《Scientia Horticulturae》：Diffuse light in protected horticulture: Crop responses, covering materials, and applications across greenhouse types and climates
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设施园艺已成为在全球粮食安全、气候与资源压力下稳定高价值园艺作物全年供应的重要生产系统。在温室生产中，光环境驱动光合作用、产量形成与产品品质，同时影响能源需求与气候调控效率。直射辐射通常被冠层上部及向阳叶片截获，造成上部冠层高光区与下部遮阴区；漫
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设施园艺已成为在全球粮食安全、气候与资源压力下稳定高价值园艺作物全年供应的重要生产系统。在温室生产中，光环境驱动光合作用、产量形成与产品品质，同时影响能源需求与气候调控效率。直射辐射通常被冠层上部及向阳叶片截获，造成上部冠层高光区与下部遮阴区；漫射辐射从多个方向进入冠层，可减小阳叶与阴叶间光截获的差异。漫射光覆盖材料通过表面织构化、体相散射粒子嵌入或可控结晶/相分离等光学工程手段，将部分入射直射辐射转化为多角度漫射辐射，同时维持相对较高的光合有效辐射（PAR）透过率。然而，实际应用结果表明，漫射光并非对所有园艺作物普遍有益：冠层深厚、分层明显的作物（如番茄、黄瓜）响应较为一致，产量增幅多在5.5%–15.0%与4.3%–20.5%之间；而冠层紧凑或浅层的作物（如生菜）获益有限，甚至出现负面响应。作物获益的前提是光重新分配增益超过PAR透过率损失。雾度（haze）作为常用散射指标，无法描述角度分布、前向散射、半球透过率及光谱透过率等关键光学特性，因此HortiScatter（HS）与双向透过率分布函数（BTDF）等指标被提出以补充雾度评价。温室类型亦影响应用效果，中国日光温室、塑料拱棚与文洛型玻璃温室在结构遮阴、老化效应、冷凝、幕帘运行及作物管理等方面存在差异。本综述从园艺作物生产视角出发，整合作物冠层生理学、材料光学、温室结构与区域气候，构建面向作物特异性评估与应用的漫射光覆盖材料整合框架，旨在回答在何种作物、覆盖材料、温室结构与辐射气候条件下漫射光材料值得采用。
论文解读文章
一、研究背景与问题
设施园艺已成为稳定高价值园艺作物周年供应的重要生产系统，其角色已从反季节生产支持转变为提升作物品质、资源利用效率与生产韧性的核心途径。在温室生产中，光环境直接驱动光合作用、产量形成与产品品质，同时影响能源需求与气候调控效率。温室通过结构设计、朝向、覆盖材料、幕帘、涂层、补光及气候调控策略来调节太阳辐射，但作物响应不仅取决于进入温室的总辐射量，还取决于其在冠层内的空间分布、入射角度与时间稳定性。
直射辐射通常以有限太阳角进入冠层，造成上部冠层强光、下部冠层深遮阴及明显的光斑—阴影对比；漫射辐射从多角度进入，可减小阳叶与阴叶间光截获差异，改善冠层内光分布均匀性。漫射光覆盖材料通过表面织构化、体相散射粒子或受控结晶等手段将部分直射辐射转化为多角度漫射辐射，同时维持较高PAR透过率。然而，实际应用结果显示漫射光并非对所有作物普遍有益，响应因作物、材料、温室类型与辐射气候而异，从增产到无显著效应甚至负面响应均有报道。
当前知识仍呈碎片化状态：植物生理研究聚焦光合机制，材料研究强调雾度、透过率与微观结构，温室研究侧重结构透光与气候调控，缺乏以园艺作物生产为中心的整合框架。核心问题并非漫射光能否增产，而是在何种作物、覆盖材料、温室结构与辐射气候条件下漫射光材料值得采用。
二、研究内容与主要结论
研究人员系统收集了2011至2026年间发表于Web of Science、Google Scholar、ScienceDirect及CNKI的相关文献，整合漫射光的物理与生理基础、漫射覆盖材料与光学指标、冠层光重新分配、光合作用、产量形成与品质响应等方面的证据，构建了面向作物特异性评估与应用的整合框架。
研究得出以下主要结论：漫射光通过降低冠层垂直光合光子通量密度（PPFD）衰减并减弱阳叶与阴叶对比来重塑冠层辐射分布；漫射覆盖材料可缓冲冠层光环境的快速波动，将大量短促尖锐的辐照度下降转化为更少但更长的低强度波动；漫射光可提升冠层尺度辐射利用效率（RUE），但响应取决于冠层结构与辐射收支平衡；作物获益的前提是光重新分配增益超过PAR透过率损失；雾度单独无法预测作物对漫射覆盖材料的响应；覆盖材料选择应整合作物冠层结构、温室类型与气候条件。
三、关键技术与方法
