LED光譜對(duì)西瓜苗生長(zhǎng)的研究

善盈盈, 善新民，辜 松

(1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310053；2.衢州中恒農(nóng)業(yè)科技有限公司，浙江 衢州 324002;3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣州 510642)

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LED光譜對(duì)西瓜苗生長(zhǎng)的研究

善盈盈1, 善新民2，辜 松3

(1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310053；2.衢州中恒農(nóng)業(yè)科技有限公司，浙江 衢州 324002;3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣州 510642)

以光調(diào)控技術(shù)為基礎(chǔ)的全封閉式植物工廠是提高西瓜苗培養(yǎng)效率及質(zhì)量的最佳途徑。為此，論證了以純LED光進(jìn)行西瓜苗育苗的可行性，并研究了不同紅藍(lán)光配比對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果顯示：5∶1的紅藍(lán)光通比下，西瓜幼苗生長(zhǎng)情況最好。根據(jù)藍(lán)、紅光對(duì)植物不同的影響，最佳的光照方式應(yīng)為：幼苗生長(zhǎng)早期適當(dāng)提高藍(lán)光比例，而生長(zhǎng)后期多加紅光；前期用較弱的光照，后期再用強(qiáng)光照。

純LEG光；全封閉式；西瓜；育苗；光照方式

0 引言

西瓜作為一種典型的經(jīng)濟(jì)作物，市場(chǎng)需求量大，對(duì)品質(zhì)的要求高；但其育苗是瓜果類、茄果類育苗培養(yǎng)中難度較大的。主要原因在于：西瓜是一種喜光作物，西瓜苗破土后，如果沒有足夠的光照，就會(huì)發(fā)生徒長(zhǎng)，形成高腳苗，嚴(yán)重影響秧苗的質(zhì)量和后期的生長(zhǎng)。而西瓜從準(zhǔn)備播種到定植，恰好又在當(dāng)年12月份至來年2月份之間，正是一年中溫度最低、光照最弱、病害發(fā)生最嚴(yán)重的季節(jié)；尤其在南方地區(qū)，早春陰雨寡照，連續(xù)10天半月沒有日照的情況非常普遍，若是碰到連續(xù)陰雪天氣，甚至?xí)斐纱罅克烂?，給瓜農(nóng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

如何在太陽光照不足的情況下用人造光源對(duì)包括西瓜幼苗在內(nèi)的作物實(shí)施“光肥”，在促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育的同時(shí)達(dá)到增產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、抗病、無公害的目的，多年來，一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科技者的重點(diǎn)研究方向。

“光、溫、水、肥、氣”是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的主要環(huán)境因子，“光”居這些因子的首位，對(duì)植物的光合作用、生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成和物質(zhì)代謝等均起到關(guān)鍵的調(diào)控作用。不過，不是所有自然光中的光譜都對(duì)植物生長(zhǎng)有幫助。20世紀(jì)50年代,Gioile在研究中指出，波長(zhǎng)為640～660nm的紅光和430～450nm的藍(lán)光，是植物葉片吸收光譜的最強(qiáng)兩個(gè)區(qū)域，是植物進(jìn)行光合作用和光形態(tài)建成的主要光譜[2]；同時(shí)植物對(duì)波長(zhǎng)為510～610nm的黃、綠光則吸收很少，綠光更是被認(rèn)為是植物生理無效光[3-4]。另外，孫慶麗等在水稻幼苗不同光質(zhì)處理試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，紅光明顯促進(jìn)水稻幼苗根莖的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，而藍(lán)光則促進(jìn)地上部分干物質(zhì)積累的百分比，并且藍(lán)光和白光更有利于水稻葉綠素的合成[5]。劉曉英等認(rèn)為，菠菜幼苗在藍(lán)黃光處理下，生長(zhǎng)效果顯著[6]。近年來的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，不同紅藍(lán)光配比，對(duì)植物幼苗的生長(zhǎng)也有顯著影響。例如，唐大為等發(fā)現(xiàn)，R/B=7∶3是適宜黃瓜幼苗生長(zhǎng)的最佳紅藍(lán)光配比[7]；高藝等在其論文中指出，R/B=8∶1混合光源是絲瓜幼苗生長(zhǎng)最適宜的補(bǔ)光光質(zhì)[8]。

