觀光溫室中氣候環(huán)境因子對水稻生長的影響

戴偉 路秉翰 許銘宇

摘要：立足于廣東省深圳市華為中庭觀光溫室的水稻（Oryza sative L.）園項(xiàng)目，以室外水稻栽培為對照，從光照、溫濕度和風(fēng)速等幾個方面比較氣候環(huán)境因子對觀光溫室內(nèi)移栽后水稻植株生長的影響，以期為今后觀光溫室水稻的栽培提供相關(guān)理論支撐。結(jié)果表明，水稻移栽后，溫室環(huán)境中較低的光照度等因素在營養(yǎng)生長初期抑制了植株的生長;隨著生長期的不斷推移，室內(nèi)較高的溫濕度使得水稻植株快速生長，出現(xiàn)徒長現(xiàn)象;而在營養(yǎng)生長后期，這種環(huán)境因子對水稻生長的影響逐漸減小，但較室外環(huán)境仍存在一定的抑制作用。

關(guān)鍵詞：水稻（Oryza sative L.）;氣候環(huán)境因子;溫室觀光農(nóng)業(yè);深圳市

中圖分類號：S511? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）07-0057-05

Abstract： Based on the rice（Oryza sative L.） garden project of the Huawei Atrium in Shenzhen city of Guangdong province， taking the outdoor rice cultivation as the control， the effects of climate and environment factors on the growth of rice plant after transplanting in the sightseeing greenhouse were compared from the aspects of light， temperature， humidity and wind speed， trying to provide theoretical support for the rice cultivation in the sightseeing greenhouse in the future. The results showed that after the rice transplanting， the low light intensity in the greenhouse environment inhibited the growth of the plant at the early stage of the vegetative growth. With the growing period of growth， the high temperature and humidity in the room made the rice plants rapidly growing and appeared to be spindling. But in the late stage of the vegetative growth， this environmental factor was decreasing but still had some inhibitory effects compared with the outdoor environment.

Key words： rice（Oryza sative L.）; climate factors; greenhouse tourism agriculture; Shenzhen city

水稻（Oryza sative L.）是中國大面積種植的糧食作物，是人類最重要的食物來源，為全球半數(shù)以上人口提供營養(yǎng)[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球水稻種植面積占谷類作物的24%，中國水稻每年產(chǎn)量約占世界水稻總產(chǎn)量的34%[2]。國內(nèi)水稻種植區(qū)域主要集中在季風(fēng)氣候區(qū)，該類地區(qū)氣候高溫多濕、水熱同期，對水稻生長極為有利。近年來，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)設(shè)施的不斷創(chuàng)新和文化旅游的發(fā)展，室內(nèi)觀光農(nóng)業(yè)越來越受到人們的重視。關(guān)于室內(nèi)環(huán)境因子變化對水稻生長影響的研究也較為少見，公共建筑室內(nèi)種植水稻在國內(nèi)目前仍處于摸索階段。

目前關(guān)于環(huán)境因子對水稻植株生長影響的研究主要針對大氣候環(huán)境中的溫度和光照等因素。吳自明等[3]提出，光照不足導(dǎo)致植株的光合作用受到抑制，植株生長減慢，碳水化合物合成減弱;光照強(qiáng)度過大，使水稻結(jié)實(shí)過程縮短，水稻早熟。周磊等[4]指出溫度過低會減少稻株穎花的數(shù)量，影響水稻的結(jié)穗率。Shimono等[5]通過長期試驗(yàn)觀測發(fā)現(xiàn)，水稻生殖生長期間，水溫低于20 ℃會使產(chǎn)量明顯降低，尤其是營養(yǎng)生長期低水溫減產(chǎn)可達(dá)20%。水稻如遇高溫會縮短其營養(yǎng)生長時間，植株發(fā)育受阻，分蘗受到抑制[6]。

移植水稻秧苗返青后，溫室內(nèi)環(huán)境對水稻生長存在較大的影響。本研究以位于廣東省深圳市龍崗區(qū)坂田華為研發(fā)基地的川西中庭觀光溫室為例，通過對比試驗(yàn)長期觀測，從溫室內(nèi)光照、溫濕度和稻田水質(zhì)等幾個環(huán)境因素出發(fā)，研究其對移栽后水稻植株生長的影響，從而為今后新型觀光農(nóng)業(yè)中的溫室內(nèi)水稻種植提供一定的理論參考。