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是光学指标测量体系，包括垂直透过率（τp）、半球透过率（τh）、雾度（η）、HortiScatter（HS）及双向透过率分布函数（BTDF）等材料光学表征方法；二是冠层辐射传输模拟，包括三维射线追踪模拟与功能—结构作物模型（FSPM），用于评估不同漫射度与辐射条件下冠层光分布与碳同化变化；三是高频光环境监测，以1秒分辨率记录冠层上方与下方辐照度波动，量化光斑持续时间与频率分布；四是田间对比试验，在不同国家、温室类型与气候条件下对番茄、黄瓜、菠菜、生菜、葡萄、红掌等多种作物开展漫射覆盖材料与对照材料的比较研究。
四、研究结果
漫射光影响园艺作物表现的机制。 直射光以约22°半极大锥角入射，漫射光角分布约105°；晴天以直射为主，阴天几乎全为漫射。漫射光降低冠层消光系数（k），番茄在漫射玻璃下k从0.99降至0.81，水平PPFD变异系数从42%降至14%。三维模拟表明，高辐照低漫射条件下增加薄膜漫射度使番茄碳同化增加5.3%、光利用效率提升4.6%，而低辐照高漫射条件下无类似改善。漫射光还可稳定冠层光环境：商业番茄温室中，漫射玻璃将日遮光斑事件从111.5次/天降至43.6次/天，日光积分损失从20%降至13%。冠层尺度上，将71%直射PPFD转化为漫射光使番茄累计光合增加7.2%；光学效应中水平均匀性改善与垂直穿透加深分别贡献光合增益的33%与21%。漫射光还影响形态建成与生物量分配：番茄在漫射玻璃下叶面积指数（LAI）增加、下部冠层叶片增厚；黄瓜增产4.3%–20.5%，菠菜增产22.3%，葡萄果实增重17.4%并提高可溶性糖与维生素C含量。漫射光同时降低胁迫风险：高雾度下番茄顶部叶片最大光化学效率（Fv/Fm）下降更小，中国日光温室中高雾度使上部冠层气温降低3.1–3.3°C、叶温降低4.9°C。
漫射光覆盖材料类型。 漫射覆盖材料按基材分为四类：漫射玻璃（雾度13%–86%，通过表面织构化实现，可选配增透膜）、漫射聚乙烯（PE）薄膜（雾度约12%–81%，通过体相添加剂实现，覆盖全球约90%设施园艺面积）、刚性塑料板材（聚碳酸酯PC与聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，双层结构兼具保温与散射功能）及功能性涂层（可喷涂于现有覆盖材料，干湿态雾度可切换）。光学设计策略包括表面织构化、嵌入散射粒子及受控结晶/相分离三种机制。折射率（RI）对比是体相散射的关键参数，梯度折射率纳米粒子可在保持高透过率的同时增强散射。
平衡漫射度与PAR总透过率。 传统观点认为增加散射必然牺牲总透过率，但现代光学材料设计已打破这一权衡：雾度与透过率受不同光学机制控制，雾度取决于前向散射的光子角重新分布，透过率损失主要源于背散射与吸收。通过设计前向散射主导的结构，可在保持高透过率的同时实现高雾度。Rogers等（2014）证明总透过率随有效背散射截面指数衰减，而雾度随有效前向散射截面变化。
温室类型与气候对应用效果的影响。 中国日光温室、塑料拱棚与文洛型玻璃温室在结构遮阴、老化效应、冷凝、幕帘运行及作物管理等方面存在差异，直接影响漫射材料的应用效果。区域辐射条件亦关键：荷兰海洋性冬季气候中年直射辐射约1080 MJ m?2，南意大利约3000 MJ m?2，半干旱亚利桑那约5200 MJ m?2；直射辐射占比高的地区漫射材料物理潜力更大，多云或低辐射气候下其收益受直射分量小与维持PAR透过率需求的限制。
五、讨论与结论
讨论部分指出，作物冠层结构决定重新分配的光子能否被光合活性叶片截获：LAI、叶角、行向与冠层深度影响漫射光的潜在收益；平面叶冠层（planophile）比直立叶冠层（erectophile）对漫射度更敏感。区域辐射条件同样关键，强直射辐射与频繁上部冠层光饱和地区漫射光更可能改善冠层表现，而阴天、低光或冬季条件下PAR总透过率下降可能超过光分布改善的收益。材料评价方面，雾度无法描述角度分布、前向散射、半球透过率与光谱透过率，HS与BTDF等指标应作为补充。温室类型通过结构遮阴、老化、冷凝、幕帘运行与作物管理差异影响应用效果。
研究结论为：漫射光覆盖材料是改善温室园艺作物冠层光环境的重要技术途径，但其价值取决于作物冠层结构、材料透过率与散射特性、温室类型及区域辐射条件的匹配。深层分层作物（如番茄、黄瓜）响应较为一致，浅层或紧凑冠层作物获益有限。材料选择不应仅依据雾度，而应整合PAR透过率、冠层结构、作物类型与气候辐射体制。高雾度与高透过率可共存，现代光学设计已打破传统权衡。漫射光不仅改善光子空间输送位置，还提高其到达冠层的稳定性，时间稳定化是空间重新分配的补充机制。未来研究需将漫射辐射更好地纳入温室设计与作物性能模拟，以支持作物特异性的漫射覆盖材料优化应用。
