設(shè)施栽培蔬菜光環(huán)境及調(diào)控研究進(jìn)展.pdf
<p>設(shè)施栽培蔬菜光環(huán)境及調(diào)控研究進(jìn)展 邵 麗 楊小龍 王 蕊 須 暉 * （沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，設(shè)施園藝省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北方園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)國家地方 聯(lián)合工程研究中心，遼寧沈陽 110866） 摘 要：光照是影響設(shè)施栽培蔬菜生長發(fā)育的最主要環(huán)境因子之一，光環(huán)境特征和調(diào)控是設(shè)施環(huán)境研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的光環(huán) 境調(diào)控采用普通電光源或?yàn)V光膜等，無法定量精確調(diào)節(jié)光譜能量分布；隨著新型半導(dǎo)體光源的興起，LED補(bǔ)光以其可調(diào)節(jié)的 光質(zhì)配比組合、光譜能量分布等被廣泛應(yīng)用。本文從日光溫室光環(huán)境對設(shè)施栽培蔬菜的影響入手，對近些年設(shè)施內(nèi)光環(huán)境特 征及自然光和人工光對溫室光環(huán)境調(diào)控的研究展開綜述，同時(shí)對未來的研究方向作出了展望。 關(guān)鍵詞：日光溫室；蔬菜；光環(huán)境；人工光源；綜述 培蔬菜的光環(huán)境管理提供一定的理論依據(jù)和實(shí)踐 意義。 1 光照對設(shè)施栽培蔬菜的影響 蔬菜作物的生長和產(chǎn)量很大程度上取決于光合 作用的效率，溫室內(nèi)的蔬菜作物長期處于變化的光 環(huán)境中，然而不是所有的光都有助于植物生長，波 長在400700 nm范圍的特定光頻率更直接影響著 植物的光合作用（Deram et al.，2014）。葉綠素對紅 藍(lán)光的吸收率約為90%（Terashima et al.，2009）， 紅光最早作為光合驅(qū)動(dòng)光源被關(guān)注，植物的生長發(fā) 育也需要藍(lán)光調(diào)控，紅藍(lán)光缺少任何一個(gè)都會導(dǎo)致 光合無效（Hogewoning et al.，2010）（表1） 。 可控環(huán)境下的光質(zhì)管理能使蔬菜品質(zhì)、營養(yǎng) 潛力等獲得經(jīng)濟(jì)效益最大化。光質(zhì)不僅影響色素 的含量，也影響著蛋白、糖、酸及其他次級代謝產(chǎn) 物如抗壞血酸、酚類等的含量（Fukuda，2013）。 紅白藍(lán)LED光照射下的萵苣，生長量的積累增加 （Lin et al.，2013）；紅辣椒果實(shí)的類胡蘿卜素及總 碳水化合物含量在紅藍(lán)LED光照下升高（Gangadhar et al.，2012） 。黃光和綠光條件下番茄抗旱性更 好。在光質(zhì)對蔬菜作物抗逆性調(diào)節(jié)的生理作用機(jī) 制方面，研究還相對缺乏。光強(qiáng)是植物光同化物 運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)基本因素，光強(qiáng)的變化能夠促進(jìn)植物 葉片的光吸收運(yùn)轉(zhuǎn)。光周期會對可溶性糖和淀粉 的分配產(chǎn)生影響（Martins et al.，2013），光周期 邵麗，女，碩士研究生，專業(yè)方向：園藝設(shè)施與環(huán)境，E-mail： 17824231103163.com *通訊作者（Corresponding author）：須暉，男，教授，碩士生導(dǎo)師，專 業(yè)方向：園藝設(shè)施與環(huán)境，E-mail：xuhuiaa126.com 收稿日期：2018-04-19；接受日期：2018-05-28 基金項(xiàng)目：沈陽市科技計(jì)劃項(xiàng)目（沈科發(fā)201740號） ，沈陽市科 技局項(xiàng)目（17-144-3-00） 設(shè)施栽培又稱環(huán)境調(diào)控農(nóng)業(yè)，為蔬菜、水果、 花卉等園藝作物產(chǎn)品商品化各階段提供了適宜的 條件，使其不受自然環(huán)境的制約。早在2 000多年 前，蔬菜栽培已經(jīng)在設(shè)施園藝中出現(xiàn)（陳國輝 等， 2004） ，其栽培面積占設(shè)施栽培總面積的95%以 上。在節(jié)能型日光溫室中，太陽光是唯一的能量來 源，是主導(dǎo)蔬菜生長的環(huán)境因素，光照直接決定溫 室熱環(huán)境，它不僅影響設(shè)施栽培蔬菜的光合能力， 也參與調(diào)節(jié)各種生理過程。