CN107593140A - 一种芍药冬季北方温室促成栽培节能补光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芍药冬季温室促成栽培节能补光方法。该方法采用功率为190w的LED红蓝光顶模组(R:B＝9:5)；根据具体环境，通过布控高度和密度，将芍药植株上方30cm处光照强度强保持在150‑200μmol·m^‑2·s^‑1，光周期为14h·d^‑1，即每天分早晚两个时段补光，第一补光时段为早05:00～08:00，第二时段为17:00～19:00，其余时段08:00～17:00利用温室自然光照。补光从芍药芽出土开始，一直到产品上市。采用该方式补光，生产的盆花产品质量花枝长、茎粗、单花期和花径均显著优于同光照强度的高压钠灯，而耗电量仅为高压钠灯的47.5％，可以节约补光电费成本。

Description

一种芍药冬季北方温室促成栽培节能补光方法

技术领域

本发明涉及植物设施栽培新能源补光技术，特别涉及一种芍药冬季温室促成栽培LED补光方法。

背景技术

补光技术是许多作物设施栽培的主要环境控制技术之一，也是除了温度调控之外，温室环境控制的另一项主要成本。特别是在我国北方冬季设施栽培中，弱光常常成为栽培的限制因子。目前花卉生产中主要使用高压钠灯进行补光。但高压钠灯属于热光源，大部分能量通过热耗散的方式浪费，生产的能耗较高，且发热造成补光时叶温升高，对植物产生一定的光温胁迫。开发高效的补光光源以降低生长成本，提高产品品质对指导生产有重要意义。

芍药(Paeonia lactiflora)是我国的传统名花，花型花色丰富，品种繁多，一直是我国重要的庭院观赏植物。近年来，市场对芍药盆花和切花的需求量也日益增大，但由于芍药需经过冬季低温打破休眠才能开花，其自然花期在4月中旬至6月中旬，花期短而集中，因而限制了芍药的市场前景。因此，采用设施栽培，进行花期调控，延长供花时间是解决这一问题的重要途径。

芍药冬季设施栽培的主要问题就是补光问题。北方秋冬季设施栽培中，人们较多关注光照强度不足的问题，多采用全天补光的方法，而事实上，光照时长不足也是一些作物发育的限制因子。我们在芍药冬季促成栽培研究发现，由于设施内光照时间较其露地栽培时生长开花的自然光照显著缩短，显著抑制了芍药的生长开花，用200μmol·m^-2·s^-1光强的农用高压钠灯进行早晚补光，保证14h光周期是方式，可以明显提高芍药‘大富贵’的生长开花品质。但使用高压钠灯补光技术进行生产，能耗较高，且发热造成补光时叶温升高，常导致‘大富贵’盆花花期缩短0.3天。因此，需要探寻更高效的补光光源以降低生长成本，同时进一步提高产品品质。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种芍药冬季温室促成栽培节能补光方法，包括以下步骤：

a.选用LED红蓝光(R:B＝9:5)顶光灯具；

b.根据温室具体环境，通过调整布灯高度和密度，保证芍药植株上方150cm处光照强度强保持在150-200μmol·m^-2·s^-1；

c.补光从芍药芽萌动出土开始，一直到产品上市；

d.每天分早晚在温室不能接受自然光照时进行补光，每天分两个时段补光，第一时段为早5:00～8:00，第二时段为17:00～19:00，其余时段08:00～17:00利用温室自然光照，保证全天的光周期达到14h·d^-1。

其中，优选用红蓝光比例为9:5的LED红蓝光顶光灯具；

其中，步骤a中所述的LED红蓝光顶光灯具的功率为190w以上。

其中，栽培的芍药植株上方150cm处光照强度达到150-200μmol·m^-2·s^-1。

本发明有益效果：

本发明建立了一种芍药冬季温室促成栽培节能补光方法,一是充分利用自然光源，改变设施全天补光的方法，利用延长光周期，提高植物在后期自然光照下的光合效率，提高产品质量；二是改变灯源，采用耗电量低的节能灯LED替代目前高压钠灯，节约温室能耗。在保证品质的同时，节约了能耗，降低了生产成本。

