南 方論壇Forum of South China 2019年 7 月上0 引言作為設(shè)施園藝的高級(jí)階段 ，基于植物生理學(xué)需求特性實(shí)施高精度環(huán)境智能控制的發(fā)光二極管 （LED）光源植物工廠發(fā)展迅猛 ，實(shí)現(xiàn)了高精度環(huán)境控制 ，生長過程受自然環(huán)境影響很小1。 與傳統(tǒng)的人工光源相比 ，LED 光源不僅具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率 、 體積小 、壽命長 、響應(yīng)時(shí)間快 、能耗低 、安全性好 、光譜范圍窄等優(yōu)點(diǎn)2-3， 而且光譜易于調(diào)控和組合 ， 可以實(shí)現(xiàn)植物光合作用吸收峰和LED 光源光譜的完全吻合4。已有研究表明 ，不同波長的光在植物的光合作用中對(duì)其生長發(fā)育具有不同的作用 ，而植物吸收率最高的波段為 400520nm 以及 610720nm5-6。 光不僅是植物生長和發(fā)育的重要環(huán)境因素 ，也是調(diào)節(jié)植物光合作用 、物質(zhì)代謝及基因表達(dá)的重要信號(hào)7。 植物主要吸收紅光和藍(lán)光 ，紅藍(lán)光的組合可以滿足大部分蔬菜的生長狀況 ，顯著提高碳水化合物含量 。 因此 ，紅藍(lán)光對(duì)作物生長的影響研究一直受到極大的關(guān)注8-10。四季小白菜 ，南北各地均有分布 ，在我國栽培十分廣泛 ，是含礦物質(zhì)和維生素最豐富的蔬菜之一11。 根據(jù) LED 光源的紅藍(lán)光配比 ，陳祥偉等認(rèn)為紅 /藍(lán) （7/1）光有利于提高小白菜的光合作用12， 余雪輝等研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)光比例較高的 LED 光照條件能顯著促進(jìn)小白菜的表型生長 ，并能增強(qiáng)對(duì)蔬菜病毒病的抵御能力 ，可有效促進(jìn)植株生長 ，提高其產(chǎn)量13；王婷等研究表明 ，復(fù)配光質(zhì)有利于不結(jié)球白菜的生長 ，而且相對(duì)單一光質(zhì)處理 ，能提升不結(jié)球白菜葉綠素的含量 ， 同時(shí)在紅藍(lán)光基礎(chǔ)上添加一定量的黃光有利于植株光合色素的積累14；周成波等發(fā)現(xiàn)在白光的基礎(chǔ)上同時(shí)補(bǔ)充紅 、 藍(lán)光可增強(qiáng)小白菜葉片光系統(tǒng) II 中心活性 ， 提高光合性能 ，有利于小白菜干物質(zhì)的積累和對(duì)光能的利用15。 截至目前 ，研究多集中于紅藍(lán)光比例對(duì)小白菜的生長狀況的影響 ， 關(guān)于不同波段的光譜對(duì)水培小白菜生長及品質(zhì)的影響研究較少 。本文以熒光粉激發(fā)型 LED 為人工光源 ， 在自制的水培裝置上 ，開展相關(guān)試驗(yàn)研究 LED 設(shè)定藍(lán)光波段 （455nm）固定不變 ，在相同功率輸出條件下 ， 探討不同紅光波段對(duì)水培小白菜生長發(fā)育及其品質(zhì)的影響 ， 希望為人工光型植物工廠水培小白菜提供技術(shù)支撐以及專用色膜的研究提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù) 。1 試驗(yàn)材料及方法1.1 材料 、處理與試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于 2018 年 6 月至 2018 年 8 月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)樓南 218 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行 。 試驗(yàn)小白菜的品種為 “黃金四季奶油小白菜 ”，種子由江西省豐城市豐城種業(yè)有限公司提供 。 種子經(jīng)催芽露白后移栽海綿塊中 （2.5cm×2.5cm×2.5cm），并置于不同光譜組合的 LED 植物生長燈下進(jìn)行水培種植 ，光照的周期為 12h/d。 營養(yǎng)液采用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)營養(yǎng)液配方和山崎小白菜營養(yǎng)液標(biāo)準(zhǔn)單位配方 。 每日定時(shí)用 pH 值檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)水體 pH 值 ， 并用pH4.00 領(lǐng)苯二甲酸氫鉀和 pH9.18 四硼酸鈉 pH 緩沖劑 ，穩(wěn)定 pH為 6.06.3。 