1. 引言
奉树成等 [1] 经过前期调查发现，金属卤化物灯是上海城市绿地中应用较多的光源类型。近年来，LED作为新一代的绿色照明光源，在绿化景观中的应用越来越广泛。两种光源由于发光原理不同，导致它们在光谱分布和散热性等方面存在较大差异。金属卤化物灯(Metal Halide Lamp，简称MHL)是在卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光的放电灯 [2]，发光的同时会释放出一定的热量，MHL会发出连续光谱，并迭加密集的线状光谱，故显色指数特别高。发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是将电能直接转化为可见光的固态半导体器件，它具有高效节能、绿色环保等优点 [3]。LED产生的光谱中没有紫外线和红外线，因而没有热量和热辐射，属于冷光源 [4]。
景观灯夜间的开放会改变植物周围的小环境，不同类型的景观灯照射下的光照和温度存在较大差异，对植物也会产生不同的影响。光照主要从光质、光强和光周期3个方面来调节植物的生长发育、生理代谢、光合作用以及基因表达等活动 [5] [6]；温度则影响光合作用、酶的活性以及物质的吸收和运输等过程。前期调查发现当绿地中采用热光源近距离照射植物时，很容易对植物造成灼伤。
冬青卫矛(Euonymus japonicus)为卫矛科卫矛属常绿灌木，叶片革质有光泽，倒卵形或椭圆形，原产日本南部，中国引进种植。该树种观赏性高，适应性强，作为最常用的绿篱以及造型植物之一，被我国南北各省广泛应用于公园绿地、道路绿地和园林绿化中 [7]，也因此成为目前与景观灯结合最多的植物。针对前期调查中发现的问题，本试验以冬青卫矛作为研究材料，选用MHL和LED两种光源模拟景观灯照射，探索两种类型的景观灯对冬青卫矛生长及光合特性的影响，旨在为城市绿地中景观灯光源类型的选择和管理提供理论依据。
2. 材料与方法
2.1 试验材料
试验于2017~2019年在上海植物园科研基地的生产大棚内进行，温度保持在20℃~25℃，以冬青卫矛的扦插苗为试验材料，选取生长健壮、高度基本保持在40 cm的植株，移栽于上口径28 cm、下口径17 cm、高20 cm的花盆中，每盆15株，每个处理5盆，栽培介质土的比例均为原土:泥炭:珍珠岩 = 2:2:1，之后进行常规的水肥管理。
2.2. 试验设计
根据前期调查的结果，于2017年10月开始选用MHL (白光)和LED (白光)来模拟景观灯对冬青卫矛进行照射处理，以不照光处理为空白对照组(CK)。景观灯于每晚7:00~11:00开放，采用由上往下泛光照射，距离植株50 cm，为保障不同类型的光源在植物表面上的光照强度均保持在5 Klux左右(根据前期调查得出叶片在绿地景观灯照射下常见的平均照度值)，每个盆栽分别使用2个30 W的LED和1个70 W的MHL来照射。照射2年后，选取植株中上部的功能叶进行各项指标的测定。
2.3. 测定指标和方法
2.3.1. 景观灯光谱的测定
光谱分析采用光谱照度计(CL
-200F
光谱照度计，杭州科兴光电有限公司)，在离光源距离1 m的正上方测定其光谱。
2.3.2. 生长指标测定
各处理均随机选取10株苗，测定从植株根茎部到顶部之间的距离，即株高；每个处理随机选取上部成熟叶片30片，以一元硬币作为参照，将叶片进行扫描，使用迅捷PDF阅读器得到叶面积(LA)，并同时测量叶长和叶宽，计算出长宽比，即叶形指数；比叶重(LMA)按照冯玉龙 [8] 的方法进行测定。
2.3.3. 叶面温度测定
照射2年后，于2019年11月选取3天，在夜晚景观灯开放期间，采用红外热成像仪(FLIR Systems AB, Sweden)来采集叶面温度，每个处理采集7张图像，使用Flir Tools软件进行图像分析，每张图像采集10个点的温度值。
2.3.4. 生理指标测定
叶绿素含量的测定采用丙酮浸提法 [9]；可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法；相对电导率采用电导仪法 [10]。
2.3.5. 光响应曲线测定
