稀土農(nóng)用光源補(bǔ)光對黃瓜幼苗生長的影響

楊 瑞 池建義 尚春明 高振江 呂福虎 李慧霞

（1.包頭市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院 內(nèi)蒙古·包頭 014013 2.中國科學(xué)院 包頭稀土研發(fā)中心 內(nèi)蒙古·包頭 014000）

光是植物生長的核心要素之一，它直接影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)。植物主要利用的是波長200～800nm的光，其中可見光光譜分布在380～760nm之間。植物只有可見光才能在光合作用中被其利用并轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，不同波長的光通過與其相關(guān)受體作用引發(fā)生理生化變化，并對其生長發(fā)育、形態(tài)建成、生理代謝及品質(zhì)等都起到調(diào)節(jié)作用[1]。光作為環(huán)境信號，主要通過光強(qiáng)（光量子通量）、光質(zhì)（光譜）和光周期（光照時(shí)間）三個(gè)方面，對植物生長發(fā)育的各個(gè)階段起作用。不同植物對光的需求并不相同，如何針對不同植物的不同生長階段需求來獲得精準(zhǔn)、高效的照明光源將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。

我國溫室生產(chǎn)中，冬春季光照處于一年中最弱的階段，加之防寒保溫覆蓋物透光率低、雨雪霧霾天氣的影響，嚴(yán)重限制冬季溫室蔬菜生產(chǎn)。此外，植物苗期光照不足致使幼苗生長不健壯，導(dǎo)致果期落花落果、抗病能力弱，最終影響產(chǎn)量和品質(zhì)。人工補(bǔ)光是當(dāng)前設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。農(nóng)用LED補(bǔ)光燈較其他光源，因具有節(jié)能、光譜可調(diào)性、良好的點(diǎn)光源性、冷光性等優(yōu)點(diǎn)，使其在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用廣泛。國內(nèi)外有許多關(guān)于LED人工補(bǔ)光對溫室蔬菜、植物組培等的應(yīng)用研究[2-4]。

近年來，稀土元素作為一類有益元素在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上廣泛應(yīng)用，特別是在作物增產(chǎn)增質(zhì)應(yīng)用方面取得了豐碩成果[5、6]。此外，采用稀土永磁、高壓靜電場及稀土光源光子輻射等技術(shù)，提高種子抗逆性和抗病蟲害的能力，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的[7]。稀土發(fā)光材料制成的LED農(nóng)用光源是采用交流LED光源+發(fā)光膜組裝形式，根據(jù)植物需求設(shè)計(jì)光譜，應(yīng)用于農(nóng)作物育苗，高附加值農(nóng)作物以及各種蔬菜的種植等。與普通LED補(bǔ)光燈比，結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、壽命長，應(yīng)用前景廣闊[8]。

目前關(guān)于溫室自然環(huán)境下進(jìn)行稀土LED補(bǔ)光對蔬菜生長發(fā)育的影響的研究相對較少。本研究主要針對溫室黃瓜苗期進(jìn)行不同光質(zhì)、光周期和光強(qiáng)的最佳復(fù)合光配比補(bǔ)光試驗(yàn)，利用中科院長春應(yīng)化所最新研制的稀土農(nóng)用光作為光源，在不同波長（紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)復(fù)合光）和不同補(bǔ)光時(shí)間（2～6小時(shí)）的稀土農(nóng)用LED補(bǔ)光燈下，并以普通LED補(bǔ)光燈和不補(bǔ)光為對照，研究不同補(bǔ)光條件下對黃瓜苗期生長相關(guān)指標(biāo)的影響，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)、合理、高效的利用光資源，達(dá)到提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的目的。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)于2017年10～11月，在內(nèi)蒙古包頭市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院智能溫室中進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用黃瓜品種為京綠10號，常規(guī)方法播于50孔穴盤中，育苗基質(zhì)為草炭∶蛭石按照3∶1混合。補(bǔ)光于10月5日出苗開始。試驗(yàn)時(shí)溫室平均溫度19℃，相對濕度為70%～80%。

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)通過對試驗(yàn)用大棚尺寸和結(jié)構(gòu)、補(bǔ)光燈照射強(qiáng)度、補(bǔ)光燈的安裝條件等進(jìn)行研究分析后，將補(bǔ)光燈安裝在距離地面高度為1.8m的位置，燈間距為3～4m時(shí)地面各處的照度較為均勻，且能夠滿足植物補(bǔ)光需求。在補(bǔ)光燈下20cm處，燈照度為20000Lx，可照射角度為 160°，波長范圍 400～800nm。

