冠層內(nèi)補(bǔ)光技術(shù)

冠層內(nèi)補(bǔ)光技術(shù)是把LED放置于植物冠層內(nèi)部，最大程度地垂直葉面照射較大冠層體積的技術(shù)。該技術(shù)適宜于冠層濃密，生產(chǎn)活力高的作物生產(chǎn)，如玫瑰花等。該技術(shù)適合用360°照射LED燈。電補(bǔ)光消能可占到溫室總體能耗的很大比例。因此，Gomez等(2013)試驗(yàn)研究比較了補(bǔ)光與不補(bǔ)光條件下長蔓番茄的生產(chǎn)差異，并評(píng)估2種不同光照位置+光源類型（傳統(tǒng)高壓鈉燈冠層上部補(bǔ)光、LED冠層內(nèi)部補(bǔ)光塔)對2種番茄品種的幾種生產(chǎn)參數(shù)、能量消耗參數(shù)的影響。結(jié)果表明，與不補(bǔ)光對照相比在冬夏季生產(chǎn)期無論是哪種補(bǔ)光位置+光源類型，補(bǔ)光可誘導(dǎo)2種番茄早結(jié)果，增加節(jié)數(shù)和果實(shí)數(shù)、總果實(shí)鮮重。而且，不同補(bǔ)光處理間無生產(chǎn)力差別。

能源消耗評(píng)價(jià)表，LED冠層內(nèi)部補(bǔ)光塔補(bǔ)光果實(shí)生物量形成所用的電能轉(zhuǎn)換效率比傳統(tǒng)高壓鈉燈冠層上部補(bǔ)光高75％。因此，生長在高壓鈉燈冠層上部補(bǔ)光下的每個(gè)果實(shí)光照成本比LED冠層內(nèi)部補(bǔ)光塔補(bǔ)光下的高出403％。即使沒有果實(shí)產(chǎn)量的增加，LED補(bǔ)光的顯著性能的優(yōu)勢是可取的。

傳統(tǒng)冠層上部照明有利于可控環(huán)境里高密度栽培作物群上部葉片層的發(fā)育以最大化獲得射入頂部的光照。冠層下層植被的下部葉片相互遮陰嚴(yán)重限制了生產(chǎn)力和平展型作物產(chǎn)量。冠層內(nèi)照明削減了葉片相互遮蔭對稠密、營養(yǎng)生長豇豆的影響，其原因是下層植被持續(xù)光貫穿食葉作物發(fā)育的整個(gè)過程。

對冠層頂部照光系統(tǒng)，下部植被的PPF經(jīng)過35d的生長后減少到初始值的1% 。整個(gè)50d的生育期內(nèi)豇豆冠層內(nèi)照光PPF維持在初始值左右。輻射的光譜分布在冠層發(fā)育過程中依舊保持相對恒定。

在冠層頂部光照系統(tǒng)，下部植被中紫光和藍(lán)光輻射減少了初始值的60％。輻射環(huán)境穩(wěn)定性推遲了葉片衰老超過27d，而冠層頂部光照系統(tǒng)內(nèi)部葉片在16d開始泛黃。冠層內(nèi)照明植物群每單位電能消耗生產(chǎn)了冠層頂部照明2倍的可食生物量（Frantz等，2000)。該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)可控環(huán)境里稠密作物群冠層生產(chǎn)潛力時(shí)全方位光照的重要性。

Ciolkosz等(2001)研究了補(bǔ)光設(shè)計(jì)需要考慮事項(xiàng)，即光源選擇和布置對光強(qiáng)均勻性的影響。計(jì)算機(jī)模擬光量子流被用來測定光源選擇和間隔對溫室的中心到周邊均勻性的影響。兩種設(shè)計(jì)參數(shù)（光源間隔與安裝高度之比除以間隔標(biāo)準(zhǔn))和面積比率（每個(gè)光源溫室面積除以間隔標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間平方，再除以間隔標(biāo)準(zhǔn))被建立起來用以決定光水平均勻性的可能指標(biāo)。溫室中心的均勻性被認(rèn)為是光照設(shè)計(jì)面積比例的作用。

植物可大致分為耐蔭和避蔭植物。避蔭反應(yīng)綜合癥(SAS)是避蔭植物在感受到周圍其他植物的存在后，為了最大限度地獲得光能而誘導(dǎo)的一系列形態(tài)及生理變化。對于單個(gè)植株，避陰反應(yīng)是一種生態(tài)適應(yīng)的表現(xiàn)，是有利于其物種延續(xù)的。然而，大多數(shù)農(nóng)作物也是避陰植物。對于高密度種植的作物，避陰反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致能量的重新分布而造成作物減產(chǎn)。

平展葉片作物高密度栽培產(chǎn)生了相互遮陰的問題，所以，植物冠層的上部葉片遮蔭下部葉片，降低了作物整體生產(chǎn)力。為了解決栽培室中這一問題，頂部燈具群的光強(qiáng)需要增加，但這既不經(jīng)濟(jì)又無效。使用體積小、低功率燈具安裝在三維空間栽培豇豆生長在燈具周圍的技術(shù)，稱為冠層內(nèi)照明技術(shù)（Frantz等，1988)。此技術(shù)可照明植物群內(nèi)部部分并保持冠層多數(shù)葉片具有生產(chǎn)力。比較冠層內(nèi)照射和高強(qiáng)度頂部燈具照射表明，生產(chǎn)力相似情況下節(jié)省75％的光能。隨后，研究了高密度植物種植提高生產(chǎn)力的相關(guān)變量，包括燈具方向、總光能、光周期、C02濃度。冠層內(nèi)照明具有可控環(huán)境內(nèi)栽培作物顯若降低能源消耗的潛力(Frantz等，1998)。

