水稻溫室立體育秧夜間補光技術試驗研究

林超輝，馬　旭,b，黃　冠，陳桂生，譚永炘，孫國棟，江立凱，鄺健霞

(華南農業大學 a.工程學院;b.南方農業機械與裝備關鍵技術教育部重點實驗室，廣州　510642)

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水稻溫室立體育秧夜間補光技術試驗研究

林超輝a，馬旭a,b，黃冠a，陳桂生a，譚永炘a，孫國棟a，江立凱a，鄺健霞a

(華南農業大學 a.工程學院;b.南方農業機械與裝備關鍵技術教育部重點實驗室，廣州510642)

摘要：水稻工廠化立體育秧已成為節省秧田、培育機插優質秧苗的重要方式。工廠化立體育秧能夠有效提高育秧棚的效率，并保證秧苗質量，但溫室內光環境卻成為了影響秧苗生長的主要因素之一。為改善水稻溫室立體育秧的光照環境和探索雜交稻不同播種量對立體育秧的適用性，采用均勻試驗設計方法進行了雜交稻播種量、光照度及夜間補光時長3個因素的溫室立體育秧試驗，通過逐步回歸分析方法獲得秧苗莖基直徑、壯苗指數以及根系土壤盤結力與3個因素之間的函數關系。試驗結果表明：一定的夜間補光對提高水稻溫室立體育秧秧苗素質有積極影響，綜合分析得到在雜交稻播種量0.05kg/盤、光照度1.5～3klx、夜間補光時長3～5h的條件下，秧苗素質與自然光對照接近，秧苗質量符合機插標準，適用于田間生產應用。

關鍵詞：夜間補光；播種量；光照度；均勻設計；逐步回歸分析

0引言

在水稻生產過程中，秧苗培育是一個關鍵環節，培育出健壯、均勻、整齊的秧苗是實現水稻高產的基礎。在水稻秧苗生長過程中，干物質積累有90%～95%來自光合作用，而水稻秧苗光合作用的主要能源則來自于光照[1]。但是，溫室內的光遮擋及惡劣的氣候環境導致的光照不足給溫室立體育秧帶來巨大影響，對水稻幼苗生長極為不利，造成秧苗質量下降和水稻減產，因而采用人工補光技術進行補光成為了首選措施。

在以溫室為主題的太陽光和人工光源并用型植物工廠中，人工補光是延長植物光照時間或者彌補光照條件不足的方式[2]。Omi SK[3]提出不同作物所需的光照度不同；吳肇志等[4]針對番茄黃瓜幼苗溫室培育的試驗，得出在光照度為8.4klx下補光時間2h效果最佳；陳敏等[5]研究發現延長光照時間可提高茄子幼苗株高、生長速率及壯苗指數等指標。

人工補光可人為地控制光期的長短，根據氣候環境以及溫室遮光設施造成的溫室內光照不足，往往采用夜間延時補光的方式來培育溫室植物。申寶營等[6]研究了夜間補光對黃瓜幼苗形態的影響，夜間增加4h的補充光照，結果促進了黃瓜幼苗的生長發育；李海云等[7]研究黃瓜對激素含量及養分的吸收，同樣表明了夜間補光促進了黃瓜幼苗的生長；Durieux等[8]也針對黃瓜進行20h的夜間補光，結果黃瓜采收期提前，產量與結實期所接收光照總量成正比；張喜娟等[9]則研究了夜間補光對水稻幼苗生長的影響，補光4h時秧苗壯苗指數最高。

另外，朱德峰等多位學者[10-14]研究雜交稻機插秧適宜的播量，他們在不同的地區進行試驗，結果顯示各個地區的最佳播種量在50～100g/盤之間。但是，這些研究結果均是針對大田育秧試驗獲得，針對溫室立體育秧中培育出標準機插秧苗所需的適宜播種量則尚未見研究。因此，本文針對雜交水稻溫室立體育秧所需適宜播種量及不同光照度與夜間補光技術進行研究，以培育適于機插壯苗為目標，旨在為指導今后的水稻溫室立體育秧提供了技術基礎。

