立體育苗模式下補光光源對煙苗根系生長的影響

徐經年，任四海，張 林，張 瑋，祖朝龍，曹 瑗，劉碧榮，汪文杰*

1.安徽省農業科學院煙草研究所，合肥市農科南路40號 230031

2.安徽省煙草公司池州市公司，安徽省池州市清風東路80號 247100

以立體、多層苗床為載體，將補光、溫濕度及營養自動控制技術相結合而形成的立體育苗技術，是現代煙草育苗的發展方向之一［1］。立體多層育苗模式中的一個限制性因素為層間遮陰，育苗過程中遮陰或光照不足會導致種子萌發推遲［2］，進而影響地上部煙苗的光合作用，同時對根系的生長也產生較大影響，造成煙苗生長發育不良［3］。前人在香蕉上的遮陰試驗表明，遮陰會導致香蕉根系總鮮質量和總干質量減少，而且隨著遮陰強度的增加，降低幅度迅速增大［4］。楊立學［5］的研究表明，不同光照強度對幼苗主根生長和生物量的積累影響均達到極顯著水平；張林青等［6］通過補充光照度對秧苗根系的影響試驗，證明補充1 000 Lux 以上的光照度可促進秧苗根系生長。在煙草育苗上，采用多層及補光方式進行育苗的研究也已有報道［7］，向金友等［8］研究認為，在苗床上采取補光措施可解決烤煙漂浮育苗前期寡照問題，促進煙苗早生快長；王瑞［9］、時向東［10］等提出光強與光質可影響煙苗地上部分的生長；林葉春等［11］研究表明，光質對托盤育苗煙苗生長和光合特性可產生較大影響。但對于立體育苗模式下層間遮陰，以及不同補光光源及其組合對煙苗根系的影響方面鮮見報道。為此，基于煙草立體育苗模式，設置了不同補光方式（或組合）對煙苗根系生長發育的影響試驗，旨在找出適宜的補光措施，解決層間遮陰問題。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試煙草品種為云煙87；育苗肥為烤煙育苗專用肥N∶P2O5∶K2O=20∶10∶20；采用立體三層T型育苗架，層與層間隔70 cm，每層育苗架規格為10 m×0.65 m；補光光源為熒光燈與LED燈。

1.2 試驗概況

采用漂浮育苗，于2012年12 月—2014年3月在安徽省池州市煙草公司烤煙育苗基地立體育苗棚內進行。煙苗出齊后開啟補光燈直至成苗，補光時間為7:00—19:00。利用供熱設備增溫使育苗棚內溫度不低于10 ℃，其他育苗技術措施按標準方法［12］執行。

1.3 試驗設計

設置7 個補光處理，光源懸掛于上層架下中心位置，距育苗盤50 cm；設置兩個對照:頂層自然陽光照射處理（CK1），層間遮陰但未采取補光措施處理（CK2），見表1。9個處理在層間隨機排列，設置3次重復。

表1 補光試驗設計

1.4 測定方法

分別于煙苗第2，3，4，5 和6 片真葉發生期測定根系鮮質量、干質量、根系活力、根系總吸收面積以及根系活躍吸收面積；第2 片真葉發生期測定光輻射強度。

采用Li 6400B 光合測定儀（Li-Cor，美國Lincon公司）于煙苗上方距光源50 cm處測定光輻射強度，連續10 d于9:00，13:00及17:00 3個時刻測量光輻射強度，其平均值為苗床輻射強度代表值；將煙苗根系沖洗干凈、吸干表面水分后稱量鮮質量［13］，并用烘干稱量法測定根干質量；采用TTC法［14］測定根系活力；采用甲烯藍比色法［15］測定根系總吸收面積及活躍面積。

1.5 數據處理

試驗數據由Excel 2007 進行初步處理，DPS 7.5 軟件進行方差分析，采用最小顯著極差法（LSD）比較處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同補光處理對光輻射強度和光照度的影響

28 W 熒光燈的光輻射強度范圍在22～32 μmol·m-2·s-1之間，光照度在1 300～1 900 Lux 之間；15～16 W LED 光輻射強度范圍在55～70μmol·m-2·s-1之間，光照度在3 200～4 100 Lux之間。可見，所有補光處理的光照度均在1 000 Lux 以上，LED 光輻射強度、光照度大于熒光燈處理。經補光處理后，苗床光輻射強度代表值的范圍在37.2～82.7 μmol·m-2·s-1之間，光照度在2 214.3～4 922.6 Lux之間，見表2。

表2 不同補光處理的光輻射強度及光照度比較

2.2 不同補光措施對根系活力的影響

由圖1 可見，在第3 片真葉發生之前，所有處理的煙苗根系活力處于較低水平，第3 片真葉發生后，根系活力迅速增加，但CK2根系活力均小于補光處理及CK1，CK1 根系活力明顯高于其他處理。所有補光處理的煙苗根系活力在兩個對照之間，說明補光措施較CK2 能提高煙苗根系活力。補光處理間比較表明，藍光處理（T3）及藍紅組合補光處理的煙苗根系活力高于其他補光處理，以T5處理表現最好，在第3片真葉發生期，煙苗根系活力高于CK2 73.5%，至第6 片真葉發生期，仍高于CK2 10.6%。

