不同光強(qiáng)脈沖光對生菜生長及品質(zhì)的影響

王夢琪,牟孫濤,楊振超

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 附屬中學(xué),陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

引言

近些年設(shè)施農(nóng)業(yè)的在我國迅速發(fā)展。由于溫室覆蓋材料、灰塵以及結(jié)構(gòu)遮光等因素的影響，溫室內(nèi)的光照環(huán)境較差，一般僅為露地的30%～70%[1]，運(yùn)用人工植物補(bǔ)光增加作物產(chǎn)量，縮短種植周期，提高作物品質(zhì)已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)的重要保障，而隨著植物工廠的出現(xiàn)，采用人工光源替代自然光更成為一種發(fā)展趨勢[2]，且研究人員在光質(zhì)、光強(qiáng)、光周期方面也進(jìn)行了大量研究[3-6]。隨著國家可持續(xù)性發(fā)展的政策，以及對節(jié)能方面的要求，針對補(bǔ)光耗電量大的問題，探索新的節(jié)能、高效人工光源成為新的研究課題，脈沖光作為一種新型節(jié)能人工光源也逐漸被學(xué)者所認(rèn)可[7]。目前已有研究人員探索了脈沖光頻率、占空比對其供光下植株影響規(guī)律[8～9]，但不同光強(qiáng)下其規(guī)律表現(xiàn)是否一致卻鮮有報道。本試驗(yàn)通過研究脈沖光在不同光強(qiáng)下對植株生長及品質(zhì)的影響，探索在不同光強(qiáng)下脈沖光對植物的影響規(guī)律，為設(shè)施補(bǔ)光提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

將四葉一心的生菜定植于7 cm×7 cm的塑料營養(yǎng)缽中，置于65 cm×65 cm、底部高度可調(diào)的培養(yǎng)架以供處理。試驗(yàn)所采用的LED光源光譜如圖1所示。LED脈沖光參數(shù)為40%占空比、512Hz。

圖1 LED光譜

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)置三個光強(qiáng)水平的脈沖光處理，分別為T1：321.75 μmol·m-2·s-1、T2：170.01 μmol·m-2·s-1、T3：85.61 μmol·m-2·s-1，各光強(qiáng)水平設(shè)置3個連續(xù)光作為對照。試驗(yàn)過程中調(diào)整培養(yǎng)架底部高度保證試驗(yàn)光強(qiáng)與試驗(yàn)設(shè)計一致。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)及生物量的測定 自處理之日起，每6 d測量一次。每處理隨機(jī)選取3株，分別測量其株高、株幅，最大葉葉長、葉寬。第24天時，隨機(jī)選取3株用電子天平先測量其地上下部鮮重，在60℃干燥箱中烘干至質(zhì)量恒定后測量其干重，結(jié)果取均值。

1.3.2 品質(zhì)測定 維生素C、可溶性蛋白、硝態(tài)氮、可溶性總糖及還原糖含量分別采用鉬藍(lán)比色法、考馬斯亮藍(lán)-G250染色法、水楊酸硫酸法、蒽酮比色法、3,5-二硝基水楊酸法測定[10]，各處理均取3次樣，結(jié)果取均值。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2010，數(shù)據(jù)分析采用spss 19，繪圖采用origin 2017。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光強(qiáng)脈沖光對生菜生長的影響

由圖2可以看出，生菜在不同光強(qiáng)脈沖光與連續(xù)光下，其生長呈現(xiàn)一致的變化趨勢。其中，T2、CK2處理下生菜的各形態(tài)指標(biāo)隨時間的變化，兩者之間的差異并不明顯；但T1、T3處理，其株高、株幅、葉長在采收時明顯大于其對照CK1、CK3。葉寬總體而言各處理與其對照差異不大。

從表1可以看出，不同光強(qiáng)的脈沖光處理會影響植物地上下物質(zhì)積累。其中，T2地上部鮮重與其對照相比均無顯著性差異，但T1與CK1相比顯著提升了30.04%，T3較對照而言顯著提升了13.95%；T1、T3地下部鮮重較其對照而言差異不顯著，但T2地下部鮮重顯著大于CK3；T1、T2地上部干重與其對照相比無顯著性差異，但T3較CK3而言顯著提升了50.28%；T1、T3地下部干重較對照而言差異不顯著，但T2地下部干重均顯著大于其對照。

圖2 不同處理下生菜的生長動態(tài)

表1 收獲時不同處理下生菜的生長指標(biāo)

