季 方，甘佩典，劉 男，賀冬仙※，楊 珀

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.北京盛陽(yáng)谷科技有限公司，北京 100083）

0 引 言

番茄種植面積和消費(fèi)水平居全球所有蔬菜種類的首位。中國(guó)的番茄種植面積在2018年為104萬(wàn)hm2，年產(chǎn)量達(dá)到6 163萬(wàn)t，占全國(guó)蔬菜總產(chǎn)量的8.7%[1]。番茄種苗的質(zhì)量對(duì)其后期栽培和增產(chǎn)增效具有重要作用，已經(jīng)成為設(shè)施育苗產(chǎn)業(yè)的重要品類。目前，中國(guó)番茄種苗的年需求量達(dá) 390億株以上，對(duì)設(shè)施園藝生產(chǎn)和溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的影響。然而，冬季和早春季的低溫弱光天氣經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)施冬春季番茄種苗的生長(zhǎng)延緩和品質(zhì)劣化，嚴(yán)重制約了設(shè)施番茄育苗的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

人工光型植物工廠的可控環(huán)境可以有效縮短育苗周期，提高種苗質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)蔬菜育苗的標(biāo)準(zhǔn)化與工廠化生產(chǎn)，但因其建設(shè)成本高和耗電量大等問(wèn)題難以得到推廣普及。降低人工光型植物工廠的用電成本就必須提高育苗系統(tǒng)的電能利用效率（Electric Energy Use Efficiency，EUE）和光能利用效率（Light Energy Use Efficiency，LUE）[2]。因此，植物生長(zhǎng)燈作為人工光型植物工廠的重要組成部分，是其節(jié)本增效的核心技術(shù)，如何有效降低占總耗電量約 80%[3]的人工光照耗電量成為該技術(shù)的研究熱點(diǎn)。發(fā)光二極管（Light-Emitting Diodes，LED）以其光效高、壽命長(zhǎng)和光譜可調(diào)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)成為人工光型植物工廠的主流光源[4]，但以葉綠素對(duì)紅藍(lán)光的高吸收率而研發(fā)的紅色與藍(lán)色燈珠組合的LED燈具在近年來(lái)備受爭(zhēng)議[5-6]，而白色LED及白紅LED燈具在植物工廠中的應(yīng)用逐漸成為產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)[7-8]。

光環(huán)境調(diào)控作為設(shè)施育苗生產(chǎn)的重要環(huán)境條件，不僅包括光照強(qiáng)度和光照周期，還受到光質(zhì)和日累積光照量（Daily Light Integral，DLI）的直接影響。DLI是指植物在1 d內(nèi)接受到的光能總量[9]，是光照強(qiáng)度和光周期的乘積，可以替代光照強(qiáng)度作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的光變量。合適的DLI不僅可以改善植物生長(zhǎng)狀況，縮短種苗育苗時(shí)間，還能提高光能利用效率進(jìn)而直接影響生產(chǎn)水平和設(shè)施能耗。

以往對(duì)光質(zhì)研究的文獻(xiàn)多集中在單色光或不同比例的紅藍(lán)混合光，但越來(lái)越多的研究表明：紅藍(lán)混合光中由于缺少其他波段光譜導(dǎo)致植物部分光敏色素不能做出響應(yīng)，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)發(fā)育[7-8,10-11]；在紅藍(lán)光下生長(zhǎng)的植物在人類視覺(jué)上呈紫色，這不利于管理者對(duì)植物生產(chǎn)狀況的觀察和病害診斷[5-6]，無(wú)形中增加了植物工廠管理難度，也未能達(dá)到優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的目標(biāo)[12-13]。利用全光譜分布的白色LED特性，結(jié)合DLI對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和光合作用的影響，分析能源利用效率更能貼近生產(chǎn)實(shí)際和能耗分析。因此，本研究利用白色LED和不同比例的白紅LED植物生長(zhǎng)燈，從番茄種苗的形態(tài)建成、生物量積累及光合特性等各方面分析LED光質(zhì)和DLI對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育的影響，旨在為設(shè)施番茄育苗生產(chǎn)提供光環(huán)境參數(shù)和優(yōu)化LED光配方，從而為番茄工廠化育苗生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料與育苗方法

