全光谱LED补光灯在温室番茄生产中是可行的！
近日，欧司朗照明公司（OSRAM）公布了一份番茄光温耦合试验研究报告，比较研究了全光谱LED补光灯和传统高压钠灯HPS的温室番茄生产，试验结果表明，全光谱LED补光灯在温室番茄生产中是可行的。
不论是可见光、光合有效辐射，还是紫外线UV-A、UA-B以及近红外线都会影响植物的生长发育。如图1所示，植物中的光敏色素（Phytochromes）、向光素（Phototropins）、隐花色素（Cryptochromes）和紫外线抗性位点（UVR8）通过对不同光波的响应对植物的生长发育发挥了重要作用。紫外线抗性位点UVR8是UV-B的光感受器，其介导植物中的紫外线辐射（280~315nm）响应，一般认为紫外线UV-B会抑制植物的生长，但其发挥作用的机制还一直不清楚。植物向光素(Phototropins)可以吸收320~500nm的UV-A和蓝光，调节植物的许多生理反应，包括植物的向光反应、气孔开放、叶绿体迁移及提高弱光下植物的光合作用、降低强光对植物伤害等。
图1 不同植物光感受器的波长范围
隐花色素(Cryptochrome)同样也是蓝光和UV-A受体，具有磷酸化作用，参与植物新陈代谢、形态建成和向光性反应。光敏色素（Phytochromes）是吸收红光-远红光可逆转换的光受体，分布在植物各个器官中，它影响植物一生的形态建成，从种子萌发到开花、结果及衰老。
1972年美国得克萨斯州A&M大学McCree教授通过8种植物品种的试验结果绘制的光谱响应曲线证明了400~700nm波段内光合有效辐射的作用。几十年来，尽管植物对光谱响应一直在持续不断的研究，尤其是LED补光灯的光谱配方定制大大拓展了研究能力，但由于植物对光谱的响应不仅受品种影响，还受环境、生理生化等多种因素的影响，想要绘制一张完整的植物光谱响应曲线也并不简单。
图2 植物的光谱响应曲线
基于植物对光谱的响应研究结果，温室环境下的补光技术应用越来越受到青睐。尤其是在纬度较高的北欧和北美国家，温室补光生产每天可达到16~20h，补光强度达到100~200μmol/（m2·s），斯堪的纳维亚半岛温室番茄生产甚至需要达到300~500μmol/（m2·s）。目前补光灯仍然以高压钠灯为主，高压钠灯拥有较高的光效（1.9μmol/（m2·W），占据了一定的市场地位。但是高压钠灯主要为红橙光、黄绿光，400~500nm的蓝紫光只占小部分，大约5%。依据图1和图2的植物光谱响应曲线，高压钠灯提供的光质并不优。
LED光源具有波长可调性，可发出光波较窄的单色光，如红外、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色等，可根据需要组合。但是LED价格相对较贵、补光技术不配套，针对不同的品种进行有效合理补光依然存在很多的知识盲点，限制了大规模推广应用。为了弥补单色光的缺陷，也为了更真实的模拟自然光，满足植物对每个波段光谱的需要，很多植物照明公司，开始探索全光谱温室补光技术。
欧司朗针对全光谱LED补光技术的理论盲点与荷兰瓦赫宁根大学开展了合作研究，温室和试验环境见图3~5和表1。初步试验结果表明，在温度相同的情况下，全光谱LED补光与高压钠灯补光温室相比，番茄产量提高3%，如果将全光谱LED补光温室温度提高1℃，番茄产量可提高11%。试验结果初步证明，全光谱LED补光代替高压钠灯补光是可行的。
图3 试验温室布局
图5 试验用PhysioSpec Greenhouse TM 型号全光谱LED 补光灯光谱曲线
表1 试验环境参数
作者：丁小明（农业农村部规划设计研究院设施农业研究所，农业农村部农业设施结构工程重点实验室）
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