LED层间照明：提升大麻产量与化学均一性的商业化节能策略

本研究针对大麻室内栽培中光照能耗高、 cannabinoid 空间分布不均等问题，系统比较了高压钠灯（HPS）与发光二极管（LED）顶光及层间照明（interlighting）策略。结果表明，LED顶光配合层间照明可显著提高干花序质量（提升26.9%）和Δ-9-四氢大麻酚（THC）含量（p<0.05），同时降低能耗（THC产能效率提升29%）。该研究为可控环境大麻生产提供了节能增效的光照优化方案，对推动产业可持续发展具有重要意义。

　　

在加拿大合法化大麻产业快速发展的背景下，室内可控环境生产面临巨大能耗挑战，其中照明系统能耗占比尤为显著。传统高压钠灯（HPS）虽光强均匀，但能耗高、产热量大，且会因 canopy 内光分布不均导致 cannabinoid 等次生代谢物在植株上下层分布差异显著，影响产品均一性与市场价值。发光二极管（LED）技术虽在能效与光谱调控方面具优势，但其在大麻商业化生产中的应用潜力，尤其是结合层间照明（interlighting）策略的效果尚待系统验证。

为明确不同光照策略对大麻产量与代谢物均一性的影响，McGill大学研究团队在商业化生产环境中开展对照试验，研究成果发表于《Scientia Horticulturae》。研究通过设置HPS顶光、LED顶光、HPS顶光+LED层间照明、LED顶光+LED层间照明四种处理，系统分析了对植株形态、花序产量、 cannabinoid 空间分布及能量利用效率的影响。

研究采用商业化大麻栽培体系，使用‘Kush Mint F2’克隆植株，在可控环境内进行两个生长周期的重复实验。关键技术包括：1）利用聚乙烯幕布隔离处理区域以减少光污染；2）通过LI-COR光强测量仪定期监测冠层光合光子通量密度（PPFD）；3）采用高效液相色谱（HPLC）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）分别定量 cannabinoid 和 terpene；4）基于干物质产量与能耗数据计算光能利用效率（LUE, g/mol）和电能利用效率（PUE, g/kWh）；5）应用双因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验进行统计学评估。

3.1. 植株高度

HPS处理组植株显著高于LED处理组（p≤0.001），层间照明进一步降低了株高（p=0.005）。这与HPS富含远红光（7% vs LED 1%）促进茎伸长相关。

3.2. 花序产量

层间照明显著增加单株干花序质量（p≤0.001），其中LED顶光+层间照明处理（LT+I）较HPS对照增产26.9%。尽管HPS在光量子转化效率（LUE）上优于LED（0.156 vs 0.145 g/mol），但LED系统因能耗优势显著提升电能利用效率（PUE）（p≤0.001）。

3.3. phytochemical 浓度

LED顶光使上层冠层THC含量显著高于HPS（p=0.039），且层间照明处理提升了整体THC产量（p≤0.001）。 cannabigerol（CBG）在上层冠层中亦受LED照明促进（p≤0.001），而 terpene 总量无显著差异。关键发现为层间照明缩小了上下层冠层THC含量差异（HT+I处理仅差2.5%），显著提升化学均一性。

讨论与结论

本研究证实LED层间照明策略可通过优化冠层光分布，同步实现增产（+26.9%）、提效（THC产能效率+29%）与化学均一性提升。远红光比例差异是导致HPS组株高增加但代谢物积累受限的重要因素，而LED蓝光占比（13% vs HPS 4%）可能激活 secondary metabolites 合成通路。研究局限性包括试验规模对光均匀性的约束及温度设定未完全发挥LED潜能。未来研究需针对高株型品系进一步验证层间照明效果，并探索光谱调控与温度管理的协同优化。该工作为商业化大麻生产提供了经节能认证的光照设计范式，对降低行业碳足迹及提升产品一致性具有重要实践意义。