采用本发明的方法进行补光，生产的芍药盆花产品质量花枝长、茎粗、单花期和花径均显著优于同光照强度的高压钠灯，而耗电量仅为高压钠灯的47.5％，可以节约补光的电费成本。

附图说明

图1所示为不同比例红蓝光芍药‘大富贵’光响应曲线。图1A为不同比例红蓝光芍药叶片响应曲线；图1B为200μmol·m^-2·s^-1以下不同比例红蓝下芍药光响应曲线。图中每列不同字母表示在该PAR水平下，净光合速率(PN)差异显著(p<0.05)，每列中字母由上至下顺序同图例顺序相同。

图2所示为不同比例红蓝光芍药‘大富贵’叶片胞间CO₂浓度变化，气孔导度和蒸腾速率差异。图2A为不同比例红蓝光Ci-PAR变化曲线；图2B为芍药叶片在低、中、高光强下不同比例红蓝光间气孔导度差异；图2C为芍药叶片在低、中、高光强下不同比例红蓝光间蒸腾速率差异。图2A中每列不同字母表示在该PAR水平下，胞间CO₂浓度(Ci)差异显著(p＜0.05)，每列中字母由上至下顺序同图例顺序相同。图2B和图2C中相同光照强度下不同字母表示差异显著(p＜0.05)。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

不同比例红蓝光下芍药‘大富贵’光合特性对比

光合作用是植物生长的基础，通过对比不同红蓝光比例LED光合特性，为选择市场上可用于芍药照明的LED提供支持。

(1)设施促成盆栽一年的芍药‘大富贵’(Paeonia lactiflora‘Da Fu Gui’)。上盆时9～13个芽/株，栽培基质为3草炭：1蛭石：1珍珠岩(V：V：V)，15L/盆。

(2)选用光源为专门设计改装的LED灯。该LED灯有一个外接控制器，通过控制器分别设定各不同光质的电流大小来调节光照强度、和红蓝光不同比例。光源形状和大小根据LI-6400标准叶室(透明叶室)专门设计，使其能安装并固定在LI-6400标准叶室之上，为标准叶室内的植物叶片提供光照。分别设置红：蓝比为9:1、7:3、5:5、3:7、1:9五个处理组合。

(3)在开花期时，每个处理组合随机选择6盆长势良好的植株，每盆随机选择中部叶片，进行芍药叶片在不同红光、蓝光比例上光响应曲线测量。

从图1的光响应曲线结果可知，不同比例红蓝光下芍药叶片的净光合速率(P_N)均会随着光合有效辐射(PAR)的增大而升高。并且光响应曲线会随着红光比例的减小和蓝光所占比例的增大呈增高的趋势。当100μmol·m^-2·s^-1≤PAR≤1,200μmol·m^-2·s^-1时，RB91芍药叶片P_N显著高于RB37和RB19处理。当75μmol·m^-2·s^-1≤PAR≤1,800μmol·m^-2·s^-1时，RB73芍药叶片P_N显著高于RB37和RB19处理。当PAR≤1,000μmol·m^-2·s^-1时，RB19和RB37下芍药叶片P_N无显著差异，而当PAR≥1,200μmol·m^-2·s^-1时，RB37下芍药叶片P_N显著高于RB91。RB91和RB73处理在各PAR水平下芍药叶片的P_N均无显著差异。而RB55处理，即红光和蓝光所占比例相同的光照条件下，芍药叶片的光响应曲线介于各处理中间。整体上来讲，RB91和RB37两个红光比例较高的光照处理下，P_N高于RB37和RB19两个蓝光比例较高的处理。