1材料與方法

為尋找水稻溫室立體育秧的補光要求，探索雜交稻不同播種量對溫室立體育秧的適用性，進行了不同播種量、光照度和夜間補光時長對水稻溫室立體育秧秧苗素質的影響試驗。

1.1試驗材料

試驗時，使用580mm×280mm標準毯狀秧盤；床土采用稻田砂壤土，經人工粉粹后拌上壯秧劑(比例100∶1)，同時用惡霉靈進行殺菌消毒(用量：12～18mL/m2)；試驗種子為雜交稻培雜泰豐(華南農業大學培育)，種子發芽率≥80%；水稻種子經鹽水選種后在小型智能程控水稻催芽機里浸種消毒(消毒劑：敵克松，兌水比例 1∶600)，并進行恒溫恒濕催芽，水稻破胸露白后取出風干至表面無水分。最后，使用2SJB-500型水稻精密播種流水線(華南農業大學研制)進行播種。

人工補光光源采用可控光質光照度的LED植物補光燈(廈門市新柱信電子有限公司生產，外形規格：60cm×30cm×0.8cm，紅光波長622～623nm，藍光波長452～455nm，光照度可調范圍30～3 000lx)。育秧秧架四周采用擋板布置相同程度的遮擋措施，保證光環境的一致性。每一塊補光燈僅能照射自己下方的水稻秧苗。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設計與安排

根據前文的分析，播種量、光照度和夜間補光時長3個因素對溫室水稻秧苗培育有影響，為此選擇這3個因素作為影響因素。為了探索各因素與秧苗素質的關系，采用均勻試驗設計方法進行試驗。每個因素設置5個水平：①根據在農藝上與常規稻相比，雜交稻栽培強調少本稀植的特點及各個地區雜交稻的最佳播種量在0.05～1kg/盤之間[10-14]，選取播種量的5個水平分別為0.04、0.05、0.06、0.07、0.08kg/盤；②根據栽培C3植物(如水稻、小麥、棉花等)的光補償點為1～2klx[15]，選取光照度的5個水平分別為1、1.5、2、2.5、3klx；③根據水稻是短日照植物，光期不可過長，選取夜間補光時長的5個水平分別為1、2、3、4、5h。

人類習慣于把生活看作是一場關于決定的戲劇。自由民主和自由市場資本主義將個人視為不斷對世界作出選擇的自主個體。無論是莎士比亞的戲劇、簡·奧斯汀的小說還是俗氣的好萊塢喜劇，藝術作品的主題通常是英雄做出的一些至關重要的決定。生存還是毀滅？聽妻子的話殺了鄧肯國王還是遵循良心而寬恕他？嫁給柯林斯先生還是達西先生？基督教和穆斯林神學同樣關注選擇的戲劇性，認為永恒的救贖取決于做出正確的選擇。

利用U10(1010)表安排試驗，將3個因素用擬水平法分別安排在U10(1010)表的1、5、7列[16]，如表1所示。

表1　均勻試驗設計方案

續表1

括號內為各因素的各個水平。

試驗于2014年11月10日-12月9日在華南農業大學工程學院樓頂溫室(113.35°N，23.16°E)進行。溫室規格：長×寬×高(8m×7m×2.3m)，溫室內相對濕度60%～80%，晝夜溫度為26℃/16℃。試驗過程中，白天的補光條件保持一致，根據相關學者[17-19]的研究，白天補光時間選擇：6∶00-10∶00，光照度統一為2 000lx，其它試驗條件均保持一致。試驗現場如圖1所示。

圖1　育秧試驗現場

1.2.2指標測量與數據處理

水稻秧苗根據試驗方案安排培育至移栽期(二、三葉一心期)，測定苗高、莖基直徑、根系土壤盤結力、百株鮮重和干重這幾項指標，各項指標測量分別采用精度0.5mm的鋼尺、精度0.01mm游標卡尺、精度0.1g的JCS-B型計重秤、精度0.01kg的DG-01型多功能電子釣鉤秤。另外，光照度采用精度1lx的TPJ-22-1型光照度記錄儀進行標定和檢測。

壯苗指數作為另外一個指標采用以下公式計算所得：壯苗指數=莖基直徑/苗高×干質量。每個處理40株苗，重復2次。試驗統計結果如表2所示。數據分析采用DPS7.05(Data Processing System)統計分析軟件。