之前，曾有人嘗試采用熒光燈、鈉燈等人工光源進(jìn)行育苗試驗(yàn)[9]，但效果不佳。從20世紀(jì)90年代起，出現(xiàn)了以LED作為補(bǔ)光光源的幼苗培育研究[10]。LED燈具有節(jié)能環(huán)保、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)、體積小、質(zhì)量輕、發(fā)熱量少及易于分散或組合控制等優(yōu)點(diǎn)，可按需要進(jìn)行組合獲得純正單色光與復(fù)合光譜，光能有效利用率可達(dá)80%～90%，被認(rèn)為是設(shè)施栽培中的最佳光源。

目前，國(guó)內(nèi)已有大量使用純LED光源培養(yǎng)水稻、黃瓜、菠菜等的研究，并取得了一定進(jìn)展；但對(duì)于育苗難度較大的西瓜苗，當(dāng)下的技術(shù)還停留以自然光為主，LED燈僅作為補(bǔ)光光源使用的階段[11-12]。

針對(duì)上述問題，本文將嘗試使用LED燈作為純光源，研究在不依靠太陽光的情況下，西瓜育苗的可行性及提高西瓜苗品質(zhì)的最佳光通比，以期為設(shè)施西瓜育苗光調(diào)控提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)過程及結(jié)果

1.1 試驗(yàn)材料與光處理

試驗(yàn)用西瓜早佳8424、育苗基質(zhì)為錦海金色3號(hào)。試驗(yàn)場(chǎng)地選在衢州市中恒農(nóng)業(yè)有限公司LED植物燈育苗工廠，并使用該公司生產(chǎn)的hydz型LED燈作為測(cè)試光源，共做5個(gè)周期的試驗(yàn)。單個(gè)試驗(yàn)周期從種子浸種、催芽到秧苗成長(zhǎng)共25天，光周期8h，室內(nèi)溫度白天(7:00-17:00)25°～28°、晚上(17:00-7:00)15°～18°，環(huán)境濕度為60%～80%。

LED植物燈采用紅、藍(lán)2種LED燈珠，紅光波長(zhǎng)660nm，藍(lán)光波長(zhǎng)450nm。試驗(yàn)時(shí)，采用紅藍(lán)光光通比分別為5∶1、6∶1、7∶13種燈進(jìn)行對(duì)比。

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

每個(gè)周期結(jié)束后，隨機(jī)各選取3株進(jìn)行秧苗質(zhì)量檢測(cè)。檢測(cè)指標(biāo)包括：干鮮重、株高、莖粗、葉片數(shù)、比葉面積及根長(zhǎng)。其中，株高、莖粗、根長(zhǎng)可用游標(biāo)卡尺測(cè)量，葉片數(shù)、根數(shù)可通過人工數(shù)出，干鮮重、比葉面積通過尺子測(cè)量后計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2013處理。

1.4 結(jié)果

測(cè)試結(jié)果如表1及圖1～圖5所示。

表1 西瓜秧苗的生長(zhǎng)情況統(tǒng)計(jì)

續(xù)表1

圖1 不同紅藍(lán)配比的LED光對(duì)根長(zhǎng)的影響

圖2 不同紅藍(lán)配比的LED光對(duì)株高的影響

圖3 不同紅藍(lán)配比的LED光對(duì)莖粗的影響

圖4 不同紅藍(lán)配比的LED光對(duì)干鮮重的影響

圖5 不同紅藍(lán)配比的LED光對(duì)比葉面積的影響

由表1及圖1～圖5可知：隨著光通比的增加，干鮮重減少，植株高度增加(有徒長(zhǎng)現(xiàn)象)，植株莖稈越來越細(xì)、比葉面積縮小，根長(zhǎng)也越來越短。