試驗(yàn)用補(bǔ)光燈為：稀土紅光（R）、藍(lán)光（B）、紅藍(lán)組合（RB）3種補(bǔ)光方式，分別設(shè)置 2，4，6h3個(gè)處理（每日補(bǔ)光時(shí)間為 5∶30～和16∶30～開始，持續(xù)補(bǔ)光40天），每處理9個(gè)重復(fù)，兩個(gè)區(qū)組。以普通LED補(bǔ)光燈（LED）和不補(bǔ)光（CK）為對照，補(bǔ)光處理和對照隨機(jī)放置。試驗(yàn)用補(bǔ)光燈規(guī)格及參數(shù)見表1。

1.4 測定指標(biāo)

試驗(yàn)于10月25日開始，每隔5d測定生長相關(guān)指標(biāo)。采用隨機(jī)取樣，每處理抽取10株。測量株高、莖粗、葉片數(shù)，并稱取植株地上部和地下部的鮮、干重。計(jì)算壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 稀土農(nóng)用光源試驗(yàn)設(shè)計(jì)及參數(shù)Table1 Experimental design andparameters of rare earth agriculture light

2 結(jié)果與分析

2.1 稀土農(nóng)用光源對黃瓜幼苗生長的影響

表2 不同補(bǔ)光處理對黃瓜幼苗生長的影響Table2 Effect of different light illumination on the growth of Cucumber Seedlings

不同稀土LED光質(zhì)和光周期對黃瓜幼苗生長指標(biāo)的影響見表2。稀土補(bǔ)光和普通LED補(bǔ)光處理下黃瓜幼苗株高、單株葉片數(shù)、鮮重均大于對照，補(bǔ)光時(shí)間對株高和單株葉片數(shù)的影響表現(xiàn)為差異顯著，藍(lán)光處理（B2）株高和單株葉片數(shù)達(dá)到最大。各處理對黃瓜幼苗莖粗和干重的變化不顯著，不同波長處理下黃瓜幼苗鮮重差異顯著，紅光處理6h（R6）鮮重最大，壯苗指數(shù)最大，各處理下壯苗指數(shù)變化不明顯。稀土農(nóng)用光補(bǔ)光光質(zhì)和補(bǔ)光時(shí)間對單株葉片數(shù)有顯著的交互影響。

2.2 稀土農(nóng)用光源對黃瓜幼苗生長變化的影響

黃瓜幼苗在不同補(bǔ)光條件下株高、單株葉片數(shù)、莖粗、鮮重、干重和壯苗指數(shù)變化見圖1（a-f）。藍(lán)光處理（B2）的株高始終大于其他處理；紅藍(lán)（BR）復(fù)合光各處理前期單株葉片數(shù)大于其他處理，處理后期B2和R2達(dá)到最大；試驗(yàn)前期紅光和紅藍(lán)復(fù)合光處理下莖粗明顯大于對照，后期各處理變化不明顯。補(bǔ)光前期，處理R2鮮重高于其他處理，處理后期B6和BR6鮮重和干重達(dá)到最大；補(bǔ)光處理過程中各處理的壯苗指數(shù)變化不大。

3 結(jié)論與討論

不同光質(zhì)和光周期稀土補(bǔ)光對黃瓜苗期的影響隨處理日期的延長而不同。表現(xiàn)為：藍(lán)光2h促進(jìn)株高和葉片數(shù)增加，紅光6h促進(jìn)干物質(zhì)積累。藍(lán)光通過藍(lán)光光感受器參加許多光形態(tài)建成，促進(jìn)生長和發(fā)育，紅光通過增加凈同化率，提高光合效率，增加生物量[9-11]。植物生長在單一的光照條件下表現(xiàn)為生長不旺盛，在黃瓜、辣椒和番茄幼苗苗期補(bǔ)充照射紅光或紅藍(lán)組合光，植株的莖粗、干鮮質(zhì)量及壯苗指數(shù)明顯增加[12]。不同植物種類甚至同一種植物的不同品種對光質(zhì)的響應(yīng)表現(xiàn)不同，這是由于不同的植物在適應(yīng)長期的生態(tài)環(huán)境中形成了各自不同的生理特性，同時(shí)植物對光環(huán)境改變的響應(yīng)有明顯的再適應(yīng)自我調(diào)節(jié)機(jī)制，以防止生長過程受阻，表現(xiàn)出生物對光質(zhì)反應(yīng)的復(fù)雜性[13]。

由于作物生長受外界因素（作物、溫度、光照等）的影響較大，所以針對黃瓜苗期在不同生長季節(jié)及果期的產(chǎn)量和品質(zhì)的試驗(yàn)需要深入研究，以期為進(jìn)一步稀土補(bǔ)光下溫室黃瓜生產(chǎn)技術(shù)提供理論依據(jù)。

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