选取冬青卫矛上部枝条的第3片功能叶，做好标记，每个处理7个重复，于晴天上午用Li-6400光合仪(Li-Cor公司，美国)进行光响应曲线的测定。测定时红蓝光源设定的光通量密度梯度为2100，1800，1500，1200，1000，800，600，400，200，150，100，50，20，0 μmol∙m−2∙s−1，每个梯度重复3次，样本室CO2密度为(400 ± 5) μmol∙m−2∙s−1，叶片温度为(25 ± 1)℃。
2.4. 数据统计与分析
采用Excel 2010进行数据统计处理，采用SPSS 18.0中的Duncan检验进行显著性方差分析(α = 0.05)。
3. 结果与分析
3.1. 两种类型景观灯光源的光谱分析
MHL和LED两种光源的白光光谱如图1，MHL的白光由多段窄光谱组成，不仅包含整个可见光(380~780 nm)，还有部分紫外和红外光线。在可见光谱范围内，其光谱能量分布相对均匀，各波段范围均有覆盖 [11]，其中绿光和黄光两处的光谱能量相对较高，而蓝光和红光的光谱较少。LED发光的波长全部在可见光范围内(380~780 nm)，最大光谱能量主要集中在红橙光和蓝光两处，其它的波长范围相对辐射强度很低。
Figure 1. White light spectral analysis of two light sources
图1. 两种景观灯光源的白光光谱分析
3.2. 两种景观灯光源对冬青卫矛生长的影响
两种景观灯夜间照射2年后对冬青卫矛的生长和形态特征均产生了明显的影响(表1)。与CK相比，2个处理的株高、叶片长及叶面积均显著降低，其中MHL照射下的叶片长下降了29.8%，显著低于LED；MHL照射下的叶片宽显著高于LED和CK，叶形指数显著低于其它2个处理，LED照射下的叶片宽和叶形指数则与CK无显著性差异；比叶重大小依次为LED > MHL > CK，且3个处理之间存在显著差异。
Table 1. Effects of two landscape lights on growth of E. japonicas
表1. 两种景观灯光源对冬青卫矛生长指标的影响
同列数据后无相同字母表示差异显著(P < 0.05)，下同。
3.3. 两种景观灯光源对冬青卫矛叶面温度和生理指标的影响
两种景观灯光源自身的发热情况不同，在夜晚照射期间也会不同程度的影响植物的叶面温度(表2)。与CK相比，MHL和LED均显著提高了叶面温度，其中，MHL照射下叶面温度高出CK 2℃，LED仅高出CK 0.3℃。相对电导率和可溶性糖被广泛应用于植物抗性生理研究中，由表2可知，与CK相比，MHL和LED照射均显著提高了可溶性糖含量和相对电导率。其中LED照射下的可溶性糖含量显著高于MHL，两种光源照射下的相对电导率之间无显著差异。
Table 2. Effects of two landscape lights on leaf temperature and growth of E. japonicas
表2. 两种景观灯光源对冬青卫矛叶面温度和生理指标的影响
3.4. 两种景观灯光源对冬青卫矛光合色素含量的影响
叶绿素和类胡萝卜素是光合作用中必不可少的光合色素，由表3可以看出，两种光源类型照射下叶绿素a、叶绿素b、叶绿素和类胡萝卜素含量的大小依次为：CK > MHL > LED，也就是说MHL和LED夜间照射均显著降低了叶绿素和类胡萝卜素含量，其中LED照射下降低的程度要显著大于MHL。与CK相比，MHL和LED照射均显著降低了叶绿素a/b，而两种光源之间无显著性差异。
Table 3. Effects of two landscape lights on photosynthetic pigments content of E. japonicas
表3. 两种景观灯光源对冬青卫矛光合色素含量的影响
3.5. 两种景观灯光源对冬青卫矛光合特性的影响
两种景观灯光源夜间的开放影响了冬青卫矛的光合特性，使用非直角双曲线模型拟合Pn-PFD光响应曲线，所得的光合参数如表4。结果显示，MHL和LED照射2年后，冬青卫矛的最大净光合速率和表观量子效率均显著高于CK，其中LED照射下的最大净光合速率显著高于MHL。与CK相比，MHL和LED照射下植株的光补偿点和光饱和点均显著下降，且MHL的降低程度要显著大于LED。暗呼吸速率的大小依次为Rday (LED) > Rday (CK) > Rday (MHL)，3个处理之间无显著性差异。