圖6 光通比5∶1和7∶1時(shí)西瓜苗生長(zhǎng)情況對(duì)比

2 結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

1)光通比5∶1時(shí)，西瓜秧苗長(zhǎng)勢(shì)最好。

2)藍(lán)光比例高的燈照射出來的秧苗低矮，說明藍(lán)光對(duì)植物的生長(zhǎng)有明顯的壓制作用，特別是對(duì)植物的莖稈影響較大，對(duì)葉片生長(zhǎng)的影響不明顯；紅光促進(jìn)植物生長(zhǎng)，紅光比例大時(shí)植物生長(zhǎng)較快，但徒長(zhǎng)明顯，如圖2所示。

3)一種植物在不同的生長(zhǎng)時(shí)期需要不同的紅、藍(lán)光通比。如西瓜苗，早期需要藍(lán)光多一些，這樣可有效壓制秧苗徒長(zhǎng)；但生長(zhǎng)后期就需要紅光多一些，如果藍(lán)光比例持續(xù)保持高位，培育出來的秧苗就會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)不大，始終矮小的情況。

4)西瓜苗幼苖期光照不能太強(qiáng)，太強(qiáng)會(huì)影響秧苗的后期生長(zhǎng)。比較好的方法是：前期用較弱的光照，后期再用強(qiáng)光照。

5)應(yīng)保證合理的LED燈照度。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，光照強(qiáng)度太低，秧苗生長(zhǎng)弱小，且容易徒長(zhǎng)，應(yīng)保證秧苗正常生長(zhǎng)照度不能低120WML；但照度太高秧苗的長(zhǎng)勢(shì)變化不眀顯，且增加了能耗，不利于今后工廠化推廣應(yīng)用。

3 結(jié)論

研究表明：暗室內(nèi)使用純LED光源對(duì)西瓜幼苗進(jìn)行培養(yǎng)是完全可行的，且5∶1的光通比6倍或7倍比例更利于西瓜幼苗的生長(zhǎng)。

在LED技術(shù)應(yīng)用于工廠化培養(yǎng)西瓜苗的實(shí)踐中，有3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)尤其值得重視：

1)紅藍(lán)光的配比非常關(guān)鍵。西瓜苗生長(zhǎng)早期不能用藍(lán)光太高的LED燈去照射，否則會(huì)影響其后期的生長(zhǎng)。

2)光照強(qiáng)度對(duì)西瓜苗細(xì)胞和器官的分化有重要的影響，光照強(qiáng)度強(qiáng)，秧苗生長(zhǎng)粗壯；光強(qiáng)強(qiáng)度弱，秧苗容易徒長(zhǎng)。

3)育苗期，光照強(qiáng)度大于150μmol/m2·s育的秧苗與光照強(qiáng)度低于120μmol/m2·s培育的秧苗相比，秧苗移至到大田后，生長(zhǎng)發(fā)育嚴(yán)重遲緩。

在今后的研究中，應(yīng)進(jìn)一步地進(jìn)行試驗(yàn)，以篩選出適合西瓜幼苗生長(zhǎng)的最佳LED光源配比，為以光調(diào)控技術(shù)為基礎(chǔ)的全封閉式植物工廠發(fā)展提供理論和實(shí)踐參考。

[1] 西瓜育苗 細(xì)節(jié)不可忽視[DB/OL].2016-03-15.中國(guó)西瓜網(wǎng).

[2] Gioia DM, Kim HH, Wheeler RM, et al.Plant Productivityin response to LED lighting[J].Hortic Sci, 2008，43: 1951-1956.

[3] 高鴻磊，諸定昌．植物生長(zhǎng)與光照的關(guān)系[J].燈與照明,2005,29(4):1-4.

[4] 宋亞英，陸生海．溫室人工補(bǔ)光技術(shù)及光源特性與應(yīng)用研究[J].農(nóng)村實(shí)用工程技術(shù)：溫室園藝，2005(1):28-29.

[5] 孫慶麗，陳志，徐剛，等.不同光質(zhì)對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，22(3)：321-325.

[6] 劉曉英,徐志剛,焦學(xué)磊,等.可調(diào)LED光源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其對(duì)菠菜生長(zhǎng)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012，28(1):208-211.

[7] 唐大為,張國(guó)斌,張帆,等.LED光源不同光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及生理生化特性的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,46:44-48.