在集約化園藝作物生產(chǎn) 中，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展并獲得較高經(jīng)濟(jì)利益，光 質(zhì)、光強(qiáng)、光譜、光周期和光照方向等都要滿足蔬 菜作物的需求，而且光環(huán)境因子的調(diào)控必須與整個(gè) 園藝系統(tǒng)中的其他因子高度集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬 菜周年連續(xù)生產(chǎn)（Hemming，2009） 。當(dāng)溫室自然 光照達(dá)不到最佳時(shí)，人工光源補(bǔ)光就會有很大的空 間來提高蔬菜作物對能量的利用效率。除了人工光 源調(diào)控，研究溫室結(jié)構(gòu)、透明覆蓋材料、遮陽網(wǎng)、 反光幕等對溫室自然光環(huán)境的調(diào)控也有重要的應(yīng) 用價(jià)值。對人工光和自然光的研究可以為設(shè)施栽 19 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點(diǎn) 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 19 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 2018（8）：19 - 26 的延長可以顯著增加光吸收同化物的輸出。冬季 每天對溫室黃瓜延長光照時(shí)間，不僅提前了采收 期，總產(chǎn)量也與結(jié)實(shí)期所接受的光照總量成正比 （Durieux，1997）。但并不是光周期越長越好， Clapwijk（1981）研究表明：日輻射總量相同時(shí)， 短時(shí)間光照能促進(jìn)番茄開花；持續(xù)24 h照射黃瓜， 會出現(xiàn)葉片黃化、產(chǎn)量降低等現(xiàn)象（Moe et al.， 2005）。 2 園藝設(shè)施內(nèi)光環(huán)境特征 園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)特殊，光照強(qiáng)度僅為自然光照的 30%70%（朱靜嫻，2012），變化趨勢與自然光大 致相似。但設(shè)施內(nèi)太陽輻射的空間分布情況復(fù)雜， 隨地理位置、溫室朝向、建筑參數(shù)、氣候特點(diǎn)、 溫室內(nèi)氣體、采光面透射角、大氣透明度、屋面形 狀、覆蓋材料和天空云量等對光環(huán)境的影響而呈現(xiàn) 動(dòng)態(tài)變化。溫室分布不均勻的光環(huán)境下，植株能夠 通過改變自身形態(tài)結(jié)構(gòu)使葉片最大限度地接受光照 輻射。 2.1 不同類型設(shè)施的光環(huán)境特征 溫室地理位置、覆蓋材料一致時(shí)，其結(jié)構(gòu)就 會成為影響采光量和光分布的主要因素。我國日光 溫室三面墻一面坡、坐北朝南的建筑形式使其只能 接受單方向的光照。溫室東西方向上，光輻射以中 部最高；南北方向上，太陽總輻射量南部較北部平 均高出200 W·m -2 以上（曲佳 等，2011） 。連棟 溫室光照分布的均勻性較單棟棚好，但總體透光效 果較差，且多云天氣的整體透光率比晴天高（朱育 強(qiáng) 等，2005） ；玻璃溫室由于其骨架、天溝等結(jié)構(gòu) 極大地降低了透光率；全鋼架裝配式日光溫室內(nèi)外 太陽總輻射存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（趙麗玲 等， 2015） ；圓-拋物面溫室與單斜面和拋物面結(jié)構(gòu)溫 室相比，內(nèi)部透光率、光照度均較高（王靜 等， 2002） ，這與李有和張述景（2001）對不同采光面 采光效率的研究結(jié)果一致。 2.2 氣候條件對光環(huán)境的影響 溫室內(nèi)的光照變化受季節(jié)和天氣影響較大，整 體光照條件晴天時(shí)較好，但光照分布相對不均勻， 透光率比多云天氣低。對于連棟溫室而言，內(nèi)部光 照比較均勻，但僅僅是對各點(diǎn)的日光照總量而言， 連棟溫室內(nèi)光環(huán)境受外界光條件影響較大。冬季許 表 1 紅藍(lán)光對蔬菜作物的調(diào)控作用 光源 調(diào)控作用 蔬菜作物 參考文獻(xiàn) 紅光 提早開花時(shí)間 辣椒 周華 等，2017 增加干、鮮質(zhì)量 番茄 葉用萵苣 辣椒 李雅旻 等，2016 陳文昊 等，2011 Wollaeger & Runkle，2014 增強(qiáng)根系活力 番茄 普通白菜 葉用萵苣 蒲高斌 等，2005 王婷 等，2011 陳文昊 等，2011 促進(jìn)莖伸長 茄子 黃瓜 尹娟，2017 李秀啟 等，2008 增加葉面積 葉用萵苣 Lee et al.，2011； Ohashi-Kaneko et al.，2007 增加株高 番茄 茄子 葉用萵苣 李雅旻 等，2016 尹娟，2017 Hoenecke et al.