不同人工光源下烤煙育苗研究

馬寧

摘要[目的]分析不同人工光源補光對烤煙成苗品質的影響，篩選出適宜烤煙立體育苗生長的人工光源。[方法]設置5個不同光照條件下烤煙幼苗栽培試驗區，分別為目前大多數用的普通熒光燈及研究較少的LED光源，對成苗生理生態指標進行數據統計和分析。[結果]與熒光燈區域相比，LED燈的補光區域煙苗光合作用增強，生長旺盛，干物質積累多，并且采用LED燈的紅光和藍光為光源補光，不但能促進煙苗的橫向生長，還能有效地培育出高莖壯苗，其中紅藍LED燈設置光照強度為150 μmol/（m2·s）時，成苗品質最好。[結論]該研究可為烤煙育苗人工補光提供數據支持和理論借鑒。

關鍵詞烤煙；育苗；人工光源；成苗品質

中圖分類號S572文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）28-09689-04

Study of Fluecured Tobacco Seedlings in Different Artificial Light Source

MA Ning1，2， LI Yurang1， BAO Shunshu1，2 et al

（1. Chinese Academy of Agricultural Engineering， Beijing 100125； 2. Key Laboratory of Farm Building in Structure and Construction， Ministry of Agriculture， Beijing 100125）

Abstract[Objective] The aim was to analyze the impact of different artificial light source on fluecured tobacco seedling quality， and to screen out the suitable artificial light source for fluecured tobacco threedimensional seedling. [Method] Five cultivation test area of different light conditions that the light source was ordinary fluorescent lamp most used at present and LED lamp researched less resp.， and then the seedlings physiological and ecological indices were analyzed statistically. [Result] Comparing with fluorescent lamp region， LED lamp light increased the photosynthesis of seedlings， so the seedlings grew vigorously and dry matter accumulated more， otherwise， because the red and blue light of LED lamp were the fillin light， they not only promoted fluecured tobacco lateral growth， but also cultivated strong seedlings with high stem effectively， thereinto， when the designed red and blue LED lamp illumination intensity was 150 μmol/（m2·s）， the seedlings quality was the best. [Conclusion] The study provides a data support and theoretical reference for artificial fillin light during fluecured seedling.

Key wordsFluecured tobacco； Seedling； Artificial light； Seedling quality

我國是世界上第一煙葉生產大國，煙草行業在國民經濟中具有獨特地位。從最近幾年的煙草種植情況來看，種植面積和產量呈現基本穩定的生產態勢，但年際間略有波動。2012年，煙草行業實現工商稅利8 649.39億元，上繳國家財政7 166.62億元；全國種植烤煙141.2萬hm2，收購烤煙273.7萬t，按烤煙苗需求量1.35萬株/hm2計算，每年需要種苗高達190億株。因此，如何為大田生產提供適時、充足、健壯、整齊的煙苗是當前烤煙生產的首要任務，是完成種植計劃的先決條件，是獲得優質、適產、高效、低成本煙葉的基礎[1]。目前，煙苗育苗方式多采用塑料大棚、溫室集中育苗，煙苗質量參差不齊，烤煙幼苗的質量直接影響到后期煙苗種植煙葉口味及采摘期長短問題。一般來說，煙苗數量的多少關鍵在育苗前期，煙苗的壯弱關鍵在育苗后期，成苗的遲早關鍵在于出苗期[2]。因此，必須根據煙苗各生育期的不同特點，前期以促為主，后期以控為主，對煙苗成長過程所需各方面的營養及水分進行按規定配比。整個育苗過程中，要分清主要問題和次要問題，對于顯著影響煙苗數量、遲早、壯弱的因素如光照、水分、溫度，在管理上要嚴格控制，在原有條件的基礎上，盡量按照煙苗生長需求進行配比，不僅能提高煙苗品質而且可以做到節約能源的目的。目前，我國烤煙育苗多采用漂浮育苗技術。漂浮育苗技術是一項集無土栽培、營養液栽培、容器栽培、保健栽培等優勢于一體的規模化、工廠化育苗新技術，在集約化管理、生產效率和培育煙苗素質方面，具有常規育苗無法比擬的管理與技術優勢[3]。目前，國內漂浮育苗多采用單層，未充分利用育苗大棚立體空間，每年閑置時間較長，資源浪費嚴重；但采用立體育苗裝置進行烤煙育苗多存在人工補光不科學的問題，造成幼苗補光過多或補光不足，且育苗實際生產中多采用熒光燈，沒有考慮其他光源的補光。

