led光照光对烤烟漂浮育苗补光效果的影响

led光照光对烤烟漂浮育苗补光效果的影响

0烟苗补光技术光和光强度对植物的形态、光合作用、代谢调节和质量的影响是显而易见的。湖南烟稻轮作烟区烤烟育苗在每年1—3月冬春季进行,而这段时间是湖南全年气温和照光强度最低,光照时数最少,寒潮侵袭频繁的季节。这种不利的气候条件导致湖南湘南、湘中烟区尽管采用了大棚保温集中育苗措施,但是由于光照不足,培育的烟苗瘦弱,抗逆性差,移栽后还苗期长,极大地影响了烟叶的产质量。可见烟稻轮作与“低温寡照”气候的矛盾是造成湖南部分烟区烟叶质量难以提高的主要原因之一。因此,研究冬季烟苗补光技术成为培育烤烟壮苗需要解决的问题之一。LED植物生长灯是采用半导体发光原理制造的一种节能环保灯,近年来已广泛用于蔬菜、花卉大棚和温室补充光照。它波长类型丰富,发光效率高,可按照叶绿素吸收光谱的特定波长组合成复合光均衡照射作物。此外,LED灯还具有热负荷低、使用寿命长、节能环保和运行成本低等优点,可用于大棚多层栽培,使生产空间得到充分利用。一些学者研究了照光强度对玉米、棉花、黄瓜和番茄等作物生长发育过程中形态建成和光合作用的影响,结果表明,照光强度增加可以提高叶片的光合效率,促进生长和调控形态建成。还有一些学者研究了光质对莴苣、番茄、彩色甜椒、油菜、冬青等作物生长的影响,认为光质对幼苗生长有特殊效应。但这些试验大多采用的是普通电光源或滤光膜,不能获得具有特定波长的光质,因而不能充分揭示光质变化对幼苗生长的影响。笔者采用不同波长与配比的LED灯和日光灯作为光源,研究了不同红蓝配比光质与照光强度对烟苗生长及碳氮代谢的影响。旨在探索一种适合湖南冬季培育烤烟壮苗的光照新技术,为提高烟苗素质,缩短移栽后还苗期,提高湖南烟叶产质量提供试验基础。1材料和方法1.1试验时间、地点和品种试验于2012年3月在浏阳市永安镇大安烘烤育苗工场烤房内进行,供试品种为G80。1.2灯光和光照对烟苗生长的影响试验采用波长为630nm(红光)及450nm(蓝光)的36W发光二极管和40W日光灯作为光源,因为试验是在完全没有自然光照的条件下进行,所以采用具有可见光全光谱的日光灯作为对照,处理则是在背景值相同的日光灯下,加入不同比例红蓝光,研究其对烟苗生长的影响。试验设计方案见表1。试验中所有光源悬挂高度均为离漂浮盘表面距离30cm,照光时间均为12h,由时间继电器控制上午8时开灯,傍晚20时熄灯。照光与熄灯期间温度变化范围控制在为30~18℃之内。照光强度采用型号TES-13照度计检测,检测值为5次的平均值±幅度差。每个处理设3次重复,共计600株烟苗。所有处理均施用相同的育苗肥,并且统一施肥时间、施肥次数及施肥量。1.3取样和测试指标1.3.1生产力和农业性能的测定1.3.2生理生化指标的检测1.4统计分析所有试验检测数据均采用DPS统计软件和Duncan新复极差法检验进行方差分析及多重比较。2结果与分析2.1光照、光照对烟苗出叶天数的影响不同比例红蓝光照射条件下烟苗的出叶天数分析结果见表2。试验结果表明,不同比例红蓝光处理烟苗第1片叶和第2片叶出叶天数存在显著差异,但第3片叶及以后的出叶天数差异均不显著,并且各处理苗期约为31~32天,这表明在相同温度条件下,光照对烟苗的出叶速度和育苗期天数影响不大。但从第1和第2片叶出叶天数看,所有处理烟苗的出叶天数略慢于对照,这可能是子叶含叶绿体少,光照强度超过6600lx反而不利于子叶光合作用和贮存物质的转化,进而延缓了第1和第2片叶的出叶速率,而真叶对照光强度的适应性强,因而第3片叶以后烟苗的生长速率逐渐加快。