，1992 提高根冠比 茄子 尹娟，2017 促進(jìn)下胚軸生長 番茄 何詩行 等，2017 提升光合速率 白菜 番茄 黃瓜 辣椒 李承志 等，2001 何詩行 等，2017 謝景 等，2012 Goto，2003 促進(jìn)蒸騰 普通白菜 陳祥偉 等，2013 提高番茄紅素含量 番茄 陳強(qiáng) 等，2009 增加碳水化合物含量 番茄 蒲高斌 等，2005 增加可溶性糖含量 番茄 黃瓜 辣椒 蒲高斌 等，2005 唐大為，2010 崔瑾 等，2009 藍(lán)光 促進(jìn)開花 番茄 何蔚 等，2016 促進(jìn)種子萌發(fā) 葉用萵苣 孫洪助 等，2014 增加干物質(zhì)積累 辣椒 Brown et al.，1995 抑制莖伸長 番茄 Okamoto & Takita，1996 促進(jìn)莖和葉柄的伸長 普通白菜 王婷 等，2011 提高壯苗指數(shù) 辣椒 崔瑾，2009 提高根冠比 黃瓜 聞婧 等，2013 抑制下胚軸伸長 番茄 Massa et al.，2008 調(diào)節(jié)氣孔 番茄 茄子 葉用萵苣 Mortensen & Str ømme，1987 Boccalandro et al.，2012 Menard et al.，2006 促進(jìn)蒸騰 茄子 尹娟，2017 促進(jìn)葉綠素合成 茄子 番茄 黃瓜 尹娟，2017 何詩行 等，2017 Hogewoning et al.，2010 降低胞間CO 2 濃度 茄子 尹娟，2017 提高花青素含量 番茄 葉用萵苣 Giliberto et al.，2005 Li & Kubota，2009 提高VC含量 番茄 葉用萵苣 Lefsrud et al.，2008 Lefsrud et al.，2008 提高酚類物質(zhì)濃度 葉用萵苣 Li & Kubota，2009 提高可溶性蛋白含量 普通白菜 王婷 等，2011 20 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點(diǎn) 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 20 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 多地區(qū)溫室內(nèi)見光時(shí)數(shù)少，溫室外溫度、溫室內(nèi)日 均溫度、光照強(qiáng)度都隨時(shí)間推移逐步降低，而溫室 內(nèi)蔬菜作物在果實(shí)發(fā)育期的光照環(huán)境較差，必然影 響光合作用及各個(gè)生理代謝過程，限制植株光合產(chǎn) 物的形成；春季溫室內(nèi)見光時(shí)段的太陽輻射易達(dá)到 蔬菜光飽和點(diǎn)，溫室內(nèi)光照強(qiáng)度、日均溫、見光時(shí) 數(shù)等都隨時(shí)間推移逐步上升，整個(gè)生育過程基本能 夠保證較好的溫光環(huán)境，滿足蔬菜作物對光環(huán)境的 需求（楊賀 等，2007） 。然而，果菜類等對溫光條 件要求較高的蔬菜作物在光照較弱時(shí)要采取相應(yīng)補(bǔ) 光措施。 2.3 植株群體及栽培方式對光環(huán)境的影響 栽培密度、季節(jié)、株高等均能影響植株群體 內(nèi)接受的太陽輻射量，同一季節(jié)，栽培密度越大， 內(nèi)部光照越弱。在溫室密集作物栽培中，光照不足 通常是由于沿植物剖面的光垂直分布減少及相互 遮陰引起的（Tewolde et al.，2016），在冠層頂部， 葉片比較稀疏，截獲的光能也相對較少，太陽總 輻射量的垂直衰減較平緩；在冠層底部，葉片密 集，光線向下傳輸過程中葉片截獲的光能較多，并 且隨著光線穿過葉層的增加，植株群體的光截獲率 也加大。張亞紅等（2003）研究了溫室內(nèi)不同生育 時(shí)期黃瓜的群體結(jié)構(gòu)情況及太陽總輻射水平分布和 垂直分布的規(guī)律。對番茄而言，日照長短、冠層上 方總輻射、群體結(jié)構(gòu)等是影響番茄群體光照水平 的主要原因。冠層光分布導(dǎo)致的光合差異是最主 要因素，葉面積指數(shù)和冠層結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響光分布 （曲佳 等，2011） ，當(dāng)番茄葉面積指數(shù)大于4時(shí)， 就會影響光合產(chǎn)物的積累（倪紀(jì)恒 等，2005） 。 在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)者可以根據(jù)不同栽培密度制 定栽培措施，及時(shí)整枝，維持通風(fēng)透光的環(huán)境， 創(chuàng)造合理的群體冠層，保證蔬菜處于良好的光環(huán) 境中。 