补光技术在蔬菜生产中的应用研究进展

摘    要：北方冬春季节大部分地区的设施植物生长都存在缺光问题。塑料大棚、日光温室、连栋温室等设施受到冬春天气环境影响时，自然光无法满足植物对光的需求，导致植物生长不良，是造成作物减产、绝收、品质下降的重要原因。我国北方冬春季节气温低、日照短，光照是工厂化蔬菜育苗的主要限制因子之一，蔬菜幼苗及嫁接苗在弱光环境下易出现弱苗、徒长、生长缓慢等现象，严重制约了农业生产。为解决设施生产中光照不足的问题，采用补光技术，是现代农业的重要手段。主要从不同光环境对蔬菜幼苗生长的影响及冬春补光技术要点等方面进行综述，旨在为蔬菜育苗和生产提供技术支撑。

关键词：蔬菜；补光技术；应用

中图分类号：S63+S64                      文献标志码：A                文章编号：1673-2871（2024）07-001-07

Application research progress of supplementary light technology in vegetable production

WANG Yuerong1， 2， CHEN Pengyu1， WANG Dianfa1， YANG Guichun1， WANG Lei1

（1. Jilin Academy of Agricultural Sciences， Changchun 130033， Jilin， China; 2. College of Horticulture， Jilin Agricultural University， Changchun 130118， Jilin， China）

Abstract： The growth of facility plants in most areas of northern China in winter and spring has the problem of light shortage. When plastic greenhouses， solar greenhouses， multi-span greenhouses and other facilities are affected by winter and spring weather， natural light cannot meet the needs of plants for light， leading to poor plant growth， which is an important reason for crop yield reduction， crop failure and quality decline. In winter or spring season of northern China， the temperature is low and the sunshine is short. Light is one of the main limiting factors for industrial vegetable seedlings. Vegetable seedlings and grafted seedlings are prone to weak seedlings， overgrowth and slow growth in low light environment， which seriously restricts the agricultural production. In order to solve the problem of insufficient light in facility production， the use of supplementary light technology is an important means of modern agriculture. This paper mainly reviews the effects of different light environments on the growth of vegetable seedlings and the key points of winter and spring light supplementation technology， aiming to provide technical support for vegetable seedling raising and production.

Key words： Vegetable; Supplementary light technology; Application

地球上的生物绝大多数都离不开光。其中，植物对光照的需求尤为明显，光对植物的生长发育具有特殊作用，影响着植物所有的生长阶段[1]。光照是植物生长发育的必备条件之一，也是设施农业的一个基本要素，光照不足使蔬菜含糖量降低，产量下降，抗性减弱，贮藏和运输过程中容易衰老。西瓜、甜瓜光照不足，会导致植株瘦弱，叶片变黄、变薄、变软，茎蔓徒长，引起大量落花、落果[2]。但是，光照过强也有危害，番茄、茄子和辣椒在炎热的夏天受强烈日照后，会产生日灼病，不能进行贮藏[3]。光的强度、光质、模式、均匀性、偏振和相干性均影响植物的产量和品质。在北方冬春季节，塑料大棚、日光温室、连栋温室等设施中太阳入射角度小、日照时间短，光线弱以及受到恶劣天气影响时，自然光无法满足植物对光的需求，进而导致植物生长不良。随着设施农业的发展，使用人工光源控制光环境的照明技术在苗木、蔬菜、花卉等农林植物上得到广泛应用，植物补光灯可以更好地促进植物生长、缩短育苗周期、提高幼苗健康指数。由此可见，补光灯对植物生长发育有显著的促进作用。笔者主要从不同光环境对蔬菜幼苗生长发育的影响及冬春季补光技术要点等方面进行综述，以期为蔬菜育苗和生产提供技术支撑。

1 光环境对蔬菜生长的影响

光环境包括光质、光强、光照时间和光照分布。合理控制光环境，同时注意光照的方向和均匀性，可以增强蔬菜对光能的利用率，进行正常的生长发育，进而提高蔬菜产量和品质。

1.1 光质对蔬菜生长发育的影响

光质是指具有不同波长的太阳光谱，太阳辐射光谱中波长为380～760 nm的光是最具有生理活性的波段，称为光合有效辐射。在此范围内的光对植物生长发育的作用也不尽相同。植物同化作用吸收最多的是红光，红光不仅有利于植物碳水化合物的合成，还能加速长日照植物的发育、提高叶绿素含量，蓝光促进蛋白质和有机酸的合成[4]。有研究表明，红光促进小白菜的细胞伸长生长，对茎的伸长有促进作用，提高赤霉素含量[5]。658 nm红光对增加紫叶生菜、紫菘及紫甘蓝3种蔬菜的叶长、叶柄长度、胚根和下胚轴长度均具有促进作用，同时红光可增加紫甘蓝和紫叶生菜的叶绿素、类胡萝卜素、可溶性总糖及淀粉含量[6]。并非所有的植物都喜好红光，657.1 nm的红光会使番茄根系生长受阻，根系活力下降，壮苗指数降低[7]。波长范围为600～700 nm的LED红光不利于黄瓜植株生长，降低叶片光合效率，阻碍叶片和叶绿体发育，并且延迟雌花开放时间[8]。峰值波长为450 nm的蓝光最有利于蕹菜茎的增粗、叶和根可溶性糖含量的积累[9]。585 nm黄光不利于人参叶片叶绿体发育，叶绿体形状多为纺锤形，数量少，体积较小[10]。豌豆芽苗菜在585 nm黄光处理下，下胚轴显著增长，芽苗菜中Na含量显著提高，有利于提高芽苗菜的产量及改善部分品质[11]。峰值波长为530 nm的绿光有利于蕹菜株高的提升，在一定程度上促进了蕹菜根可溶性蛋白、茎维生素C含量的提高[9]。520 nm绿光可提高番茄幼苗的根系活力[12]。而460～600 nm绿光处理则抑制香蕉组培苗生长[13]。

