“白光”之谜 – 绿光能否更深入地穿透冠层?我们的植物专家为您解答。

为了优化温室或垂直农场中的植物生长,光或许是最重要的考虑因素。在这类园艺环境中,当自然日光不足或无日光时,可借助人工照明。关于适用于作物种植的特定光谱(即白光、绿光或广谱光)有一些不解之谜。本文是采访系列的首篇报道,我们邀请 昕诺飞 的植物专家 Esther de Beer 来一一解答关于白光的谜题。在首次采访中,我们提出了以下问题:绿光能否更深入地穿透冠层?

我们的 LED 植物生长灯和太阳光有什么区别?

阳光中的红光、绿光、蓝光和远红光大致等量。昕诺飞 的 LED 照明解决方案可提供不同颜色的光照组合,旨在促进植物生长和优化能效。LED 照明产品的优点之一是可以定制光谱。不同的作物需要不同的光谱,但我们的大部分光谱中的绿光相对较少。关于白光和绿光有几个误区,例如绿光可更深入地穿透冠层,促进植物生长。

为什么人们认为绿光能更深入地穿透冠层?

植物呈现绿色,因为植物叶子会反射部分绿光。因此绿光能更深入地穿透冠层似乎有理可循。为了对此谜题展开调查,我们对作物冠层进行了几次测量,获得了一些出乎意料的结果。

到目前为止,许多研究人员已经测量了单叶的光学特性。众所周知,光可被树叶吸收、反射或透射。根据单叶的测量数据发现,绿光的吸收率约为 80%,而蓝光和红光的吸收率更高,约为 90%。此外,大约 10% 的绿光可穿透叶片,而仅百分之几的红光和蓝光可穿透叶片,远红光的吸收率也非常低。由此看来,绿光比红光和蓝光的穿透力更强这一说法似乎是正确的。

然而,测量单片叶子得出结论不具代表性,在更繁茂的叶片冠层中的光传输非常复杂。为了了解光谱和光强通过冠层时如何变化,我们决定采取一种实用的方法,测量商用温室内植物冠层不同高度上的光谱。

绿光在实际的植物冠层中是否有不同表现?

首先观察图 1。我们测量了玫瑰冠层三个不同高度的光照情况(于 2018 年 Delphy Improvement Center 的温室中测量)。首先,蓝线显示了光量和在作物上方测量的光谱分布(即太阳光谱)。之后,我们测量冠层中部(红线),最后测量冠层的底部,也就是玫瑰采收的位置(灰线)。

在玫瑰冠层的三个不同高度测量的光

图 1. 在玫瑰冠层的三个不同高度测量的光照

我们首先注意到,随着作物位置降低,光合有效辐射照度(PAR 光,400-700 纳米范围内的波长)急剧下降。事实证明,作物可吸收 95% 的 PAR 光。其次我们发现,远红光(700-800 纳米范围内)的强度下降幅度小得多。这可以从 700 纳米以上波长的低部叶片吸收率和高透射率中预测得出。遗憾的是,仅通过这张图表,仍然难以判断绿光(500-600 纳米范围内)是否比红光和蓝光能更深入地穿透冠层。

您如何进一步研究绿光能否更深入地穿透冠层?

为了更深入地研究此问题,我们观察了 PAR 光中不同颜色光的相对光量。如图 2 所示,绿色柱状条表示 PAR 灯中绿光的相对量。在冠层顶部,26% 的 PAR 光(400-700 纳米)处于绿光范围内。如果绿光更深入地穿透冠层,绿色柱状条会上升,但它并未变化。

PAR 光中红光和绿光的相对光量

图 2 PAR 光中红光和绿光的相对光量

然而,真正变化的是红光和远红光之比。我们回顾图 1 中冠层顶部的光照,红光和远红光(700-800 纳米范围内)的光量大致相等,当冠层高度下降,该比率变化相当显著,这意味着远红光含量在逐渐增加。

这只是玫瑰冠层的测量结果,那么其他作物的绿光也是如此吗?

2020 年,瓦格宁根大学和布莱斯韦克研究中心对温室番茄作物同样开展了这项试验。结果如图 3 所示,这些测量结果与玫瑰冠层的测量结果相似,只是冠层的观测间隔缩小为 50 厘米。结果同样显示:绿光与 PAR 的比率在冠层各高度保持不变,而红光与远红光的比率发生变化。

在玫瑰和番茄作物中,大部分 PAR 光被作物吸收。小部分“不受叶片阻碍”而穿透冠层。正是这少量的光带来惊人的发现:在冠层底部,绿光与红光和蓝光的含量相等。 

在番茄冠层不同高度测得的光照

图 3 在番茄冠层不同高度测得的光

然而,真正变化的是红光和远红光之比。我们回顾图 1 中冠层顶部的光照,红光和远红光(700-800 纳米范围内)的光量大致相等,当冠层高度下降,该比率变化相当显著,这意味着远红光含量在逐渐增加。

那么,这个关于绿光能更深入地穿透作物的说法,究竟是真是假?

我们推翻了这个说法,上述结果非常清楚地表明,与红光或蓝光相比,绿光不会更深入地穿透冠层。绿光与 PAR 光的比率在冠层不同高度是恒定的,因此绿光不会被冠层吸收,也不会更深入地穿透作物。此外,我们还可以得出结论,红光与远红光的比率随冠层高度降低而显著降低。这些试验清楚地显示,远红光是唯一比其他颜色更能深入穿透冠层的光。

Esther de Beer

Esther de Beer 是 飞利浦 园艺照明 LED 解决方案植物专家团队的经理。她负责研究如何让 LED 植物生长灯更高效。在此系列文章中,她介绍了有关白光的事实和误解,以及人们如何通过研究来证明哪种光谱可以促进作物良好生长。

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