3 設(shè)施栽培光環(huán)境調(diào)控 光照影響蔬菜生長發(fā)育的大量研究為設(shè)施內(nèi)光 環(huán)境調(diào)控打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代設(shè)施栽 培技術(shù)的蓬勃發(fā)展，許多學(xué)者開始對溫室結(jié)構(gòu)、新 型覆蓋材料、光伏太陽能溫室、高效節(jié)能光源補(bǔ)光 等進(jìn)行研究。表2總結(jié)了設(shè)施栽培光環(huán)境調(diào)控的主 要技術(shù)手段。 3.1 自然光照下設(shè)施栽培蔬菜光環(huán)境調(diào)控 3.1.1 設(shè)施的采光 設(shè)施內(nèi)光照來源主要為太陽 光。位置相同的溫室，方位不同，對自然光的利用 率不同，綜合考慮各種因素，選擇南北向東西延長 來建造溫室容易獲得較優(yōu)的光照環(huán)境。在我國，王 書通（1988）最早把采光問題歸結(jié)為陽光對采光面 入射角的問題。周長吉（2012）運(yùn)用網(wǎng)格優(yōu)化理論 獲得透光量，以此對溫室采光性能進(jìn)行優(yōu)化。彩鋼 板保溫裝配式節(jié)能日光溫室的出現(xiàn)使溫室的屋面采 光角達(dá)到 41.5° ，同時(shí)做到了較均勻的光照分布和 較大采光量（孫周平 等，2013） ；新型傾轉(zhuǎn)屋面日 光溫室實(shí)現(xiàn)了采光面傾角依據(jù)采光需求的變換，達(dá) 到最佳采光入射角，極大提高了溫室采光率和輻射 度，也提高了溫室溫度（張勇 等，2014） 。 3.1.2 設(shè)施栽培透明覆蓋技術(shù) 傳統(tǒng)的設(shè)施覆蓋材 料包括聚氯乙烯膜（PVC） 、聚乙烯膜（PE） 、乙烯 醋酸乙烯復(fù)合膜（EVA） 、聚碳酸酯板（PC） 、聚 酯膜（PET）以及氟素膜（ETFE）等。此外，還有 表 2 設(shè)施栽培光環(huán)境調(diào)控技術(shù) 光環(huán)境 調(diào)控 技術(shù)手段 舉例 參考文獻(xiàn) 自然光 調(diào)控 透明覆蓋 塑料薄膜：PVC、 PE、EVA等；硬質(zhì)塑 料板：PC板、FRP、 PVF 等；玻璃 馬小平 等，2017 調(diào)光生態(tài)農(nóng)膜 侯紅英 等，2006 新型實(shí)體復(fù)合拋物面 聚光材料 馮朝卿 等，2014 半透明覆蓋 遮陽網(wǎng) 張艷玲，2008 反光膜 反光膜 崔慶法 等，2005 栽培措施 高矮搭配栽培 Mahdavi et al.，2012 Mahdavi et al.，2012 Mahdavi et al.，2012 立體栽培 間作搭配栽培 人工光 調(diào)控 傳統(tǒng)人工光源 金屬鹵化物燈、高壓 鈉燈；白熾燈、熒光 燈等 Paradiso et al.，2011 LED光源 LED燈管 劉文科，2016 控制 基于設(shè)定值 PLC控制 陳景波，2015 系統(tǒng) 單片機(jī)控制 周益民 等，2013 設(shè)置目標(biāo)動(dòng)態(tài)值 劉翔，2015 基于模型 Chen et al.，2013 基于智能控制 二維模糊控制算法 余泳昌 等，2002 算法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 王曦 等，2016 基于無線傳感 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò) Ijaz et al.，2012 器網(wǎng)絡(luò) 分布式無線智能LED 顧梁 等，2015 21 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點(diǎn) 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 21 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 一些新型覆蓋材料如聚烯烴膜（PO） 、調(diào)光生態(tài)農(nóng) 膜、新型實(shí)體復(fù)合拋物面聚光材料、玻璃-薄膜 結(jié)合（GFC）的透明覆蓋材料等。研究表明，調(diào)光 生態(tài)農(nóng)膜的透光性有利于番茄生長（馬光恕 等， 2002） ；新型實(shí)體復(fù)合拋物面聚光材料不影響溫室 內(nèi)上、下午光照，可以收集多余的光照進(jìn)行光伏發(fā) 電，完美削弱午時(shí)入射光照，改善溫室光照不均勻 的情況，從而使太陽光的綜合利用率升高。 3.1.3 反光幕技術(shù) 反光幕是通過對自然光線的反 射增強(qiáng)溫室內(nèi)光照度，使更多植株獲得更均一的光 照環(huán)境，提升整齊度。反光幕利于增加作物得到的 二次反射光，能改善大棚后部光照，使光照度接近 溫室中部（劉持紅和李中立，1989）。在溫室后墻、 東西山墻掛反光膜以及鋪設(shè)反光地膜都能起到調(diào)控 光環(huán)境的作用。