光合参数计算结果表明(表1)，芍药在红光所占比例为50～90％时(RB91,RB73,RB55)的AQY显著高于红光比例为10～30％(RB37,RB19)时AQY。即红光所占比例高于蓝光时，芍药叶片光合系统启动更快，光能转换效率比红光所占比例低的处理要高。RB91处理下芍药叶片的LCP和LSP比RB37和RB19处理显著降低，表明较高比例的红光下，芍药叶片进行有效光合产物的积累和达到最大净光合速率时所需光强要求降低。而RB19处理的P_Nmax比其它四个不同比例的红蓝光处理P_Nmax显著降低，表明高比例蓝光下，芍药叶片在所能达到的最大净光合速率比在高比例红光下显著减小。

表1 不同比例红蓝光下芍药光合特性参数

注：同列中不同小写字母表示差异显著(p＜0.05)，相同字母表示差异不显著。

Ci在各不同比例红蓝光下均会随着PAR的增大而下降(图2A)，但是在相同的PAR水平下，Ci呈现出随着红光比例的降低和蓝光比例的升高而逐渐升高的趋势。

当400μmol·m^-2·s^-1≤PAR≤1,800μmol·m^-2·s^-1时，RB91下芍药Ci显著高于RB91和RB73下Ci较低(200μmol·m^-2·s^-1)、中等(1,000μmol·m^-2·s^-1)或较高的(1,800μmol·m^-2·s^-1)光强时，叶片gs在各不同比例红蓝光间均无显著差异(图2B)。在相同的光照强度下，无论是200μmol·m^-2·s^-1，1,000μmol·m^-2·s^-1还是1,800μmol·m^-2·s^-1下，蒸腾速率(Tr)均会呈现出随着蓝光比例的升高和红光比例的降低而呈增大的趋势(图2C)，但是RB91处理则例外，在各光强下，RB91处理芍药叶片Tr均较高。在光强达到1,000μmol·m^-2·s^-1和1,800μmol·m^-2·s^-1，RB19处理的Tr均显著高于RB73处理。

综上所述，芍药叶片的P_N、Ci和Tr均会随红光和蓝光的比例的改变呈规律性变化。整体上红光比例下降蓝光比例升高，P_N会随之下降，C_i和Tr则会随之升高，AQY和P_Nmax则呈减小的趋势，而LCP和LSP则呈增大的趋势。这些参数的规律性变化均表明，红光和蓝光的比例会影响芍药叶片对入射光能利用效率，红光比例越高，叶片对入射光量子利用效率越高，但是不同红蓝光比例的差异在一定的光照强度下表现显著。从不同比例红蓝光下Tr的变化趋势可知，蓝光比例越高，则蒸腾速率越大，在g_s无显著差异的情况下，这种蒸腾速率的升高很可能与叶片对高能量子蓝光采取的一种光保护策略。

结论：随着红/蓝光比例降低，芍药‘大富贵’叶片P_N呈现逐渐降低的趋势。较高比例的(50％以上)665nm波长红光下，且PAR≥50μmol·m^-2·s^-1对芍药补光，红光的优势才能体现。

本研究对红蓝光不同比例混合下芍药光合特性测量结果表明，红光比例在50％～90％之间，芍药叶片的P_N显著高于其它红蓝光比例下的P_N，这一红蓝光比例也完全满足了叶片光合机构正常发育对蓝光占7％的要求。因此在利用红蓝光混合光源对芍药进行补光时，使用红光比例占到50％～90％的LED光质组合较好。

实施例2不同LED光强对‘大富贵’生长开花的影响

(1)芍药品种‘大富贵’(Paeonia lactiflora‘Da Fu Gui’,DFG)，种苗购自菏泽，3年生分株苗，每株9-13芽。2015年10月底上盆，栽培容器为塑料盆(口径：30cm；高：28cm)，栽培基质为最佳设施栽培基质配方，草炭、蛭石、珍珠岩(3:1:1)，上盆后置于室外，接受室外自然低温。12月下旬将芍药移入温室，通过覆盖和通风温度控制在0±4℃。2月10日温室开始加温。加温初期第1-7天，日温/夜温为10℃～15℃/5℃～10℃；第8-17天，为15℃～20℃/10℃～15℃；第18-36天，为18℃～20℃/10℃～15℃；36-50天，为20℃～25℃/10℃～15℃；第36-50天为25℃～28℃/14℃～18℃。随后设施内温度控制在25℃～28℃/14℃～18℃湿度保持在50％～75％。

