水稻溫室立體育秧夜間補(bǔ)光技術(shù)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(nóng)業(yè)大學(xué) a.工程學(xué)院;b.南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實驗室，廣州　510642)

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水稻溫室立體育秧夜間補(bǔ)光技術(shù)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(nóng)業(yè)大學(xué) a.工程學(xué)院;b.南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實驗室，廣州510642)

摘要：水稻工廠化立體育秧已成為節(jié)省秧田、培育機(jī)插優(yōu)質(zhì)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(zhì)量，但溫室內(nèi)光環(huán)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(huán)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(shè)計方法進(jìn)行了雜交稻播種量、光照度及夜間補(bǔ)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(shù)以及根系土壤盤結(jié)力與3個因素之間的函數(shù)關(guān)系。試驗結(jié)果表明：一定的夜間補(bǔ)光對提高水稻溫室立體育秧秧苗素質(zhì)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(bǔ)光時長3～5h的條件下，秧苗素質(zhì)與自然光對照接近，秧苗質(zhì)量符合機(jī)插標(biāo)準(zhǔn)，適用于田間生產(chǎn)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：夜間補(bǔ)光；播種量；光照度；均勻設(shè)計；逐步回歸分析

0引言

在水稻生產(chǎn)過程中，秧苗培育是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，培育出健壯、均勻、整齊的秧苗是實現(xiàn)水稻高產(chǎn)的基礎(chǔ)。在水稻秧苗生長過程中，干物質(zhì)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(nèi)的光遮擋及惡劣的氣候環(huán)境導(dǎo)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(zhì)量下降和水稻減產(chǎn)，因而采用人工補(bǔ)光技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)光是延長植物光照時間或者彌補(bǔ)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(bǔ)光時間2h效果最佳；陳敏等[5]研究發(fā)現(xiàn)延長光照時間可提高茄子幼苗株高、生長速率及壯苗指數(shù)等指標(biāo)。

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

另外，朱德峰等多位學(xué)者[10-14]研究雜交稻機(jī)插秧適宜的播量，他們在不同的地區(qū)進(jìn)行試驗，結(jié)果顯示各個地區(qū)的最佳播種量在50～100g/盤之間。但是，這些研究結(jié)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)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(bǔ)光技術(shù)進(jìn)行研究，以培育適于機(jī)插壯苗為目標(biāo)，旨在為指導(dǎo)今后的水稻溫室立體育秧提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

1材料與方法

為尋找水稻溫室立體育秧的補(bǔ)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(jìn)行了不同播種量、光照度和夜間補(bǔ)光時長對水稻溫室立體育秧秧苗素質(zhì)的影響試驗。

1.1試驗材料

試驗時，使用580mm×280mm標(biāo)準(zhǔn)毯狀秧盤；床土采用稻田砂壤土，經(jīng)人工粉粹后拌上壯秧劑(比例100∶1)，同時用惡霉靈進(jìn)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(nóng)業(yè)大學(xué)培育)，種子發(fā)芽率≥80%；水稻種子經(jīng)鹽水選種后在小型智能程控水稻催芽機(jī)里浸種消毒(消毒劑：敵克松，兌水比例 1∶600)，并進(jìn)行恒溫恒濕催芽，水稻破胸露白后取出風(fēng)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(nóng)業(yè)大學(xué)研制)進(jìn)行播種。

人工補(bǔ)光光源采用可控光質(zhì)光照度的LED植物補(bǔ)光燈(廈門市新柱信電子有限公司生產(chǎn)，外形規(guī)格：60cm×30cm×0.8cm，紅光波長622～623nm，藍(lán)光波長452～455nm，光照度可調(diào)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(huán)境的一致性。每一塊補(bǔ)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(shè)計與安排

根據(jù)前文的分析，播種量、光照度和夜間補(bǔ)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(zhì)的關(guān)系，采用均勻試驗設(shè)計方法進(jìn)行試驗。每個因素設(shè)置5個水平：①根據(jù)在農(nóng)藝上與常規(guī)稻相比，雜交稻栽培強(qiáng)調(diào)少本稀植的特點(diǎn)及各個地區(qū)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(jù)栽培C3植物(如水稻、小麥、棉花等)的光補(bǔ)償點(diǎn)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(jù)水稻是短日照植物，光期不可過長，選取夜間補(bǔ)光時長的5個水平分別為1、2、3、4、5h。

人類習(xí)慣于把生活看作是一場關(guān)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(shù)作品的主題通常是英雄做出的一些至關(guān)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(dá)西先生？基督教和穆斯林神學(xué)同樣關(guān)注選擇的戲劇性，認(rèn)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(shè)計方案

