for energy efficient greenhouse lighting［J］.Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2015， 49： 139-147.

［23］ 劉文科， 楊其長， 魏靈玲.LED光源及其設施園藝應用［M］. 北京： 中國農業科學技術出版社， 2012.

LIU Wenke， YANG Qichang， WEI Lingling.Light－emitting diodes（LEDs） and their applications in protected horticulture as light sources［M］."China Agricultural Science and Technology Press， 2012.

［24］ 李濤.國家重點研發計劃“用于設施農業生產的LED關鍵技術研發與應用示范” 項目在京啟動［J］.農業工程技術， 2017， 37（31）： 48-49.

LI Tao.The National Key Ramp;D Program \"LED Key Technology Ramp;D and Application Demonstration for Facility Agricultural Production\" project was launched in Beijing ［J］.Agricultural Engineering Technology， 2017， 37（31）： 48-49.

［25］ Voskresenskaya N P， Drozdova I S.Effect of light quality on the organization of photosynthetic electron transport chain of pea seedlings［J］.Plant Physiology， 1977， 59（2）： 151-154.

［26］ 季方， 甘佩典， 劉男， 等.LED光質和日累積光照量對番茄種苗生長及能量利用效率的影響［J］.農業工程學報， 2020， 36（22）： 231-238.

JI Fang， GAN Peidian， LIU Nan， et al.Effects of LED spectrum and daily light integral on growth and energy use efficiency of tomato seedlings［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2020， 36（22）： 231-238.

［27］ 崔佳維， 雷炳富， 劉厚誠.光合有效輻射日總量（DLI）對植物生長發育的影響［J］.園藝學報， 2019， 46（9）： 1670-1680.

CUI Jiawei， LEI Bingfu， LIU Houcheng.Effect of daily light integral on plant growth and development［J］.Acta Horticulturae Sinica， 2019， 46（9）： 1670-1680.

［28］ Hernández R， Eguchi T， Deveci M， et al.Tomato seedling physiological responses under different percentages of blue and red photon flux ratios using LEDs and cool white fluorescent lamps［J］.Scientia Horticulturae， 2016， 213： 270-280.

［29］ 王紹輝， 孔云， 陳青君， 等.不同光質補光對日光溫室黃瓜產量與品質的影響［J］.中國生態農業學報， 2006， 14（4）： 119-121.

WANG Shaohui， KONG Yun， CHEN Qingjun， et al.The effects of different light qualities on cucumber fruit quality and yield in greenhouse［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture， 2006， 14（4）： 119-121.

［30］ 陳田甜.不同光質對番茄果實品質形成的影響［D］.廣州： 華南農業大學， 2016.

CHEN Tiantian.Effects of Light Quality on the Quality Formation of Tomato Fruits［D］.Guangzhou： South China Agricultural University， 2016.

［31］ Kami C， Lorrain S， Hornitschek P， et al.Chapter two light-regulated plant growth and development［J］.Current Topics in Developmental Biology， 2010， 91： 29-66.

［32］ Xu Y.Seven dimensions of light in regulating plant growth［J］.Acta Horticulturae， 2016，1134： 445-452.

［33］ Franklin K A， Whitelam G C.Light-quality regulation of freezing tolerance in Arabidopsis thaliana［J］.Nature Genetics， 2007， 39（11）： 1410-1413.

［34］Soghra Esmaelpour.， Alireza Iranbakhsh.， Kamaleddin Dilmaghani.， Sayeh Jafari Marandi.， Zahra Oraghi Ardebili.The potential contribution of the WRKY53 transcription factor， gamma-aminobutyric acid （GABA） transaminase， and histone deacetylase in regulating growth， organogenesis， photosynthesis， and transcriptional responses of tomato to different light-emitting diodes （LEDs）［J］.Journal of Photochemistry and Photobiology B： Biology， 2022，229：112413.

［35］ 鄔奇， 蘇娜娜， 崔瑾.LED光質補光對番茄幼苗生長及光合特性和抗氧化酶的影響［J］.北方園藝， 2013，（21）： 59-63.

WU Qi， SU Nana， CUI Jin.Effects of LED light quality on growth vitality， photosynthetic performance and antioxidant enzymatic activity of tomato seedlings［J］.Northern Horticulture， 2013，（21）： 59-63.

［36］ 崔瑾， 馬志虎， 徐志剛， 等.不同光質補光對黃瓜、辣椒和番茄幼苗生長及生理特性的影響［J］.園藝學報， 2009， 36（5）： 663-670.

