红蓝光源LED在水稻立体化育秧模式中的应用研究_张喜娟

［17］
。 从农业生产实际
和节能角度 出 发 ， 将第一种类型的植物工厂应用 于水稻育苗 工 厂 化 生 产 研 究 ， 对光照不足的下层 秧苗进行人工补光 ， 分析 LED 光源的红蓝光质比 例、 光强和补光时间对水稻秧苗素质的影响 ， 以期 为实现水稻立体化的工厂化育秧提供一定的科学 依据 。
。 随着工厂化育苗效益的日益凸显 ， 已有越
2 2
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表2
品种 松粳 9 号 处理代号 A A1B1C1 A1B2C2 A1B3C3 A2B1C3 A2B2C1 A2B3C2 A3B1C2 A3B2C3 A3B3C1 Tr T1 T2 T3 垦稻 12 A1B1C1 A1B2C2 A1B3C3 A2B1C3 A2B2C1 A2B3C2 A3B1C2 A3B2C3 A3B3C1 Tr T1 T2 T3 23. 13 9. 92 15. 27 14. 23 15. 94 18. 15 14. 97 9. 28 12. 69 1 1 1 2 2 2 3 3 3 12. 39 13. 85 10. 7 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 1 1 2 2 2 3 3 3
Crops
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司制造 。 蓝光 / 红光所用峰值波长为 （ 460 ± 5 ） nm / （ 658 ± 5 ） nm 。 补 光 时 间 由 佳 时 宁 牌 talento 371 / 372 型时间控制器完成 。 试验光强为 LED 灯与秧 苗顶部距离 30cm 时的光照强度 ， 随着秧苗生长每 天调整 1 次 。 1. 2 1. 2. 1 研究方法 秧苗 素 质 调 查 在 出 苗 后 第 35 天 ， 各处
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作物杂志
Crops
红蓝光源 LED 在水稻立体化育秧模式中的应用研究
张喜娟
1， 2
来永才 董文军
1
1
孟英 冷春旭
1
1
宋昌斌 姜树坤
1
3பைடு நூலகம்
王嘉宇 王立志
4
唐傲
1
1
（ 1 黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所， 150086 ， 150086 ， 黑龙江哈尔滨； 黑龙江哈尔滨；2 黑龙江省农业科学院博士后科研工作站，
来越多的人认识到工厂化育苗具有省时 、 省力 、 标 准和质量高 等 优 点 ， 但工厂化育秧需要人工调控 秧 苗 生 长 发 育 所 需 要 的 光、 温、 水等生态环 境
［3 － 5］
。 光照是秧苗进行光合作用的主要能源 ， 其
［6］ 然而多层 干物质有 90% ～ 95% 来自光合作用 ，
次 的工厂化育秧由于育秧架多层分布 ， 易导致下
［4 ， 8， 10 － 14］
稻幼苗生长发育的影响已有报道
， 但由于
植物生长光合能效最高的辐射集中在蓝光区和红 光区 ， 故单色蓝光和红光以及红蓝复合光 LED 光 源一直是设施栽培中的研究热点 究表明
［8 ， 11 ， 16］ ［8 ， 10 － 16］
。 多数研
， 红、 蓝光 LED 组合可通过增加净光
加 上 2 个 对 照， 各品种均为 注：两试验品种均设 9 个处 理水 平， 11 个处理
剔除虫蛀 、 畸形及变质 试验材料经人工清洗 ， 38℃ 浸种 48h 后 ， 的种子和杂质 ， 置 于 28℃ 催 芽 ， 催芽至露白后移入苗床地。 营养土配比各处理相 同， 苗床精细整平， 人工手播， 播种密度为 500g / m ， 其他管理同生产 。 育苗 35d 后 ， 秧苗移栽大田 ， 人 3 次重复 ， 工手插 ， 大田采用随机区组设计 ， 小区面 积为 10. 2m 。 试验用 LED 灯由中国科学院半导体研究所设 计， 并由保定 市 大 正 太 阳 能 光 电 设 备 制 造 有 限 公
1
1. 1
材料与方法
试验设计 试验于 2013 年 4 月 20 日 ～ 5 月 25 日在黑龙
江省农业科学院高效现代化大农业示范园区示范 基地进行 。 以目前黑龙江省大面积推广的粳稻品 种松粳 9 号 和 垦 稻 12 号 为 试 材 。 采 用 4 层 育 秧 架， 育 秧 架 规 格 为 350cm × 60cm × 200cm （ 长 ×
3
100083 ， 110161 ， 北京；4 农业部东北水稻生物学与遗传育种重点实验室， 中国科学院半导体研究所， 辽宁沈阳）
摘
4
要
以松粳 9 号和垦稻 12 号为试材 ， 采
层光照不足 ， 人工补光是首选措施
［7 － 8］
。 因此 ， 在
