高秆作物的下层补光（Interlighting）值不值得上？番茄与黄瓜的冠层内 LED 补光
在两米以上的番茄或黄瓜高架栽培里，冠层顶部的叶片和果实附近的叶片，接收到的光量并不相同。下层补光（interlighting）——把一部分补光放进冠层内部，而不是全部架在作物顶端——是荷兰玻璃温室应对这一光梯度时的常规做法。本文把「已经实测到的数据」与「通常的说法」分开，并把实测结果落成配比与挂高的决策。
高秆冠层为什么会出现光梯度
自上而下进入冠层的光，会被最先遇到的叶片截获。叶面积指数较高的作物，上层叶片拿走大部分入射光，再往下每一层能分到的比例，大致随其上方叶面积呈指数衰减。在生菜这类矮小的平面冠层里，这个衰减几乎看不出来，因为冠层只有几厘米厚；但对沿着吊蔓长到两米以上的番茄或黄瓜来说，它构成光环境的主要特征：靠近果实穗的叶片处在全温室最弱的光照下，而这些叶片恰恰是供给采收器官的。
这是几何结构造成的，不是安装做得不好。在作物上方增加灯具，会让各层的光都变多，包括最上层，因此顶部与底部的比例基本不变。这也是为什么高秆作物的问题不只是「装多少光」，还包括「光装在哪里」。
下层补光在物理上改变了什么
下层补光把一部分已装机的光移进植株行之间的空间，通常用线性或灯管形式的灯具，朝向侧向，在一个或多个冠层高度安装。随之发生两个物理变化。
- 上层反射损失减少。 在冠层内部给出的光，不必先经过上层叶片的反射，因此可用于被吸收的光子比例更高。本文依据的瓦赫宁根建模研究，把「减少上层冠层的反射损失」列为冠层内补光的动机之一。
- 分布变得更不均匀，而不是自动更均匀。 来自冠层内部的光，不均匀的方式与顶光不同：在该研究的番茄冠层里，水平方向吸收光的变异系数为冠层内补光 48%、顶光 43%。行间一条灯管发出的光，会随侧向距离迅速衰减。
这两个效应方向相反，所以公开研究给出的答案通常是「组合」，而不是简单替换。
公开研究究竟测到了什么
目前最直接可用的一组对比，来自瓦赫宁根大学与研究（WUR）2023 年的一项研究：该研究先用实测数据校准番茄冠层的功能—结构植物模型，再在总装光量相同的条件下模拟三种方案——纯顶光、纯冠层内补光、两者各占 50%。报告的结果是：
- 均匀性。 水平方向吸收光的变异系数，顶光为 43%、单独冠层内补光为 48%，而「冠层内＋顶光」组合最低，为 37%。
- 总光吸收。 单独使用冠层内补光，总光吸收比纯顶光高 8%；50/50 组合比纯顶光高 4%。
- 比例有影响。 当冠层内补光的 PPFD 与顶光 PPFD 之比 接近 1 时，叶片之间的差异最小；比值向任何一侧偏离，差异都会增大。
- 高度分布有影响。 把冠层内 LED 分布在 四个高度而不是两个高度，可以进一步降低差异。
同一篇论文还综述了更早的试验：把一部分光移入冠层内部后，黄瓜果实产量提高、甜椒果实数量与单果重增加、黄瓜叶片的净光合速率与光合能力提升。论文同时指出，另有一些试验没有发现整株生物量的差异，并提到原因之一可能是冠层内使用大量蓝光导致的叶片卷曲。瓦赫宁根的另一组 LED 与 HPS 混合补光试验数据则报告：在 LED 或 LED 混合补光处理下，冠层下部叶片在冬季的光合能力高于 HPS 处理下发育的叶片。
纯顶光与「顶光＋下层光」的逐维度对照
| 维度 | 纯顶光 | 顶光 ＋ 冠层内补光 |
|---|---|---|
| 垂直方向的光分布 | 自冠层顶部向下迅速衰减 | 在冠层内一个或多个高度补光 |
| 吸收光的均匀性 | 参考番茄冠层中水平方向变异系数 43% | 50/50 时变异系数 37%，是三种方案中最均匀的 |
| 同等装机光量下的总光吸收 | 基准 | 50/50 时 +4%；单独冠层内补光 +8% |
| 对光配比的敏感性 | 不适用 | 冠层内与顶光 PPFD 之比在 1 附近时差异最小 |
| 需要的挂高层数 | 作物上方一个平面 | 两个或更多高度；四个高度可进一步降低差异 |
| 安装与作业空间 | 在作物上方，不占用农事操作空间 | 位于行间，与打叶、采收、绕蔓共用同一空间 |
| 灯具要求 | 常规顶光款式 | 紧凑线性或灯管款式，密封出线、表面可擦拭，并稳固固定在落水槽或桁架上 |
| 光谱选择 | 选择自由度高 | 冠层内蓝光比例过高与叶片卷曲相关；以偏红光谱作为稳妥起点 |
| 适配作物 | 各类作物 | 高秆、高叶面积作物：高架番茄、黄瓜、甜椒 |
| 验证方式 | 冠层高度的水平 PPFD 网格 | 水平网格 ＋ 垂直 PPFD 剖面，并对灯具方向做侧向读值 |
配比与挂高怎么定
- 先定总光量，再定分配。 下层补光只是重新分配补光，不决定作物需要多少光。先确定作物的光目标，再决定其中多少由补光承担。
- 让顶光占多数，但不要压倒性。 模拟中最有利于均匀性的，是冠层内 PPFD 与顶光 PPFD 之比接近 1。试验布置接近 2:1——作物上方 99 微摩尔每平方米每秒、冠层内 48 微摩尔每平方米每秒——可作为首次安装的现实起点。
- 不要只挂一层。 参考试验在离地 1.08 米与 1.53 米各挂一条；模拟显示四个高度能进一步降低差异。灯具朝侧向照射植株行，而不是朝下。
- 避开农事操作空间。 打叶、采收、落蔓都发生在同一空间里。把支架固定在落水槽或桁架上、灯条保持可预期的高度，比吊在植株吊蔓线上更好作业。