供試番茄種子（Lycopersicon esculentum Mill.cv.豐收）由荷蘭瑞克斯旺種子公司提供。番茄育苗試驗(yàn)于2017年 8月在人工光型植物工廠實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京）進(jìn)行。將種子播種于填充了75%蛭石和25%珍珠巖混合基質(zhì)的 128標(biāo)準(zhǔn)穴盤（長(zhǎng)×寬×高 540 mm×280 mm×42 mm）中。種子出芽前進(jìn)行為期3 d的黑暗環(huán)境催芽處理，催芽環(huán)境溫度控制在（28±1）℃，相對(duì)濕度為75%±10%。種子出芽后按各試驗(yàn)區(qū)設(shè)置的光環(huán)境參數(shù)進(jìn)行人工光照處理，育苗期間的環(huán)境設(shè)置為：08:00—22:00設(shè)置為明期，22:00—08:00設(shè)置為暗期；明期的溫度（24±1）℃、相對(duì)濕度60%±5%、CO2濃度（800±50）μmol/mol；暗期的溫度（20±1）℃、相對(duì)濕度65%±5%、CO2濃度不控制。番茄種苗采用潮汐式灌溉，每次灌溉持續(xù)時(shí)間為30 min，營(yíng)養(yǎng)液配方采用日本園試通用配方，pH值為5.6～6.0，電導(dǎo)率（Electrical Conductivity, EC）為 2.0～2.4 mS/cm。番茄種子出芽到第 1片真葉展開(kāi)期間，每隔2 d澆灌1次1/3濃度營(yíng)養(yǎng)液；待第1片真葉展平后使用2/3濃度營(yíng)養(yǎng)液每日進(jìn)行灌溉；第2片真葉展開(kāi)后每日灌溉標(biāo)準(zhǔn)濃度營(yíng)養(yǎng)液。

1.2 光照環(huán)境試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在光照立體栽培架（長(zhǎng)×寬×高 1 250 mm×900 mm×2 100 mm，分為5層，層高380 mm）上進(jìn)行番茄育苗試驗(yàn)，每層可放置6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)穴盤（4盤豎放，2盤橫放）。人工光源采用紅藍(lán)比（Ratio of Red Light to Blue Light，R∶B）為1.8的T5熒光燈（F1.8）和R∶B分別為0.9、1.2和2.2的白色和白紅LED植物生長(zhǎng)燈（L0.9，L1.2，L2.2），如表1所示進(jìn)行番茄育苗光環(huán)境試驗(yàn)，以熒光燈試驗(yàn)區(qū)作為對(duì)照組，共設(shè)置12個(gè)試驗(yàn)區(qū)。播種31 d后，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選取8株番茄種苗進(jìn)行指標(biāo)測(cè)量，試驗(yàn)重復(fù)3次。

表1 番茄種苗的光照環(huán)境試驗(yàn)處理Table 1 Light environment experiment treatments setting for tomato seedlings

1.3 試驗(yàn)儀器及測(cè)量方法

光照強(qiáng)度和光譜測(cè)定：使用便攜式光量子計(jì)（LI-1400，LI-COR公司，美國(guó)）在燈具正下方15 cm處測(cè)定光照強(qiáng)度，并用光纖光譜儀（AvaSpec-ULS2048，Avantes公司，荷蘭）在光照強(qiáng)度為250μmol/(m2·s)的燈具下同一位置測(cè)量各試驗(yàn)區(qū)分光光譜分布（圖1）。根據(jù)光譜分布，分別計(jì)算紫外光（UV，波長(zhǎng)300～399 nm），藍(lán)光（B，波長(zhǎng)400～499 nm），綠光（G，波長(zhǎng)500～599 nm），紅光（R，波長(zhǎng)600～699 nm）和遠(yuǎn)紅光（FR，波長(zhǎng)700～800 nm）的光量子通量，并用紅光波段和藍(lán)光波段的光量子通量計(jì)算R∶B。光源的電能消耗用電力監(jiān)測(cè)儀（T8006，深圳北電儀表有限公司，中國(guó)）進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。

番茄種苗形態(tài)指標(biāo)測(cè)定：形態(tài)指標(biāo)包括株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積、地上/下部鮮質(zhì)量、地上/下部干質(zhì)量。用直尺測(cè)量番茄種苗的株高（cm）；用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗（mm）；用掃描儀（LiDE 110，佳能（中國(guó)）有限公司）掃描每片葉片，并利用Photoshop計(jì)算葉面積（cm2）[14]。分離番茄種苗的地上部和地下部，用百分之一天平分別測(cè)量各部分鮮質(zhì)量（g）；將地上部和地下部放置于105℃烘箱中殺青3 h，再將烘箱溫度調(diào)至80℃干燥72 h至恒質(zhì)量，用萬(wàn)分之一電子天平（FA1204B，上海精密科學(xué)儀器有限公司，中國(guó)）分別稱量地上/下部干質(zhì)量（mg）。