實(shí)驗(yàn)環(huán)境空氣溫度在明期為 （25±2），暗期為 （22±2），空氣相對(duì)濕度為明期 （70±5）%，暗期為 （60±5）%，水溫為（24±2）；移栽后 25d，試驗(yàn)小白菜成熟并收獲 。水培裝置由角鋼自行設(shè)計(jì)搭建 ，一套設(shè)備共有四層 ，底層放置儲(chǔ)水箱 ，其余三層每層放置三根開好種植槽的 PC 管 ，通過水管 、泵和 PC 管連接實(shí)現(xiàn)各層之間的水和營養(yǎng)液的循環(huán) 。 水培裝置如圖 1 所示 。LED 紅藍(lán)組合光譜對(duì)水培奶油小白菜生長及品質(zhì)的影響*譚寧寧1， 蔣 蘋1，2， 彭永康1， 廖 杰1， 朱靜妍1， 宋城業(yè)1， 黃艷紅1（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 ，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心 ，湖南 長沙 410128）摘 要 ：在設(shè)施水培條件下 ，以黃金四季奶油小白菜為試驗(yàn)材料 ，LED 燈為人工光源 ，自然光為對(duì)照 ，研究不同光譜 LED 植物光燈的紅藍(lán)光波段組合對(duì)黃金四季奶油小白菜生長參數(shù)的影響 ，為植物工廠水培小白菜提供人工補(bǔ)光數(shù)據(jù)支撐 。 試驗(yàn)設(shè)定為藍(lán)光 （455nm）相對(duì)光譜固定不變 ，紅光相對(duì)光譜分別為 T1(7.53%)、T2（15.40%）、T3（30.28%）條件下的生長速度及品質(zhì) 。 結(jié)果表明 ，紅光相對(duì)光譜為30.28%時(shí)試驗(yàn)組小白菜的菜葉長度 、株高 、蛋白質(zhì)以及葉綠素含量均顯著高于其他處理 ，30.28%的紅光相對(duì)光譜可作為水培小白菜的適宜光配合 。關(guān)鍵詞 ：水培 ；小白菜 ；LED 燈 ；紅藍(lán)光波段中圖分類號(hào) ：S123；S636.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ：A 文章編號(hào) ：1672-3872(2019)13-0010-03Effect of LED Red and Blue Combination Spectrum on the Growth and Quality ofHydroponic Butter White CabbageTAN Ningning1, JIANG Pin1,2, PENG Yongkang1,LIAO Jie1,ZHU Jingyan1,SONG Chengye1,HUAN Yanhong1(1. College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128;2.Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha, Hunan 410128,China)abstract: Under the condition of hydroponic culture, the golden four seasons butter cabbage was used as the experimental material, the LEDlight was the artificial light source, and the natural light was used as the control. The effect of the combination of the red and blue light bandsof different spectral LED plant lights on the growth parameters of the golden season white cabbage was studied. Provide artificial light supple-ment data support for hydroponic cabbage in plant factories. The experimental setting was such that the relative spectrum of blue light (455nm) was fixed, and the relative spectra of red light were T1 (7.53%), T2 (15.40%), and T3 (30.28%), respectively. The results showed that