CUI Jin， MA Zhihu， XU Zhigang， et al.Effects of supplemental lighting with different light qualities on growth and physiological characteristics of cucumber， pepper and tomato seedlings［J］.Acta Horticulturae Sinica， 2009， 36（5）： 663-670.

［37］ 蘇娜娜， 鄔奇， 崔瑾.不同光質下黃瓜和番茄幼苗葉片光合特性和葉綠體超微結構分析［J］.植物發育與細胞功能， 全國植物生物學大會， 2013.

SU Nana， WU qi， CU Jin.Photosynthetic activity and chlorplastic ultrastructure analysis of seedlings Cucumis sativus L.and Solanum lycopersicum cultivated under different light qualities［J］.National Congress of Plant Biology， 2013.

［38］ Li Q， Kubota C.Effects of supplemental light quality on growth and phytochemicals of baby leaf lettuce［J］.Environmental and Experimental Botany， 2009， 67（1）： 59-64.

［39］ Kim H J， Yang T， Choi S， et al.Supplemental intracanopy far-red radiation to red LED light improves fruit quality attributes of greenhouse tomatoes［J］.Scientia Horticulturae， 2020， 261： 108985.

［40］ Macedo A F， Leal-Costa M V， Tavares E S， et al.The effect of light quality on leaf production and development of in vitro-cultured plants of Alternanthera brasiliana Kuntze［J］.Environmental and Experimental Botany， 2011， 70（1）： 43-50.

［41］ 朱鹿坤， 陳俊琴， 趙雪雅， 等.紅藍綠LED延時補光對日光溫室番茄育苗的影響［J］.中國蔬菜， 2019，（10）： 51-57.

ZHU Lukun， CHEN Junqin， ZHAO Xueya， et al.Effect of red， blue and green LED delayed supplementary lighting on tomato seedlings culture in solar greenhouse［J］.China Vegetables， 2019，（10）： 51-57.

［42］ Paradiso R， Proietti S.Light-quality manipulation to control plant growth and photomorphogenesis in greenhouse horticulture： the state of the art and the opportunities of modern LED systems［J］.Journal of Plant Growth Regulation， 2022， 41（2）： 742-780.

［43］ Bian Z H， Zhang X Y， Wang Y， et al.Improving drought tolerance by altering the photosynthetic rate and stomatal aperture via green light in tomato （Solanum lycopersicum L.） seedlings under drought conditions［J］.Environmental and Experimental Botany， 2019， 167： 103844.

［44］ Bian Z H， Cheng R F， Wang Y， et al.Effect of green light on nitrate reduction and edible quality of hydroponically grown lettuce （Lactuca sativa L.） under short-term continuous light from red and blue light-emitting diodes［J］.Environmental and Experimental Botany， 2018， 153： 63-71.

［45］ Kinoshita T.Blue light activates the plasma membrane H+-ATPase by phosphorylation of the C-terminus in stomatal guard cells［J］.The EMBO Journal， 1999， 18（20）： 5548-5558.

［46］ 肖蘇琪， 王冰華， 曲梅， 等.冬春季節育苗溫室補光光強對黃瓜幼苗質量的影響［J］.中國蔬菜， 2018，（10）： 40-45.

XIAO Suqi， WANG Binghua， QU Mei， et al.Effect of supplementary light intensity on quality of winter-spring cucumber seedling in solar greenhouse［J］.China Vegetables， 2018，（10）： 40-45.

［47］ 王俊玲.番茄光合的光譜效應研究［D］.保定： 河北農業大學， 2015.

WANG Junling.Effect of Spectra on Photosynthesis in Tomato［D］.Baoding： Hebei Agricultural University， 2015.

［48］ 山東農業大學.蔬菜栽培學各論： 北方本（2版）［M］. 北京： 農業出版社， 1987.

Shandong Agricultural University.Various Theories of Vegetable Cultivation （The second print）［M］."Beijing： China Agricultural Press， 1987.

［49］ 余紀柱， 安紅偉， 李建吾， 等.弱光下黃瓜苗期性狀的遺傳分析［J］.上海農業學報， 2004， 20（4）： 20-24.

YU Jizhu， AN Hongwei， LI Jianwu， et al.Genetic analysis for cucumber seedling characters under low light conditions［J］.Acta Agriculturae Shanghai， 2004， 20（4）： 20-24.

［50］ 周艷虹， 黃黎鋒， 喻景權.持續低溫弱光對黃瓜葉片氣體交換、葉綠素熒光猝滅和吸收光能分配的影響［J］.植物生理與分子生物學學報， 2004， 30（2）： 153-160.