葉綠素含量測(cè)定：番茄種苗的葉綠素含量用紫外/可見(jiàn)分光度計(jì)（UV-3150，島津株式會(huì)社，日本）基于Arnon修正法[15]進(jìn)行測(cè)定。

光合特性測(cè)定：在明期利用便攜式光合儀（LI-6400XT，LI-COR公司，美國(guó)）測(cè)量番茄種苗葉片的凈光合速率（μmol/(m2·s)）。光合測(cè)量的參數(shù)設(shè)定為：空氣流速500μmol/s，光照強(qiáng)度 250μmol/(m2·s)，葉室溫度 25℃，CO2濃度 800μmol/mol。

圖1 光照強(qiáng)度為 250 μmol·m-2·s-1)的光照環(huán)境試驗(yàn)區(qū)分光光譜分布Fig.1 Spectral distribution of light environment experiment treatments at light intensity of 250 μmol·m-2·s-1

1.4 計(jì)算方法

日累積光照量（Daily Light Integral, DLI）的計(jì)算方法見(jiàn)式（1）：

式中DLI為日累積光照量，mol/(m2·d)；光照強(qiáng)度的單位為μmol/(m2·s)，光周期的單位為h/d。

R∶B和R∶FR的計(jì)算方法見(jiàn)式（2）和（3）：

式中Nλ為分光光譜分布值，μmol/(m2·s·nm)。

干質(zhì)量日均增長(zhǎng)量（G值，mg/d）與壯苗指數(shù)的計(jì)算方法見(jiàn)式（4）和（5）：

光能利用效率（Light Energy Use Efficiency, LUE）是指單位時(shí)間內(nèi)（本試驗(yàn)的栽培周期為31 d）植物可利用部分化學(xué)能增長(zhǎng)量與植物接受光能總量的比值。電能利用效率（Electric Energy Use Efficiency, EUE）是指單位時(shí)間內(nèi)（本試驗(yàn)的栽培周期為 31 d）植物可利用部分化學(xué)能增長(zhǎng)量與光源消耗電能總量的比值。

式中f為植物干物質(zhì)的化學(xué)能，20 MJ/kg；D為植物可利用部分的干質(zhì)量增長(zhǎng)量，kg/m2；R指植物接受的 300～800 nm 內(nèi)的輻射能量，MJ/m2；E為燈具消耗的電能，MJ/m2。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析和圖表繪制利用 Microsoft Excel 2016和SPSS 22.0軟件完成，方差分析基于最小顯著性差異法，在0.05的顯著性水平下進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗形態(tài)的影響

LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗的形態(tài)建成具有顯著性影響。如圖2所示，隨著DLI的增大，番茄種苗的株高、莖粗和葉面積均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng) DLI為10.1 mol/(m2·d)時(shí)，由于光能供應(yīng)不足，種苗長(zhǎng)勢(shì)較弱。將DLI提高到12.6 mol/(m2·d)時(shí)，番茄種苗的光合能力增強(qiáng)，莖粗變粗、葉片變大、株型緊湊，種苗更為健壯。隨著DLI的進(jìn)一步增加，番茄種苗的形態(tài)和生長(zhǎng)量指標(biāo)開(kāi)始降低。當(dāng)DLI為10.1和15.1 mol/(m2·d)時(shí)，LED光質(zhì)對(duì)種苗形態(tài)的影響不顯著。當(dāng) DLI為 12.6 mol/(m2·d)時(shí)，R∶B為1.2的白紅LED光源（L1.2）下的番茄種苗的株高、莖粗和葉面積均達(dá)到最大，分別為 16.6 cm、3.7 mm和86.1 cm2。3種LED光源處理的番茄種苗的G值和壯苗指數(shù)均顯著高于熒光燈對(duì)照組（F1.8），G值和壯苗指數(shù)在DLI為12.6 mol/(m2·d)時(shí)達(dá)到最大，在R∶B為1.2的白紅LED下分別達(dá)到16.2 mg/d和12.04，比熒光燈對(duì)照組高出1 倍，且顯著高于其他2種LED光質(zhì)處理。當(dāng)DLI達(dá)到15.1 mol/(m2·d)時(shí)，所有光質(zhì)環(huán)境下番茄種苗的G值和壯苗指數(shù)又顯著降低。

