大棚草莓开花与结果期补光的 LED 光质优选试验
摘 要: 草莓大棚种植在我国极为广泛，在已有大棚草莓补光优选的光照强度和光照时间基础上，根据大棚草莓开花与结果期所需的光谱特点，以白光 ( 色温 3000K) 为主光源，增加影响开花结果的红光 ( 波长 660nm) 和蓝光 ( 波长 450nm) 的比例，研制了 3 种不同光质配比 ( 白光 ∶ 红光 ∶ 蓝光= 1 ∶ 2 ∶ 0，1 ∶ 2 ∶ 1，1 ∶ 1 ∶ 1) 的功率为 36W 的 LED 灯管，开展了优选 LED 光质的大棚草莓补光试验。试验表明: 光质配比为白光 ∶ 红光 ∶ 蓝光= 1 ∶ 2 ∶ 1 补光时，最有利于大棚草莓的植株生长，较多提高叶绿素含量; 最有利于果实品质的改善，较多提高果实总糖和固形物含量。
关键词: 草莓; 大棚种植; 开花与结果期; LED 补光
吴慧玲; 陈善飞; 陈晖; 王正良 农业与技术 2021-11-30
草莓 ( Fragaria ananassa Duchesne) 为多年生草本植物，性喜光耐阴，以其丰富的营养物质以及较高的药用价值，深受人们的喜爱，是设施栽培的主栽时令果品之一。光照主要通过光质、光的辐射量以及光照的时间等来调节大棚设施内的光环境，对于大棚草莓的生长发育起了关键性的决定作用。大棚草莓主要是在晚秋、冬、早春 3 季生长，而冬春季节因阴、雨、雪、雾等天气的影响，以及大棚覆盖材料的影响，使大棚内草莓生长光照强度较弱。随着光照时间和光照强度的不足，严重阻碍了草莓植株的正常生长，植株极易发生病虫害，导致果实品质和产量降低等问题日益突出[1，2]。我国当前草莓生产主要以大棚种植为主，因此，探索在大棚内调节好适宜草莓生长发育的光环境，进行有效的人工补光，改善果实产量品质，有重要的经济效益。
不同的光谱波长对植物有着不同的影响，在植物生长期范围内，波长为 610 ～ 720nm 的红橙光有助于植物的开花和发芽，波长为 400 ～ 510nm 的蓝紫光有助于植物的茎叶的生长[3-6]。LED 光源因其光谱可以随意搭配[7]，可对植物进行有针对性的照射，满足植物不同生长发育对光的需求; 且具有电光转化效率较高、环保等明显优势，近年来受到很多农企和大专院校实验室的青睐。但是，目前 LED 作为大棚植物补光光源在国内田间生产应用还处在试验研究阶段，更缺乏可操作的技术规范。为此，在广泛调研和前期试验的基础上[8-10]，根据大棚草莓开花与结果期所需的光谱特点，以白光 ( 色温 3000K) 为主光源，加入影响开花结果的红光 ( 波长 660nm) 和蓝光 ( 波长 450nm) 的比例; 设计制造了 T1 ( 白光 ∶ 红光 ∶ 蓝光= 1 ∶ 2 ∶ 1) 、T2 ( 白光 ∶ 红光 ∶ 蓝光= 1 ∶ 1 ∶ 1) 和 T3 ( 白光 ∶ 红光 ∶ 蓝光 = 1 ∶ 2 ∶ 0) 3 种不同光质配比的功率为 36W 的 LED 灯管，开展了优选 LED 光质的大棚草莓补光试验。比较同一光照强度和同一补光时间下不同白红蓝光组合的 LED 补光对大棚草莓植株的生长情况，分析 LED 补光对草莓果品产量和品质的影响。
1 材料与方法 1. 1 试验材料
以 “红颜”草莓为试材，在专业合作社草莓基地生产大棚内进行补光种植试验。补光时间在草莓开花与结果期进行，时间为 2021 年 1 月17 日—3 月7 日; 晴天6 ∶ 00—9 ∶ 00，15 ∶ 00— 18 ∶ 00，下雨天和阴天则全天补光。其余按正常棚室栽培管理浇水、追肥、管理。
1. 2 试验设计
