溫室LED補光技術在西蘭花種植中的應用

第 5 卷 增刊 農(nóng) 業(yè) 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基金項目 : 2014 年天津市農(nóng)機化青年科技創(chuàng)新基金 ( 項目編號 : 20140204)作者簡介 : 宋櫻 ， 工程師 ， 碩士 ， 研究方向 : 農(nóng)機化技術及科技推廣 。E-mail: sxxzsy163. com溫室LED補光技術在西蘭花種植中的應用宋 櫻1， 孫威哲2( 1. 天津市農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站 ， 天津 300192; 2. 天津市農(nóng)機化試驗服務中心 ， 天津 301616)摘 要 : 光照是蔬菜生長的必需條件 ， 北方冬季光照時間短 ， 不利于喜光溫室蔬菜的種植 。溫室 LED 補光設備是根據(jù)植物的光照需求特性而設計 ， 試驗證明 ， 應用 LED 補光技術的西蘭花比不補光的對照區(qū)增產(chǎn) 14. 3%， 而且西蘭花的花密色深 ， 采收期提前 。關鍵詞 : LED; 補光 ; 西蘭花 ; 溫室中圖分類號 : S123 文獻標識碼 : A 文章編號 : 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 引言光照是蔬菜生長的必需條件 ， 對其光合作用 、生長發(fā)育和物質(zhì)代謝等都有調(diào)控作用 1。LED 人工補光技術已經(jīng)在工廠化快速育苗過程中得到廣泛應用 ，通過人工補光打破植物休眠 ， 提高光合作用效率 ， 從而達到提高植物產(chǎn)量和質(zhì)量的目的 2-4。我國北方地區(qū)冬季夜長晝短 ， 光照不足 ， 溫室本身的封閉性或者透光性差 ， 再加上現(xiàn)在北方地區(qū)陰霧霾天氣較多 ， 對溫室蔬菜的生長極為不利 ， 因此 ， 溫室內(nèi)有必要進行人工補光 。設施蔬菜育苗過程中使用植物補光燈可防止由于長期低溫寡照造成的花芽分化障礙和徒長 ; 使用補光燈的幼苗根系發(fā)達 、葉色濃綠和生長勢強 ， 而且定植后緩苗快 ; 在植物生長期間 ，根據(jù)不同植物最佳光照時間給予補光 ; 在結(jié)果期及時補光可提高掛果率 、著色好 、畸形少 ， 增產(chǎn)效果明顯 。1 溫室 LED 補光技術優(yōu)勢溫室 LED補光技術是采用半導體照明原理 ， 通過適合植物所需光譜的 LED 燈的照射 ， 促進植物生長 ， 提高植物品質(zhì) 。從現(xiàn)有國內(nèi)對植物補光技術的試驗結(jié)果來看 ， LED 植物補光技術在發(fā)光效率 、光的利用效率 、光的可調(diào)控性以及使用壽命上 ， 均優(yōu)于白熾燈 、日光燈和高壓鈉燈 。LED 補光燈具有節(jié)能環(huán)保 、發(fā)熱低 、冷卻負荷小 、光量與光質(zhì)可調(diào)節(jié) 、易于分散或組合控制等特點 。本次試驗應用的溫室 LED 補光設備是根據(jù)植物的光照需求特性 ， 應用紅藍白 3 色 LED 燈珠以 111 的比例進行配比 ， 使得有效光照效率達到 90% ( 白熾燈 、高壓納燈 、日光燈光照效率一般在 60%) ， 將波長控制在植物有效光合作用內(nèi) ， 提高光照利用率 。該設備可根據(jù)溫室種植需求而設計燈具的分布排列 ; 設備輕巧 ， 易于懸掛 ， 燈具防水效果好 ， 適用于水汽較重的植物溫室大棚 ; 日常應用及維護簡單 ， 在陰雨或霧霾等光照條件不佳天氣補光效果更為明顯 。2 LED 補光技術試驗及結(jié)果為分析掌握 LED補光技術對植物的補光效果 ，農(nóng)業(yè)工程 物理農(nóng)業(yè)會議征文于 2014 年 10 月 2015 年 1 月 ， 在天津市靜海縣一棟日光溫室安裝布設溫室 LED 植物補光燈 ， 設置試驗區(qū) ( LED 補光 ) 和對照區(qū) ( 不補光 ) 進行西蘭花種植對比試驗 。西蘭花屬于喜光耐低溫蔬菜 ， 經(jīng)過前期育苗 ， 于 2014 年 10 月 19 日在試驗區(qū)和對照區(qū)同期各定植西蘭花苗 160 顆 。該段時間日照時間較短 ， 晴天條件下 ， 一般上午 1000 到下午 400 為有效光照時間 ， 所以在平時日光照射的情況下 ， 試驗區(qū)在晴好天氣下 ， LED 補光時間為上午 800 至 1000 和下午 400至 6 00， 陰霧霾等光照不佳的天氣條件下 ， 試驗區(qū)LED 補光時間為上午 8 00 至下午 6 00。對照區(qū)只進行太陽光照射 ， 不進行人工補光 。2. 1 采收產(chǎn)量和品質(zhì)對比試驗區(qū)和對照區(qū)各定植西蘭花 160 顆 ， 在后期采收過程中可以看到 ， 部分西蘭花出現(xiàn)黃花 、散花和小花等不合格品 ， 不能食用或者沒有采收價值 。