圖1 不同補光措施對煙苗真葉發生期煙苗根系活力的影響

2.3 不同補光措施對根系吸收面積的影響

表3結果表明，CK2根系總吸收面積及根系活躍吸收面積顯著低于CK1和T5處理，與T1處理間差異不顯著。在第2和第3片真葉發生期，LED補光處理（T5，T6 和T7）、紅藍熒光燈補光處理T4 及藍色熒光處理T3的根系總吸收面積、活躍吸收面積與CK1 無顯著差異；第4 和第5 片真葉發生期，T5根系總吸收面積與活躍吸收面積與CK1無顯著差異，而其他補光處理的根系活躍吸收面積顯著低于CK1；第6 片真葉發生期，所有處理的根系總吸收面積及活躍吸收面積顯著低于CK1。可見，藍光處理T3 及藍紅組合補光處理（T4，T5，T6 和T7）的根系活躍吸收面積高于紅光補光處理T2及白光處理T1，與補光對煙草根系活力影響的趨勢基本一致。其中，T5 處理表現最好，在第2 至第6片真葉發生期，根系總吸收面積高于CK2 20.1%～36.2%，根系活躍吸收面積高于CK2 37.5%～56.2%，在第6 片真葉發生期，根系吸收面積與活躍吸收面積與CK1無顯著差異。

表3 不同補光措施對不同真葉發生期根系吸收面積的影響① （cm2·株-1）

2.4 不同補光措施對根系物質積累的影響

表4結果表明，CK2處理干物質積累顯著低于其他處理。在第2和第3片真葉發生期，CK1與補光處理間的干物質積累無顯著差異；第4 片真葉發生期之后，CK1的根干質量顯著高于其他處理。白色熒光燈處理T1干物質積累量最低，紅色熒光補光處理T2 的干物質積累量小于藍色熒光燈補光處理T3 以及藍紅光組合處理（T4，T5，T6 和T7），藍紅光組合處理根系物質積累量顯著高于單獨藍色或紅色補光處理；LED組合補光處理中，隨紅光比例的增加，煙苗根系干物質積累呈現降低趨勢。第2、第3片真葉發生期，補光處理間的根干質量無顯著差異，但顯著高于CK2；第4 至第6 片真葉發生期，T5處理表現最好，根鮮質量高于CK2 11.6%～22.7%，根干質量高于CK2 11.3%～20.1%。

2.5 不同補光措施的光輻射強度與根系部分生理指標間的相關性

根系活力變化曲線（圖1）在第3 片真葉發生期發生轉折。由表4可見，根系物質積累量在第5片真葉急劇增加，較第4 片真葉發生期干物質積累量提高6.26～7.69 倍，因此，選擇在第2、第3 及第5片真葉發生期分析光輻射強度與根系部分生理指標的相關性。由表5可見，在第2片真葉發生期，光輻射強度與各項生理指標的相關性不顯著（r＜0.70），但進入第3 片真葉發生期后，光輻射強度與各項生理指標相關性除根系總吸收面積之外均達到顯著水平，尤其是進入第5片真葉發生期，根系總吸收面積、活躍吸收面積及根干質量與光輻射強度的相關性均達到極顯著水平；在本試驗條件下（光輻射強度范圍19.5～92.6 μmol·m-2·s-1），煙苗根系活力、根系吸收面積及根系物質積累量與光輻射強度呈正相關，光輻射強度愈大，煙苗根系活力、根系吸收面積及根系物質積累量增加幅度愈大。

表4 不同補光措施對不同真葉發生期根系物質積累的影響 （g·株-1）

表5 不同真葉發生期光輻射強度與根系生理指標的相關系數①

3 結論與討論

藍光波長短（420～470 nm）、頻率高，光源能量高，光照強度高于紅光及白光。在誘導風信子、水稻根系負向光性的研究中，最有效的是藍光，橙、紅光則無效，導致這種負向光性的原因是向光一側的根系細胞受到藍光誘導產生分生與伸長，使根系吸收面積及活力增加，根系物質積累量也相應增加［16-18］。本研究中，藍紅組合光源及藍光處理煙苗的根系活力、吸收面積及物質積累顯著高于紅光，而藍紅光組合處理的煙苗優于單獨藍色熒光燈處理，可能與藍紅光組合后光譜范圍增加、光質互補有關，這一結果與閆萌萌等［14］在花生幼苗上的光色試驗結果存在差異，但與倪文［19］、李韶山等［18］在水稻幼苗上的研究結果基本一致。

不同光源組合中以LED 燈補光處理最好，熒光燈補光處理次之，這與LED燈光輻射強度、發光效率高于熒光燈有關；LED 燈3 個組合補光處理中，表現出隨著藍燈比例的增加，煙苗根系干物質積累呈現增加趨勢。所有補光處理各項指標測定值均低于自然光照處理，實際長勢也略弱于頂層煙苗。可見，補光措施雖能滿足煙苗根系生長發育的需求，但不能完全替代自然光照，這可能與單一或組合光源中波長范圍較窄有關。

LED 燈價格高（相同功率，價格較熒光燈高5～6 倍），一次性投入成本較大；但LED 燈的使用壽命一般為5 000 h，熒光燈的使用壽命一般為2 000 h；熒光燈以汞為發光原料，LED燈則采用半導體為發光體，耗電量低且環保。因此，在立體育苗模式下選用LED燈作為補光光源較好。

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