2.2 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗生物量積累的影響

較強(qiáng)的DLI可以為植物提供更多的能量，有利于光合產(chǎn)物合成，從而促進(jìn)植物的生物量累積[16]。適當(dāng)?shù)卦黾覦LI有利于番茄種苗的生物量積累（圖3）。番茄種苗的地上部鮮質(zhì)量在DLI為12.6 mol/(m2·d)時(shí)達(dá)到最大，在L1.2下達(dá)到4.30 g，但在DLI為10.1和15.1 mol/(m2·d)時(shí)僅為2.00 g左右。由圖1可知，相比R∶B為0.9的白色 LED（L0.9），L1.2中增加了紅光比例從而促進(jìn)了番茄種苗生長(zhǎng)。L1.2的紅光比例略低于L2.2，但其綠光占比較高（L1.2和L2.2分別為43.7%和33.8%），較多的綠光更容易進(jìn)入植物冠層，使較低冠層中的葉片能夠使用透射下來(lái)的綠光進(jìn)行光合作用，從而增加了番茄種苗的生物量積累。番茄種苗的地下部鮮質(zhì)量在 L1.2-D12.6和L2.2-D12.6這2個(gè)試驗(yàn)區(qū)達(dá)到最大，分別為每株0.72和0.76 g，而在其他試驗(yàn)區(qū)則較小且無(wú)顯著性差異。番茄種苗的地上部和地下部干質(zhì)量也有相同的趨勢(shì)，在 DLI為12.6 mol/(m2·d)和R∶B為1.2的白紅LED光照下番茄種苗的總干質(zhì)量最大，為每株473.3 mg。

2.3 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗葉片葉綠素含量的影響

與DLI相比，光質(zhì)對(duì)番茄種苗葉片的葉綠素含量影響更為顯著（表2）。在3種水平DLI光照下，熒光燈下的番茄種苗葉片葉綠素含量均顯著高于 LED光源處理，總?cè)~綠素含量在 F1.8-D10.1試驗(yàn)區(qū)最大，達(dá)到(3.52±0.17)mg/g。這可能是因?yàn)橹仓觊L(zhǎng)高后，冠層離人工光源比較近，而熒光燈燈管表面溫度較LED燈管高2 ℃～3 ℃，植物葉片失水導(dǎo)致葉綠素含量升高。在 F1.8、L0.9和L1.2光照處理下，番茄種苗葉片的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均在DLI為15.1 mol/(m2·d)下最小。在R∶B為2.2的LED光源（L2.2）下，3種DLI下的番茄葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均無(wú)顯著性差異。各處理對(duì)葉綠素a/b值沒(méi)有顯著性影響，均在3.00左右，這說(shuō)明育苗環(huán)境條件均處于適宜番茄種苗生長(zhǎng)的范圍。

圖2 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗形態(tài)的影響Fig.2 Effects of LED light quality and DLI on the morphology of tomato seedling

圖3 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗生物量的影響Fig.3 Effects of LED light quality and DLI on biomass of tomato seedling

表2 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗葉片葉綠素含量的影響Table 2 Effects of LED light quality and DLI on chlorophyll contents of tomato seedling

2.4 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗光合作用的影響

如圖4所示，不同光質(zhì)處理對(duì)番茄種苗葉片的凈光合速率影響顯著，而DLI對(duì)其則無(wú)顯著性影響。L1.2對(duì)番茄種苗的光合作用最為有利，當(dāng)DLI為12.6 mol/(m2·d)時(shí)番茄種苗葉片的凈光合速率為 15.4μmol/(m2·s)。當(dāng) DLI為15.1 mol/( m2·d)時(shí)，在F1.8和L2.2下的番茄種苗葉片凈光合速率顯著低于L0.9和L1.2。

圖4 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗葉片凈光合速率的影響Fig.4 Effects of LED light quality and DLI on net photosynthetic rate of tomato seedling

