不同光質(zhì)配比的LED 光源補光對水稻機插秧苗生長發(fā)育的影響

高義卓 向鏡 葉天承 孫凱旋 陳惠哲 張玉屏張義凱 王亞梁 王志剛 張運波

（1 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中游作物綠色高效生產(chǎn)重點實驗室（部省共建）/長江大學農(nóng)學院，湖北 荊州 434025；2 中國水稻研究所，杭州 310006；第一作者：15353871810@163.com；*通信作者：yzhang@yangtzeu.edu.cn；xiangjing@caas.cn）

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，農(nóng)村勞動力大量轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)的手工插秧種植已不能適應(yīng)現(xiàn)代稻作技術(shù)發(fā)展，加上農(nóng)機農(nóng)藝技術(shù)的不斷提高，育秧機插正迅速發(fā)展成為主要的水稻種植方式[1-3]。良好的育秧技術(shù)是保證機插效果的重要前提，目前國內(nèi)外機插水稻主要育秧方式有大棚旱田育秧和溫室立體育秧。但大棚育秧效率不高，且育秧成本較大[4]。而溫室立體育秧可提高水稻育秧標準化、規(guī)模化和工廠化水平，大幅提高機插育秧中心的供秧能力，降低農(nóng)戶育秧帶來的爛秧風險，推進水稻生產(chǎn)和機插的規(guī)?；潭萚5]。

但立體育秧受設(shè)施遮光和不良天氣條件的影響，幼苗處于弱光環(huán)境下生長，導致生長發(fā)育受阻和秧苗素質(zhì)下降，從而影響水稻機插效果[6]。大棚和溫室育秧利用施肥、水分管理和噴施生長調(diào)節(jié)劑等措施來進行育秧調(diào)控[7]。多效唑等生長調(diào)節(jié)劑降低秧苗內(nèi)源生長素的水平，明顯減弱秧苗頂端生長優(yōu)勢，促進矮壯。但不同水稻品種對多效唑的敏感性有差異，使用量過少時控高效果不好，過量使用則易使秧苗生長受到過度抑制，影響后期生長。另外，多效唑在土壤中的殘留時間很長，連續(xù)使用會在農(nóng)田土壤中累積，對后茬作物產(chǎn)生不良影響[8-10]。因此，如何采用更加環(huán)保有效的方式來增強水稻秧苗素質(zhì)是當前亟待解決的問題。

研究表明，光對水稻各時期的生長發(fā)育均有顯著影響[11-13]，而發(fā)光二極管（light emitting diode, LED）作為新型照明光源具有節(jié)能環(huán)保、能效高的優(yōu)點，并且影響植物的光形態(tài)建成及光合作用，目前在植物生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛[14-16]。針對水稻機插育秧過程中秧苗受到設(shè)施遮光產(chǎn)生光照不足、秧苗素質(zhì)差的問題，本研究通過設(shè)置不同紅藍光配比（R/B）的LED 光源進行補光處理，研究其對水稻幼苗生長發(fā)育的影響，為進一步完善水稻工廠化育秧技術(shù)和機械化栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設(shè)計

不同LED 光源處理育秧試驗在中國水稻研究所溫室大棚內(nèi)進行，供試品種為秈型雜交稻揚兩優(yōu)6 號和秈粳雜交稻甬優(yōu)12。采用水稻商品化專用育秧基質(zhì)育秧，秧盤選用內(nèi)徑規(guī)格為58.0 cm×28.0 cm 的可疊育秧盤，播種前先浸種2 d，種子露白后播種，每盤播種量為70 g 干谷，疊盤48 h 出苗，芽長約1 cm 后將秧盤置于不同藍、紅光配比的LED 燈下，LED 燈板離秧盤盤面40 cm。設(shè)置3 個LED 燈光質(zhì)配比，包括純藍光（L1）、純紅光（L2）和藍紅光5∶5（L3），以及不采用LED燈補光的對照組（CK）。LED 燈光源光通量密度均設(shè)100 μmol/（m2·s），每個處理播種3 盤作為3 次重復。光源處理間采用遮陽網(wǎng)隔開，防止光源交叉，補光周期為每天10 h，具體時間段為8∶00—18∶00。