對試驗區(qū)和對照區(qū)采收的每顆西蘭花稱質(zhì)量 ， 數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示 ， 試驗區(qū)品質(zhì)較好的西蘭花 142 顆 ， 總產(chǎn)量35. 3 kg; 對照區(qū)品質(zhì)較好的西蘭花 136 顆 ， 總產(chǎn)量30. 9 kg。試驗區(qū)西蘭花總產(chǎn)量比對照區(qū)增加約 4. 4kg， 增產(chǎn) 14. 3%; 另外 ， 試驗區(qū)西蘭花植株高 、葉片大且葉色深 ， 花密 、色深 。2. 2 生長期對比西蘭花采收時間從 2014 年 12 月 28 日開始 ， 到2015 年 1 月 23 日全部采收完畢 。在生長期數(shù)據(jù)的統(tǒng)計中 ， 未區(qū)分花型的優(yōu)劣 ， 數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表 1。表 1 西蘭花生長期統(tǒng)計Tab. 1 Growth period statistics of broccoli生長期 d 試驗區(qū)采收數(shù)量 對照區(qū)采收數(shù)量71 42 2090 108 94 8 95 2 10696 497 30總數(shù) 160 160根據(jù)表 1 計算 ， 試驗區(qū)西蘭花的平均生長期為85. 3 d， 而對照區(qū)西蘭花的平均生長時間為 92. 4 d，比試驗區(qū)延長 7. 1 d， 即試驗區(qū)采收時間提前 1 周左右 ， 相應地 ， 也節(jié)約了 1 周的種植和人工管理成本 。2. 3 補光電量消耗按照本次試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計的 8 行西蘭花 ， 共使用補光燈 15 盞 ， 40 W盞 ， 平均每天補光 4 h， 補光區(qū)西蘭花生長期 85 d， 共使用電量 204 kWh。3 改進建議本次試驗過程中 ， 溫室 LED 補光設備運行良好 ，沒有發(fā)生任何故障 ， 適用于溫室高溫高濕生產(chǎn)環(huán)境 ，可靠性好 ， 但需要在燈具的布局及線路布設 、燈具開關方式和懸掛方式上進行改進 。3. 1 燈具的懸掛方式根據(jù)使用要求 ， LED 補光燈與種植作物之間的距離最好控制在 1 m 之內(nèi) ， 否則補光效率將大大降低 。最初布設 LED 補光燈時 ， 是用鋼絲繩將補光燈懸掛在用于作物吊蔓的鐵絲上 ， 設定的補光燈離地高度為 1 m， 若想改變離地間距只能逐個拆換繩子再調(diào)節(jié)高度 。在種植西蘭花過程中 ， LED 補光燈的安裝高度正好與人彎腰作業(yè)的高度相等 ， 作業(yè)人員經(jīng)常會磕碰到 LED 補光燈 。在種植西甜瓜過程中 ， 隨著瓜蔓的長高 ， 需要調(diào)高 LED 燈具的高度 ， 作業(yè)人員制作了小掛鉤 ， 在旋耕 、清棚等不需要補光燈作業(yè)的時候 ， 將 LED 燈懸掛在鐵絲上 ， 方便作業(yè) 。建議廠家選用或設計能夠適時調(diào)節(jié)燈具高度的懸掛繩 。3. 2 燈具線路布設本次試驗的燈具是等距分布的 ， 而且統(tǒng)一控制燈的開關 ， 但在實際應用中發(fā)現(xiàn) ， 溫室不同位置的光照時間和強度不一樣 。如上午 10 30， 試驗溫室靠近磚墻位置的蔬菜還沒有得到有效光照 ， 特別是有時卷簾機沒有完全卷開 ， 靠近磚墻位置的蔬菜一天的光照時間有時不到 5 h; 而溫室前端且靠近中部的蔬菜在上午 900 就可以獲得較好的自然光照 ， 這時就沒有必要再進行 LED 補光 。另外 ， 溫室內(nèi)每茬作物的品種 、種植密度不一樣 ， 畦的寬度也會有變化 ， 所以原設計的等距分布燈具無形中造成補光量不均 。建議根據(jù)溫室不同位置的有效光照程度來布設補光燈數(shù) ， 在靠近溫室 3 墻的位置適當增加燈具 ， 溫室前端及中部適當減少補光燈 ; 同時控制不同位置燈具的補光時間 。參考文獻 1 李合生 現(xiàn)代植物生理學 M 北京 : 高等教育出版社 ，2002 2 魏靈玲 ， 楊其長 ， 劉水麗 LED 在植物工廠中的研究現(xiàn)狀與應用前景 J 中國農(nóng)學通報 ， 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 ， 徐志剛 ， 邸秀茹 LED 在植物設施栽培中的應用和前景 J 農(nóng)業(yè)工程學報 ， 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 楊其長 LED 在農(nóng)業(yè)領域的應用現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略 J 中國科技財富 ， 2011( 1) : 52-5722