theleaf length, plant height, protein and chlorophyll content of the Chinese cabbage were significantly higher than other treatments when the rel-ative spectrum of red light was 30.28%. The relative fluorescence of 30.28% red light can be used as a suitable light for hydroponic pakchoi.key words: Hydroponics; Chinese cabbage; LED light; Red blue light band基金項(xiàng)目 ：湖南省科技廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 （2016NK2117），國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目 （G(S)CX1713）作者簡介 ：譚寧寧 （1996），男 ，廣東茂名人 ，本科 ，研究方向 ：設(shè)施農(nóng)業(yè) 。通訊作者 ：蔣蘋 （1970），男 ，四川古藺人 ，博士 、教授 ，博士生導(dǎo)師 ，研究方向 ：農(nóng)業(yè)機(jī)械智能控制 。10（下轉(zhuǎn)第 14 頁 ）Forum of South China南方論壇2019 年 7 月上1.萬向輪和定向輪 ；2.儲(chǔ)水箱 ；3.營養(yǎng)液配比裝置 ；4.PC 管 ；5.定植孔 ；6.全光譜 LED 燈 ；7.觸摸屏 ；8.角鋼支架 ；9.控制箱 。圖 1 水培裝置實(shí)驗(yàn)以自然光為對(duì)照 （CK），設(shè)置 3 個(gè)實(shí)驗(yàn)處理組 ，選用 3 種藍(lán)光 （455nm）相對(duì)光譜固定不變 ，只對(duì)紅光發(fā)射相對(duì)光譜分別設(shè)定為 T1（7.53%）、T2（15.40%）、T3（30.28%）。 試驗(yàn)選用產(chǎn)品型號(hào)為 PS-T5RG18W 的 LED 植物燈對(duì)小白菜進(jìn)行補(bǔ)光 ，水培設(shè)備從上到下每層的種植管上方固定兩條功率均為 18W 的 LED 植物生長燈 ， 分別設(shè)定為 T1、T2 和 T3 實(shí)驗(yàn)處理組 。 使用 SPIC-200Aw/BW 型 LED 光譜分析儀分別在距燈管正下方 25cm 處測(cè)各層光量子密度 （PPFD）。 表 1 為燈光試驗(yàn)處理及其參數(shù) ；圖 2、圖 3 和圖 4 為 T1、T2 和 T3 處理 LED 絕對(duì)光譜圖 。表 1 燈光試驗(yàn)處理及其參數(shù)處理 備注CK -光量子通量密度（PPFD）/mol/m2/s-T1 紅偏藍(lán)少紅 LED4.2059e9mol/m2/sT2 3.3875e9mol/m2/s 紅偏藍(lán) LEDT3 5.7027e9mol/m2/s 藍(lán)偏紅 LED紅光光譜發(fā)射峰位置 /nm-660620650注 ：“-”表示不存在 。圖 2 T1 處理 LED 絕對(duì)光譜圖圖 3 T2 處理 LED 絕對(duì)光譜圖圖 4 T3 處理 LED 絕對(duì)光譜圖1.2 實(shí)驗(yàn)方法試驗(yàn)共設(shè) 3 個(gè)處理 ，2018 年 6 月 28 日對(duì)種子進(jìn)行浸種 、催芽后 ，于 2018 年 7 月 2 日采用定植海綿育苗 ，種子出苗后 ，分別在光源垂直距離 25cm 處用 T1、T2、T3 處理作為植物光照 ， 光照時(shí)長為 12h/d。 2018 年 7 月 5 日將小苗分組定植至水培種植槽內(nèi) ，并保持營養(yǎng)液濃度為 1500±100us/cm，水泵的工作時(shí)間設(shè)定為開 20min 關(guān) 20min。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)總共有 6 套裝置 ，為消除實(shí)驗(yàn)誤差 ，數(shù)據(jù)測(cè)量取所有組裝置數(shù)據(jù)平均值 。1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及處理定植后每天對(duì)各組的菜葉數(shù) 、 菜葉長度和株高分別進(jìn)行測(cè)量記錄 。測(cè)量工具為精確度 1mm 刻度尺 。