[8] 高藝,董皓,劉厚誠(chéng).不同光質(zhì)LED燈對(duì)絲瓜幼苗生長(zhǎng)的影響[J].中國(guó)園藝文摘, 2015(7):10-12.

[9] 達(dá)業(yè). 植物工廠[J].農(nóng)業(yè)實(shí)用工程技術(shù)：農(nóng)業(yè)工程,1987(5):35.

[10] 王婷婷,俞少娟.LED光源對(duì)植物生理生化及品質(zhì)影響研究進(jìn)展[J].北方園藝, 2016(2):189-193.

[11] 曹丹丹,聞青青.四種不同光照對(duì)西瓜苗生長(zhǎng)的影響[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù), 2014(8):105.

[12] 王偉.不同光質(zhì)的LED光源對(duì)西瓜幼苗質(zhì)量的影響[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

[13] 郭雙生,徐波.高效電子熒光燈作為空間高等植物栽培光源的可行性[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程, 1999,12(4):293-297.

[14] 許大全,高偉,阮軍.光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].植物生理學(xué)報(bào), 2015, 51(8):1217-1234.

[15] Kamiya A, Miyachi S.Blue light-induced formation of phosphoenolpyruvate carboxylase in colorless Chlorella mutant cells[J].Plant Cell Physiol,1975, 16:729-736.

[16] 李紹榮.燈光照明與農(nóng)作物栽培[J].中國(guó)照明電器,2003(5):21-22.

[17] 劉再亮,馬承偉,楊其長(zhǎng).設(shè)施環(huán)境中紅光與遠(yuǎn)紅光比值調(diào)控的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2004, 20(1):270-273.

[18] Nhut D T,Hong L T A,Watanabe H.Growth of banana plantlets cultured in vitro under red and blue light-emitting diode(LED) irradiation source[J].Acta Hort, 2002, 575:117-124.

[19] Wang Z, Mo Y, Qian S, et al.Negative phototropism of rice root and its influencing factors[J].Science in China, 2002, 45(5):485-96.

[20] 邸秀茹,崔瑾,徐志剛，等.不同光譜能量分布對(duì)冬青試管苗生長(zhǎng)的影響[J].園藝學(xué)報(bào)，2008(9):1339-1344.

[21] 劉文科,楊其長(zhǎng),魏靈玲.LED光源及其設(shè)施園藝應(yīng)用[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2012：26-36.

[22] 楊其長(zhǎng),徐志剛,陳弘達(dá)，等.LED光源在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的應(yīng)用原理與技術(shù)進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2011(13):37-43.

[23] 古在豐樹.人工光型植物工廠[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2014.

[24] Fujiwara K, Sawada T, Kimura Y, et al. Application of an automatic control system of photosynthetic photon flux density for LED-low light irradiation storage of green plants[J]. Hort Technology,2005,15:781-786.

[25] McNellis TW, Deng X-W. Light control of seedling morphogenetic pattern[J].The plant cell,1995(7):1749.

LED Spectrum’s Effects on the Growing Watermelon Plantlets

Shan Yingying1, Shan Xinmin2, Gu Song3

(1.Zhejiang Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Hangzhou 310053, China; 2.Quzhou Zhonghen Agriculture Technology Company,Quzhou 324002, China;3.College of Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642，China)

The fully closed Planting Factory which Light controlling technique is its key technology is proved to be a sufficient way to provide both efficiency and high-quality to watermelon-plantlets cultivation. Here discussed the possibility of growing watermelon plantlets with pure LED lights, and furthermore the impacts of LED lights with different R/B ratios on the growth of watermelon plantlets.As a result, the best watermelon plantlets were gained with the R/B ratio of 5:1.Thus, the best lighting solution would be: give the plantlets more blue lights at their early growing period, then raise the ratio of red lights.

LED lights；fully closed； watermelon-plantlets planting factory; lightening technique

2006-05-19

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303014)

善盈盈(1984-),女，浙江衢州人，講師，碩士研究生，(E-mail)707651822@qq.com。

辜 松(1963-)，男，哈爾濱人，教授，博士，( E-mail)Sgu666@sina.com。

S318

A

1003-188X(2017)03-0224-05