这一试验现象说明,烟苗在2片真叶没有替代子叶进行光合作用以前,光照强度不宜过大。2.2不同配比红紫外光光照处理对烟苗生长和生长的影响幼苗干鲜重和茎粗是2个较为稳定且重要的形态指标,它们可以反映出幼苗同化产物的积累量。在补充不同比例红蓝光条件下,烟苗生长到5叶1心时农艺性状的分析结果见表3。研究结果表明,不同处理烟苗的茎高、茎围、鲜重、干重和根冠比的差异均达到极显著水平(P<0.01)。其中处理1、处理4、处理5、处理6和对照烟苗的茎高均达到2.0cm以上,明显高于处理2和处理3,这说明高比例红光和高照光强度对烟苗长高有促进作用,而蓝光多或光强低于8200lx会制约烟苗长高。从烟苗茎围看,处理3到处理6的平均值都达到1.5cm以上,明显高于处理1、处理2和对照,说明烟苗茎围主要受照光强度的影响,受光质的影响较小。烟苗鲜重和干重均呈现相同的变化趋势,即从处理3到处理6随照光强度升高而增加,表明照光强度达到7400lx以上对烟苗光合作用及物质积累有明显的促进作用。根冠比和干鲜比是衡量烟苗发育状况的重要指标。烟苗根冠比越大表明根系生长发育好,有利于支撑移栽后烟苗地上部的生长。干鲜比是反映处理间样品含水率差异的指标,如处理间干鲜比差异不显著则表明各处理的样品含水率相差不大。研究结果表明,不同处理烟苗根冠比的差异达到极显著水平(P<0.01),但干鲜比的差异不显著。其中处理6、处理5、处理2、处理3和对照明显高于处理1和处理4,这说明根冠比主要是受光质的影响,蓝光多有利于光合产物向根系分配,对培育根系发达的壮苗有利。不同比例红蓝光条件下,烟苗生长到7叶1心时农艺性状的分析结果见表4。研究结果表明,虽然7叶1心时期不同光照处理烟苗的茎高、茎围、鲜重、干重、根冠比与对照的差异也达到极显著水平(P<0.01),但其变化规律与5叶1心时期有所不同。其中,处理4烟苗的茎高达到了10cm以上,显著高于其他处理;处理1、处理4、处理5和处理6的茎围达到1.7cm;处理1、处理3、处理4、处理5和处理6烟苗的鲜重和干重均显著高于处理1和对照;处理3、处理5和处理6的根冠比达到0.1以上。这进一步说明,照光强度增加会大大促进烟苗的生长,而且红光多于蓝光对烟苗生长有利,并且达到一定的照光强度可以消除蓝光对烟苗生长的影响。有研究表明,在组合光源光照下蓝光照光强度占总照光强度的5%~15%时,处理1和处理4的烟苗茎高和茎围明显高于其他处理,说明组合光源中适量的补充蓝光效果尤为显著。2.3叶绿素a和叶绿素b配比对烟苗根系活力的影响叶绿素含量、叶绿素a/b比值和根系活力是反映烟苗氮代谢及生长状况的重要指标。不同比例红蓝光光条件下,烟苗的叶绿素和根系活力分析结果见表5。研究结果表明,烟苗在5叶1心和7叶1心时,各处理叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a/b比值与对照的差异均达到极显著水平(P<0.01)。其中,5叶1心烟苗的叶绿素a和叶绿素b以处理4最高,CK最低;7叶1心烟苗的叶绿素a和叶绿素b以处理4和处理6最高,CK最低;叶绿素a/b比值均以CK为最高,处理4最低。说明照光强度高且红光多于蓝光对叶绿素合成有明显促进作用,特别是叶绿素b含量有明显增加。5叶1心和7叶1心时,各处理烟苗根系活力与对照间差异均达到极显著水平(P<0.01)。其中,蓝光多于红光且补光强度最大的处理6根系活力最高,而CK最低,说明照光强度高有利于根系的生长,当照光强度不充足时,不利于根系的生长。