光是植物生長過程中不可或缺的因素之一，人工補光可有效提高植物光合作用，促進農作物增產增收。光強和光質作為兩個重要的生態環境因子，為植物進行正常的光合作用提供能源。煙草是一種喜光作物，不同的光質將會直接對煙草光合作用以及光合產物的累積產生重要影響，進而對煙草的品質也產生極大影響。湖南、貴州等省的烤煙育苗一般在每年的2～4月份在塑料大棚內進行，而這段時間是南方全年氣溫和光照強度最低、光照時數最少、寒潮侵襲頻繁的季節，育苗塑料大棚內光照強度甚至達不到光補償點，煙苗易表現出光合效率低、有機物的消耗多于積累、生長緩慢或徒長等現象，極大地影響了育苗工廠的效益[4]。因此，最大限度地對立體栽培形式下的烤煙育苗進行補光，是培育品質優良烤煙苗的保證。目前，烤煙立體育苗裝置大多進行人工補光，補光光源大多為熒光燈。為此，筆者對目前不同的人工光源如LED光源、普通熒光燈等進行補光條件下烤煙成苗品質進行比較，旨在為烤煙育苗人工補光形式提供數據支持和理論借鑒。

1材料與方法

1.1人工光源選擇

溫室植物生產中普遍使用的人工光源有白熾燈、熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和日光色鏑燈[5]。這些人工光源均能發出復合光，這些光源均屬于熱光源，表面溫度較高，植物對這些光源的利用率比較低，這些傳統的補光方法存在著光譜匹配不理想、光能利用率低、未考慮其他環境因素的影響等缺點，其能耗過高導致難以在實際生產中形成較高投入產出比[6-7]；并且50%以上的光照屬于無效光照，不能被植物利用，浪費了能源。隨著LED制造技術成熟，人工補光多趨向于LED燈，現在多種作物育苗過程中都采用LED燈進行燈光匹配試驗。LED屬于冷光源，體積小，且光效比熒光燈高出2倍，可用于多層栽培立體組合系統。如LED燈對作物葉綠素合成[8]、光合作用[9]等方面的影響，真正用于實際生產的研究并不多，特別是在經濟作物烤煙的育苗階段，LED的應用研究基本空白。

該研究選用5種人工光源進行篩選，包括目前常用的熒光燈、紅藍LED燈及白光LED燈，如表1所示。光源的光照強度及光譜均采用標準光譜儀（荷蘭，AvaSpec2048）進行烤煙育苗試驗。

1.2試驗材料

供試烤煙品種為南江三號，試驗地點為順義工業園區，每個處理110棵煙苗，不同處理之間用黑色遮光布完全隔離。每天光照8 h，按照漂浮育苗過程進行生長試驗。

1.3測定方法

播種后50 d，從5個區域的烤煙幼苗中隨機選取10 株幼苗，按煙草農藝性狀調查標準方法（YC/T42-1998）對不同區域下烤煙幼苗進行生理數據測量，包括幼苗根系長度（挖出植株，洗凈根系，用直尺測量最長根的長度）、新莖粗（用游標卡尺測量根莖部東西、南北的直徑）、葉片厚度、葉面積與相對葉綠素含量（分別用游標卡尺、活體葉面積測定儀和便攜式葉綠素相對含量測定儀測定，測定部位為子苗心葉向外第2片展平的中間葉片；用電子天平稱量根系與整株的鮮質量，然后在105 ℃烘箱內烘20 min，再在75 ℃下烘至恒重，稱干質量）。

2結果與分析

2.1不同人工光源下烤煙幼苗營養生長區別

烤煙種子播種后50 d置于試驗區下，每天光照時間為8 h，測定幼苗的各種生理生態指標。從圖1～4可以看出，不同人工光源下生長的烤煙幼苗的形態指標存在差異。紅藍LED1、2及LED光板試驗區成苗品質比熒光燈及暖白LED區更好；新莖粗、葉片長、葉片厚度隨著光照強度的降低而降低，紅藍LED光質效果與暖白LED相比更加有利于烤煙幼苗的生長發育，如何調節紅光和藍光配比部分，更好地調高光源利用率、降低能耗，需要下一步試驗驗證，以生產完全適用于烤煙育苗的LED光源。

2.2不同人工光源下烤煙幼苗生物量區別

煙草生長發育過程中充足適宜的光照強度、光照時間和光質都會極大影響煙株的形態、生長發育、光合作用和內在化學成分的組成和含量。光照不足會導致煙株生長速度緩慢和纖弱，葉片大而薄，生物量減少，生育期延長。從圖5、6可以看出，不同光源對烤煙物質積累有明顯的影響，隨著紅藍LED光強的增強，各區域幼苗干物質量逐漸增加，與鮮重變化趨勢保持一致，根干重隨不同光源下光照強度的減弱而降低，紅藍LED1區域比熒光燈區域光強增加49%，干物質積累增多明顯，烤煙幼苗品質增強。

