石墨烯遠紅外電暖在辣椒育苗上的應用效果

李鵬 譚旋 唐格斯 楊帆 戴思慧 龔意輝

摘要：石墨烯遠紅外電暖因其具備熱轉換效率高且綠色環保的優點而在農業生產中出現了較多應用，然而對辣椒育苗的影響并不清楚。以湘研14號線椒為供試品種，在湘潭蔬菜種苗中心基地的大棚內設置石墨烯遠紅外電暖加溫處理，觀察石墨烯遠紅外電暖加溫處理對辣椒幼苗生長發育的影響。結果表明，石墨烯板下辣椒幼苗萌芽率最高，為91.00%，對照棚內幼苗萌芽率最低，為83.58%;石墨烯板下和對照棚苗齡期分別為72、102 d，石墨烯處理能明顯縮短苗齡期30 d左右，降低了辣椒幼苗的生產成本;株高、莖粗、主根長度、葉片數、地上部分干質量、鮮質量、地下部分干質量、鮮質量均隨辣椒幼苗的生長發育呈現出增加的趨勢，并且石墨烯板下幼苗各項生理指標均明顯高于石墨烯板外和對照。綜上所述，石墨烯遠紅外電暖處理技術明顯促進了辣椒幼苗根系和植株的生長。研究結果為推廣石墨烯遠紅外電暖技術在蔬菜集約化育苗中應用提供了理論基礎和技術支撐。

關鍵詞：辣椒;石墨烯;遠紅外電暖;低溫脅迫;育苗;生長發育

中圖分類號：S641.304.3 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2022）11-0149-05

收稿日期：2021-08-04

基金項目：湖南省自然科學基金（編號：2020JJ5270）;湖南省教育廳科學研究重點項目（編號：20A281）。

作者簡介：李 鵬（1988—），男，湖南瀏陽人，碩士，中級農藝師，從事蔬菜育苗技術的研究。E-mail：496741931@qq.com。

通信作者：龔意輝，博士，講師，從事蔬菜育苗技術的研究。E-mail：gyhzgh@163.com。

辣椒（Capsicum annuum L.）是茄科辣椒屬一年生草本植物，是我國栽培面積僅次于白菜的第二大蔬菜作物，栽培歷史悠久，且品種資源豐富。辣椒果實富含豐富的維生素C、蛋白質、糖類、辣椒素等營養物質，受到廣大消費者的青睞。近年來，反季節蔬菜種植面積和產量呈現不斷升高的趨勢，給企業和種植戶帶來可觀的經濟和社會效益。優質的蔬菜種苗是種植戶獲得高產和穩產的前提條件。辣椒種苗生產的品種、質量、數量，以及辣椒育苗方式的不同，都將對辣椒的產量、品質以及經濟效益產生重大的影響。辣椒屬喜溫作物，適合在 20～30℃環境中生長，當生長溫度長時間低于 15℃ 就會發生冷害，從而使辣椒根、莖、葉等器官的生長發育受到一定程度的抑制。

任旭琴等研究表明，低溫逆境能有效降低辣椒根系的總長度，根系直徑則表現出先升高后下降的趨勢。梁建生等研究表明，低溫會導致植物根系功能異常，從而造成根系吸收水分和礦質元素困難，植物代謝出現紊亂，嚴重阻礙植物根系的正常生長和發育。徐冉等研究表明，低溫減小了辣椒葉面積，且低溫時間越長，減小幅度越大。王麗萍等研究表明，低溫弱光抑制了辣椒株高和莖粗的生長，也阻礙了辣椒根系的生長。柴文臣等研究表明，辣椒株高、莖粗、葉長、干物質積累量等生長指標隨低溫脅迫時間的延長均呈現出下降的趨勢。我國南方保護地冬春茬和早春茬辣椒多在12月中旬至翌年1月底前播種，整個育苗期均處于溫度較低的環境中。當辣椒種子萌發后，遭遇長時間的低溫脅迫，會導致辣椒抗凍能力減弱，同時減弱了根系吸收水分和礦質元素的功能，從而引發辣椒幼苗病害，造成生長發育不良，最終出現辣椒結實率低和品質低下的現象。因此，在越冬春茬和早春茬如何有效培育種苗是辣椒生產上亟待解決的重要問題。