研究立体化育秧模式中红 用 L9 （ 3 ） 正交表设计 ， 蓝光质比例 、 光强和补光时间对水稻秧苗生长的 影响 。 结果 表 明 ， 补光因素对两水稻品种壮苗指 数的影响均 为 光 质 ＞ 补 光 时 间 ＞ 光 强 ， 三因素对 其影响均达到了显著水平 。 补光因素对两水稻根 冠比的影响 虽 不 尽 相 同 ， 但均表现光质对其影响 显著 。 人工补光对水稻秧苗的叶龄 、 茎基宽 、 叶面 积、 根长 、 根 表 面 积 和 根 体 积 有 显 著 的 促 进 作 用， 但对苗 高 的 影 响 不 一 致 ， 对 根 系 直 径 影 响 较 小。 秧苗素质对 水 稻 产 量 影 响 显 著 ， 补光处理比不补 光对照 （ CK2 ） 的秧苗素质和产量水平均有显著提 高， 但与自 然 光 对 照 （ CK1 ） 秧 苗 素 质 和 产 量 水 平 还有显著的差距 。 人工补光在立体化育秧模式中 的应用还有待进一步研究 。 关键词 水 稻； 立 体 化 育 秧 模 式； 秧 苗 素 质； LED 补光 ； 光质 ； 光强 ； 补光时间 在水稻生 产 过 程 中 ， 育苗是一个非常重要的 环节 ， 培育壮苗是实现水稻优质 、 多抗和高产的基 础
表1
水平 1 2 3
4
脱 取 5 穴用于室内考种 ， 取 2m 收获后自然风干 ， 粒测产 。 考 种 时 调 查 5 穴 所 有 穗 的 一 次 枝 梗 数 ， 按众数取 其 中 10 穗 ， 调 查 每 穗 粒 数、 结实率和千 粒重等 。 1. 3 数据统计与分析方法 采用 Excel 和 DPS 数据处理 系 统 对 试 验 数 据 进行处理和分析 。
合速率以 促 进 植 物 的 生 长 和 发 育 。 目 前 ， 有关人 工光源对水 稻 秧 苗 生 长 影 响 方 面 已 有 许 多 报 道 ， 但主要针对夜间人工补光 光
［10 － 14］ ［8］
或黑暗条件下人工补
， 然而植 物 工 厂 化 生 产 主 要 有 2 种 形 式 ，
一种是以温室为主题的太阳光和人工光源并用型 植物工厂 ； 一 种 是 以 封 闭 的 隔 热 空 间 为 主 题 的 人 工光源完全控制型植物工厂
图1 育秧架上层自然光 （ CK1 ） 与
根冠比 = 植株地下部干重 / 植株地上部干重 1. 2. 2 产量 性 状 的 调 查 于收获前从每个小区
2
下层无补光 （ CK2 ） 光强对比
设红蓝光质比例 、 试验采用 L9 （ 3 ） 正交表 ， 光 强和补光时间 3 个因素 ， 每个因素设 3 个水平 （ 表 1） ， A1 B2 C2 、 两品 种 均 为 9 个 处 理 组 合 ： A 1 B 1 C 1 、 A1 B3 C3 、 A2 B1 C3 、 A2 B2 C1 、 A2 B3 C2 、 A3 B1 C2 、 A3 B2 C3 并以该品 种 自 然 光 照 （ CK1 ） 和 无 补 光 和 A3 B3 C1 ， （ CK2 ） 为对照 ， 3 次重复 。
理按 3 点取样法取样 。 随机选取 15 株用于测定叶 龄、 苗高 、 茎 基 宽、 叶 面 积、 地上部和地下部干物 重 。 叶龄测定参照张宪政
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的方法 ； 茎基宽为离
分蘖节 2cm 处的苗粗度 ； 叶 面 积 测 定 采 用 长 宽 系 数法 （ 系数为 0. 75 ） ； 平均根系直径 、 总根长 、 总根 表面积和总根体积等用 EPSON EXPＲESSION 1680 2 次重复 ， 型根系扫描仪测定 ， 每次重复测定 3 次 ， 每次测定 3 株 ； 地 上 部 和 地 下 部 干 物 重 均 为 烘 干 重 。 壮苗指数和根冠比计算公式如下 ： 壮苗指数 = 茎基宽 / 苗高 × 地上部干物重
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作物杂志 每 宽 × 高） ， 用特殊制作的 LED 植物生长补光灯 ， 灯 的 尺 寸 为 50cm × 40cm 。 育 秧 架 摆 放 间 距 为 60cm ， 育秧 架 层 间 距 为 50cm 。 在 自 然 光 照 条 件 下， 试验置于 四 层 育 秧 架 自 然 光 照 最 弱 的 最 底 层 （ 见 图 1， 以 散 射 光 为 主， 光强全天变化幅度较 小） ， 为了使各处理的水 分 和 温 度 基 本 保 持 一 致 ， 育秧架最底 层 采 用 传 统 的 苗 床 育 秧 ， 苗床规格与 育秧架 规 格 相 同 ， 稻 种 直 接 播 种 在 苗 床 地 上， 用 LED 光源进行补光 。
红蓝光质比例（ A ） 3∶ 1 5∶ 1 7∶ 1
的壮苗指数和根冠比列于表 2 ， 并将各因素的方差 分析结果列于表 3 。 由表 2 可知 ， 补光因素对 2 个品种壮苗指数的 影响相似 。 从 松 粳 9 号 来 看 ， 光质处理壮苗指数 的极差值 （ Ｒ ） 为 5. 69 、 光强处理为 3. 14 、 补光时间 处理为 4. 47 。 极差值 Ｒ 越大 ， 说明该因素的效应 越大 ， 对于松粳 9 号来说 ， 各因素的效应大小为光 质 ＞ 补光时间 ＞ 光强 。 从垦稻 12 号来看 ， 光质处 理秧苗素质的极差值为 13. 21 、 光强为 3. 92 、 补光 时间为 5. 65 ， 各因素的效应大小与松粳 9 号相同 ， 即也表现为光质 ＞ 补光时间 ＞ 光强 。 方差分析结 3 个补光因素对两品种壮苗指数的 果表明 （ 表 3 ） ， 123