表2　水稻秧苗素質測試統計表

水稻的百株干重測定是將100株水稻苗樣品放入烤箱(JC101型電熱鼓風干燥箱)，先將烤箱溫度調到105°進行殺青30min；再調至80°烤至恒重，稱其百株干重，重復3次取平均值。

2試驗結果分析

均勻設計的結果分析通常采用線性回歸或逐步回歸的方法[16]。本文試驗結果采用逐步回歸分析方法，將變量逐個引入并逐個檢驗，直到既沒有顯著的自變量選入回歸方程，也無不顯著的自變量從回歸方程中剔除，從而最終得到能夠解釋自變量和因變量變化規律的方程。

利用統計軟件DPS7.05對試驗結果進行分析，由于苗高均已達到機插秧苗標準[20]，所以分別建立莖基直徑、壯苗指數和盤結力這幾項指標的數學模型，以獲得各因素對水稻溫室立體育秧的影響規律。

2.1不同播種量和補光條件對莖基直徑影響的回歸分析

通過DPS軟件分析可得莖基直徑(Y1)與播種量(X1)、光照度(X2)和夜間補光時長(X3)的回歸模型[21]，有

Y1=1.1+0.052X3-0.002 5X32-0.39X1X3-

0.003 9X2X3

(1)

式(1)的回歸顯著性分析結果如表3所示。由此可以看出：夜間補光時長的平方項、播種量與夜間補光時長的交互項和光照度與夜間補光時長的交互項同莖基直徑成負相關；而夜間補光時長和莖基直徑成正相關(方程中各項系數的顯著值P均小于0.01)。

表3　莖基直徑顯著性分析結果

圖2為各因素與莖基直徑的關系趨勢圖。其中，縱坐標為莖基直徑，橫坐標分別為播種量、光照度和夜間補光時長的水平。由圖2可以看出：播種量和光照度對莖基直徑的影響近似線性關系，而夜間補光時長對莖基直徑的影響呈現非線性；夜間補光時長在較低范圍(1～3h)時莖基直徑急劇上升，超過3h以后對莖基直徑的影響程度逐漸減小。根據軟件分析結果和圖2中的優化點可得相對最佳的組合為：播種量0.04kg/盤、光照度1～3klx、夜間補光時長3～5h。

圖2　各因素與莖基直徑的關系

適宜光照度范圍為1～3klx，原因可能是增加了夜間補光，彌補了較低光照度對秧苗莖基直徑的影響。因此，在增加了夜間補光后，光照度對莖基直徑的影響作用較弱，逐步回歸分析得到的式(1)也表明了光照度對莖基直徑影響較??；另外，說明了溫室立體育秧中不同秧層的最佳補光照度不唯一，越低層的秧苗一般采用更高的照度值或者更短的夜間補光時長；而同一層的秧苗一般采用較高照度值和較低夜間補光時長組合，或者較低照度值和較高夜間補光時長組合。

2.2不同播種量和補光條件對壯苗指數影響的回歸分析

通過回歸分析得到壯苗指數(Y2)與播種量、光照度和夜間補光時長的回歸模型為

Y2=0.156+0.004 5X3-0.065 6X1X3+0.001 1X2X3

(2)

式(2)的回歸顯著性分析結果如表4所示。由此可以看出：夜間補光時長(P=0.036)、播種量與夜間補光時長的交互項(P=0.017)以及光照度與夜間補光時長的交互項(P=0.038)對水稻秧苗壯苗指數影響較大；而且夜間補光時長及光照度與夜間補光時長的交互項同壯苗指數成正相關，播種量與夜間補光時長的交互項同壯苗指數成負相關。

表4　壯苗指數顯著性分析結果

圖3為各因素與壯苗指數的關系趨勢圖，縱坐標為壯苗指數，橫坐標分別為播種量、光照度和夜間補光時長的水平。由圖3可以看出：隨著播種量加大，壯苗指數逐漸下降，說明了對于雜交稻溫室培育，播種量越低壯苗指數越高；隨著光照度和夜間補光時長增大，壯苗指數越好，表明了補光對雜交稻壯苗指數有積極作用。綜合可得相對最佳的組合為：播種量0.04～0.06kg/盤、光照度1.5～3klx、夜間補光時長3～5h。

