通过定制LED光谱与栽培系统，可提升垂直室内农业中生菜的产量与营养价值

《BMC Plant Biology》：Tailoring LED spectra and cultivation systems enhances lettuce productivity and nutritional quality in vertical indoor farming

　　

摘要

在垂直室内农业和可控环境农业中，光谱与栽培系统是决定作物生长表现的关键因素。本研究通过双因子实验设计，探讨了三种不同LED光谱以及两种栽培系统（气雾栽培和潮汐灌溉）对在垂直室内条件下生长的巴达维亚生菜（Lactuca sativa L. ‘Capira’）的生长、产量、矿物质组成及品质特性的影响。实验中，植物分别在LED1（70%红光，660纳米；30%蓝光，450纳米）、LED2（全谱PAR光，400–700纳米）和LED3（65%红光，660纳米；25%蓝光，450纳米；5%白光+5%远红光，730纳米）的光照条件下培养，光照强度统一为200 μmol m?2 s?1 PPFD。研究结果表明，LED光谱与栽培系统之间存在显著交互作用，这种作用体现在植物的生长、产量、抗氧化相关化合物含量、硝酸盐积累量以及矿物质营养组成方面。在所有试验处理中，LED2与气雾栽培组合的产量最高，达到5.02公斤/平方米，同时生物量积累也最多，且矿物质营养比例最为均衡。相比之下，LED3与气雾栽培组合使总可溶性固体和酚类化合物的积累量增加，而LED1与潮汐灌溉组合则提升了黄酮类物质的含量。在所研究的栽培条件下，LED1与气雾栽培组合的维生素C含量最高，硝酸盐积累量最低。能量分析显示，尽管LED2处理需要更多的电能输入，但由于其更高的生物量产出，其能源利用效率与LED3处理相当。这些结果表明，通过协同优化LED照明与栽培系统设计，可以提高多层垂直农业系统的生产力与产品品质。不过，在产量、硝酸盐积累、品质特性以及能源需求之间也需要权衡。未来的研究应结合生理指标检测、电能直接监测以及经济分析，以便更科学地优化垂直农业系统。