施肥浇水方案：施用N、P、K比值为30:10:10的水溶性速效复合肥，浓度为1.5g/L，1L/盆进行施肥，分别于萌芽前、茎伸长期、展叶期、现蕾期、花前期、开花期施用复合肥共6次，花后期施肥3次，共9次；浇水按照保持基质湿润原则进行浇水。

(2)以不补光组为对照(CK)，自然光周期为9h/d(8：00-17：00)。共设三个LED红蓝光光强梯度，均采用飞利浦公司生产的同型号LED红蓝光顶光模组，RB＝9:5。

LED high(LH)：LED红蓝光顶光模组共6根灯管，呈两排，3根一排；补光面积约为4m²，距离芍药冠层1.8m，保持芍药冠层光照强度在200μmol·m^-2·s^-1。

LED miedia(LM)：LED红蓝光顶模组共3根灯管，补光面积约为4m²，距离芍药冠层1.5m，保持芍药冠层光照强度在150μmol·m^-2·s^-1。

LED low(LL)：LED红蓝光顶模组共3根灯管，补光面积约为4m²，距离芍药冠层2m，保持芍药冠层光照强度在100μmol·m^-2·s^-1。

采用相同栽培管理。每个处理6盆，重复3次，18盆，株行距30×30cm。三个处理均采用补光时长14h/d，其中AM 5:00-8:00，PM17:00-19:00为补光时段，8:00-17:00接受温室自然光照；补光于2016年3月2日(茎叶生长期)开始至5月18日(花后)结束，整个实验期设施棉被8:00-17:00卷起，接受自然光照，17:00-次日8:00放下。

(3)监测不同光强梯度下的LED红蓝光顶光模组补光芍药植株的生长开花指标，结果见表2。

表2不同LED光照强度对‘大富贵’生长开花的影响

注：CK：不补光，LH：LED high红蓝光顶光模组灯；LM：LED media红蓝光顶光模组灯；LM：LED low红蓝光顶光模组灯；。不同小写字母表示差异显著(p＜0.05)。

结果显示，不同光强的LED红蓝光补光对‘大富贵’生长开花指标的影响不一致。从生长指标看，‘大富贵’冠幅大小依次为CK>LH>LM>LL，虽然仅CK组冠幅显著高于LL组，其余处理间差异不显著，但显示出LED红蓝光补光有降低‘大富贵’冠幅的作用，且光强越低，冠幅越小。LH、LM、LL三组补光灯下‘大富贵’的花枝长分别63.33cm、62.08cm、63.47cm，均显著高于CK组的59.82cm，但补光组不同光强处理间花枝长差异不显著，表明LED红蓝光能显著提高‘大富贵’的花枝长度，但光照强度影响不大。相较未补光的CK组，三组不同光强LED下茎粗分别比CK高出0.35mm、0.42mm、0.47mm，差异显著，且补光组间LM组和LH组显著高于LL组，说明LED补光灯能提高‘大富贵’茎粗，但有最适光照强度，本试验LED红蓝光光强在150μmol·m^-2·s^-1对‘大富贵’茎粗的增长最有利。叶面积并未受到补光的明显影响。

从开花指标看，着花量的大小关系依次为LM>LH>LL>CK，其中LM与LH间差异不显著，但均显著高于LL组和CK组，且LL组与CK间的差异同样不明显，显示着花量达到一定值后LED光照强度对其影响不显著；顶蕾开花率与着花量类似，LM>LH>LL>CK，补光组均高于CK组，补光组LM和LH‘大富贵’的顶蕾开花率均高于CK组，LL组与CK比差异不显著，LH组与LL组相比较，差异也不明显，而光照强度居中的LM组显著高于其他各组，显示顶蕾开花率有最适LED光照强度需求；三组补光处理均显著提高了单花花期，且与LED光强呈正相关，LH>LM>LL，其中LH显著高于LM组和LL组，但LM和LL间差异不显著。花径的测量结果显示，三组不同光强的LED红蓝光均提高了花径，LH组和LM组对花径的影响显著，LL组与CK相比差异不明显，且花径大小与光强表现出正相关的关系。

