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设施园艺研究进展概述

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当前科技发展迅速，学科加速融合，物理、生物、信息等多领域的高新科技逐渐成为设施园艺的助推器，促进了产业的快速发展。设施园艺研究逐渐趋于精细化，在创新的基础上注重可持续发展。各国设施园艺学者齐聚2017国际设施园艺大会，分享了前沿的科技成果，这不仅是设施园艺学科发展的新生力量，更是未来的发展方向。

精细化研究引领LED技术发展

设施园艺的发展离不开光照，而LED作为新型节能光源，逐渐走进设施园艺的实践生产。然而，随着LED照明技术的快速发展，节能效果不再是LED照明技术的最终诉求点，在节能的基础上利用各种单色光源或配比光源对植物进行自定义调节等“精细化”研究领域更为深入。

会上，荷兰瓦赫宁根大学的Leo Marcelis教授提到，对生长条件更为精细地调控可以使温室作物的产量实现快速增长。为进一步提高作物产量及品质，保证温室生产的可持续性发展，需深入了解植物对环境条件的响应机制以及种植者的作物管理方法。植物对环境的响应很少是线性的，它们往往会表现出很多相互作用。另外由于植物驯化和反馈机制，短期响应和长期响应的表现差异明显。因此，研究内容不能仅涉及植物在恒定条件下的响应，也应该分析动态变化下各因子相互作用之间的联系。他认为光照可以促进植物的光合作用和生长。优化光照水平（自然光和人工光）以及光照在叶片上的分布情况是保证植物能够最佳生长的关键因素。LED不仅可以节约能源，还可以通过控制光源波长、光线方向和瞬时光强度来提高作物的产量和品质，而且LED还能触发次级代谢反应，由此增强作物的抗病性、抗氧化性。

会上，其他人的看法也支持了Leo Marcelis的观点。日本千叶大学园艺学院Chengyao Jiang的研究表明显示，在深红色、蓝色和深红色、蓝色、远红光LED的辅助照明下，植物叶片的光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）显著增加，其中添加深红色、蓝色、远红光LED辅助照明处理的增加效果高于添加深红色、蓝色LED辅助照明的处理。这些结果证实了远红外光、红光、蓝光的辐射可以干预植物气孔关闭，促进根系发展，以保证叶片的光合作用和干物质生产，从而促进植物在低光照条件下的生长和发育。中国农业大学教授贺冬仙也证实了不同颜色的光照配比会对植物的产量和品质有所影响。试验表明光子通量（PPF）为 250 μmol/（m2·s），光周期为16 h/d，光质红光：蓝光比为1.3∶1的LED最适合植物工厂水培莴苣的生产。其实，在不同的植物生长过程中，最佳光谱也会有所可能不同。加拿大农业和农产品中心的X.Hao通过试验证实，对于番茄等蔬菜来说，优化光谱可以促进冠层生长。他们利用14C同位素示踪技术，研究了光谱对植物全株的净碳交换和叶碳输出的效果，发现垂直光照条件会使温室番茄和迷你黄瓜的叶片光合作用、叶片大小、果实产量和品质产生显著差异。同时，他们还发现优化后的垂直光照条件可以提高植物全年生长量以及果实产量、品质。美国密歇根州立大学园艺学院的Y.Park则在研究中心发现红光与远红外光的比例（R∶FR）可以调控光敏色素介导的光形态建成响应，以促进植物在遮阳条件下对辐射的捕获量和留存量。他们发现作物大多数的避荫反应主要是由于R∶FR比值减少，而不是由于光通量的减少。另外，在较高光通量的条件下，补充远红外光的幼苗干物质积累增加程度大于较低光通量条件下的增加程度。在对单色光的研究中，挪威生命科学大学植物科学系的S.Innes认为，蓝光（BL）可以调控许多植物重要的生长过程，如形态特征、气孔运动、叶绿素合成和光合能力。此外，蓝光对于植物的产量至关重要，最适波长的蓝光量取决于植物种类、植物的动态生长阶段以及环境，但在光谱中的最佳数量则取决于植物种类、植物生理过程和环境条件。其研究结果表明在中等强度的空气湿度中，当蓝光比例从5%增加到30%（＜60%）时，黄瓜、番茄和罗勒中会出现强烈的生长抑制并导致植株干重减少。然而，在高湿度环境中，随着蓝光从5%增加到30%，植物生长和品质却在一定程度上有所提高。因此，调节蓝光可以提高高湿度条件下的植物产量。

同时，会上很多学者认为LED还会对植物的外观产生影响。瓦赫宁根大学的Theoharis Ouzounis在研究中发现，红光和远红外光的比例（R∶FR）会随天气条件、昼夜长度（日出和黄昏）和季节而变化。R∶FR比例较低时会诱导植物改变器官的大小、形状、结构和方向，从而为植株获得更多的光。此外，LED还能改善植物株型。美国北卡罗来纳州立大学的Ricardo Hernandez对不同补光处理和植物生长调节剂对植物的生长和形态的影响进行了持续研究，最终发现对于所有的物种，当蓝光：绿光：红光比例为6∶5∶89，并配合植物生长调节剂处理的植株紧凑性比其他处理都好。而通过对石竹、天竺葵和矮牵牛的初步研究中可知LED在温室幼苗生产中，可以代替或补充植物生长调节剂的功能。