温室LED补光技术在西兰花种植中的应用

第 5 卷 增刊 农 业 工 程 Vol5 S12015 年 11 月 Agricultural Engineering Nov 2015收稿日期 : 2015-09-28 修回日期 : 2015-10-15基金项目 : 2014 年天津市农机化青年科技创新基金 ( 项目编号 : 20140204)作者简介 : 宋樱 ， 工程师 ， 硕士 ， 研究方向 : 农机化技术及科技推广 。E-mail: sxxzsy163. com温室LED补光技术在西兰花种植中的应用宋 樱1， 孙威哲2( 1. 天津市农业机械试验鉴定站 ， 天津 300192; 2. 天津市农机化试验服务中心 ， 天津 301616)摘 要 : 光照是蔬菜生长的必需条件 ， 北方冬季光照时间短 ， 不利于喜光温室蔬菜的种植 。温室 LED 补光设备是根据植物的光照需求特性而设计 ， 试验证明 ， 应用 LED 补光技术的西兰花比不补光的对照区增产 14. 3%， 而且西兰花的花密色深 ， 采收期提前 。关键词 : LED; 补光 ; 西兰花 ; 温室中图分类号 : S123 文献标识码 : A 文章编号 : 2095-1795( 2015) S1-0021-02Application of LED Lighting Technology for Broccoli Growth in GreenhouseSong Ying1， Sun Weizhe2( 1. Tianjin Agricultural Machinery Test Identification Station， Tianjin 300192， China;2. Tianjin Agricultural Mechanization Test Service Center， Tianjin 301616， China)Abstract: Light is essential for vegetable growth Light irradiation time is short in northern winter， and it is not conducive tothe light greenhouse vegetable cultivation Test and application of greenhouse plant LED lighting equipment was designed accord-ing to light of plant to demand characteristic Experiment results showed that yield of broccoli that using LED lighting technologyincreased 14. 3%， flowers were dense and color was dark， and harvest time was in advance than not using LED lighting technol-ogyKey words: LED， Supplemental lighting， Broccoli， Greenhouse0 引言光照是蔬菜生长的必需条件 ， 对其光合作用 、生长发育和物质代谢等都有调控作用 1。LED 人工补光技术已经在工厂化快速育苗过程中得到广泛应用 ，通过人工补光打破植物休眠 ， 提高光合作用效率 ， 从而达到提高植物产量和质量的目的 2-4。我国北方地区冬季夜长昼短 ， 光照不足 ， 温室本身的封闭性或者透光性差 ， 再加上现在北方地区阴雾霾天气较多 ， 对温室蔬菜的生长极为不利 ， 因此 ， 温室内有必要进行人工补光 。设施蔬菜育苗过程中使用植物补光灯可防止由于长期低温寡照造成的花芽分化障碍和徒长 ; 使用补光灯的幼苗根系发达 、叶色浓绿和生长势强 ， 而且定植后缓苗快 ; 在植物生长期间 ，根据不同植物最佳光照时间给予补光 ; 在结果期及时补光可提高挂果率 、着色好 、畸形少 ， 增产效果明显 。1 温室 LED 补光技术优势温室 LED补光技术是采用半导体照明原理 ， 通过适合植物所需光谱的 LED 灯的照射 ， 促进植物生长 ， 提高植物品质 。从现有国内对植物补光技术的试验结果来看 ， LED 植物补光技术在发光效率 、光的利用效率 、光的可调控性以及使用寿命上 ， 均优于白炽灯 、日光灯和高压钠灯 。LED 补光灯具有节能环保 、发热低 、冷却负荷小 、光量与光质可调节 、易于分散或组合控制等特点 。本次试验应用的温室 LED 补光设备是根据植物的光照需求特性 ， 应用红蓝白 3 色 LED 灯珠以 111 的比例进行配比 ， 使得有效光照效率达到 90% ( 白炽灯 、高压纳灯 、日光灯光照效率一般在 60%) ， 将波长控制在植物有效光合作用内 ， 提高光照利用率 。该设备可根据温室种植需求而设计灯具的分布排列 ; 设备轻巧 ， 易于悬挂 ， 灯具防水效果好 ， 适用于水汽较重的植物温室大棚 ; 日常应用及维护简单 ， 在阴雨或雾霾等光照条件不佳天气补光效果更为明显 。2 LED 补光技术试验及结果为分析掌握 LED补光技术对植物的补光效果 ，农业工程 物理农业会议征文于 2014 年 10 月 2015 年 1 月 ， 在天津市静海县一栋日光温室安装布设温室 LED 植物补光灯 ， 设置试验区 ( LED 补光 ) 和对照区 ( 不补光 ) 进行西兰花种植对比试验 。