光质是影响植物光合作用的重要因素，植物进行光合作用的器官是叶片，叶绿体中的叶绿素最强吸收光波区有两个：叶绿素与类胡萝卜素在430～450 nm（蓝）吸收比例最大，叶绿素在640～660 nm（红）吸收率高。前人研究表明，红蓝复合光处理下，番茄幼苗的净光合速率，蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和气孔导度均有显著提高[14]。红光有利于番茄幼苗细胞伸长、叶绿素含量增加，促进碳水化合物等干物质积累，使抗氧化酶活性提高，而蓝光可促进番茄非碳水化合物积累[15]。在红蓝光的基础上增加紫光能够促进辣椒幼苗同化产物向营养器官的运输和积累，对辣椒幼苗生长最为有利[16]。400～500 nm蓝光和红蓝光组合则能提高黄瓜叶片光合效率，促进植株形态建成，增加雌花数目，有利于植株生长[8]。红蓝光3∶1（R：580～660 nm，B：440～540 nm）处理香蕉组培苗在株高、茎粗、根数、鲜质量等生长状况有明显变化，有利于组培苗的生长[13]。

1.2 光质对蔬菜营养品质的影响

蔬菜中富含蛋白质、脂肪、无机盐、维生素C、β-胡萝卜素等营养成分。光质可以通过调控维生素C合成和分解酶的活性影响蔬菜维生素C含量，而且对蛋白质和碳水化合物的合成具有一定的调控作用。

红光对生菜幼苗的叶面积增长和β-胡萝卜素积累有促进作用，预照红光后施加近紫外光，红光能增强抗氧化酶活性并提高近紫外光吸收色素的含量，从而减轻近紫外光对生菜幼苗的伤害，降低生菜中的硝酸盐含量[17]。不同波长的蓝光处理均可促进紫叶生菜次生代谢物的积累，450 nm蓝光处理的次生代谢产物含量最高，与白光相比较，花青素含量提高了128%，可溶性蛋白含量提高了40%，类黄酮含量提高了71%，总酚含量提高了13%[18]。用白光+蓝光处理不仅提高了大葱的可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、粗纤维和重要硫化合物的含量，而且大葱的适口性和营养价值也得到改善[19]。绿黄光防蛾灯照射处理后，总体上提高了大白菜的营养品质，维生素C含量显著升高。565～585 nm波段黄光处理大白菜游离氨基酸含量显著提高，515～535 nm波段绿光处理大白菜可溶性蛋白含量显著提高[20]。16 h 200 μmol·m-2·s-1白光处理的芫荽维生素C含量最高[21]。研究表明，黄光能显著降低生菜中维生素C、类黄酮和总酚含量，并抑制莴苣地上部铵态氮的积累[22]。红蓝光处理显著提高菠菜维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低硝态氮和胡萝卜素含量[23]。红蓝组合光源有利于南瓜幼苗蛋白质的合成及游离氨基酸的积累[11]。荞麦芽苗菜在R1B5（660 nm红光、450 nm蓝光）红蓝光处理下的可溶性蛋白含量最高，叶绿素和类胡萝卜素含量在各处理组间最大，维生素C含量随着蓝光比例的增大而提高[24]。红蓝光加白光的组合显著提高了莴苣叶片中的可溶性糖含量[25]。

1.3 光强对蔬菜生长的影响

光照强度依地理位置、季节变化、云量及雨量等的不同而呈规律性变化，即随纬度的增加而减弱，随海拔的升高而增强。由于不同植物对光的依赖程度不同，所以会形成不同的生态习性，根据作物对光照强度的生态类型可以分成阳性作物、阴性作物、耐阴作物。适宜的光照强度能够促进植物的生长和发育，提高光合速率，提高植物的产量和品质。然而，过强或过弱的光照都会对植物造成不良影响，甚至导致植物死亡。当光照度低于100 μmol·m-2·s-1会抑制番茄幼苗的生长，光照度高于800 μmol·m-2·s-1会导致番茄幼苗叶片发黄[26]。光强度过低（100 μmol·m-2·s-1）也同样不利于生菜的生长，随着光强的提高，生菜的光合效率和产量有所提高[27]。200 μmol·m-2·s-1光照强度最适于苦苣生长，有利于叶绿素、类黄酮、总酚、维生素C、可溶性蛋白的积累[28]。光强过强或过弱均不利于草莓植株生长，75%光强处理下草莓生长最好，叶片光合色素含量最高[29]。

1.4 光照时间对蔬菜生长的影响