2.3不同人工光源下烤煙幼苗葉片葉綠素含量比較

葉綠素的增加有利于植物捕獲較多的光能。從圖7可以看出，不同光照測試區域葉綠素含量（SPAD值）也有顯著的區別，基本趨勢與生物量保持一致，也隨著光照強度的增強而增多，并且葉片顏色也有明顯差距，紅藍LED1光照強度最強，葉片顏色呈深綠色（圖8），并且葉片厚度與其他葉片相比也有明顯差距，烤煙幼苗光合作用能力增強，有機物積累增多，更有利于定植后生長發育需求。

3結論與討論

煙草是喜光作物，與其他作物一樣，需較強的光照條件才能生長旺盛。煙苗生長環境的光照強度及光質影響煙苗植物學性狀、葉綠素含量、物質積累、含水率、生理代謝、抗逆性和化學成分，因而對煙苗的成苗素質有較大影響。不同光照強度和光質對煙草生長發育、物質積累、生理代謝、烤后煙理化性狀和香氣含量都有很大影響，進而影響煙葉品質和風格特征。其中，光照強度的強弱直接影響到煙苗光合作用中物質的合成，對煙苗株高、莖圍和植株干物質等有較大影響。LED由于具有諸多優點，如節能性、光譜可調性、良好的點光源性、冷光性以及良好的防潮性等，所以作為農業用燈時常被用作遠距離照射和對空間的不同位置進行不同波長的逐點照射，進而實現使用耗能較少的光源達到植物生長所需光照，從而達到優于傳統燈具及照射方式的補光效果。這樣不僅可以實現對密集種植作物的低矮位置和對分層種植作物的按需補光，還可以實現對同一種作物的不同部位的不同種類光的補光。

該研究在不用人工光源情況下測算煙苗的各種不同方面的生理數據，以熒光燈和LED燈為光源，發現隨著光照強度的增加，各處理的煙苗光合作用增強，生長旺盛，干物質積累多，并且采用LED燈的紅光和藍光為光源補光，不但能促進煙苗的橫向生長，還能有效地培育出高莖壯苗，根系活力也有所增強。其中，紅藍LED1和LED光源板對煙草幼苗的生長的促進作用效果顯著。這可能是由于其光強大的原因，但也可能是由于某些光質的原因，因為LED燈紅藍光比例也存在一定的差異，最終適宜烤煙生長發育的紅光和藍光的比例，需進一步研究分析結果。

從5個補光區域煙草育苗結果可以看出，LED燈的補光區域與熒光燈區域相比，煙草幼苗長的更加旺盛，但是也出現了與熒光燈區域比較，LED燈區域與普通熒光燈區域相比，綠薹生長情況嚴重，這可能是由于LED中某種光質促使綠薹生長。在該試驗過程中沒有進行營養液循環，建議在實際生產過程中，進行營養液循環，降低這種現象出現的幾率，以便達到更便利的生產條件及對煙草幼苗生長起到最低的阻礙問題。各處理煙苗葉片的主要生理生態指標分析結果表明，光照強度增加可促進煙苗葉片葉綠素合成和提高根系活力，補光光照強度設置為150 μmol/（m2·s）時，煙苗的葉綠素含量和根系活力顯著提高，葉面積及各種生理指標與低光照相比明顯提高。因此，采用LED燈進行補光可以培育出根系發達的高莖壯苗，但在生產過程中，為了與生產需求和投資需求實際匹配，建議使用100 μmol/（m2·s）的紅藍LED光源，烤煙幼苗生長達到定植需求并可最大程度地節約成本。

參考文獻

[1] 鐘越峰，陳頤，楊虹琦，等.補光對煙苗生長及主要生理指標的影響[J].中國農學通報，2013，29（7）：76-81.

[2] 劉國順.煙草栽培學[M].北京：中國農業出版社，2003：102.

[3] 彭細橋，吳踐志，陸中山，等.我國煙草漂浮育苗技術應用現狀、研究進展及發展方向[J].中國煙草學報，2010，16（3）：90-94.

[4] 楊志新，包開榮，吳樹明.烤煙苗床期的生長發育特點和管理要點[J].云南農業科技，2007（2）：41-42.

[5] 胡永光，李萍萍，鄧慶安，等.溫室人工補光效果的研究及補光光源配置設計[J].江蘇理工大學學報：自然科學版，2001，23（3）：37-40.

[6] 劉文科，楊其長，邱志平，等.LED光質對豌豆苗生長、光合色素和營養品質的影響[J].中國農業氣象， 2012，33（4）：500-504.

[7] 洪宇，童哲.光敏色素在植物個體發育中的作用[J].植物生理學通訊，1998，34（6）：417-422.

[8] 梁穎，李加納，諶利.紅光和藍光對甘藍型油菜黃籽和黑籽粒色的影響[J].中國油料作物學報，2003，25（1）：21-24.

[9] 劉文科，楊其長，魏靈玲. LED光源及其設施園藝應用[M].北京：中國農業科學技術出版社， 2012.