《Horticulturae》：Red and White Supplemental LED Lighting Improves Lower-Tier Productivity and Fruit Quality of Strawberry in a Multi-Tier Hydroponic System
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多层立体水培系统在设施草莓生产中可提高土地利用效率；然而，下层栽培层的遮荫会显著限制植株生长、果实产量与果实品质。本研究评估了不同光谱组成的补充LED照明能否补偿‘雪香’（Seolhyang）草莓下层光照不足。植株在上层对照（UT-C）、下层对照（LT-C）及
多层立体水培系统在设施草莓生产中可提高土地利用效率；然而，下层栽培层的遮荫会显著限制植株生长、果实产量与果实品质。本研究评估了不同光谱组成的补充LED照明能否补偿‘雪香’（Seolhyang）草莓下层光照不足。植株在上层对照（UT-C）、下层对照（LT-C）及四种下层补充光照处理下栽培：蓝光（LT-B）、红光（LT-R）、红+白光（LT-RW）和红+白+远红光（LT-RWF）。下层每日光积分（DLI）比上层低6–8 mol·m?2·d?1，而补充照明使DLI增加约6.5 mol·m?2·d?1。各光谱中，LT-RW在营养生长、生殖表现、果实品质和总产量上改善最一致。LT-RW将总产量从LT-C的102.4 g·株?1提高到359.1 g·株?1，相当于UT-C产量的65.6%，估计毛利相当于UT-C的48.0%，而LT-C仅为18.5%。LT-RW还维持了较高的可溶性固形物含量（SSC）、SSC/可滴定酸（TA）比、单果重和硬度。LT-B干重总糖浓度和鞣花酸含量最高，但未伴随整体生产力或鲜果品质的相应提升。LT-RWF表现居中，LT-R仅部分改善。主成分分析（PCA）进一步表明LT-RW整体植株响应最接近UT-C。这些发现证明红+白补充LED照明是提升多层立体水培草莓下层生产力、果实品质和估计经济表现的有效策略。
研究背景与立项依据
多层立体水培系统通过垂直堆叠栽培层在有限温室面积内最大化作物生产力，被视作提高设施农业土地利用率的有效途径。然而垂直排布必然产生遮荫，下层植株接收的光合光子通量密度（PPFD）与每日光积分（DLI）显著低于上层，从而限制光合作用、延缓开花、降低坐果率并最终削弱产量与品质，制约多层系统预期增益。补充LED照明因可精确调控光谱组成而成为补偿弱光环境的实用手段，混合光谱较单色光更能协同促进光合与形态建成。既有研究多聚焦单层温室或室内草莓，针对多层系统下层光谱优化、且同时整合营养生长、生殖表现、生化品质与经济可行性的综合评估稀缺。为此，研究人员以韩国主栽品种‘Seolhyang’为材料，在双层水培系统中设置上层自然光对照与下层自然光对照，并在下层叠加蓝、红、红+白、红+白+远红四种补充LED光谱，旨在明确何种光谱最能补偿下层光亏缺并兼顾产量、市场品质与经济效益。
主要技术方法概括
研究于韩国庆尚南道塑料温室（35.5474° N, 128.7142° E）开展，供试材料为具5–6完全叶、冠径约9.0 mm的‘Seolhyang’草莓苗，2024年9月27日定植于高位双层水培槽（上层高110 cm、下层高40 cm），基质为椰糠-泥炭-蛭石-珍珠岩-沸石混合体，采用山崎营养液开放式滴灌至2025年4月25日（共7个月）。下层距冠层25 cm处固定安装LED灯具，补充光强150±10 μmol·m?2·s?1，每日补光12 h，使下层DLI提升约6.48 mol·m?2·d?1。处理设UT-C、LT-C、LT-B、LT-R、LT-RW、LT-RWF，随机完全区组设计3区组×每区组15株。指标涵盖冠径、株高、SPAD相对叶绿素、各花序期果数及采收率、单果重、硬度、SSC、TA、糖组分（干重基准离子色谱）、鞣花酸与槲皮素（LC–MS/MS）、按首尔可乐洞市场批发价估算毛收入与毛利（仅计补光电费）、以及整合生长-产量-品质变量的PCA。统计采用SAS 9.4配对t检验与Tukey HSD（p<0.05）。