整体来看，LH和LM组补光效果较好，LH组在单花花期上明显优于LM组，但顶蕾开花率明显不如LM组。

实施例3

1.选用适宜温室栽培的芍药品种‘大富贵’(Paeonia lactiflora‘Da Fu Gui’，DFG)3年生分株苗，每株含9～13芽；2015年10月中旬上盆，以草炭:蛭石:珍珠岩＝3:1:1(体积比)为栽培基质，用口径30cm、高28cm的塑料盆，25L栽培基质/盆；10月中旬上盆后的芍药先置于室外，正常管理。

2.12月下旬将芍药移入温室，通过覆盖和通风，温室温度控制在0℃±4℃。2月10日温室开始加温，第1-7天温度控制在日温10℃～15℃/夜温5℃～10℃；第8-17天温度为15℃～20℃/10℃～15℃；第18-36天温度为18℃～20℃/10℃～15℃；第36-50天温度为20℃～25℃/10℃～15℃；第36-50天温度为25℃～28℃/14℃～18℃；之后温度控制在25℃～28℃/14℃～18℃。始终保持温室湿度50％～75％。

3.2016年3月2日待芍药进入茎叶生长期时开始进行补光。每日8:00AM至17:00PM卷起保温被，使温室接受日光照，中午11:00～12:30温室内光照强度最高可达400μmol·m^-2·s^-1；17:00至次日08:00覆盖保温被；分别于早05:00～08:00和17:00～19:00进行补光。具体方法：采用飞利浦公司生产的LED红蓝光顶模组R:B＝9:5，补光面积4m^2，需要功率190w/根，6根灯管；按照株行距30×30cm，放置18盆芍药；灯具距离盆面150cm，光照强度保持在150-200μmol·m^-2·s^-1；保证光周期14h·d^-1(其中05:00～08:00和17:00～19:00为补光照明，08:00～17:00为温室自然光照)。一直持续到现蕾期出售或至开放观赏。

4.从2月10日温室开始加温，注意开始常规肥水管理。浇水根据基质具体情况，保持基质湿润而不积水。施肥方案：施用N、P、K比值为30:10:10的水溶性速效复合肥，浓度为1.5g/L，1L/盆。分别于萌芽前、茎伸长期、展叶期、现蕾期、花前期、开花期各1次；

5.该技术可以显著提高产品质量，见表3。按照该栽培技术，含9-10个芽的4年生‘大富贵’分株苗，冠幅可达57.03±0.92cm，枝长63.33±0.66cm，茎粗3.87±0.06cm，着花量9.71±0.78(朵/盆)开花率90.86±2.36％单花花期8.31±0.13d花径12.49±0.10cm。

与不补光的对照组(自然光周期为8:00-17:00共9h/d)和同样光照强度的农用高压钠灯补光(HPSL，补光面积4m^2，需要功率400w/盏，6盏；按照株行距30×30cm，放置18盆芍药；灯具距离芍药植株冠层100cm)相比产品质量有明显提高。

表3不同补光灯下芍药‘大富贵’生长开花状况

性状	CK(对照)	LED	HPSL(高压钠灯)
				冠幅(cm)	58.73±0.92a	57.03±0.92a	56.06±0.97a
花枝长(cm)	59.82±0.84b	63.33±0.66a	58.17±0.72b
				茎粗(mm)	3.52±0.05b	3.87±0.06a	3.57±0.07b
叶面积(cm2)	25.4±0.90a	26.6±1.03a	26.2±0.75a
				着花量(朵/盆)	7.71±0.49b	9.71±0.78a	9±0.69a
开花率(％)	84.19±3.31b	90.86±2.36a	89.36±2.09a
				单花花期(d)	7.57±0.12c	8.31±0.13a	7.19±0.10b
花径(cm)	11.84±0.10c	12.49±0.10a	12.17±0.12b