1? 材料與方法

1.1? 研究地概況

試驗(yàn)于玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行，中庭觀光溫室的光源主要來自距地面9 m高的玻璃穹頂（頂部玻璃遮陽系數(shù)為0.25～0.26）;水稻種植土壤pH 7.68。試驗(yàn)地位于深圳市龍崗區(qū)坂田，地處廣東省南部，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，水熱資源豐富，年平均氣溫22.3 ℃，年平均相對濕度80%，年平均降雨量1 933 mm。該地區(qū)自然環(huán)境適宜水稻生長發(fā)育。

1.2? 測定指標(biāo)及方法

選取五優(yōu)1179雜交秈稻作為供試品種，于2018年4月1日將秧苗移栽進(jìn)溫室，株行距20 cm×25 cm，于4月中旬水稻返青后開始對其生長環(huán)境進(jìn)行為期3 d的連續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測區(qū)分為室內(nèi)光直射區(qū)、室內(nèi)光散射區(qū)、室外3個不同區(qū)域。采用美國Accu MAX XRP-3000照度計(jì)測得光照度指標(biāo)，用意大利HOBO8-007溫濕度采集器測得水稻生長環(huán)境中的溫度和濕度，采用美國U30小型氣候站現(xiàn)場監(jiān)測風(fēng)速。每天9：00～17：00，每小時監(jiān)測1次，每次監(jiān)測記錄重復(fù)3次并取平均值。試驗(yàn)分別于4月15日、5月5日及5月25日采用游標(biāo)卡尺和卷尺測定水稻植株的株高、葉長及葉寬，抽取樣苗記錄莖蘗數(shù)，移栽后每個測坑內(nèi)選定子苗樣本并做上標(biāo)記以定時定點(diǎn)觀測葉齡。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與繪圖采用Excels數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同區(qū)光照度日變化比較

光照度是影響日光溫室內(nèi)溫濕度等環(huán)境的主導(dǎo)因子[7]。通過對水稻生長環(huán)境的太陽光照度進(jìn)行為期3 d的實(shí)時監(jiān)測，得出其日變化情況如圖1所示。第一天時，9：00～17：00均為晴朗天氣。室外光照度最低為17：00時的63 670 lx，最高為13：00時的126 200 lx，平均為101 066 lx。室內(nèi)光直射區(qū)的光照度最低為17：00時的13 550 lx，最高為12：00時的33 440 lx，平均為21 802 lx，為室外光照度的21.6%。室內(nèi)光散射區(qū)的光照度最低為9：00時的2 183 lx，最高為16：00時的4 350 lx，平均為3 449 lx，是室外光照度的3.4%。

第二天時，10：00、11：00為晴天，其余時間段為多云天氣。由圖2可知，室外光照度最低為17：00時的10 160 lx，最高為11：00時的131 800 lx，平均為49 950 lx。室內(nèi)光直射區(qū)的光照度最低為17：00時的2 305 lx，最高為11：00時的40 220 lx，平均為13 016 lx，是室外光照度的26.1%。室內(nèi)光散射區(qū)的光照度最低為17：00時的1 224 lx，最高為10：00時的3 973 lx，平均為2 725 lx，是室外光照度的5.5%。

第三天時，10：00、11：00、16：00和17：00為晴天，其余時間段為多云天氣。由圖3可知，室外光照度最低為13：00時的23 160 lx，最高為11：00時的89 260 lx，平均為46 385 lx。室內(nèi)光直射區(qū)的光照度最低為15：00時的4 247 lx，最高為11：00時的15 530 lx，平均為8 402 lx，是室外光照度的18.1%。室內(nèi)光散射區(qū)的光照度最低為15：00時的1 901 lx，最高為11：00時的4 612 lx，平均為2 925 lx，是室外光照度的6.3%。

2.2? 不同區(qū)溫度日變化比較

通過對水稻生長環(huán)境的溫度進(jìn)行為期3 d的實(shí)時監(jiān)測，得出其日變化情況如圖4、圖5、圖6所示。

由圖4可知，第一天時，室外溫度最低為17：00時的27.4 ℃，最高為12：00和14：00時的30.4 ℃，平均為29.6 ℃。室內(nèi)光直射區(qū)溫度最低為9：00時的26.8 ℃，最高為13：00時的30.5 ℃，平均為28.5 ℃，比室外溫度低1.1 ℃。室內(nèi)光散射區(qū)溫度最低為? ? 9：00時的26.3 ℃，最高為13：00時的29.7 ℃，平均為28.0 ℃，比室外溫度低1.6 ℃。

由圖5可知，第二天時，室外溫度最低為9：00的27.1 ℃，最高為11：00時的35.5 ℃，平均為29.3 ℃。室內(nèi)光直射區(qū)溫度最低為10：00時的25.7 ℃，最高為15：00時的30.0 ℃，平均為27.6 ℃，比室外溫度低1.7 ℃。室內(nèi)光散射區(qū)溫度最低為10：00時的25.7 ℃，最高為15：00時的29.1 ℃，平均為27.3 ℃，比室外溫度低2.0 ℃。