石墨烯是一種從石墨材料中分離出來的單層碳原子材料，是由碳原子以sp雜化方式緊密結合構成的二維六方單層結構，具有超強的導熱性和優異的電學性能。石墨烯遠紅外電暖具有能耗低、使用壽命長、安全性高、防水、防漏電等優點，能夠解決冬季燃油、燃煤、燃氣等供暖所造成的環境污染問題，而且有凈化空氣的功能。石墨烯遠紅外電暖結構緊湊、占地面積小、熱轉換效率高、安裝成本低，且熱能利用率高、節能效果突出。石墨烯電熱板通電后產生的8～14 μm遠紅外“生命光波”，容易被植物吸收并轉化為內能，而且種苗不需要進行定期消毒、打藥和施肥等作業工序，降低了病蟲害防治次數和種苗生產成本，培育的種苗綠色環保。因此，研究和利用石墨烯遠紅外電暖育苗技術具有較好的生產應用價值。本研究以湘研14號線椒為試驗材料，利用石墨烯遠紅外電暖加溫技術對辣椒漂浮育苗生長發育的影響，以期為縮短育苗時間、培育辣椒壯苗和高效栽培提供理論基礎，也為今后推廣石墨烯遠紅外電暖加溫技術在蔬菜集約化育苗中的應用提供了科學依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

基質、120孔穴盤均由湖南湘暉農業技術開發有限公司提供，石墨烯遠紅外電暖由湖南九朋智烯科技有限公司提供，規格為1.1 m×0.6 m，電功率為500 W，塑料大棚膜選擇聚氯乙烯無滴長壽膜，規格為35 m×8 m×0.08 mm，小拱棚膜選擇農膜，規格為29.54 m×2 m×0.02 mm，均由湖南烯源新材科技有限公司提供。供試辣椒品種為湘研14號線椒，由湖南湘研種業有限公司提供。

1.2 試驗設計

試驗分別于2019年12月和2020年12月在湖南省湘潭市蔬菜種苗中心基地內進行，重復2次。選取相鄰2間、規格為44 m×8 m的大棚，分別編號A、B，2間大棚重新蓋膜，保持大棚內部條件基本一致。在大棚內各修建規格為1.1 m×20 m的育苗池2個。A大棚不采用石墨烯遠紅外電暖加溫，作為空白對照，B大棚安裝規格為1.1 m×0.6 m的石墨烯遠紅外電暖設施。在120孔穴盤中播種，播種后將穴盤置于溫室小拱棚，每個溫室小拱棚各播種10盤進行辣椒育苗試驗，石墨烯遠紅外電暖加溫控制大棚內白天溫度為25～28℃，晚上溫度為15～18℃，進行常規管理，待辣椒種子萌發終止后每隔1周進行取樣，用于辣椒幼苗各項生理指標的測定。

1.3 試驗方法

1.3.1 發芽率的統計 辣椒種子破土而出視為種子萌發，當連續5 d沒有新的種子破土而出即視為萌發結束。在此期間每天記錄辣椒種子的萌發數量，并匯總得出辣椒種子最終的發芽率。發芽率=（種子發芽終止在規定時間內的全部正常發芽種子數/總播種數）×100%。

1.3.2 苗齡期的測定 辣椒壯苗標準：幼苗莖稈粗且節間短，根系發達且主根粗壯。幼苗真葉為8～12張，子葉部位莖粗為0.25～0.40 cm，株高為15～20 cm，葉片濃綠且肥大，根莖葉無病斑、無傷痕、無病蟲危害，葉柄長度適中，以幼苗達到壯苗為標準，記錄 A、B 2間大棚辣椒幼苗達到壯苗所需的時間。

1.3.3 幼苗生長指標的測定 從石墨烯板下（石墨烯板正下方的幼苗）、石墨烯板外（石墨烯板旁邊的幼苗）、對照組隨機各取5株進行各項生理指標的測定。用卷尺測定辣椒幼苗基部到生長點的高度，即為辣椒株高;用游標卡尺測定辣椒子葉上方莖稈的粗度即為莖粗;采用觀察法統計辣椒幼苗的葉片數;用清水將根系洗干凈，用直尺測量幼苗的主根長度，并記錄幼苗的胚根數，以子葉為界，使用百分之一天平測定辣椒幼苗地上部分和地下部分的鮮質量，然后將辣椒鮮樣置于115℃烘箱中烘干至恒質量，使用千分之一天平稱量辣椒地上部分和地下部分樣品的干質量。

1.3.4 數據分析 采用 Excel 2010、Sigmaplot 12.5軟件對2020年12月育苗所測定的生理數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 石墨烯遠紅外電暖對辣椒幼苗發芽率的影響