研究结果
3.1 光环境：全期上层平均DLI 10.19 mol·m?2·d?1，下层自然光仅2.96，补光后下层各花序期分别达8.65、8.78、10.55 mol·m?2·d?1，大幅缩小光差。
3.2 营养生长：LT-RW在冠径、SPAD及株高恢复上最接近UT-C；LT-R虽二期株高超UT-C但冠径与叶绿素未同步提升，提示红光促茎伸长而非均衡营养；LT-RW与LT-RWF混合谱优于单色。
3.3 生殖与产量构成：一期UT-C果数8.0、采收率88%，LT-C仅2.6与12%；LT-RW一期果数7.7、采收率84.7%，各期均居补光组首位且最接近上层。
3.4 果实品质：UT-C单果重各期最高（29.5/36.2/27.4 g），LT-RW恢复最佳（26.8/30.3/24.1 g），三期硬度1.2 N近UT-C（1.1 N）。SSC与SSC/TA比在二期后LT-RW维持9.8 °Brix与11.4，近UT-C（10.5 °Brix，比值未列但最高），LT-B三期SSC跌至4.8 °Brix、TA飙至1.5%致比值3.2最差。
3.5 糖谱：一期干重总糖LT-B最高（847.7 mg·g?1 DW），LT-RW（737.7）与LT-RWF（736.1）近UT-C（731.4），LT-C最低（689.2）；因未测干物质率，不能推至鲜重甜度。
3.6 酚类：鞣花酸LT-B最高（55.0 mg·kg?1 DW），LT-RW（36.4）与UT-C（30.6）同组；槲皮素UT-C最高（0.17 mg·kg?1 DW），补光组均低，说明补光LED缺UV致黄酮醇响应弱。
3.7 总产量与经济：UT-C产量547.6 g·株?1、毛利8621.2 KRW·株?1；LT-C 102.4 g（占18.7%）、毛利1596.3 KRW（占18.5%）；LT-RW 359.1 g（占65.6%）、毛利4136.9 KRW（占48.0%）；LT-RWF居中，LT-R与LT-B较弱。
3.8 PCA：前两主成分解释65.0%变异，PC1载荷为产量相关、PC2为营养相关；LT-RW质心距UT-C仅1.79最小，LT-RWF 3.61，LT-C 5.88最大，证实红+白整体表型最接近上层。
讨论浓缩
下层自然光亏缺（DLI差6–8）抑制冠径与叶绿素维持，混合谱比单色更有效补偿；LT-R促伸长不伴均衡营养，LT-B提糖与鞣花酸但未转化为主流品质增益，因缺UV槲皮素普低。补光缩DLI差至约8%但仍未等效上层，且光谱构成与时间分布不同，故累积DLI不能完全解释品质差。LT-RW以红+宽谱白协同稳光合与碳分配，使SSC/TA、硬度、单果重跨期稳定近上层，且经济毛利恢复近半。PCA虽样本少（n=3）属探索性，但与单变量一致。
结论翻译
本研究证明在多层立体水培草莓系统中，下层光可用度降低是生产主要限制因子，且补充LED照明效果依赖光谱组成。所评光谱中，红+白补充照明对下层植株表现——尤其生殖生长、果实品质与产量——提供最一致改善。这些发现表明，在垂直排布草莓生产系统中，适宜光谱选择可作为光管理的重要组成，而非仅依赖增加光量。从实践看，红+白补充照明为提升原本低利用下层生产力提供有用策略；但其商业应用需在不同品种、温室构型与生产环境中进一步评估，并辅以更全面的资本与运营成本核算。论文发表于《Horticulturae》。