菜葉數(shù)以除假葉外自然開展的葉片數(shù)為準(zhǔn) ， 菜葉長度以同一株小白菜各片菜葉的最大長度之和的平均值為準(zhǔn) ， 株高測(cè)量植株從定植籃頂部至植株最高處的垂直高度 。 2018 年 7 月 28 日進(jìn)行最后一次采集數(shù)據(jù) 。2018 年 8 月 3 日 ，每個(gè)處理組取 3 株小白菜 ，用于測(cè)量葉綠素含量 （包括葉綠素 a、葉綠素 b），葉綠素采用可見光光分度法測(cè)定16，已知葉綠素 a 和葉綠素 b 在 645nm 和 663nm 處有最大吸收 ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算得葉綠素含量 ，包括葉綠素 a、葉綠素b（公式略 ）；以蒸餾水提取小白菜植物蛋白 ，加入考馬斯亮藍(lán) G-250 染色 ， 將染色后的提取液在 595nm 下進(jìn)行比色以測(cè)定并計(jì)算植物蛋白含量17。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2010 軟件處理和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) ，用 SPSS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析 ，并運(yùn)用 Duncan 檢驗(yàn)法對(duì)顯著性差異 （PT1（0.066a）>T2（0.061a），可以發(fā)現(xiàn) T3（相對(duì)紅光光譜為 30.28%） 處理組植物蛋白明顯高11于 其他處理 ， 表明 LED 對(duì)水培奶油小白菜進(jìn)行補(bǔ)光可以提高植物蛋白含量 ，增加光合產(chǎn)物的積累 。由表 4 可知 ， 不同光譜光照處理對(duì)小白菜葉綠素合成差異顯著 ，在葉綠素總含量 、葉綠素 a 和葉綠素 b 的含量上以 T3 處理最高 ，表明提高紅光的比例可以促進(jìn)葉綠素的合成 。 在葉綠素a/b 上 ，T1 處理最高 ，說明降低紅光的比例 ，可以顯著提高小白菜葉綠素 a/b 的值 。表 4 不同光譜光照處理對(duì)小白菜葉綠素合成的影響 (平均值 ±標(biāo)準(zhǔn)差 )處理 葉綠素 a/bCK 1.81±0.07b葉綠素 b/（mg/g）1.72±0.03cT1 2.06±0.01a1.79±0.01bT2 3.11±0.07a1.48±0.03cT3 3.07±0.03a1.74±0.02b葉綠素總含量 /（mg/g）4.79±0.08d5.50±0.02c7.74±0.08b8.43±0.01a葉綠素 a/（mg/g）3.71±0.01c4.63±0.01b5.36±0.02a3.04±0.06d注 ： 同列不同小寫字母表示處理間在 0.05 水平上差異顯著性 。3 結(jié)論與展望試驗(yàn)表明 ，使用高溫固相法制成的波段為 （600655nm）的紅色熒光粉和商用藍(lán)光芯片 （455nm）組合封裝的 LED 光源 ，可以顯著提高水培小白菜的生長狀況 。 在本試驗(yàn)中 ，30.28%的紅光相對(duì)光譜為最佳光譜組合 。 人工光源的選擇及光譜的配比直接影響無土栽培植物的生長狀況 ， 使用最佳的熒光粉激發(fā)型 LED 燈應(yīng)用于水培小白菜 ，不僅可以提高小白菜的生長速度及質(zhì)量 ，還可以顯著降低能耗 。 本試驗(yàn)為人工光型植物工廠水培小白菜提供了有效的數(shù)據(jù)支撐及解決方案 。參考文獻(xiàn) ：1 LED 植物光質(zhì)生物學(xué)與植物工廠發(fā)展 J.科技導(dǎo)報(bào) ，2014，32(10)：25-28.2 朱繼亦 ，任建偉 ，李葆勇 ，等 .基于 LED 的光譜可調(diào)光源的光譜分布合成 J.發(fā)光學(xué)報(bào) ，2010，31(6)：882-887.3 謝景 ，劉厚誠 ，宋世威 ，等 .光源及光質(zhì)調(diào)控在溫室蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展 J.中國蔬菜 ，2012(2)：1-7.4 趙啟蒙 .用于植物生長補(bǔ)光的 LED 照明系統(tǒng)研究 D.上海 ：復(fù)旦大學(xué) ，2012.5 Chory J，Wud Y.Weaving the complex web of signal transductionJ.Plant Physiology，2001，125：77-806 潘瑞熾 ，王小菁 ，李娘輝 .植物生理學(xué) M.