由圖1可知，石墨烯板下辣椒種子發芽率最高，為91.00%，石墨烯板外辣椒種子發芽率次之，為88.00%，對照棚內辣椒種子發芽率最低，為83.58%。結果表明，石墨烯遠紅外電暖技術在一定程度上提高了辣椒種子的發芽率。

2.2 石墨烯遠紅外電暖對辣椒苗齡期的影響

由圖2、圖3可知，苗齡期是指從辣椒萌發結束時間開始達到壯苗所需的時間。石墨烯板下辣椒苗齡期最短，為72 d;石墨烯板外辣椒的苗齡期次之，為77 d，而對照棚內辣椒的苗齡期最長，為 102 d;石墨烯材料處理能縮短辣椒苗齡期30 d左右。結果表明，石墨烯遠紅外電暖處理能縮短辣椒幼苗的苗齡期。

2.3 石墨烯遠紅外電暖對辣椒幼苗生長勢的影響

2.3.1 對辣椒幼苗株高的影響 由圖4可知，辣椒株高隨著幼苗的生長發育呈現出逐漸增加的趨勢。在辣椒萌發結束42 d后，石墨烯板下幼苗的株高最高，石墨烯板外幼苗株高次之，對照棚內幼苗株高最低。結果表明，石墨烯遠紅外電暖處理明顯促進了辣椒幼苗的生長。

2.3.2 對辣椒幼苗莖粗的影響 由圖5可知，辣椒幼苗的莖粗隨著幼苗生長發育時間的延長呈現出逐漸升高的趨勢。石墨烯板下幼苗的莖粗最粗，石墨烯板外幼苗莖粗次之，對照棚內幼苗莖粗最細。結果表明，石墨烯處理在一定程度上促進了辣椒幼苗莖粗的生長。

2.3.3 對辣椒幼苗葉片的影響 由圖6可知，葉片隨著辣椒幼苗的生長發育呈現出逐漸增加的趨勢。石墨烯板下幼苗的葉片數最多，石墨烯板外幼苗葉

片數次之，對照棚內幼苗葉片數最少。結果表明，石墨烯處理在一定程度上加速了辣椒幼苗葉片的生長。

2.4 石墨烯遠紅外電暖對辣椒幼苗根系的影響

2.4.1 對辣椒幼苗主根長度的影響 由圖7可知，辣椒幼苗的主根長度隨著幼苗的生長與發育呈現出逐漸升高的趨勢。石墨烯板下幼苗主根最長，石墨烯板外幼苗主根次之，對照棚內幼苗主根最短。結果表明，石墨烯處理明顯促進了辣椒幼苗主根長度的生長，有助于培養辣椒壯苗。

2.4.2 對辣椒幼苗胚根的影響 由圖8可知，辣椒幼苗胚根數量隨著幼苗的生長與發育大體呈現出逐漸增加的趨勢。石墨烯板下幼苗胚根數最多，石墨烯板外幼苗胚根數次之，對照棚內幼苗胚根數最少。結果表明，石墨烯處理明顯促進了辣椒幼苗側根的生長。

2.5 石墨烯遠紅外電暖對辣椒幼苗生長質量的影響

由圖9可知，辣椒幼苗地上部分和地下部分的鮮質量以及干質量隨著辣椒幼苗的生長進程呈現出逐漸增加的趨勢。石墨烯板下辣椒生物量積累最多，石墨烯板外辣椒生物量積累次之，對照棚內辣椒生物量積累最少。結果表明，石墨烯遠紅外電暖處理明顯促進了辣椒幼苗干物質的積累。

2.6 辣椒石墨烯遠紅外電暖加溫育苗效益分析

由圖2可知，辣椒經石墨烯遠紅外電暖加溫處理后可縮短苗齡期30 d左右。按目前市場人工勞務費150元/（人·d）計算，大約節省4 500元的人工勞務費。此外，石墨烯材料的功率約為 500 W/塊，可育苗8～9盤（每穴盤為 120株），保護地按種植 3 600株/667 m 辣椒計算，需30穴盤苗及4塊石墨烯加溫42 d，石墨烯材料費為 800元/塊，一般使用8年/塊，石墨烯材料加溫電費按加熱時間平均12 h/d，電費以0.58元/（kW·h）計算，500÷1 000×0.58×42×4×12+800×4÷8=984.64元。因此，應用石墨烯遠紅外電暖加溫育苗技術能有效降低辣椒育苗生產成本。同時，石墨烯遠紅外電暖加溫育苗能促進辣椒提前成苗和定植，有利于辣椒果實的提早上市，給農戶帶來了更高的經濟收益。