- 按冠层内部环境选型。 这个位置潮湿、偏热、且会被喷施药液。密封出线、表面可擦拭、能承受日常碰擦的结构，比一点点光效差异更值得投入。
- 装完要测。 用几个高度的垂直 PPFD 剖面，加上一条垂直于行向的水平扫描，才能看出下部叶片是否真的拿到了设计中的份额。
哪些情况做下层补光不划算
- 矮小的平面冠层。 生菜、香草、微型蔬菜和幼苗不会形成下层补光所针对的垂直光梯度。
- 顶光本身就不足。 如果现有装机量已低于作物的光目标，先在作物上方补光更省事。重新分配是第二顺位的决策。
- 无法测量。 整套论证都建立在「光落在哪里」上。没有量子传感器，不做垂直剖面与水平扫描，就无法确认实际装出来的比例是否等于设计比例。
- 行距紧、人工操作频繁。 当行间作业密集时，冠层内的支架带来的额外工时，可能超过它在均匀性上带来的收益。
实际适用场景
下层补光在高架玻璃温室生产中已是成熟做法，也是顶光已到上限的既有项目的升级路径。在供应玻璃温室与室内项目 LED 植物灯模组的经验里，真正从下层补光获益的项目，都是把比例当作设计参数处理的项目：先定分配比例，使用不止一个挂高，把灯条固定在落水槽或桁架而不是吊蔓线上，并在调试完成后复测垂直剖面。
这一位置常用的硬件是线性与灯管形式的灯具，因为它们能固定在行间的确定高度并侧向照射——例如密封式灯管型 LED 植物灯（PT8 T8 规格灯管），或采用同样安装逻辑的密封灯条模组。灯具款式的差别，通常小于比例、挂高与固定点的差别。
常见问题
什么是下层补光（Interlighting）？
下层补光也叫冠层内补光（intra-canopy / inter-canopy lighting），指把一部分补光放进作物冠层内部，而不是全部架在作物顶端。灯具安装在植株行间，通常在一个或多个高度，朝向以侧向照射叶片为主。
下层补光真的能提高产量吗？
公开研究给出的结论并不一致。2023 年瓦赫宁根大学的建模研究在文献综述中提到：把一部分光放进冠层内部的早期试验里，黄瓜果实产量提高、甜椒果实数量与单果重增加、黄瓜叶片光合能力提升；但也有试验未发现整株生物量的差异。该研究自己直接测到且前后一致的，是光的分布：单独冠层内补光比纯顶光多吸收 8% 的光，顶光与冠层内光各占一半时多吸收 4%。
顶光与下层光的功率/PPFD 比例应该怎么定？
在该研究的番茄冠层模拟里，当冠层内补光的 PPFD 与顶光 PPFD 之比接近 1 时，叶片之间吸收光的差异最小；比值向两侧偏离，差异都会变大。因此把比例设在 1 附近是最有依据的起点。试验中采用的布置是作物上方 99 微摩尔每平方米每秒、冠层内 48 微摩尔每平方米每秒，约相当于顶光与下层光 2:1。
下层补光需要几个挂高？
建议不只用一层。该建模研究中，把冠层内 LED 分布在四个高度而不是两个高度，可以进一步降低吸收光的差异。只挂一个高度，会把光集中照在某一层叶片上，其余高度仍然偏暗。
下层补光能取代顶光吗？
通常属于部分替代，而不是完全取代。研究比较了纯顶光、纯冠层内补光与两者组合三种方案，组合方案的受光均匀性最好。完全取消顶光，也就取消了照到上部叶片与生长点的光。
关于发布方
中山市瑞显电子厂（XineLam）设计与制造 LED 照明与 LED 植物灯模组，拥有 17 年 LED 照明行业经验，以及 300+ 项专利（中国及海外）。本文作为面向种植者与系统集成商的技术背景资料发布，内容为对公开研究结论的整理，不能替代针对具体项目的实地光测量。
实际适用场景： 顶光已到上限的高架玻璃温室项目、首次规划补光的温室项目，以及限制因素在冠层下部而非整栋温室的改造项目。
参考资料
- Schipper, R., van der Meer, M., de Visser, P.H.B., Heuvelink, E., Marcelis, L.F.M. (2023). Consequences of intra-canopy and top LED lighting for uniformity of light distribution in a tomato crop. Frontiers in Plant Science 14: 1012529. 本文变异系数（43%、48%、37%）、光吸收 +8% 与 +4%、冠层内与顶光之比约 1、以及四高度结论的来源。 https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2023.1012529/full
- HortScience（美国园艺学会），59(3): 421。 Partially Substituting Top-light with Intracanopy Lighting. 关于用冠层内补光部分替代顶光的同行评议研究。 http://journals.ashs.org/view/journals/hortsci/59/3/article-p421.xml
- 瓦赫宁根大学与研究（WUR）研究出版记录。 Growth of tomatoes under Hybrid LED and HPS lighting. 比较 HPS 顶光、LED 顶光与含 LED 冠层内补光的混合方案，并报告 LED 处理下冠层下部叶片冬季光合能力更高。 https://research.wur.nl/en/publications/growth-of-tomatoes-under-hybrid-led-and-hps-lighting/