2.2 不同光強(qiáng)脈沖光對生菜品質(zhì)的影響

從表2可以看出，不同光強(qiáng)的脈沖光會影響生菜的品質(zhì)形成。其中，各脈沖光處理下生菜葉片Vc含量均低于其對照，但與對照相比均無顯著性差異，但各處理可溶性蛋白含量均顯著高于其對照；T1、T3處理葉片的硝態(tài)氮含量與其對照相比均無顯著性差異，但T2較對照而言顯著降低了19.40%；T2、T3的可溶性總糖顯著高于對照，T1較對照而言差異不顯著；T1、T3還原糖含量較對照而言無顯著性差異，但T2顯著高于對照。

表2 不同處理下生菜的品質(zhì)

3 討論

研究表明不同光強(qiáng)均會影響其光照下植株形態(tài)、光合作用、內(nèi)源激素、礦物質(zhì)營養(yǎng)分配、光合色素復(fù)合體的形成、含量、分布[11]，也有研究表明在相同的瞬時光強(qiáng)下，脈沖光與連續(xù)光相比物質(zhì)積累無顯著性差異，部分品質(zhì)甚至優(yōu)于連續(xù)光[12～13]。但目前關(guān)于不同光強(qiáng)下脈沖光對作物影響規(guī)律是否一致卻鮮有研究。本文以生菜為試材，通過研究不同光強(qiáng)脈沖光與連續(xù)光下生菜的生長與品質(zhì)的差異，探索不同光強(qiáng)脈沖光對作物生長與品質(zhì)的影響規(guī)律。

3.1 不同光強(qiáng)脈沖光對生菜生長的影響

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，中等光強(qiáng)(T2)脈沖光下植株形態(tài)與連續(xù)光無顯著性差異，但在低光強(qiáng)(T1)與高光強(qiáng)(T3)時，脈沖光下生菜形態(tài)除葉寬外均顯著高于對照的連續(xù)光處理。這可能與脈沖光自身特性所導(dǎo)致-在相同光照時長時，脈沖光下葉片所接受的光積累量總小于連續(xù)光。研究表明植物在弱光條件下會出現(xiàn)植株生長較高、葉面積增大的情況[14]，脈沖光由于自身特性會造成一個比連續(xù)光較弱的光環(huán)境，導(dǎo)致植物徒長以及葉面積增大等現(xiàn)象。而在高光強(qiáng)時(T3)，脈沖光所造成的弱光效果則可能效削弱強(qiáng)光的光抑制效果，導(dǎo)致脈沖光下植株各形態(tài)指標(biāo)顯著高于連續(xù)光。從物質(zhì)積累的情況來看，各脈沖光處理生菜地上部干、鮮重在中光強(qiáng)下與對照相比無顯著差異，但在強(qiáng)光時，脈沖光處理下生菜地上部干、鮮重均顯著高于連續(xù)光，這也進(jìn)一步為強(qiáng)光時脈沖光可能削弱光抑制對植株的影響提供了依據(jù)。

3.2 不同光強(qiáng)脈沖光對生菜品質(zhì)的影響

研究表明，脈沖光頻率、占空比均會影響其光照下作物的品質(zhì)[8～9]，從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同頻率及占空比下，不同光強(qiáng)脈沖光對品質(zhì)的影響程度卻有一定差異。在低光強(qiáng)(T1)時，脈沖光下生菜品質(zhì)指標(biāo)只有可溶性蛋白含量較連續(xù)光而言有差異顯著；中光強(qiáng)時，可溶性蛋白含量、硝態(tài)氮含量、可溶性總糖以及還原糖含量與連續(xù)光相比差異均有顯著性差異；在高光強(qiáng)(T3)時，也僅有可溶性蛋白含量與可溶性總糖含量較連續(xù)光差異顯著。這表明在相同的頻率與占空比下；脈沖光在中光強(qiáng)時對生菜品質(zhì)造成了較大影響，而在高光強(qiáng)與低光強(qiáng)時，這種影響程度相對較弱。

4 結(jié)語

與連續(xù)光相比，不同光強(qiáng)脈沖光對其光照下生菜的影響具有一定的差異。低光強(qiáng)與高光強(qiáng)對生菜的形態(tài)及物質(zhì)積累影響較大，而中等光強(qiáng)主要影響生菜品的質(zhì)影響。故在生產(chǎn)中可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適光強(qiáng)的脈沖光。但本文僅研究了不同光強(qiáng)下脈沖光的一個頻率與占空比組合，在不同頻率與占空比下其影響規(guī)律是否一致仍待進(jìn)一步研究。