2.5 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗能量利用效率的影響

基于植物干質(zhì)量的LUE和EUE可用于評(píng)估植物接收照射到冠層的光能和對(duì)人工光源電能的利用程度，是衡量植物工廠整體能耗水平的重要指標(biāo)[2]。如圖5所示，利用不同類型燈具生產(chǎn)番茄種苗的LUE和EUE差異明顯，與熒光燈試驗(yàn)區(qū)相比，3種不同LED光源下培育番茄種苗的EUE有顯著提高。在L1.2-D12.6試驗(yàn)區(qū)，番茄種苗的葉面積比其他試驗(yàn)組增大了至少 43%（圖2c），從而明顯增加了植物冠層截獲的光合有效輻射，故該處理下的LUE和EUE均達(dá)到最大，分別為0.078和0.026，比熒光燈對(duì)照組（F1.8）高79%和321%。因此，利用LED光源進(jìn)行番茄種苗生產(chǎn)在單位功率投入下比熒光燈可獲得更高的種苗產(chǎn)量，LED燈具尤其是R∶B為1.2的白紅LED燈具更加適合番茄種苗生產(chǎn)。

圖5 番茄種苗生產(chǎn)的能源利用效率Fig.5 Energy use efficiency for tomato seedling production

3 討 論

光環(huán)境對(duì)植物的形態(tài)建成、生理響應(yīng)、生長(zhǎng)過(guò)程及品質(zhì)形成有著廣泛的調(diào)節(jié)作用[17]。光質(zhì)作為觸發(fā)信號(hào)被不同的光敏色素感知，從而直接影響植物的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育[11]。DLI作為植物1 d內(nèi)接收到光能總量可以綜合反映植物對(duì)光的響應(yīng)[9]。

3.1 LED光質(zhì)對(duì)番茄種苗生長(zhǎng)和光合特性的影響

利用LED的不同光質(zhì)組合可以進(jìn)一步提高設(shè)施作物產(chǎn)量和品質(zhì)。紅光作為植物光系統(tǒng)利用效率最高的光譜組成，能夠促進(jìn)植株葉片葉面積增大[17]，是設(shè)施作物生產(chǎn)補(bǔ)光的最重要組成部分。植物對(duì)于藍(lán)光的吸收能力僅次于紅光，藍(lán)光能使植株的株形緊湊，品質(zhì)得以提升[18]。雖然植物葉片對(duì)綠光的吸收率較低，但與紅藍(lán)光相比，綠光可以更加深入的穿透植物冠層，有效地提升葉片群體的光合能力，并參與植物的形態(tài)建成[19-20]。Kim 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在紅藍(lán)LED中添加24%的綠光可促進(jìn)生菜的生長(zhǎng)。Kaiser等[21]發(fā)現(xiàn)，在紅藍(lán)光譜中加入 32%的綠光可顯著增加番茄植株生物量，這與本研究結(jié)果相似，說(shuō)明當(dāng)植物冠層比較密集時(shí)可用綠光取代部分紅光來(lái)增加植物能利用的光合能量。

由于植物對(duì)紅藍(lán)色光的選擇性吸收，以往光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)影響的研究多選用紅藍(lán)組合光源，但光譜范圍更寬的白色LED和白紅LED燈具在設(shè)施生產(chǎn)中應(yīng)用較多，也能達(dá)到與紅藍(lán)混合光下相似或更高的生產(chǎn)水平[12-13]。Liu等[18]研究表明，相比紅藍(lán)LED，使用R∶B為1.5的白色 LED時(shí)辣椒種苗地上部與地下部干質(zhì)量均達(dá)到最大。Lin等[22]在紅藍(lán)LED中額外添加白光來(lái)平衡光環(huán)境，使生菜的生物量顯著增加。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可以選用白色LED或在白色LED中補(bǔ)充紅色或藍(lán)色LED作為人工光型植物工廠的光源[5]。

同時(shí)，光質(zhì)還可以通過(guò)影響光合色素的合成參與調(diào)控植物的光合作用[17]。葉綠素是光合色素的主要組成部分，其含量越高就越能有效地捕獲光能，提高凈光合速率[23]。過(guò)多的紅光會(huì)降低葉綠素含量，而在紅光和藍(lán)光基礎(chǔ)上添加綠光有利于促進(jìn)葉綠素含量的增加[24-25]。與熒光燈相比，LED光源可以提高番茄種苗葉片光合能力，且不同光質(zhì)對(duì)葉片的凈光合速率有顯著影響，類似的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)在小白菜[26]、草莓[27]上。