北京 ：高等教育出版社 ，2006：62-637 Demotes-Mainard S, Péron T, Corot A, Bertheloot J, Le Gourrierec J, Pelleschi-Travier S, Crespel L, Morel P, Huché-Thélier L, Boumaza R, Vian A, Guérin V, Leduc N, Sakr S (2016).Plant responses to red and far-red lights, applications in horticulture. Environ Exp Bot 121, 421.8 王忠 植物生理學(xué) M北京 ：中國農(nóng)業(yè)出版社 ，2011.9 余意 ，楊其長 ，劉文科 .LED 紅藍(lán)光質(zhì)對(duì)三種蔬菜苗期生長和光合色素含量的影響 J.照明工程學(xué)報(bào) ，2015，26(4)：107-110.10 王麗偉 .紅藍(lán)光質(zhì)對(duì)番茄碳氮代謝和果實(shí)品質(zhì)的影響機(jī)制研究與應(yīng)用 D.北京 ：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 ，2017.11 侯喜林 .不結(jié)球白菜育種研究新進(jìn)展 A.中國園藝學(xué)會(huì) 、中國農(nóng)科院蔬菜花卉所 .全國蔬菜遺傳育種學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集C.中國園藝學(xué)會(huì) 、中國農(nóng)科院蔬菜花卉所 ：中國園藝學(xué)會(huì) ，2002：8.12 陳祥偉 ，劉世琦 ，劉慶 ，等 .不同 LED 光源對(duì)小白菜生長及光合特性的影響 J.北方園藝 ，2013(22)：1-4.13 余雪輝 ，王巧彬 ，曾偉龍 ，等 .LED 光質(zhì)對(duì)小白菜生長特性及產(chǎn)量的影響 J.安徽農(nóng)學(xué)通報(bào) ，2017，23(24)：49-52.14 王婷 ，李雯琳 ，鞏芳娥 ，等 .LED 光源不同光質(zhì)對(duì)不結(jié)球白菜生長及生理特性的影響 J.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ，2011，46(4)：69-73.15 周成波 ，張旭 ，崔青青 ，等 .LED 補(bǔ)光光質(zhì)對(duì)小白菜生長及光合作用的影響 J.植物生理學(xué)報(bào) ，2017，53(6)：1031-1038.16 Tripathy B C,Brown C S. Root -shoot interaction in thegreening ofwhat seedings grown under red light J.Plant Physiology, 107:4041.17 余意 ，楊其長 ，劉文科 .弱光條件下光質(zhì)與連續(xù)光照對(duì)水培生菜生長與品質(zhì)的影響 J.照明工程學(xué)報(bào) ，2016，27(2)：103-106.南方論壇Forum of South China 2019年 7 月上圖 4 軸向運(yùn)動(dòng)梁的速度隨無量綱軸向激勵(lì)變化分岔圖3 結(jié)論基于 Galerkin 法通過 MATLAB 振動(dòng)工具箱對(duì)受軸向激勵(lì)兩端簡支梁橫向振動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬和分析 ，運(yùn)動(dòng)梁在軸向激勵(lì)的作用下發(fā)生橫向振動(dòng) ， 系統(tǒng)的振幅和非線性固有頻率都隨時(shí)間變化 。 非線性固有頻率遠(yuǎn)離線性固有頻率 ，并且以平穩(wěn)的方式接近線性值 ，振動(dòng)隨著激勵(lì)頻率增加周期運(yùn)動(dòng)與混沌運(yùn)動(dòng)交替現(xiàn)象 。參考文獻(xiàn) ：1 趙慧 ，張紅梅 .數(shù)值分析方法在機(jī)械振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用 J.南方農(nóng)機(jī) ，2018，49(12)：137.2 楊曉東 ，唐有綺 ，戈新生 .軸向運(yùn)動(dòng) Timoshenko 梁固有頻率的求解方法研究 J.機(jī)械強(qiáng)度 ，2009，31(2)：208-210.3 陳以田 .軸向運(yùn)動(dòng)屈曲梁非線性振動(dòng)研究 J.西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ，2014，34(4)：280-286.4 嚴(yán)巧赟 .軸向加速運(yùn)動(dòng)黏彈性梁橫向非線性振動(dòng)分岔與混沌D.上海 ：上海大學(xué) ，2014.（上接第 11 頁 ）14