3 討論與結論

在辣椒反季節栽培過程中，容易遭受低溫脅迫而給辣椒的生長發育帶來不利的影響。低溫脅迫易使辣椒徒長、花芽結實率低、根系生長緩慢而導致吸收礦質營養元素障礙，從而引發辣椒產量和品質明顯下降的現象。目前，我國常采用煤油燃燒、熱風爐、鍋爐暖氣、電暖風等加溫方式進行冬季蔬菜育苗，但這些傳統的加溫方式易產生熱轉換效率低、加熱不均勻、生產成本高、作業流程繁瑣且易污染環境等諸多實際問題，這些傳統加溫育苗效果難以令人滿意，并且不符合低碳環保的生產要求。

本研究結果表明，在溫室低溫逆境條件下，石墨烯遠紅外加溫處理明顯縮短辣椒苗齡30 d左右，石墨烯加溫處理在一定程度上能提高辣椒萌發率、幼苗株高、莖粗、主根長度、胚根數、地上部分鮮質量和干質量、地下部分鮮質量和干質量，加速了辣椒幼苗植株的生長和根系的發育，有利于培養辣椒壯苗。因此，在生產中應用石墨烯遠紅外電暖加溫育苗技術能大大提早辣椒幼苗上市時間，節約育苗生產成本，其后續辣椒移栽、定植和果實收獲等生產環節均能有效提前，給農戶和企業帶來了可觀的經濟效益和社會效益，同時也為推廣石墨烯遠紅外電暖在蔬菜集約化育苗中的應用打下了良好的基礎。

綜上所述，應用石墨烯遠紅外電暖加溫設施育苗技術明顯促進了辣椒幼苗根系和植株的快速生長，有效提早幼苗的上市時間，并且能使企業和農業種植戶獲得可觀的經濟效益。該項技術屬于我國高科技綠色環保新能源技術，具有安全性高、綠色環保、風險小、電熱轉換效率高且發熱穩定等優勢，符合我國大力發展低碳經濟的生產要求，并且在蔬菜育苗中的應用可為企業和種植戶帶來顯著的生態效益和經濟效益。因此，石墨烯遠紅外電暖加溫設施在今后蔬菜集約化和規模化育苗中的應用前景十分光明。

參考文獻：

[1]王立浩，張寶璽，張正海，等. “十三五”我國辣椒育種研究進展、產業現狀及展望[J]. 中國蔬菜，2021（2）：21-29.

[2]任朝輝，田旭芳，廖衛琴，等. 不同辣椒種質資源的品質性狀評價[J]. 西南農業學報，2020，33（9）：1884-1891.

[3]常晨晨，王曉莉，朱紅艷，等. 設施內不同施肥處理對辣椒生長及土壤養分的影響[J]. 江蘇農業科學，2021，49（3）：110-115.

[4]任旭琴，繆旻珉，陳曉明，等. 低溫逆境下辣椒根系生長及生理特性的響應[J]. 中國蔬菜，2007（3）：12-14.

[5]梁建生，張建華，曹顯祖.根系環境溫度變化對根系吸水和葉片蒸騰的影響[J]. 植物學報，1998，40（12）：1152.

[6]徐 冉，任旭琴.低溫對辣椒葉面積及生理指標的影響[J]. 安徽農業科學，2007，35（31）：9886-9887.

[7]王麗萍，王 鑫，鄒春蕾.低溫弱光脅迫下辣椒植株生長特性的研究[J]. 遼寧農業科學，2007（6）：7-9.

[8]柴文臣，馬蓉麗，焦彥生，等. 低溫脅迫對不同辣椒品種生長及生理指標的影響[J]. 華北農學報，2010，25（2）：168-171.

[9]岳振平，張雪平.低溫逆境對辣椒影響的研究進展[J]. 農業科技通訊，2011（11）：183-185.

[10]何新民，張 婷，陳 飛，等. 石墨烯在復合熱電材料中的應用[J]. 化學進展，2018，30（4）：439-447.

[11]王建軍，代 晉，沈維元，等. 石墨烯遠紅外電暖在蔬菜集約化育苗中的應用初探與前景分析[J]. 中國蔬菜，2019（1）：13-15.