3.2 DLI對(duì)番茄種苗生長(zhǎng)的影響

DLI可以有效結(jié)合光照強(qiáng)度和光周期這2個(gè)光變量，更好地描述光合作用的強(qiáng)度和時(shí)長(zhǎng)，為探究植物對(duì)光的響應(yīng)機(jī)制提供較為完善的光參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中可以通過(guò)補(bǔ)光等手段來(lái)增加DLI進(jìn)而提高設(shè)施育苗質(zhì)量，故DLI常用于植物生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)量預(yù)測(cè)或管理策略調(diào)整[28]。Zhang等[29]和Yan等[30]的研究表明，DLI與植物地上部干/鮮質(zhì)量和地下部干/鮮質(zhì)量之間存在線性關(guān)系。在一定范圍內(nèi)提高DLI可以加速植物的生長(zhǎng)，但一旦超過(guò)閾值范圍，植物生長(zhǎng)會(huì)趨于穩(wěn)定或變?yōu)橐种芠31]。這可能是因?yàn)榉N苗為了適應(yīng)高DLI環(huán)境而降低葉面積以減少蒸騰作用，以此來(lái)降低過(guò)高DLI對(duì)植物光合系統(tǒng)的傷害[31]。不同植物及其不同生長(zhǎng)階段對(duì) DLI的響應(yīng)也不同，適合紫葉生菜育苗的DLI為11.5 mol/(m2·d)[6]，適合櫻桃番茄種苗生長(zhǎng)的DLI為13.0 mol/(m2·d)[32]，而適合黃瓜種苗生長(zhǎng)的 DLI為 16.2 mol/(m2·d)[33]。

3.3 LED光質(zhì)和DLI對(duì)番茄種苗能量利用效率的影響

基于植物干質(zhì)量的LUE和EUE最早由日本的古在豐樹教授等提出[2-3]。植物生長(zhǎng)所積累的化學(xué)能都是由其吸收的光能轉(zhuǎn)化而來(lái)，在人工光型植物工廠中，植物生長(zhǎng)燈是植物光合作用所需光能的唯一來(lái)源，故植物增加的化學(xué)能最終都由電能提供。Kozai[3]指出人工光型植物工廠LUE的理論最大值為0.1，但在實(shí)際生產(chǎn)中，LUE約為0.032～0.043[29,34]，這與理論值還有著較大差距。

影響植物能量利用效率的因素很多，可以通過(guò)改變光照環(huán)境、綜合調(diào)控環(huán)境因素和增加葉片接收光能的能力等方法來(lái)進(jìn)行優(yōu)化[35]。人工光型植物工廠的光照環(huán)境是由所使用的植物生長(zhǎng)燈所確定的，這對(duì)植物的能量利用效率起到了決定性作用，故利用合適的LED光源調(diào)控光照環(huán)境是提高LUE和EUE的重要手段之一。

4 結(jié) 論

本研究在人工光型植物工廠實(shí)驗(yàn)室中，利用不同的白色和白紅LED植物生長(zhǎng)燈研究了日累積光照量（Daily Light Integral, DLI）和光質(zhì)對(duì)番茄種苗生長(zhǎng)發(fā)育、光合特性及其能量利用效率的影響，得出以下結(jié)論：

1）LED光質(zhì)可以通過(guò)不同的光譜組成影響番茄種苗的光合能力來(lái)影響其生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成，但當(dāng) DLI過(guò)低或過(guò)高時(shí)，LED光質(zhì)對(duì)種苗形態(tài)建成和生物量積累的影響不顯著。

2）合理的DLI有利于番茄種苗的形態(tài)建成和生物量積累，在適當(dāng)范圍內(nèi)提高DLI可以促進(jìn)幼苗生根、增加生物量、增大葉面積、提高種苗健壯程度。當(dāng)DLI為12.6 mol/(m2·d)時(shí)，R∶B為1.2的白紅LED光源下的番茄種苗的壯苗指數(shù)為12.04，比熒光燈下高出1 倍。

3）使用 LED光源代替熒光燈可以有效降低育苗能耗，顯著增加光能利用效率（Light Energy Use Efficiency,LUE）和電能利用效率（Electric Energy Use Efficiency,EUE），在相同能耗下可以生產(chǎn)出更多的種苗。

綜上所述，建議選用R∶B為1.2的白紅LED植物生長(zhǎng)燈并調(diào)控DLI為12.6 mol/(m2·d) 的光照環(huán)境進(jìn)行“豐收”番茄種苗的育苗生產(chǎn)。