新型光谱拆分技术优化温室屋顶栽培环境并提升作物生产力

针对温室农业中光环境调控不足导致作物光合效率低下的问题，普洱大学茶咖学院团队创新性地将光谱拆分技术(S-ST)整合至曲面玻璃温室屋顶(GMR)，通过选择性传输红(650 nm)、蓝(450 nm)和远红光(735 nm)波段，显著降低参考蒸散量(ET0)达47%，使甘薯和花生产量分别提升36.7%和23.6%，同时改善可溶性糖、蛋白质等品质指标，为都市农业提供可扩展的可持续解决方案。

　　

在城市化进程加速和气候变化加剧的背景下，如何实现农业生产的可持续发展成为全球性难题。传统温室虽能调控温度湿度，但对光质的精准控制始终是技术瓶颈——植物只能利用太阳光中约10%的光合有效辐射(PAR)，而不同波段光线对作物生长的影响差异显著：红光促进光合器官发育，蓝光调控气孔开闭，远红光则通过光敏色素影响开花与茎秆伸长。更棘手的是，过度遮光会降低产量，而全光照又导致水分过度蒸散，这种两难境地严重制约着都市农业的发展。

普洱大学茶咖学院的研究团队独辟蹊径，将原本用于光伏发电的频谱拆分技术(S-ST)嫁接到农业领域。他们设计出特殊的玻璃覆盖多层薄膜(GMR)温室屋顶，这种结构能像"光学筛子"般精准分离阳光：允许对植物生长最有效的红、蓝、远红光穿透，同时反射其余波段用于发电。为验证效果，团队在安徽阜阳建立对比试验场，设置GMR、普通玻璃温室(GR)和露天栽培(CK)三组处理，以甘薯和花生为模式作物展开为期6个月的系统研究。

研究采用三大关键技术：1) 基于FAO标准的作物蒸散量(ET_c=K_c×ET₀)测算体系；2) 多层薄膜光谱特性检测(450±30 nm蓝光/650±30 nm红光/735±30 nm远红光透射)；3) 作物形态与品质分析(茎长测量、块根计数、凯氏定氮法测蛋白含量等)。通过环境传感器网络持续监测温湿度、辐射等参数，结合方差分析(ANOVA)和Tukey事后检验进行数据解析。

3.1 作物蒸散量变化

GMR展现出惊人的节水潜力：相比GR和CK，参考蒸散量(ET₀)分别降低25%和47%。八月正午时分，CK组太阳辐射达227 W/m²时，GMR仅103 W/m²，形成天然的"光学遮阳伞"。这种调控使花生ET_c值降低50.2%，水分利用效率显著提升(p<0.001)。

3.2 形态特征改变

光谱操控引发有趣的形态响应：GMR组甘薯茎长比CK增加21.3%(p=0.012)，印证远红光促进茎伸长的理论。虽然分枝数无显著差异，但GMR组甘薯大薯率(50.2%)较CK(61.1%)有所下降，暗示光质可能影响同化物分配策略。

3.3 品质提升

S-ST带来"质"的飞跃：GMR组花生蛋白含量比CK提高5.9%，油酸含量增加0.38%。甘薯虽花青素降低7.4%，但可溶性糖提升15.6%，这种"牺牲抗氧化性换取甜度"的变化可能更符合市场需求。

3.4 产量突破

最终产量数据令人振奋：GMR使甘薯鲜重和干重产量分别增加36.7%和25.1%，花生则提升23.6%和28.7%。统计显示所有关键指标均存在显著差异(p<0.05)，证实光谱调控的生物学效应。

这项发表于《Heliyon》的研究具有三重革新意义：技术上，将光伏领域的S-ST创造性应用于农业；理论上，阐明特定波段组合(红:蓝:远红=650:450:735 nm)的协同效应；应用上，每公顷温室年发电可达107 MWh，实现"棚顶发电、棚内种粮"的立体生产。研究团队特别指出，所用多层薄膜成本低廉，在安徽已稳定运行三年，兼具推广经济性和技术成熟度。

该成果为联合国可持续发展目标(SDGs)提供多维度支撑：SDG 2(零饥饿)通过增产实现，SDG 6(清洁饮水)借节水达成，SDG 7(清洁能源)由光伏整合完成，而SDG 13(气候行动)则通过降低农业碳足迹体现。随着都市农业和垂直农场兴起，这种"光能双效利用"模式或将成为破解耕地红线与能源危机的新钥匙。