1.2 測定項目及方法

秧苗在LED 燈光下處理20 d 后，每處理各重復均采用直徑為7 cm 定位圈獲取秧塊，每盤取3 個，采用自來水清洗根部基質(zhì)，清洗干凈后，調(diào)查秧苗形態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括苗高、葉鞘高和葉齡等。然后，在80℃的烘箱中烘干至恒質(zhì)量，并稱量地上部和根系干質(zhì)量，計算根冠比和充實度（莖葉干質(zhì)量與株高之比）。

1.3 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進行整理計算，用SPSS 統(tǒng)計分析軟件進行方差分析，應(yīng)用SigmaPlot 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同補光處理對水稻幼苗株高的影響

從圖1 可以看出，相比CK，L1 處理抑制水稻幼苗株高，在播種后第5 d、9 d、11 d 和15 d 差異顯著；L2處理促進幼苗株高，在播種后第7 d、11 d、13 d 和15 d差異顯著，而在播種后第5 d 差異不顯著。其中，甬優(yōu)12 經(jīng)L1 處理后的幼苗株高在播種后第5 d、9 d、11 d和15 d 分別較CK 矮21.96%、12.53%、14.62%和15.26%，揚兩優(yōu)6 號則分別矮8.21%、11.58%、12.76%和23.97%；經(jīng)L2 處理后，甬優(yōu)12 的幼苗株高在播種后第7 d、11 d、13 d 和15 d 分別比CK 高6.87%、8.20%、17.74%和8.24%，而揚兩優(yōu)6 號分別高9.72%、28.27%、37.97%和9.67%。此外，2 個品種在L3 處理下的幼苗株高與CK 相比差異不顯著。

圖1 不同光質(zhì)配比處理下水稻幼苗株高的動態(tài)變化

2.2 不同補光處理對水稻幼苗葉齡的影響

由圖2 可知，與CK 相比，甬優(yōu)12 經(jīng)L1 處理后的幼苗葉齡在播種后第7 d、9 d、11 d、13 d 和15 d 分別顯著增加5.56%、11.17%、9.95%、12.69%和7.62%，而揚兩優(yōu)6 號則差異不顯著；經(jīng)L2 處理后，2 個品種的幼苗葉齡在播種后第13 d 和15 d 與CK 差異顯著。其中，甬優(yōu)12 分別增加11.68%和7.62%，揚兩優(yōu)6 號則分別增加17.82%和13.23%。甬優(yōu)12 經(jīng)L3 處理后的幼苗葉齡在播種后第7 d、9 d 和11 d 較CK 分別顯著增加5.56%、7.45%和6.28%，而揚兩優(yōu)6 號在各時期與CK 相比均無顯著差異。

圖2 不同光質(zhì)配比處理下水稻幼苗葉齡的動態(tài)變化

2.3 不同補光處理對水稻秧苗素質(zhì)的影響

2.3.1 秧苗形態(tài)

從表1 可以看出，品種、處理及其兩者間的互作效應(yīng)均對移栽前幼苗各形態(tài)指標有顯著影響。相比CK，甬優(yōu)12 經(jīng)L1 處理后的幼苗株高、第1 葉鞘高、第2 葉鞘高及第2 葉長均受到顯著抑制，分別降低13.76%、17.45%、11.92%和16.58%，而揚兩優(yōu)6 號則除第2 葉鞘高外，其余各指標抑制效果均不顯著。相比CK，L2處理對2 個品種的秧苗形態(tài)指標均有促進作用，其中，甬優(yōu)12 的株高、葉齡和第2 葉鞘高分別顯著增加23.82%、23.45%和28.34%，而揚兩優(yōu)6 號的株高、葉齡、第1 葉鞘高、第2 葉鞘高和第2 葉長較CK 分別顯著增加24.10%、17.39%、18.33%、29.11%和18.70%；L3處理對移栽前甬優(yōu)12 的幼苗各形態(tài)均有促進作用，其中株高、葉齡和第2 葉鞘高較CK 顯著增加18.38%、22.12%和11.43%，而揚兩優(yōu)6 號則除葉齡與CK 差異顯著外，其余指標均不顯著。