种植大棚东西的宽度为 6m，高度为 2. 4m，南北长度为 72m。试验组和对照组均设在同一个生产大棚内，补光 试 验 组 ( T1、T2、T3 ) 和 不 补 光 对 照 组 ( T') 面积都为 6m×12m，分 6 个小区，各组间隔排列，即 T1 /T' /T2 /T' /T3 /T'。LED 灯管长度为 180cm，功率为 36W，暗室中实测光照强度分布，见表 1，固定于高度可调节的钢架上，保持 LED 灯距草莓正上方 10cm 处，使试验小区采光均匀，单位面积光照强度>38umol·m-2 ·s -1 ，观察分析不同光质的 LED 补光对调节草莓的开花与结果，控制植株营养与生殖生长的效果。
1. 3 测定项目及方法
1. 3. 1 不同光质 LED 补光对草莓植株生长状况的测定
从各试验小区和对照区各随机选取 6 株草莓植株，用直尺测量株高; 随机采收第 3 茬成熟果实，用天平称取单果重，计算单株产量; 每株随机选取 6 片叶，用游标卡尺测量叶片长与宽，取平均值; 叶绿素含量采用 SPAD-502plus 测定; 均重复 6 次，取平均值，分析不同光处理对草莓生长的影响。
1. 3. 2 不同光质 LED 补光对草莓品质影响的测定
果实营养指标的测量，可溶性固形物含量用手持式折光仪测出; 用酸碱滴定法测定总酸; 用蒽酮比色法测定可溶性总糖含量; 用 2，6-二氯酚靛酚滴定法测定维生素 C 含量; 均重复 6 次，取平均值。
2 结果与分析
2. 1 不同光质 LED 补光对草莓植株生长的影响
在相同 设 施 管 理 条 件 下，目 测 即 可 明 显 发 现， LED 补光的草莓植株长势试验组比对照组好些，植株相对较健壮，叶色深绿。由表 2 可知，T1组比 T'组草莓的株高提高了 9. 8%，叶长提高了 8. 0%，叶宽提高了 13. 2%。光合色素是植物进行光合作用的重要物质基础，在植物进行光合作用过程中，光合色素主要承担吸收和传递光能的作用。由表 2 可知，不同白红蓝比的 LED 补光对光合色素含量的影响差异明显，补光处理的叶绿素总含量均显著高于未进行补光处理的情况， T1>T2>T3>T'，其中 T1比 T'提高了 11. 2%。可见，增加波长 450nm 的蓝光有利于草莓合成叶绿素，选用光谱组合白 ∶ 红 ∶ 蓝= 1 ∶ 2 ∶ 1 的在草莓开花与结果期进行补光，对光合作用影响最大，最有利于草莓植株叶片营养物质积累。
2. 2 不同光质 LED 补光对草莓产量的影响
由表 3 可知，LED 不同补光处理下草莓果实的平均单果质量和单株产量均高于对照组，显示出在草莓的开花与结果期，补光在一定程度上可以促进果实成熟，提高草莓果实产量。在 3 种光质中，以白 ∶ 红 ∶ 蓝= 1 ∶ 2 ∶ 1 的光谱组合补光更有利于提高大棚草莓产量。
从表 4 可知，不同光质的 LED 补光，可溶性固形物、总糖均表现为 T1>T2>T3 >T'; 维生素 C 含量以 T3 处理差异明显; 总酸含量相差不大。其中，可溶性固形物 T1高于对照处理 T'约 14. 6%，总糖含量 T1高于对照 T'约 13. 6%，维生素 C 含量 T3高于对照组 T'约 7. 2%; 说明大棚草莓开花与结果期 LED 补光有利于营养物质的贮存，对草莓果实的品质有积极的促进作用，白 ∶ 红 ∶ 蓝 = 1 ∶ 2 ∶ 1 的光谱组合能有效提高果实总糖、固形物含量，改善果实品质。
3 结论
根据大棚草莓开花与结果期所需的光谱特点，在光照强度和光照时间确定条件下，开展优选 LED 光质的大棚草莓补光试验。试验表明，以白光 ∶ 红光 ∶ 蓝光= 1 ∶ 2 ∶ 1 补光时，最有利于大棚草莓植株的生长，较多提高叶绿素含量; 最有利于果实品质的改善，较多提高果实总糖和固形物含量。有必要进一步研究光质、光强与光照时间对大棚草莓开花与结果期的相互作用影响机理，以及大棚草莓 LED 补光生产成本、经济效益等方面的研究。