西兰花属于喜光耐低温蔬菜 ， 经过前期育苗 ， 于 2014 年 10 月 19 日在试验区和对照区同期各定植西兰花苗 160 颗 。该段时间日照时间较短 ， 晴天条件下 ， 一般上午 1000 到下午 400 为有效光照时间 ， 所以在平时日光照射的情况下 ， 试验区在晴好天气下 ， LED 补光时间为上午 800 至 1000 和下午 400至 6 00， 阴雾霾等光照不佳的天气条件下 ， 试验区LED 补光时间为上午 8 00 至下午 6 00。对照区只进行太阳光照射 ， 不进行人工补光 。2. 1 采收产量和品质对比试验区和对照区各定植西兰花 160 颗 ， 在后期采收过程中可以看到 ， 部分西兰花出现黄花 、散花和小花等不合格品 ， 不能食用或者没有采收价值 。对试验区和对照区采收的每颗西兰花称质量 ， 数据统计结果显示 ， 试验区品质较好的西兰花 142 颗 ， 总产量35. 3 kg; 对照区品质较好的西兰花 136 颗 ， 总产量30. 9 kg。试验区西兰花总产量比对照区增加约 4. 4kg， 增产 14. 3%; 另外 ， 试验区西兰花植株高 、叶片大且叶色深 ， 花密 、色深 。2. 2 生长期对比西兰花采收时间从 2014 年 12 月 28 日开始 ， 到2015 年 1 月 23 日全部采收完毕 。在生长期数据的统计中 ， 未区分花型的优劣 ， 数据统计见表 1。表 1 西兰花生长期统计Tab. 1 Growth period statistics of broccoli生长期 d 试验区采收数量 对照区采收数量71 42 2090 108 94 8 95 2 10696 497 30总数 160 160根据表 1 计算 ， 试验区西兰花的平均生长期为85. 3 d， 而对照区西兰花的平均生长时间为 92. 4 d，比试验区延长 7. 1 d， 即试验区采收时间提前 1 周左右 ， 相应地 ， 也节约了 1 周的种植和人工管理成本 。2. 3 补光电量消耗按照本次试验数据统计的 8 行西兰花 ， 共使用补光灯 15 盏 ， 40 W盏 ， 平均每天补光 4 h， 补光区西兰花生长期 85 d， 共使用电量 204 kW·h。3 改进建议本次试验过程中 ， 温室 LED 补光设备运行良好 ，没有发生任何故障 ， 适用于温室高温高湿生产环境 ，可靠性好 ， 但需要在灯具的布局及线路布设 、灯具开关方式和悬挂方式上进行改进 。3. 1 灯具的悬挂方式根据使用要求 ， LED 补光灯与种植作物之间的距离最好控制在 1 m 之内 ， 否则补光效率将大大降低 。最初布设 LED 补光灯时 ， 是用钢丝绳将补光灯悬挂在用于作物吊蔓的铁丝上 ， 设定的补光灯离地高度为 1 m， 若想改变离地间距只能逐个拆换绳子再调节高度 。在种植西兰花过程中 ， LED 补光灯的安装高度正好与人弯腰作业的高度相等 ， 作业人员经常会磕碰到 LED 补光灯 。在种植西甜瓜过程中 ， 随着瓜蔓的长高 ， 需要调高 LED 灯具的高度 ， 作业人员制作了小挂钩 ， 在旋耕 、清棚等不需要补光灯作业的时候 ， 将 LED 灯悬挂在铁丝上 ， 方便作业 。建议厂家选用或设计能够适时调节灯具高度的悬挂绳 。3. 2 灯具线路布设本次试验的灯具是等距分布的 ， 而且统一控制灯的开关 ， 但在实际应用中发现 ， 温室不同位置的光照时间和强度不一样 。如上午 10 30， 试验温室靠近砖墙位置的蔬菜还没有得到有效光照 ， 特别是有时卷帘机没有完全卷开 ， 靠近砖墙位置的蔬菜一天的光照时间有时不到 5 h; 而温室前端且靠近中部的蔬菜在上午 900 就可以获得较好的自然光照 ， 这时就没有必要再进行 LED 补光 。另外 ， 温室内每茬作物的品种 、种植密度不一样 ， 畦的宽度也会有变化 ， 所以原设计的等距分布灯具无形中造成补光量不均 。建议根据温室不同位置的有效光照程度来布设补光灯数 ， 在靠近温室 3 墙的位置适当增加灯具 ， 温室前端及中部适当减少补光灯 ; 同时控制不同位置灯具的补光时间 。参考文献 1 李合生 现代植物生理学 M 北京 : 高等教育出版社 ，2002 2 魏灵玲 ， 杨其长 ， 刘水丽 LED 在植物工厂中的研究现状与应用前景 J 中国农学通报 ， 2007， 23( 11) : 408-411Wei Lingling， Yang Qichang， Liu Shuili eview on research anddeveloping trends of light-emitting diode in plant factory J Chi-nese Agricultural Science Bulletin， 2007， 23( 11) : 408-411 3 崔瑾 ， 徐志刚 ， 邸秀茹 LED 在植物设施栽培中的应用和前景 J 农业工程学报 ， 2008， 24( 8) : 249-253Cui Jin， Xu Zhigang， Di Xiuru Applications and prospects oflight emitting diode in plant protected culture J Transactions ofthe Chinese Society of Agricultural Engineering， 2008， 24 ( 8) :249-253 4 杨其长 LED 在农业领域的应用现状与发展战略 J 中国科技财富 ， 2011( 1) : 52-5722