1,LED在植物栽培中的应用
光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一,通过光质调节,控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术.
作为第四代新型照明光源,LED具有许多不同于其他电光源的特点,这也使其成为节能环保光源的{sx}.应用于植物培养领域的LED还表现以下特征:波长类型丰富,正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围吻合;频谱波宽度半宽窄,可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱,;可以集中特定波长的光均衡地照射作物;不仅可以调节作物开花与结实,而且还能控制株高和植物的营养成分;系统发热少,占用空间小,可用于多层栽培立体组合系统,实现了低热负荷和生产空间小型化;此外,其特强的耐用性也降低了运行成本.由于这些显著的特征,LED十分适合应用于可控设施环境中的植物栽培,如植物组织培养,设施园艺与工厂化育苗和航天生态生保系统等.
2. LED应用于植物设施栽培的研究
近十年来,我国设施园艺面积发展迅速,植物生长的光环境控制照明技术已经引起重视.设施园艺照明技术主要应用于两个方面:一,在日照量少或日照时间短的时候作为植物光合作用的补充照明;二,作为植物光周期,光形态建成的诱导照明.
2.1 LED作为植物光合作用补充照明的研究
传统人工光源产生太多热量,如采用LED补充照明和水培系统,空气能够被循环使用,过多的热量和水份可以被移除,电能能够被高效地转变为有效光合辐射,最终转化为植物物质.研究表明:采用LED照明,生菜的生长速率,光合速率都提高20%以上,将LED用于植物工厂是可行的.
研究发现,与荧光灯相比,混合波长的LED光源能够显著促进菠菜,萝卜和生菜的生长发育,提高形态指标;能够使甜菜生物积累量{zd0},毛根中甜菜素积累最显著,并在毛根中产生{zg}的糖分和淀粉积累.
与金属卤化灯相比,生长在符合波长LED下的胡椒,紫苏植株,其茎,叶的解剖学形态发生显著的变化,并且随着光密度提高,植株的光合速率提高.复合波长的LED可引起万寿菊和鼠尾草两种植物的气孔数目增多.
2.2 LED作为植物光周期,光形态建成的诱导照明
特定波长的LED可影响植物的开花时间,品质和花期持续时间.某些波长的LED能够提高植物的花芽数和开花数;某些波长的LED能够降低成花反应,调控了花梗长度和花期,有利于切花生产和上市.由此可见通过LED调控可以调控植物的开花和随后的生长.
2.3 LED应用于航天生态生保系统的研究
建立受控生态生保系统(Controlled Ecological Life Support System,CELSS)是解决长期载人航天生命保障问题的根本途径,高等植物的栽培是CELSS的重要元件,其关键之一光照.
基于空间环境的特殊要求,空间高等植物栽培中使用的光源必须具有发光效率高,输出的光波适合于植物光合作用和形态建成,体积小,重量轻,寿命长,高安全可靠性记录和无环境污染等特点.与冷白荧光灯,高压钠灯和金属卤素灯等其它光源相比较,LED更能有效地将光能转化成光合有效辐射;此外,它具有寿命长,体积小,重量轻和呈固态等特点,因此,近年来在地面和空间植物栽培中倍受重视.研究表明LED照明系统能提供光谱能量分布均匀的照明,其电能转换为植物所需光的效率超过金卤灯的520倍.
3 LED应用于植物设施栽培的前景分析
LED以其固有的优越性正吸引着世界的目光.特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,由于LED光源具有发光效率高,使用寿命长,安全可靠,环保节能等特性,使LED在照明市场的前景更备受全球瞩目.
在传统农业生产中一般使用普通电光源补充光照和应用不同覆盖材料等农业技术措施,如采用单色荧光灯或彩色塑料薄膜,改变光环境以调控设施栽培环境中植物的生长发育.但这些措施存在着不同程度的问题,如缺乏对具体光谱成分的分析导致光质处理不纯,光强不一致,接近甚至或低于植物的光补偿点,照射光源能效低等.LED在植物设施栽培环境中的大量应用研究结果表明,LED能够解决这些难题,特别适合应用于人工光控制型植物设施栽培环境.