ZHOU Yanhong， HUANG Lifeng， YU Jingquan.Effects of sustained chilling and low light on gas exchange， chlorophyll fluorescence quenching and absorbed light allocation in cucumber leaves［J］.Acta Photophysiologica Sinica， 2004， 30（2）： 153-160.

［51］ Matsuda R， Yamano T， Murakami K， et al.Effects of spectral distribution and photosynthetic photon flux density for overnight LED light irradiation on tomato seedling growth and leaf injury［J］.Scientia Horticulturae， 2016， 198： 363-369.

［52］ 王冰華， 孫風清， 李娟起， 等.不同時段補光對日光溫室冬春茬黃瓜幼苗質量的影響［J］.中國蔬菜， 2017，（12）： 23-29.

WANG Binghua， SUN Fengqing， LI Juanqi， et al.Effects of supplementary light at different time on quality of cucumber seedlings in solar greenhouse［J］.China Vegetables， 2017，（12）： 23-29.

［53］ 鄔奇， 蘇娜娜， 崔瑾.不同光周期下黃瓜和番茄幼苗生長與ZT和IAA的相關性［J］.園藝學報， 2013， 40（4）： 755-761.

WU Qi， SU Nana， CUI Jin.The correlation between endogenous ZT and IAA contents with the growth of cucumber and tomato seedlings under different photoperiod［J］.Acta Horticulturae Sinica， 2013， 40（4）： 755-761.

［54］ Jiang C Y， Johkan M， Hohjo M， et al.Photosynthesis， plant growth， and fruit production of single-truss tomato improves with supplemental lighting provided from underneath or within the inner canopy［J］.Scientia Horticulturae， 2017， 222： 221-229.

［55］ 齊學會， 張曉燕， 魯燕舞， 等.光質和光周期對大豆芽苗菜生長及總酚類物質含量的影響［J］.中國蔬菜， 2014，（7）： 29-34.

QI Xuehui， ZHANG Xiaoyan， LU Yanwu， et al.Effects of light quality and photoperiod on growth and total phenolics content of soybean sprouts［J］.China Vegetables， 2014，（7）： 29-34.

［56］ 閆文凱， 張雅婷， 張玉琪， 等.LED株間補光對日光溫室番茄產量及光合作用的影響［J］.西北農林科技大學學報（自然科學版）， 2018， 46（7）： 132-138， 146.

YAN Wenkai， ZHANG Yating， ZHANG Yuqi， et al.Effects of LED interlighting on yield and photosynthesis of tomato in solar greenhouse［J］.Journal of Northwest A amp; F University （Natural Science Edition）， 2018， 46（7）： 132-138， 146.

［57］ Trouwborst G， Oosterkamp J， Hogewoning S W， et al.The responses of light interception， photosynthesis and fruit yield of cucumber to LED-lighting within the canopy［J］.Physiologia Plantarum， 2010， 138（3）： 289-300.

［58］ Groher T， Rhlen-Schmittgen S， Fiebig A， et al.Influence of supplementary LED lighting on physiological and biochemical parameters of tomato （Solanum lycopersicum L.） leaves［J］.Scientia Horticulturae， 2019， 250： 154-158.

［59］ 宋羽.株間LED補光與溫室番茄光能利用特性及生長發育關系的研究［D］.北京： 中國農業大學， 2017.

SONG Yu.Study on the Relationship among the Inter Supplemental LED and the Light Utilization Characteristics， the Plant Growth-and-development of Tomato Produced in Greenhouse［D］.Beijing： China Agricultural University， 2017.

［60］ Fanwoua J， Vercambre G， Buck-Sorlin G， et al.Supplemental LED lighting affects the dynamics of tomato fruit growth and composition［J］.Scientia Horticulturae， 2019， 256： 108571.

［61］ 段青青， 張祿祺， 張自坤， 等.補光時間及光質對溫室甜椒生長及產量品質的影響［J］.農業工程學報， 2019， 35（24）： 213-222.

DUAN Qingqing， ZHANG Luqi， ZHANG Zikun， et al.Effects of spectrum and duration of supplemental illumination on growth， yield and fruit quality of greenhouse sweet pepper［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2019， 35（24）： 213-222.

［62］ 王翠麗， 趙旭， 趙鵬， 等.不同補光燈對日光溫室辣椒生長發育及品質的影響［J］.福建農業學報， 2019， 34（9）： 1047-1052.