但反光膜會削弱后墻的蓄熱能力， 導(dǎo)致溫室凌晨的溫度下降，因此在溫室內(nèi)使用位置 可上下移動(dòng)且面積可變的反光膜，可以使后墻均勻 受熱，增大蓄熱量以保證溫室生產(chǎn)力（崔慶法 等， 2005） 。 3.1.4 栽培管理措施 設(shè)施栽培茬口多，不同季 節(jié)、不同模式和不同栽培密度對蔬菜的生長和產(chǎn)量 會造成差異。早在1962年師惠芬就對溫室黃瓜栽 培溫光水氣肥條件及栽培方式進(jìn)行了研究（師惠 芬，1962） 。調(diào)控栽培模式可以形成合理的冠層結(jié) 構(gòu)，提高群體光能利用率。采用高矮搭配栽培、小 植株立體栽培（通過增加單位面積植株的數(shù)量提高 產(chǎn)量）（Mahdavi et al.，2012）、喜光耐陰作物間作 搭配的栽培布局，不僅可以節(jié)省溫室有限空間，而 且作物的受光及通氣狀況也會得到改善。 3.2 人工光下設(shè)施栽培蔬菜光環(huán)境調(diào)控 光環(huán)境調(diào)控是一種精準(zhǔn)高效、科學(xué)智能的控 制方式，植物在人工光下的光合速率通常比自然光 更高（于海業(yè) 等，2017）。早在20世紀(jì)60年代， 美國就出現(xiàn)了人工光源對植物補(bǔ)光的研究，我國對 溫室蔬菜補(bǔ)光最早始于20世紀(jì)90年代。傳統(tǒng)的溫 室補(bǔ)光燈包括金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、白熾燈、 熒光燈等。在北歐的一些國家，溫室內(nèi)每天用高壓 鈉燈補(bǔ)光16 h（Paradiso et al.，2011）。鈉燈和鏑燈 有很高的發(fā)光效率，適于用作蔬菜補(bǔ)光光源，但鈉 燈成本較高，蔬菜育苗應(yīng)以經(jīng)濟(jì)且能培育壯苗為基 礎(chǔ)，所以難以做到大面積應(yīng)用（楊其長，2005） ； 白熾燈的構(gòu)造簡單，成本低廉，但發(fā)光效率也相對 較低；相比之下，熒光燈的發(fā)光效率高。熒光燈在 組織培養(yǎng)、人工氣候室及植物工廠中也有應(yīng)用。環(huán) 境控制技術(shù)促進(jìn)了植物工廠的產(chǎn)生與發(fā)展，光環(huán)境 調(diào)控是其中的主要因素之一。植物工廠內(nèi)植物的生 長環(huán)境可根據(jù)需要精確控制，多用于綠葉蔬菜的商 業(yè)生產(chǎn)，也有用于番茄、黃瓜、辣椒等的移植（Merrill et al.，2016） 。植物工廠的光環(huán)境最初為試驗(yàn)階段 的高壓鈉燈光源，20世紀(jì)70年代，研究者對植物 工廠中的人工光源進(jìn)行改善，用熒光燈取代了高壓 鈉燈（楊其長和張成波，2005） 。然而傳統(tǒng)的補(bǔ)光 光源都存在發(fā)熱高、能耗高、光譜匹配不精確等不 足，不能完全適用于我國設(shè)施栽培蔬菜生產(chǎn)。 LED燈具有代替?zhèn)鹘y(tǒng)補(bǔ)光燈的潛力，有發(fā)熱 低、壽命長、能量轉(zhuǎn)換效率較高等諸多優(yōu)勢。LED 光源的出現(xiàn)極大降低了植物工廠的能耗。因其光效 提高得非?？欤軌蛱峁┚_的輸出，可以根據(jù)要 求隨時(shí)調(diào)整發(fā)射光譜（波）的長度，被認(rèn)為是溫室 主要的補(bǔ)光光源。迄今為止，已有許多關(guān)于補(bǔ)光光 質(zhì)、光譜、光強(qiáng)、補(bǔ)光時(shí)間及溫度等條件對蔬菜 不同時(shí)期生理指標(biāo)、形態(tài)指標(biāo)及果實(shí)指標(biāo)影響的研 究。對設(shè)施蔬菜進(jìn)行補(bǔ)光，可以不同程度地提前開 花期及采收期，同時(shí)提升品質(zhì)，增加產(chǎn)量。1982年， LED紅光最早被日本三菱公司應(yīng)用于溫室番茄栽 培。LED補(bǔ)光普遍采用有線布置且大多為單一的光 強(qiáng)、時(shí)間等因子控制，存在弊端，有研究者提出以 LED 燈為基礎(chǔ)的無線光環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，如ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)通過遠(yuǎn)程監(jiān)測蔬菜光環(huán)境從而進(jìn)行數(shù)據(jù)采 集和遠(yuǎn)程管理（Ijaz et al.，2012）；分布式無線智能 LED光照度調(diào)控系統(tǒng)采用無線通訊方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī) 對控制終端的開關(guān)調(diào)控、光照度監(jiān)測等（顧梁 等， 2015）。 4 先進(jìn)的溫室光環(huán)境控制系統(tǒng) 近些年來，研究者將計(jì)算機(jī)技術(shù)與光學(xué)原理、 溫室?guī)缀涡螤?