由圖6可知，第三天時，室外溫度最低為15：00時的27.3 ℃，最高為11：00時的31.8 ℃，平均為28.8 ℃。室內(nèi)光直射區(qū)溫度最低為12：00時的25.9 ℃，最高為11：00時的30.3 ℃，平均為27.8 ℃，比室外溫度低1.0 ℃。室內(nèi)光散射區(qū)溫度最低為12：00時的25.9 ℃，最高為10：00時的28.6 ℃，平均為27.6 ℃，比室外溫度低1.2 ℃。

2.3? 不同區(qū)相對濕度日變化比較

通過對水稻生長環(huán)境的濕度進(jìn)行為期3 d的實(shí)時監(jiān)測，得出其日變化情況如圖7、圖8、圖9所示。

由圖7可知，第一天時，室外相對濕度最低為13：00時的39.0%，最高為10：00時的57.0%，平均為47.7%。室內(nèi)光直射區(qū)相對濕度最低為15：00時的58.2%，最高為9：00時的79.1%，平均為67.1%，比室外相對濕度增加了40.7%。室內(nèi)光散射區(qū)相對濕度最低為15：00時的60.4%，最高為9：00時的80.7%，平均為68.8%，比室外相對濕度增加了44.2%。

由圖8可知，第二天時，室外相對濕度最低為15：00時的47.5%，最高為9：00時的70.3%，平均為58.7%。室內(nèi)光直射區(qū)相對濕度最低為16：00時的72.4%，最高為10：00時的81.5%，平均為76.5%，比室外相對濕度增加了30.3%。室內(nèi)光散射區(qū)相對濕度最低為14：00時的69.7%，最高為11：00時的80.7%，平均為75.6%，比室外相對濕度增加了28.8%。

由圖9可知，第三天時，室外相對濕度最低為11：00時的54.1%，最高為15：00時的69.3%，平均為61.0%。室內(nèi)光直射區(qū)相對濕度最低為16：00時的69.1%，最高為9：00時的81.1%，平均為74.7%，比室外相對濕度增加了22.5%。室內(nèi)光散射區(qū)相對濕度最低為16：00時的68.8%，最高為14：00時的79.5%，平均為74.9%，比室外相對濕度增加了22.8%。

2.4? 不同區(qū)風(fēng)速日變化比較

通過對水稻生長環(huán)境的風(fēng)速進(jìn)行為期3 d的實(shí)時監(jiān)測，得出其日變化情況如圖10、圖11、圖12所示。第一天時，室外風(fēng)速最低為10：00、11：00和12：00時的0 m/s，最高為14：00時的2.4 m/s，平均為0.7 m/s;室內(nèi)各區(qū)風(fēng)速均為0 m/s。第二天時，室外風(fēng)速最低為11：00、12：00和15：00時的0 m/s，最高風(fēng)速為17：00時的1.1 m/s，平均為0.4 m/s;室內(nèi)各區(qū)風(fēng)速均為0 m/s。第三天時，室外風(fēng)速最低為10：00時的0 m/s，最高為14：00時1.9 m/s，平均為1.0 m/s;室內(nèi)各區(qū)風(fēng)速均為0 m/s。

2.5? 不同區(qū)水稻生長情況比較

水稻是一種節(jié)律性生長型作物[8]，在生產(chǎn)中，不同的氣候環(huán)境直接影響著水稻的結(jié)實(shí)率[9]。特別是營養(yǎng)生長前期，水稻群體大小和株型性狀與群體中的光照、溫度、濕度等微氣候因子關(guān)系密切[10]。通過對水稻生長情況實(shí)時監(jiān)測，得出其各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

由表1可知，水稻移栽后第15天時，室外區(qū)域水稻的各植株生長指標(biāo)特別是株高明顯高于室內(nèi)區(qū)域，其中室外區(qū)域水稻株高比室內(nèi)光直射區(qū)和室內(nèi)光散射區(qū)分別高了8.61%和9.33%;而室內(nèi)光直射區(qū)域的各生長指標(biāo)略高于室內(nèi)光散射區(qū)域。可見，溫室環(huán)境特別是缺少陽光直射的區(qū)域，較室外環(huán)境在一定程度上抑制了水稻生長初期植株的營養(yǎng)生長。