Table 4. Effects of two landscape lights on photosynthetic parameters of E. japonicas
表4. 两种景观灯光源对冬青卫矛光合参数的影响
4. 讨论
景观灯夜间的开放会引起植物发生形态变化，叶片作为光合和呼吸等生理代谢的主要场所，对生长环境变化敏感、且变异性较大 [12] [13]。本研究结果显示，MHL和LED夜间照射2年后，均显著降低了冬青卫矛的株高、叶片长和叶面积，其中MHL照射下的叶形指数显著降低，达到了1.01左右，它的叶片长显著低于LED和CK，叶片宽显著高于LED和CK，说明MHL照射能够使冬青卫矛的叶面积变小，且叶片形状趋于圆形。比叶重是指单位叶面积的叶干重，反映了叶片中物质积累和转移的状况，是衡量光合性能的形态指标 [14]，MHL和LED照射均能显著提高冬青卫矛的比叶重，且相比CK分别高出21.5%、35.9%，表明两种景观灯夜间照射均能促进冬青卫矛叶片的物质积累，其中LED照射下的物质积累要显著高于MHL。
两种景观灯光源的发光原理不同，MHL在发光的同时会释放出一定的热量，LED则没有热辐射，因此它们对植物叶面温度的影响也存在差异，研究表明MHL照射下叶面温度高出对照组2℃，LED照射仅高出对照组0.3℃。相对电导率在一定程度上可反映叶片受伤害的程度，叶片受到的伤害越大，膜质受损越严重，相对电导率越高 [15]。两种景观灯均显著提高了相对电导率，表明MHL和LED夜间照射会对冬青卫矛的叶片膜质造成一定的伤害。叶绿素在光合作用中起着吸收、传递光能的作用 [7]，类胡萝卜素则参与光能捕获和光破坏防御两个重要过程 [16]。MHL和LED照射2年后，均显著降低了叶绿素和类胡萝卜素含量，其中LED降低的程度要显著大于MHL。叶绿素a/b可作为植物利用弱光能力的判断指标，MHL和LED照射下叶绿素a/b显著降低，也即叶绿素b的相对含量增高，有利于提高植物对弱光的捕获能力，由此可见MHL和LED夜间照射能显著提高冬青卫矛对弱光的利用能力 [17]。
光响应曲线反映了植物光合速率随光照强度变化的规律 [18]，结果表明两种景观灯照射均显著降低了光饱和点、光补偿点，显著提高了最大净光合速率、表观量子效率，但对暗呼吸速率没有显著影响。光补偿点的高低直接反映了植物对弱光利用能力的大小，光补偿点越低，说明植物对弱光的利用能力越强 [19]。试验结果表明MHL和LED夜间照射均有助于冬青卫矛充分有效地利用弱光并进行较高的光合速率，这与对叶绿素a/b影响的结果一致。相比LED，MHL照射能显著提高冬青卫矛对弱光的利用能力。可溶性糖作为植物光合作用的直接产物，在植物碳代谢中发挥着非常重要的作用 [20]。MHL和LED夜间照射均有利于冬青卫矛叶片中可溶性糖的形成，是光合能力高的表现，也是造成比叶重显著提高的原因 [21]，相比MHL，LED能显著提高冬青卫矛的最大净光合速率、可溶性糖含量和比叶重。这可能是因为LED的最大光谱能量主要集中在红橙光和蓝光两处，它们能形成与植物光合作用的形态建成基本相同的光谱，因此对冬青卫矛的光合能力有显著的提高作用 [22] [23]。MHL光谱能量主要集中在绿光和黄光两处，而蓝光和红光的光谱较少，因此在光合有效辐射范围内的能量转化效率较LED低 [24] [25]。
5. 结论
综上可知，MHL为热光源，光谱能量主要集中在绿光和黄光两处，LED为冷光源，光谱能量主要集中在红橙光和蓝光两处。MHL夜间照射能显著提高冬青卫矛叶片的叶面温度2℃，LED照射仅高出对照组0.3℃。两种景观灯夜间照射不利于冬青卫矛株高、叶面积的增长以及光合色素的合成，并对叶片的膜质造成了一定的伤害。MHL和LED照射能显著提高冬青卫矛的可溶性糖含量、比叶重和最大净光合速率，其中LED相比MHL效果显著；MHL和LED照射能显著提升冬青卫矛对弱光的利用能力，其中MHL相比LED效果显著。不同景观灯对冬青卫矛影响的机理还有待进一步更深入的研究。
基金项目
上海市农业农村委员会[沪农科推字(2019)第1~8号]：花博会特色花卉应用关键技术集成与示范。