、溫室結(jié)構(gòu)材料參數(shù)相結(jié)合，利用仿 真技術(shù)建立了溫室光環(huán)境的計(jì)算機(jī)模擬模型，為溫 室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更新、更簡單的分析手段。有基 于PLC、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、二維模糊控制算法、無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)（WSN） 、力控組態(tài)軟件、智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng) 和復(fù)雜大系統(tǒng)等關(guān)于溫室光照的檢測及調(diào)控系統(tǒng)。 22 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點(diǎn) 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 22 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES PLC，即可編程邏輯控制器，陳景波（2015）研制 了基于PLC的溫室植物生長環(huán)境要素調(diào)控系統(tǒng)，以 檢測到的傳感器實(shí)時(shí)值來控制各調(diào)控模塊的工作， 利用LED補(bǔ)光模塊進(jìn)行補(bǔ)充照明試驗(yàn)。人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)，即依據(jù)人類大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)及思維機(jī)制特點(diǎn)， 構(gòu)建的一種以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)為基礎(chǔ)的信息處理結(jié) 構(gòu)模型。王曦等（2016）研究指出，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的仿真模擬可以精確判斷設(shè)施內(nèi)光環(huán)境的變化，實(shí) 用性強(qiáng)。WSN具有自主網(wǎng)、部署簡單、能耗低、 易于管理等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、傳輸、處 理與控制功能，適于應(yīng)用在溫室環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域。張 校磊和陳俊麗（2017）基于WSN設(shè)計(jì)了一套滿足 不同溫室類型、不同作物需求的溫室光環(huán)境調(diào)控系 統(tǒng)，通過分析溫室光環(huán)境從而實(shí)現(xiàn)紅藍(lán)光的精準(zhǔn)補(bǔ) 光。周益民等（2013）研發(fā)出的基于單片機(jī)的溫室 植物照明系統(tǒng)，通過LED光源配置，實(shí)現(xiàn)了對光 環(huán)境的定量控制。由于傳感器、智能控制器及物聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，植物工廠智能化管控成為可能（楊 其長，2016）。 在我國，研究者首次以光能傳遞理論為基礎(chǔ)， 依據(jù)塑料薄膜的漫射及規(guī)則透射特性，引入光線跟 蹤、蒙特卡羅方和輻射度3種方法建立了雙層充氣 連棟塑料溫室光環(huán)境模型（Chen et al.，2013）。綜 合考慮溫光等環(huán)境條件，劉翔（2015）提出了一種 光環(huán)境目標(biāo)值動(dòng)態(tài)可調(diào)的設(shè)施光環(huán)境監(jiān)測與智能調(diào) 控系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)監(jiān)測的精準(zhǔn)度及調(diào)控性能進(jìn)行 了部署驗(yàn)證。利用計(jì)算機(jī)模擬植株光分布是研究光 照方式對溫室蔬菜光截獲影響較為快速簡潔的方 法，董喬雪等（2005）利用結(jié)構(gòu)模型與輻射度算法 的結(jié)合，模擬了番茄3D葉片上的光截獲及冠層內(nèi) 光分布。如今，對蔬菜作物結(jié)構(gòu)-功能模型的研究 越來越多，de Visser 等（2012）發(fā)現(xiàn)了自然光和人 工光在3D作物模型間的光分布，通過優(yōu)化LED光 源在植物間的位置模擬了節(jié)能光照策略。目前，將 溫室內(nèi)光源裝置與作物三維結(jié)構(gòu)和植物生理結(jié)合起 來的研究仍鮮見報(bào)道。 