由表2可知，水稻移栽后第35天時，室內(nèi)區(qū)域水稻植株葉的生長指標(biāo)明顯高于室外區(qū)域，其中葉長室內(nèi)光直射區(qū)和室內(nèi)光散射區(qū)比室外區(qū)域分別高了11.31%和9.52%;而室內(nèi)光直射區(qū)域的各生長指標(biāo)略高于室內(nèi)光散射區(qū)域，其中室內(nèi)光直射區(qū)葉長比光散射區(qū)高了1.63%?？梢姡瑴厥覂?nèi)環(huán)境特別是陽光直射區(qū)域的水稻在營養(yǎng)生長中期其植株明顯較室外參照區(qū)更快，推測是因?yàn)槭覂?nèi)具有較高的溫濕度等自然環(huán)境條件加快了植株的營養(yǎng)生長。

由表3可知，水稻移栽后第55天時，水稻植株的葉寬、葉長等生長指標(biāo)室外區(qū)域略高于室內(nèi)區(qū)域，其中葉寬室外區(qū)域比室內(nèi)光直射區(qū)和室內(nèi)光散射區(qū)分別高了8.26%和9.26%;而室內(nèi)光直射區(qū)域的各生長指標(biāo)略高于室內(nèi)光散射區(qū)域，其中差異最大的葉長指標(biāo)室內(nèi)光直射區(qū)比光散射區(qū)高了1.73%?？梢?，溫室內(nèi)環(huán)境特別是陽光直射區(qū)域的水稻在營養(yǎng)生長后期其植株較室外參照區(qū)略低，而這種差異性較營養(yǎng)生長前中期逐漸減弱。

3? 小結(jié)與討論

光照是水稻生長發(fā)育所必需的條件之一。溫室中的光照度受到天氣、太陽光直射角度以及玻璃頂棚遮光率（遮陽系數(shù)0.25）等因素影響。數(shù)據(jù)監(jiān)測期間晴天情況下，室外光照度集中在80 000～120 000 lx，室內(nèi)光直射區(qū)集中在20 000～35 000 lx，室內(nèi)光散射區(qū)集中在3 000～4 500 lx。由監(jiān)測的數(shù)據(jù)可知，晴天室內(nèi)光直射區(qū)內(nèi)的光照度是室外的12.8%～39.3%，光散射區(qū)的光照度占室外的2.0%～12.0%，溫室內(nèi)的光照度較室外下降明顯。水稻是喜陽作物，對光照條件要求較高，水稻單葉飽和光照度一般集中在? ?30 000～50 000 lx，一般最高分蘗期為60 000 lx左右[11，12]。溫室內(nèi)較低的光照度特別是在水稻營養(yǎng)生長初期和后期抑制了植株的生長，這與王強(qiáng)等[13]關(guān)于溫室對番茄生長環(huán)境影響的研究一致。

數(shù)據(jù)監(jiān)測期間晴天情況下，室內(nèi)外溫度差異不大，主要集中在27～30 ℃;多云天氣情況下，室外溫度集中在27～30 ℃，室內(nèi)溫度集中在28～29 ℃。水稻分蘗最高適溫為30～32 ℃，幼穗分化的適溫為26～30 ℃，灌漿初期適溫為21～26 ℃[14，15]。一方面，溫度的升高有利于水稻的生長發(fā)育[16]，但溫度過高會加快水稻營養(yǎng)生長前期葉片的生長，縮短水稻生育期[17]。本試驗(yàn)中，室內(nèi)全天的溫度變化明顯小于室外，這促進(jìn)了水稻營養(yǎng)生長中期植株葉片的生長。

數(shù)據(jù)監(jiān)測期間晴天情況下，室外相對濕度集中在45%～55%，室內(nèi)相對濕度集中在62%～72%;多云天氣情況下，室外相對濕度集中在55%～65%，室內(nèi)相對濕度集中在75%～80%?？梢姡覂?nèi)濕度較室外濕度高1.3～1.4倍。較高的濕度會加快植株的生長，且水稻植株生長較旺盛會加大蒸發(fā)量，使得稻田環(huán)境濕度有所提高[18]，而較高濕度環(huán)境往往會推遲水稻終花期的到來[19]。水稻冠層間較高的相對濕度同時也會增加穗葉溫度[20]。

數(shù)據(jù)監(jiān)測期間，室外風(fēng)速集中在0～1.5 m/s;室內(nèi)風(fēng)速為0 m/s，基本無空氣流動，不利于水稻生殖生長時的稻花授粉及抗倒伏能力的提高。本試驗(yàn)中，較弱的溫室內(nèi)光照減緩了水稻營養(yǎng)生長初期和后期的植株生長，而較高的溫室濕度和較小的日溫差及風(fēng)速變化又在一定程度上造成了水稻營養(yǎng)生長中期的徒長現(xiàn)象。在今后的觀光溫室水稻栽培中，可對溫室進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)光鼓風(fēng)措施。

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