LED在植物栽培种的应用

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首选。

应用于植物培养领域的LED还表现以下特征：波长类型丰富、正好与植物光合作用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。

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。

LED应用于植物设施栽培的研究

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最大，毛根中甜菜素积累最显著，并在毛根中产生最高的糖分和淀粉积累。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、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。

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 SystemCELSS)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光形态建成、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，植物补光效果更好;此外它具有寿命长、体积小、重量轻和呈固态等特点，因此，LED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。

以菊花为试材举例：

以菊花为试材，选取生长一致且粗壮菊花茎段120枝，分成2组，每组60枝。剪取长约12cm的带叶枝段，并将基部削成楔形面，将基部用10PPM的萘已酸处理12小时，然后分别快繁于自然光的智能苗床与有LED植物生长灯的红光苗床，观察、记录茎段的生长情况。叶绿素含量测定用浸提法于培养的第3\6\12天，均匀取各处理同等部位叶片0.2g，剪碎，用1：1的丙酮：无水乙醇浸泡，置于40度恒温箱中提取24小时后测定波长652nm处OD值，计算叶绿素含量。可溶性糖用35二硝基水杨酸法测定硝酸还原酶(NR)活性用磺胺比色法测定.得到如下结果：

1，培养30d后红光下的茎段较自然光下的生根早，最终根数多，生根率高达100%，根多而壮。叶色浓绿，茎粗壮，苗长势旺盛。整个培养过程中红光下材料的长势明显优于自然光下，显示红光有促进千头小黄菊生根的效应。LED植物生产灯红光和自然光照下千头小黄菊枝段生根比较

2，在茎段生长过程中，无论是自然光下还是红光下，叶绿素含量均先降后增。但红光下叶绿素含量高于自然光下，说明红光对叶绿素的形成表现出明显的促进作用，并且随着培养天数的增加这种结果越明显。红光下植株生长势较好，可能是由于植株体内叶绿素含量较高，光合作用较旺盛，有更多的碳水化合物的合成，从而为植株的生长提供了充足的物质和能量所致。LED植物生长灯表2自然光和红光下叶绿素和可溶性糖含量

3，培养第9天的可溶性糖含量比第15天的低，且红光下比自然光下下降多，红光下的茎段生根也较自然光下的早。15天后，红光下的可溶性糖含量比自然光下高，这可能与红光下叶绿素含量较高，光合作用较旺盛有关。

4，红光下茎段中NR活性明显大于自然光下。可见红光可促进菊花茎段氮代谢。

总之，红光有促进菊花茎段生根、叶绿素形成、碳水化合物积累以及吸收和利用的作用。在快繁过程中运用红光的植物生长灯补光对于促进各种植物的快速生根及提高种苗质量效果明显。

植物都要依靠光的能量进行光合作用而生长、开花、结果。但由于自然界经常出现千变万化的气候变化和光照变因，使植物在各个不同的生长期不能充分吸取到自身不同生长期间所需要的光合营养，给生长带来不利，尤其是在育苗阶段。对此，科学合理的人工光谱对植物的生长创造了很好的吸收和反射条件。而蓝光区和红光区的各能源值，十分接近植物光合作用的效率曲线(对绿色植物效率更是显著)是植物生长的最佳光源。

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。led植物生长灯采用了不同于这些措施，从而避免了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。