5 應(yīng)用前景 設(shè)施栽培光環(huán)境調(diào)控是對蔬菜作物所接受光 照的光周期、光強(qiáng)、光質(zhì)和光向進(jìn)行調(diào)節(jié)，其基本 原則是依據(jù)自然光照和蔬菜生長發(fā)育不同階段的需 光特性，定時(shí)、定量、定質(zhì)、定向調(diào)控，此外必須 考慮如溫度、濕度等其他因子的互作。近年來，隨 著人們對先進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的不斷探索，從覆蓋材料、 反光幕、高壓鈉燈、熒光燈到LED燈；從人工到 智能，溫室栽培的光環(huán)境調(diào)控技術(shù)已取得了較優(yōu)成 果，LED照明的控制系統(tǒng)在設(shè)施栽培領(lǐng)域的應(yīng)用 前景已相當(dāng)廣闊。但是，現(xiàn)階段LED照明智能控 制光環(huán)境的應(yīng)用仍存在一些問題和障礙：LED燈 生產(chǎn)成本高；應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不健全；市場競爭不規(guī)范； 壽命不能保證；LED還未能真正取得生產(chǎn)者的認(rèn) 可，其光效在一定程度上還不能完全取代傳統(tǒng)燈 具。設(shè)施栽培產(chǎn)業(yè)作為農(nóng)業(yè)中的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民致 富的主要途徑，設(shè)施內(nèi)的光環(huán)境對蔬菜的生長有 重大影響，調(diào)節(jié)好光環(huán)境是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的首要 條件。 參考文獻(xiàn) 陳國輝，艷玲，宋文龍2004溫室發(fā)展現(xiàn)狀及我國溫室需要解決 的主要問題林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，32（2）：11-12 陳景波2015基于PLC的溫室植物生長環(huán)境要素調(diào)控系統(tǒng)研制 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專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 生長和形態(tài)研究進(jìn)展中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，18（2）：9-18 侯紅英，苗洪利，車豪杰，彭凱平，李穎，孟繼武2006調(diào)光生 態(tài)膜對蔬菜品質(zhì)的影響激光生物學(xué)報(bào)，15（6）：584-587， 593 李承志，廉世勛，張華京，石鵬途，楊煥棟2001光合仿生農(nóng)膜 的作物栽培試驗(yàn)湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，（5）：22-23 李秀啟，李曉琳，李顏，趙玉玲2008黃瓜葉面積測量方法的評 價(jià)長江蔬菜：學(xué)術(shù)版， （6）：71-73 李雅旻，鄭胤建，譚星，潘越，劉厚誠2016不同光質(zhì)補(bǔ)光對番 茄、黃瓜幼苗生長的影響照明工程學(xué)報(bào)，27（5）：68-71 李有，張述景2001日光溫室采光面三效率計(jì)算模式及其優(yōu)化選 擇研究生物數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)，16（2）：198-203 劉持紅，李中立1989大棚黃瓜應(yīng)用反光幕試驗(yàn)上海蔬菜， （2）：23-24 劉文科2016溫室作物L(fēng)ED光環(huán)境調(diào)控方法濟(jì)南：2016年中 國照明論壇半導(dǎo)體照明創(chuàng)新應(yīng)用暨智慧照明發(fā)展論壇 劉翔2015基于光溫耦合的設(shè)施光環(huán)境檢測與智能調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 碩士論文楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué) 馬光恕，廉華，閆明偉2002不同覆蓋材料對大棚內(nèi)番茄生長發(fā) 育的影響吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，27（4）：41-43 馬小平，趙曉民，蔣麗媛2017設(shè)施園藝覆蓋材料選擇分析西 北園藝：綜合版，（3）：55-57 倪紀(jì)恒，羅衛(wèi)紅，李永秀，戴劍鋒，金亮，徐國彬，陳永山，陳春 宏，卜崇興，徐剛2005溫室番茄葉面積與干物質(zhì)生產(chǎn)的模 擬中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，38（8）：1629-1635 