WANG Cuili， ZHAO Xu， ZHAO Peng， et al.Effects of supplemental light on growth， physiology， and quality of chili peppers cultivated in solar greenhouse［J］.Fujian Journal of Agricultural Sciences， 2019， 34（9）： 1047-1052.

［63］ 黃松， 劉勇鵬， 孫凱樂， 等.不同LED光強補光對日光溫室越冬番茄生長及產量品質的影響［J］.山東農業科學， 2023， 55（6）： 62-68.

HUANG Song， LIU Yongpeng， SUN Kaile， et al.Effects of different LED light intensities on growth， yield and quality of overwintering tomato in solar greenhouse［J］.Shandong Agricultural Sciences， 2023， 55（6）： 62-68.

［64］Ivan Paucek， Giuseppina Pennisi， Alessandro Pistillo， et al.Supplementary LED interlighting improves yield and precocity of greenhouse tomatoes in the Mediterranean［J］.Agronomy， 2020，10（7）：1002.

［65］ 張彩虹， 于秀針， 馬彩雯， 等.升降式系統補光對弱光條件下日光溫室番茄生長及產量品質的影響［J］.中國農機化學報， 2017， 38（7）： 54-58.

ZHANG Caihong， YU Xiuzhen， MA Caiwen， et al.Effects of lifting supplementary lighting on growth， quality and yield of tomato with weak light in greenhouse［J］.Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2017， 38（7）： 54-58.

［66］ 胡瑾.基于作物光合需求的設施光環境調控方法與技術研究［D］.楊凌： 西北農林科技大學， 2016.

HU Jin.Research on Method and Technology of Light Environment Control of Facility Based on Crop Photosynthetic Demand［D］.Yangling： Northwest A amp; F University， 2016.

［67］ 李晉蒲， 曹瑞紅， 趙建貴， 等.基于LoRa的溫室智能補光系統研制［J］.江蘇農業科學， 2020， 48（5）： 198-204.

LI Jinpu， Cao Ruihong， Zhao Jiangui， et al.Development of greenhouse intelligent fill light system based on LoRa［J］.Jiangsu Agricultural Sciences， 2020， 48（5）： 198-204.

［68］ 程鑫， 徐曉輝， 宋濤， 等.基于PSO-SVR模型的溫室智能補光系統研究［J］.中國農機化學報， 2020， 41（6）： 64-68， 82.

CHENG Xin， XU Xiaohui， SONG Tao， et al.Research on intelligent light-filling system in greenhouse based on PSO-SVR model［J］.Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2020， 41（6）： 64-68， 82.

［69］ 張仲雄， 李斌， 馮盼， 等.基于植株需光差異特性的設施黃瓜立體光環境智能調控系統［J］.智慧農業（中英文）， 2020， 2（2）： 94-104.

ZHANG Zhongxiong， LI Bin， FENG Pan， et al.Stereoscopic light environment intelligent control system based on characteristic differences of facility cucumber plants light requirements［J］.Smart Agriculture， 2020， 2（2）： 94-104.

［70］ 譚杰揮， 劉厚誠.植物工廠蔬菜育苗光調控技術研究進展［J］.農業工程技術， 2022， 42（1）： 24-29.

TAN Jiehui， LIU Houcheng.Research progress on light control technology for vegetable seedlings in plant factories ［J］.Agricultural Engineering Technology， 2022， 42（1）： 24-29.

［71］ NY/T 3657-2020.溫室植物補光燈質量評價技術規范 ［S］.

NY/T 3657-2020.Technical specification of quality evaluation for plant lamps of supplement lighting in greenhouse ［S］.

［72］ Kozai T.Resource use efficiency of closed plant production system with artificial light： Concept， estimation and application to plant factory［J］.Proceedings of the Japan Academy， Series B， 2013， 89（10）： 447-461.

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

基金項目：

新疆少數民族科技人才特殊培養計劃項目“設施番茄苗期 LED 自動補光工藝研究”（2019D03008）；新疆維吾爾自治區公益性科研院所基本科研業務經費資助項目“南疆拱棚結構優化及高效栽培技術研究”（KY2021129）；新疆農業科學院自主培育項目“設施農業生產技術數字化的研究應用”（nkyzzkj-025）

作者簡介：

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

通訊作者：

曹新偉（1982-），男，湖南人，高級工程師，碩士，研究方向設施農業工程技術與裝備，（E-mail）caoxinwei@sohu.com

鄒平（1977-），男，江西人，正高級工程師，碩士，研究方向設施農業工程技術，（E-mail）75066472@qq.com