續(xù)表1

括號內(nèi)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(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院樓頂溫室(113.35°N，23.16°E)進(jìn)行。溫室規(guī)格：長×寬×高(8m×7m×2.3m)，溫室內(nèi)相對濕度60%～80%，晝夜溫度為26℃/16℃。試驗過程中，白天的補(bǔ)光條件保持一致，根據(jù)相關(guān)學(xué)者[17-19]的研究，白天補(bǔ)光時間選擇：6∶00-10∶00，光照度統(tǒng)一為2 000lx，其它試驗條件均保持一致。試驗現(xiàn)場如圖1所示。

圖1　育秧試驗現(xiàn)場

1.2.2指標(biāo)測量與數(shù)據(jù)處理

水稻秧苗根據(jù)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(jié)力、百株鮮重和干重這幾項指標(biāo)，各項指標(biāo)測量分別采用精度0.5mm的鋼尺、精度0.01mm游標(biāo)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(jìn)行標(biāo)定和檢測。

壯苗指數(shù)作為另外一個指標(biāo)采用以下公式計算所得：壯苗指數(shù)=莖基直徑/苗高×干質(zhì)量。每個處理40株苗，重復(fù)2次。試驗統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。數(shù)據(jù)分析采用DPS7.05(Data Processing System)統(tǒng)計分析軟件。

表2　水稻秧苗素質(zhì)測試統(tǒng)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(fēng)干燥箱)，先將烤箱溫度調(diào)到105°進(jìn)行殺青30min；再調(diào)至80°烤至恒重，稱其百株干重，重復(fù)3次取平均值。

2試驗結(jié)果分析

均勻設(shè)計的結(jié)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(jié)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(guī)律的方程。

利用統(tǒng)計軟件DPS7.05對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，由于苗高均已達(dá)到機(jī)插秧苗標(biāo)準(zhǔn)[20]，所以分別建立莖基直徑、壯苗指數(shù)和盤結(jié)力這幾項指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，以獲得各因素對水稻溫室立體育秧的影響規(guī)律。

2.1不同播種量和補(bǔ)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(bǔ)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(jié)果如表3所示。由此可以看出：夜間補(bǔ)光時長的平方項、播種量與夜間補(bǔ)光時長的交互項和光照度與夜間補(bǔ)光時長的交互項同莖基直徑成負(fù)相關(guān)；而夜間補(bǔ)光時長和莖基直徑成正相關(guān)(方程中各項系數(shù)的顯著值P均小于0.01)。

表3　莖基直徑顯著性分析結(jié)果

圖2為各因素與莖基直徑的關(guān)系趨勢圖。其中，縱坐標(biāo)為莖基直徑，橫坐標(biāo)分別為播種量、光照度和夜間補(bǔ)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(guān)系，而夜間補(bǔ)光時長對莖基直徑的影響呈現(xiàn)非線性；夜間補(bǔ)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(jù)軟件分析結(jié)果和圖2中的優(yōu)化點(diǎn)可得相對最佳的組合為：播種量0.04kg/盤、光照度1～3klx、夜間補(bǔ)光時長3～5h。

圖2　各因素與莖基直徑的關(guān)系

適宜光照度范圍為1～3klx，原因可能是增加了夜間補(bǔ)光，彌補(bǔ)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(bǔ)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?。涣硗?，說明了溫室立體育秧中不同秧層的最佳補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)光時長組合，或者較低照度值和較高夜間補(bǔ)光時長組合。

2.2不同播種量和補(bǔ)光條件對壯苗指數(shù)影響的回歸分析

通過回歸分析得到壯苗指數(shù)(Y2)與播種量、光照度和夜間補(bǔ)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(jié)果如表4所示。由此可以看出：夜間補(bǔ)光時長(P=0.036)、播種量與夜間補(bǔ)光時長的交互項(P=0.017)以及光照度與夜間補(bǔ)光時長的交互項(P=0.038)對水稻秧苗壯苗指數(shù)影響較大；而且夜間補(bǔ)光時長及光照度與夜間補(bǔ)光時長的交互項同壯苗指數(shù)成正相關(guān)，播種量與夜間補(bǔ)光時長的交互項同壯苗指數(shù)成負(fù)相關(guān)。

表4　壯苗指數(shù)顯著性分析結(jié)果

圖3為各因素與壯苗指數(shù)的關(guān)系趨勢圖，縱坐標(biāo)為壯苗指數(shù)，橫坐標(biāo)分別為播種量、光照度和夜間補(bǔ)光時長的水平。由圖3可以看出：隨著播種量加大，壯苗指數(shù)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(shù)越高；隨著光照度和夜間補(bǔ)光時長增大，壯苗指數(shù)越好，表明了補(bǔ)光對雜交稻壯苗指數(shù)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(bǔ)光時長3～5h。