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周長吉2012日光溫室采光控制四要點(diǎn)中國農(nóng)機(jī)化導(dǎo)報(bào)， 2012-10-29 周華，陳銘，劉淑娟，李彥強(qiáng)，譚胤靜，余發(fā)新，劉立盤2017 LED光質(zhì)對“余干”辣椒生殖生長和果實(shí)品質(zhì)的影響北方 園藝，（20） ：88-92 周益民，周國泉，徐一清2013基于單片機(jī)的溫室植物L(fēng)ED補(bǔ) 光系統(tǒng)設(shè)計(jì)激光生物學(xué)報(bào)22（3）：214-219 朱靜嫻2012人工補(bǔ)光對植物生長發(fā)育的影響作物研究，26 （1）：74-78 朱育強(qiáng)，袁華，周勝軍，戴丹麗，周萍，陳杰，徐志豪2005 早春設(shè)施內(nèi)平面光照日變化規(guī)律探討浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)， （3） ： 181-183 Boccalandro H，Giordano C，Ploschuk E，Piccoli P，Bottini R，Casal J2012Phototropins but not cryptochromes mediate the blue light- specific promotion of stomatal conductance，while both enhance photosynthesis and transpiration under full sunlightPlant Physiol， 158：1475-1484 Brown C S，Schuerger A C，Sager J C1995Growth and photomorphogenesis of pepper plants under red light-emitting diodes with supplemental blue or far-red lightingJ Am Sic Hortic Sci， 120：808-813 Chen T W，Henke M，Kahlen K，de Visser P，Buck-Sorlin G，Stütze 24 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點(diǎn) 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 24 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES H2013Revealing the relative importance of photosynthetic limitations in cucumber canopySaariselka：FSPM 2013 Proceedings Clapwijk D1981Effect of season and artificial light on the growth and development of young tomatoPlants Acta Hortic，128：61-67 de Visser P H B，Buck-Sorlin G H，van der Heijden G，Buck-Sorlin G W A M2012A 3D model of illumination，light distribution and crop photosynthesis to simulate lighting strategies in greenhouses International Symposium on Light in Horticultural Systems，956： 195-200 Deram P，Lefsrud M G，Orsat V2014Supplemental lighting orientation and red-to-blue ratio of light-emitting diodes for greenhouse tomato productionHortScience，49（4）：448-452 Durieux A1997Effect of additional lighting on the production of vegetable cropsActa Horticulturae，418：33-36 Fukuda N2013Advanced light control technologies in protected horticulture：a review of morphological and physiological responses in plants to light quality and its applicationJournal of Developments in 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