可控環(huán)境內(nèi)作物生產(chǎn)中一個(gè)主要的能耗就是光照。減少能耗已有的方法通過有效地管理非再生能源可降低作物生產(chǎn)的環(huán)境負(fù)效應(yīng)（Frantz等，1997），冠層內(nèi)照明通過多層低功率燈具照射下部葉片，通常下部葉片在實(shí)施頂部照明時(shí)被遮擋。

（落地）垂直側(cè)面補(bǔ)光技術(shù)

側(cè)面補(bǔ)光和冠層補(bǔ)光是新興的溫室補(bǔ)光方式，可以彌補(bǔ)頂部補(bǔ)光的不足之處。頂補(bǔ)光時(shí)因大部分光線被最上部葉片截住，使溫室高大蔬菜受光上下均勻，低矮位置的葉片接收到的光照比上部葉片明顯減少，對凈光合作用和產(chǎn)量的促進(jìn)作用大打折扣。

研究表明，整個(gè)冠層均勻分布的照射對植物有益，每片葉獲得的光量都應(yīng)在光補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)之間(Hovi等，2006)，增加冠層內(nèi)穿透的自然光能提高產(chǎn)量(Aikman，1989)。部分側(cè)面補(bǔ)光代替頂部補(bǔ)光在一定程度上能提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，可能是由于頂部補(bǔ)光方式不能充分利用光合作用獲得能量(Gunnlaugsson和Adalsteinsson，2006)，而側(cè)面垂直補(bǔ)光增加了垂直光的分布，使低矮葉片具有積極的同化作用，葉片更有效地利用補(bǔ)光光源。

50％熒光燈側(cè)面補(bǔ)光代替高壓鈉燈頂部補(bǔ)光，與完全高壓鈉燈頂部補(bǔ)光相比，提高了黃瓜品質(zhì)(Heuvelink等，2006)。用25％高壓鈉燈側(cè)面補(bǔ)光代替頂部補(bǔ)光與完全高壓鈉燈頂部補(bǔ)光相比，黃瓜總果質(zhì)量、第一級(jí)果質(zhì)量、果實(shí)數(shù)、果實(shí)大小以及第一級(jí)果的百分率等都增加(Hovi等，2004)。

用22％和45％高壓鈉燈側(cè)面補(bǔ)光代替頂部補(bǔ)光，番茄品種Espero在45％側(cè)面補(bǔ)光下產(chǎn)量最高(Gunnlaugsson和Adalsteinsson，2006)，完全高壓鈉燈頂部補(bǔ)光產(chǎn)量最低。用50％高壓鈉燈側(cè)面補(bǔ)光代替頂部補(bǔ)光，與完全高壓鈉燈頂部補(bǔ)光相比(Hovi等，2006)，不僅提高了甜椒產(chǎn)量，還使光合光子通量(PPf)提高了14％，證實(shí)了當(dāng)側(cè)面補(bǔ)光和頂部補(bǔ)光共同進(jìn)行時(shí)能增加甜椒的光合能力。與完全高壓鈉燈頂部補(bǔ)光相比，24％和48％高壓鈉燈側(cè)面補(bǔ)光提高了黃瓜產(chǎn)量(一級(jí)果的質(zhì)量均提高了15％)和全年光能利用率（分別提高了0.4％、3.1％)(Hovi和Tahvonen，2008)，且增加了果皮總?cè)~綠素含量（分別增加了8％、16％)，還延長了春季黃瓜采后貨架期，側(cè)面補(bǔ)光所占的比例越大，越能提高品質(zhì)。

由于LED燈低發(fā)熱、低壓及堅(jiān)固性等優(yōu)點(diǎn)，而且補(bǔ)光燈在形狀、長度上不受局限，使其特別適用于側(cè)面補(bǔ)光合和冠層補(bǔ)光，38％的LED燈(80％紅、20％藍(lán))側(cè)面補(bǔ)光與62％的高壓鈉燈頂部補(bǔ)光組合及100％高壓鈉燈相比，黃瓜的葉面積、葉干質(zhì)量分配比例及低層（第三、第四層）葉總光合能力均顯著提高了23.4％、5.0％和36.1％（第三層）(Govert等，2010)。Massa等(2005b;2006)研發(fā)了一種組合式LED照明陣列(Array)，該光源系統(tǒng)可作為整體懸掛光源，可用于側(cè)面補(bǔ)光或冠層補(bǔ)光。

立體多層照明系統(tǒng)

立體多層栽培是溫室生產(chǎn)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。在單位面積土地上進(jìn)行兩層以上的植物垂直生產(chǎn)，土地利用效率成倍提高。因立體多層栽培植物截獲太陽光不足（主要頂層以下的植物）需要補(bǔ)光，多層照明系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。一般以燈條LED補(bǔ)光為主，配以自動(dòng)控制系統(tǒng)。