圖3　各因素與壯苗指數的關系

2.3不同播種量和補光條件對根系土壤盤結力影響的回歸分析

由回歸分析得出盤結力(Y3)的回歸模型為

Y3=1.845+42.5X1

(3)

式(3)的回歸顯著性分析結果如表5所示。由表5可以看出：播種量對盤結力影響最大，播種量越大，根系土壤盤結力越大，盤結效果就越好。

表5　盤結力顯著性分析結果

秧苗根系土壤盤結力是低播量情況下機插育秧的關鍵指標之一，適合機插的盤結力臨界值通常為4kg；當毯狀盤育秧播種量滿足45g/盤以上時，秧塊成毯效果能滿足機插要求[15]。本試驗中播種量為0.04kg/盤時盤結力低于4kg，秧塊提起即有不同程度的松散，而當播種量達0.05kg/盤時盤結力大于等于4kg，秧塊卷起不散。

由圖2和圖3可知：播種量對莖基直徑、壯苗指數的影響規律一致，均成負相關，但與盤結力成正相關。在滿足秧塊提起不散、能夠用于機插的前提下，最適播種量可選擇0.05kg/盤。

綜上，在綜合考慮各因素對各項指標影響的基礎上, 可選擇0.05kg/盤的播種量、1.5～3klx的光照度及3～5h的夜間補光時長作為水稻溫室立體育秧補光培育參數。

3結論

1)在本試驗條件下，通過逐步回歸分析方法分別得到莖基直徑、壯苗指數和根系土壤盤結力與播種量、光照度及夜間補光時長之間的回歸模型。分析表明：一定程度的夜間補光對提高水稻溫室立體育秧秧苗素質有積極影響。

2)試驗結果表明：播種量、光照度和夜間補光時長均對水稻溫室立體育秧秧苗素質產生影響。綜合分析可得雜交稻培雜泰豐最佳的補光培育條件為：播種量0.05kg/盤、光照度1.5～3klx、夜間補光時長3～5h。此條件下的秧苗素質與自然光處理接近，秧苗能滿足機插要求，適用于田間生產應用。

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Experimental Studyof the Night Lighting Technology on the Greenhouse Stereoscopic Rice Seedling Nursing

Lin Chaohuia, Ma Xua,b, Huang Guana,Chen Guishenga, Tan Yongxina,Sun Guodonga,Jiang Likaia, Kuang Jianxiaa

(a.College of Engineering; b.Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment，Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Abstract：Factory stereoscopic rice seedling nursing has become the important way to save lands and cultivate seedlings for mechanization planting.The efficiency and quality of the rice seedlings can be effectively improved by factory stereoscopic rice seedling nursing,while the light environment inside the greenhouse becomes one of the main factors that affect the growth of the rice seedlings.In order to improve the light conditions and explore the applicability of different hybrid rice sowing rates in the greenhouse stereoscopic rice seedling nursing,the method named uniform experimental design was adopted to arrange the rice seeding cultivating test which includes three factors: sowing rates,light intensity and night lighting.Finaly the function relationships among three factors and stem diameter, healthy index,twisting force of roots were obtained with the method of stepwise regression analysis.The result of the experiment shows that it does positively impact with a certain amount of night lighting in the greenhouse stereoscopic rice seedling nursing. According to the comprehensive analysis, the relatively optimal condition was shown to be with a sowing rates of 0.05kg/plate, the light intensity of 1.5～3klx,the night lighting of 3～5h.In such a case,the rice seedling quality is close to the one with natural lighting,conforming to the standard of mechanization planting and field application.

Key words：night lighting; sowing rates； light intensity; uniform design; stepwise regression analysis

文章編號：1003-188X(2016)05-0208-05

中圖分類號：S625.5+2

文獻標識碼：A

作者簡介：林超輝(1989-)，男，福建漳州人，碩士研究生，(E-mail)lchdqp@sina.com。通訊作者：馬旭(1959-)，男，沈陽人，教授，博士生導師，(E-mail)maxu1959@scau.edu.cn。

基金項目：公益性行業(農業)科研專項(201203059);現代農業產業技術體系建設專項資金資助項目(CARS-01-33)

收稿日期：2015-04-10