注：CK：不补光；LED：LED红蓝光顶光模组灯；HPSL：高压钠灯；不同小写字母表示差异显著(p＜0.05)，相同字母表示差异不显著。

综上所述。在同一栽培设施，其他栽培技术相同，芍药盆花的生产时长没有变化，但生长指标呈现LED补光＞对照(不补光组，光周期为9h/天)＞高压钠灯，株高分别较对照和高压钠灯补光提高3.5cm和5.2cm；茎粗增加0.3cm。主要开花指标LED补光＞高压钠灯＞对照，着花量平均每盆比高压钠灯和对照增加0.7朵和2朵；开花率分别提高1.5％和6.7％。

6.该技术可以节约能源，降低用电成本。成本包括灯具和电费。

(1)灯具：按照1平米计算：由于一根LED顶光模组使用2,5000h后，光输出仍能达到90％，单根灯管可使用十年以上；而高压钠灯使用5000h后光衰大于60％，每2年左右就要换一次灯管。以十年计算：

LED红蓝光顶光模组4500元/根,每平方米需1.5根：4500×1.5÷10＝675元/m²/生产季

园艺高压钠灯一套670元/盏，每平方米均需1.5盏：670×1.5×5÷10＝502.5元/m²/生产季

(2)电费：LED功率为190w，每平方米需1.5根一套；高压钠灯功率为400w，每平方米需1.5根一套。冬季设施栽培芍药‘大富贵’一个生产季(入温室补光到上市出售)需补光2个月，每天补光5h，共计300h。以电费0.8元/度计：

LED补光每个生产季单位面积用电：0.19×1.5×300＝85.5度，电费：85.5×0.8＝68.4元/m²/生产季

高压钠灯补光每个生产季单位面积用电：0.4×1.5×300＝180度，电费：180×0.8＝144元/m²/生产季

可以看出，

LED较高压钠灯节电：94.5度/平米/生产季

LED较高压钠灯成本高约98元平米/生产季：LED成本为：675(灯具+68.4(电费)＝743.4元/平米/生产季；高压钠灯成本：502.5(灯具+144(电费)＝645.5元/平米/生产季。

从单个生产季看LED生产成本高，是由于目前LED灯具较贵，前期投入较大，导致每个生产季LED顶光模组补光的成本要稍高于高压钠灯，但实际应用中，使用时间越长，越能体现出其在性价比和节能上的优势，而且LED灯具的寿命远远长于高压钠灯，因此，LED灯具的成本优势非常明显。

从未来发展趋势分析，随着LED技术的发展和普及，LED灯具价格一直呈下降趋势，将给未来生产使用成本的降低提供空间。而电费一直呈上升趋势。此外，由于LED补光效果要显著优于高压钠灯，LED补光后芍药产品质量提高带来的商业价值的增加也是高压钠灯无法企及的，从产出比来看，显然是LED顶光模组补光更佳。

综上所述，从补光后生产的产品质量和节电看，LED红蓝光顶光模组作为芍药‘大富贵’冬季设施生产补光技术无疑有良好的前景。

Claims (3)

1.一种芍药冬季温室促成栽培节能补光方法，包括以下步骤：

a.选用红蓝光比例为9:5的LED红蓝光顶光灯具；

b.根据温室具体环境，通过调整布灯高度和密度，保证芍药植株上方150cm处光照强度强保持在150-200μmol·m^-2·s^-1；

c.补光从芍药芽萌动出土开始，一直到产品上市；

d.每天分早晚在温室不能接受自然光照时进行补光，每天分两个时段补光，第一时段为早5:00～8:00，第二时段为17:00～19:00，其余时段08:00～17:00利用温室自然光照，保证全天的光周期达到14h·d^-1。

2.如权利要求1所述的补光方法，其特征在于，步骤a中所述的LED红蓝光顶光灯具的功率为190w以上。

3.如权利要求1所述的补光方法，其特征在于，栽培的芍药植株上方150cm处LED光照强度达到150-200μmol·m^-2·s^-1。