圖3　各因素與壯苗指數(shù)的關(guān)系

2.3不同播種量和補(bǔ)光條件對根系土壤盤結(jié)力影響的回歸分析

由回歸分析得出盤結(jié)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(jié)果如表5所示。由表5可以看出：播種量對盤結(jié)力影響最大，播種量越大，根系土壤盤結(jié)力越大，盤結(jié)效果就越好。

表5　盤結(jié)力顯著性分析結(jié)果

秧苗根系土壤盤結(jié)力是低播量情況下機(jī)插育秧的關(guān)鍵指標(biāo)之一，適合機(jī)插的盤結(jié)力臨界值通常為4kg；當(dāng)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(jī)插要求[15]。本試驗中播種量為0.04kg/盤時盤結(jié)力低于4kg，秧塊提起即有不同程度的松散，而當(dāng)播種量達(dá)0.05kg/盤時盤結(jié)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(shù)的影響規(guī)律一致，均成負(fù)相關(guān)，但與盤結(jié)力成正相關(guān)。在滿足秧塊提起不散、能夠用于機(jī)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(biāo)影響的基礎(chǔ)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(bǔ)光時長作為水稻溫室立體育秧補(bǔ)光培育參數(shù)。

3結(jié)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(shù)和根系土壤盤結(jié)力與播種量、光照度及夜間補(bǔ)光時長之間的回歸模型。分析表明：一定程度的夜間補(bǔ)光對提高水稻溫室立體育秧秧苗素質(zhì)有積極影響。

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

參考文獻(xiàn)：

[1]馬均，朱慶森，馬文波，等.重穗型水稻光合作用、物質(zhì)積累與運(yùn)轉(zhuǎn)的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003,36(4)：375-381.

[2]張喜娟，來永才，孟英，等.紅藍(lán)光源LED在水稻立體化育秧模式中的應(yīng)用研究[J].作物雜志，2014(5)：122-128.

[3]Omi SK Eggleston KL. Photoperiod extension with two types of light sources. Effects on growth and development of conifer species[J].Tree Planter Notes, 1993, 44(3):33-36.

[4]吳肇志，顧智章，王德檳.補(bǔ)光照度度和補(bǔ)光時間對番茄黃瓜幼苗生長發(fā)育的影響[J].中國蔬菜，1985(1)：4-8.

[5]陳敏，李海云.不同光周期對茄子幼苗生長的影響[J].北方園藝，2010(16)：53-55.

[6]申寶營，丁為民，惠娜，等.夜間補(bǔ)光對黃瓜幼苗形態(tài)的調(diào)節(jié)及補(bǔ)光方式的確定[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2014，45(6):296-302.

[7]李海云，劉煥紅.夜間補(bǔ)光對黃瓜幼苗激素含量及養(yǎng)分吸收的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2012,29(16)：74-78.

[8]Durieux A. Effect of additional lighting on the production of vegetable crops[J].Acta Horticulturae,1997,418:33-36.

[9]張喜娟，孟英，宋昌斌，等.紅藍(lán)光源夜間補(bǔ)光對水稻幼苗生長的影響[J].作物雜志，2013(2)：75-79.

[10]朱德峰，陳惠哲.水稻機(jī)插秧發(fā)展與糧食安全[J].中國稻米，2009(6)：4-7.

[11]陳惠哲，朱德峰，徐一成，等. 雜交稻機(jī)插秧技術(shù)研究[C]//第1屆中國雜交水稻大會論文集, 2010:436-440.

[12]何文洪，陳惠哲，朱德峰，等.不同播種量對水稻機(jī)插秧苗素質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J].中國稻米，2008(3)：60-62.

[13]姚雄，楊文鈺，任萬軍.育秧方式與播種量對水稻機(jī)插長齡秧苗的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25(6)：152-157.

[14]李澤華，馬旭，謝俊鋒，等.雙季稻區(qū)雜交稻機(jī)插秧低播量精密育秧試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014,30(6)：17-27.

[15]楊晴，楊曉玲，秦玲.植物生理學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2012：120-121.

[16]任露泉.試驗設(shè)計及其優(yōu)化[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[17]付傳明，黃寧珍，趙志國，等.光質(zhì)與補(bǔ)光對水稻幼苗生長及光合速率的影響[J].廣西植物，2007,27(2)：255-259.

[18]程瑞鋒，鄒志榮，王軍.外源補(bǔ)光狀態(tài)下溫室黃瓜光合作用的研究[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004(3)：17-18.

[19]朱靜嫻.人工補(bǔ)光對植物生長發(fā)育的影響[J].作物研究，2012,26(1)：74-78.

[20]杜華平.水稻機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)手冊[K].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[21]唐啟義，馮明光.實用統(tǒng)計分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

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(xiàn)標(biāo)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(dǎo)師，(E-mail)maxu1959@scau.edu.cn。

基金項目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201203059);現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助項目(CARS-01-33)

收稿日期：2015-04-10