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(zhì)的影響，篩選出適宜烤煙立體育苗生長的人工光源。[方法]設(shè)置5個不同光照條件下烤煙幼苗栽培試驗區(qū)，分別為目前大多數(shù)用的普通熒光燈及研究較少的LED光源，對成苗生理生態(tài)指標(biāo)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。[結(jié)果]與熒光燈區(qū)域相比，LED燈的補光區(qū)域煙苗光合作用增強，生長旺盛，干物質(zhì)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(shè)置光照強度為150 μmol/（m2·s）時，成苗品質(zhì)最好。[結(jié)論]該研究可為烤煙育苗人工補光提供數(shù)據(jù)支持和理論借鑒。

關(guān)鍵詞烤煙；育苗；人工光源；成苗品質(zhì)

中圖分類號S572文獻標(biāo)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(chǎn)大國，煙草行業(yè)在國民經(jīng)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(chǎn)量呈現(xiàn)基本穩(wěn)定的生產(chǎn)態(tài)勢，但年際間略有波動。2012年，煙草行業(yè)實現(xiàn)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(chǎn)提供適時、充足、健壯、整齊的煙苗是當(dāng)前烤煙生產(chǎn)的首要任務(wù)，是完成種植計劃的先決條件，是獲得優(yōu)質(zhì)、適產(chǎn)、高效、低成本煙葉的基礎(chǔ)[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(zhì)量參差不齊，烤煙幼苗的質(zhì)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(shù)量的多少關(guān)鍵在育苗前期，煙苗的壯弱關(guān)鍵在育苗后期，成苗的遲早關(guān)鍵在于出苗期[2]。因此，必須根據(jù)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(yǎng)及水分進行按規(guī)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(shù)量、遲早、壯弱的因素如光照、水分、溫度，在管理上要嚴(yán)格控制，在原有條件的基礎(chǔ)上，盡量按照煙苗生長需求進行配比，不僅能提高煙苗品質(zhì)而且可以做到節(jié)約能源的目的。目前，我國烤煙育苗多采用漂浮育苗技術(shù)。漂浮育苗技術(shù)是一項集無土栽培、營養(yǎng)液栽培、容器栽培、保健栽培等優(yōu)勢于一體的規(guī)?；?、工廠化育苗新技術(shù)，在集約化管理、生產(chǎn)效率和培育煙苗素質(zhì)方面，具有常規(guī)育苗無法比擬的管理與技術(shù)優(yōu)勢[3]。目前，國內(nèi)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(yán)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(xué)的問題，造成幼苗補光過多或補光不足，且育苗實際生產(chǎn)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(nóng)作物增產(chǎn)增收。光強和光質(zhì)作為兩個重要的生態(tài)環(huán)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(zhì)將會直接對煙草光合作用以及光合產(chǎn)物的累積產(chǎn)生重要影響，進而對煙草的品質(zhì)也產(chǎn)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(nèi)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(shù)最少、寒潮侵襲頻繁的季節(jié)，育苗塑料大棚內(nèi)光照強度甚至達不到光補償點，煙苗易表現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)優(yōu)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(zhì)進行比較，旨在為烤煙育苗人工補光形式提供數(shù)據(jù)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(chǎn)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(fā)出復(fù)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(tǒng)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(huán)境因素的影響等缺點，其能耗過高導(dǎo)致難以在實際生產(chǎn)中形成較高投入產(chǎn)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(shù)成熟，人工補光多趨向于LED燈，現(xiàn)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(tǒng)。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(chǎn)的研究并不多，特別是在經(jīng)濟作物烤煙的育苗階段，LED的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(yè)園區(qū)，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(qū)域的烤煙幼苗中隨機選取10 株幼苗，按煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)方法（YC/T42-1998）對不同區(qū)域下烤煙幼苗進行生理數(shù)據(jù)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(biāo)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(biāo)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(zhì)量，然后在105 ℃烘箱內(nèi)烘20 min，再在75 ℃下烘至恒重，稱干質(zhì)量）。

2結(jié)果與分析

2.1不同人工光源下烤煙幼苗營養(yǎng)生長區(qū)別

烤煙種子播種后50 d置于試驗區(qū)下，每天光照時間為8 h，測定幼苗的各種生理生態(tài)指標(biāo)。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(tài)指標(biāo)存在差異。紅藍LED1、2及LED光板試驗區(qū)成苗品質(zhì)比熒光燈及暖白LED區(qū)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(zhì)效果與暖白LED相比更加有利于烤煙幼苗的生長發(fā)育，如何調(diào)節(jié)紅光和藍光配比部分，更好地調(diào)高光源利用率、降低能耗，需要下一步試驗驗證，以生產(chǎn)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(qū)別

煙草生長發(fā)育過程中充足適宜的光照強度、光照時間和光質(zhì)都會極大影響煙株的形態(tài)、生長發(fā)育、光合作用和內(nèi)在化學(xué)成分的組成和含量。光照不足會導(dǎo)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(zhì)積累有明顯的影響，隨著紅藍LED光強的增強，各區(qū)域幼苗干物質(zhì)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(qū)域比熒光燈區(qū)域光強增加49%，干物質(zhì)積累增多明顯，烤煙幼苗品質(zhì)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(qū)域葉綠素含量（SPAD值）也有顯著的區(qū)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(fā)育需求。

3結(jié)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(huán)境的光照強度及光質(zhì)影響煙苗植物學(xué)性狀、葉綠素含量、物質(zhì)積累、含水率、生理代謝、抗逆性和化學(xué)成分，因而對煙苗的成苗素質(zhì)有較大影響。不同光照強度和光質(zhì)對煙草生長發(fā)育、物質(zhì)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(zhì)和風(fēng)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(zhì)的合成，對煙苗株高、莖圍和植株干物質(zhì)等有較大影響。LED由于具有諸多優(yōu)點，如節(jié)能性、光譜可調(diào)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(nóng)業(yè)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(xiàn)使用耗能較少的光源達到植物生長所需光照，從而達到優(yōu)于傳統(tǒng)燈具及照射方式的補光效果。這樣不僅可以實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)，以熒光燈和LED燈為光源，發(fā)現(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(fā)育的紅光和藍光的比例，需進一步研究分析結(jié)果。

從5個補光區(qū)域煙草育苗結(jié)果可以看出，LED燈的補光區(qū)域與熒光燈區(qū)域相比，煙草幼苗長的更加旺盛，但是也出現(xiàn)了與熒光燈區(qū)域比較，LED燈區(qū)域與普通熒光燈區(qū)域相比，綠薹生長情況嚴(yán)重，這可能是由于LED中某種光質(zhì)促使綠薹生長。在該試驗過程中沒有進行營養(yǎng)液循環(huán)，建議在實際生產(chǎn)過程中，進行營養(yǎng)液循環(huán)，降低這種現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率，以便達到更便利的生產(chǎn)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(tài)指標(biāo)分析結(jié)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(shè)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(biāo)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(fā)達的高莖壯苗，但在生產(chǎn)過程中，為了與生產(chǎn)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(jié)約成本。

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