表1 移栽前不同光質(zhì)配比處理對水稻幼苗形態(tài)指標的影響

2.3.2 幼苗生物量

從圖3 可以看出，相比CK，L1 處理對2 個品種移栽前的根干質(zhì)量、根冠比和充實度均有促進作用，其中，甬優(yōu)12 的充實度較CK 顯著增加24.42%，而揚兩優(yōu)6 號則差異不顯著。L2 處理對2 個品種的莖葉干質(zhì)量均有顯著促進效果，甬優(yōu)12 較CK 增加28.12%，揚兩優(yōu)6 號則增加18.36%。但相比CK，L2 處理后2 個品種的根冠比卻受到不同程度抑制，其中甬優(yōu)12 顯著降低18.84%。此外，移栽前2 個品種經(jīng)L3 處理后的幼苗莖葉干質(zhì)量、根干質(zhì)量、根冠比及充實度與CK 相比差異均不顯著。

圖3 移栽前不同光質(zhì)配比處理對幼苗各生物量指標的影響

3 討論

光照對水稻的營養(yǎng)生長和生殖生長均有顯著影響[17-18]。育秧期時不良的光環(huán)境會導致秧苗莖稈細弱，抗逆性變差，而光照充足可以提高壯苗指數(shù)，進而有助于后期產(chǎn)量及品質(zhì)提高[5]。有研究表明，采用LED 補光會彌補溫室育秧光照不足的缺點，使得幼苗生長更加健壯[19]。但不同光源下幼苗各形態(tài)指標差異顯著。李韶山等[20]研究認為，水稻幼苗的株高在藍光下會受到顯著抑制。MOE 等[21]研究也表明，藍光明顯抑制黃瓜幼苗的伸長。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除播種后第5 d 外，2 個品種幼苗株高在其余各時期均受到藍光抑制。此外，移栽前藍光處理后秧苗的第1 和第2 葉鞘高較自然光處理顯著降低，這與前人研究結(jié)果相符。付傳明等[22]研究表明，夜間通過LED 補增藍光會改變幼苗形態(tài)，使其更加矮壯，秧苗素質(zhì)變好。郭銀生等[23]研究結(jié)果表明，隨著藍光處理時間的延長，5 葉期時水稻幼苗的壯苗指數(shù)顯著提高。本試驗中，2 個品種經(jīng)過藍光處理的幼苗根冠比均最高，甬優(yōu)12 的秧苗充實度顯著高于其他處理，揚兩優(yōu)6 號幼苗根冠比較CK 同樣有所增加，表明藍光調(diào)節(jié)對水稻秧苗素質(zhì)有積極影響，這與之前的研究結(jié)論相一致。

孫慶麗等[24]在不同光質(zhì)試驗中得出結(jié)論，紅光促進水稻幼苗根莖伸長。HENG 等[25]利用不同光源調(diào)節(jié)黃瓜幼苗生長時發(fā)現(xiàn)，紅光顯著提高幼苗莖的生長。本試驗結(jié)果也表明，從播種后第7 d 開始到移栽前，紅光處理下2 個品種的株高均顯著高于CK，這再次印證了前人的結(jié)論。關(guān)于不同光質(zhì)對水稻幼苗碳水化合物的影響，相關(guān)研究存在爭議。其中，倪文[26]認為，采用藍光育秧有利于幼苗碳水化合物的積累，但郭銀生等[23]研究結(jié)果表明，紅光可以增加水稻幼苗干物質(zhì)積累量，并加快同化產(chǎn)物向營養(yǎng)器官的分配。YU 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過LED 紅光處理的水稻幼苗與LED 藍光相比更能促進光合同化物的產(chǎn)生。在本試驗中，幼苗莖葉的干物質(zhì)量經(jīng)紅光處理后最大，且與CK 差異顯著，表明紅光的確有助于光合作用，加快碳水化合物的生成。

4 結(jié)論

不同光質(zhì)配比的LED 光源補光對水稻幼苗形態(tài)有顯著影響。藍光抑制幼苗株高，增加了根冠比與充實度，在培育壯苗方面發(fā)揮重要作用。紅光可以顯著促進幼苗莖的伸長及莖葉干物質(zhì)的累積。綜合來看，在工廠化育秧中采用純藍光配比的LED 光源補光可以有效控制苗高，防止秧苗生長瘦弱，提高水稻秧苗素質(zhì)。