2.4烟苗碳代谢活性变化可溶性糖含量与转化酶活性在烟苗碳代谢中占有重要位置,而可溶性蛋白质含量和硝酸还原酶活性可反映烟苗氮代谢的状况,而硝酸还原酶与转化酶活性的比值可反映碳氮代谢的相对强度。不同比例红蓝光光照条件下,烟苗生长到5叶1心和7叶1心的碳氮代谢分析结果见表6~7。研究结果表明,5叶1心和7叶1心烟苗叶片中,与碳代谢相关的可溶性糖含量和转化酶活性均以红光较多、光照强度在9000lx以上的处理4最高,而单一光源的CK最低;可溶性蛋白质含量、硝酸还原酶活性及硝酸还原酶与转化酶活性的比值均以补光强度最大的处理6最高,并显著高于CK。这说明红光多、光照强度大有利于烟苗碳代谢,低照光强度不利于烟苗碳代谢;光照强度大的条件下,蓝光对烟苗碳代谢的影响减小,烟苗的氮代谢明显增强,并且硝酸还原酶活性是转化酶活性的0.3%左右时,可能烟苗碳氮代谢最为协调,因而烟苗生长及农艺性状表现最好。3光照、光照对烟苗生长和碳氮代谢的影响(1)根据各处理烟苗出叶天数、茎高、茎围等农艺性状指标分析,虽然前2片叶CK的出叶速度最快,但后期各处理之间差异并不显著,这说明光质和光照强度对烟苗的出叶时间影响不大,而主要是影响烟苗的生长。试验结果表明,各个光照处理下的烟苗30天左右都已达到移栽水平,其中处理1和处理4的烟苗生长最好。因此,烤烟育苗期光照强度需达到7200lx以上,红光:蓝光比为3:1时,烟苗生长状态最佳。(2)各处理烟苗根冠比、叶绿素和根系活力等指标的分析结果表明,红光:蓝光为3:1有利于地上部分叶绿素的合成及生长,而红光:蓝光为1:3有利于根系的生长。组合光源光照下蓝光强度占总照光强度的5%~15%时,对烟苗的茎的生长作用尤为明显。(3)从各处理烟苗叶片中主要碳氮代谢产物及酶活性分析结果可知,光照强度增加可促进烟苗叶片的碳氮代谢;并且组合光源中红光:蓝光为3:1处理烟苗叶片可溶性总糖含量和转化酶活性显著提高;组合光源中红光:蓝光为1:3处理烟苗叶片的蛋白质含量和硝酸还原酶活性显著提高。因此,光质及照光强度对叶绿素的合成、碳氮代谢具有十分灵敏的调节作用,进而影响烤烟幼苗根系与叶片的生长状态。采用烤房保温补光育苗不仅可将成苗期由常规育苗约90天缩短至30天左右,而且烟苗可达到茎高10cm、茎围1.8cm的壮苗要求。因此,利用春季闲置烤房辅以一定波长和强度的灯光快速培育烤烟壮苗技术,可为应对突发性自然灾害提供了一种补救措施。4光照对烟苗生长的影响通过光质和光照强度调控植株生长发育和花期是作物设施栽培领域一项重要的生产技术。烟草叶片的光合速率与呼吸速率相等时的光照强度通常被看作是其光合作用的光补偿点。刘雪松等研究表明,烟草苗期的光补偿点通常由大十字期的34.5μmol/(m2·s)开始逐渐下降,到成苗期时约为21.7μmol/(m2·s)。光补偿点下降有利于光合产物的积累,但温度对光补偿点会产生影响,通常温度升高,光补偿点也随之升高。另一方面,烟草叶片的光合作用存在光饱和现象,即当照光强度达到光饱和点时,光合速率不再增加。光饱和点升高表明烟苗光合能力增强,烟苗生长速度加快。刘振业等指出,光饱和点以下,叶片叶绿素含量和光合速率呈正相关,而叶绿素a/b比值和光合速率呈负相关。而烟苗大十字期的光饱和点在200μmol/(m2·s)左右,到成苗期接近800mol/(m2·s)。笔者试验表明,烟苗照光强度达到7200lx以上,烟苗茎高、茎围明显增大,碳氮代谢活跃,干物质积累增加。这与吴肇志等在番茄及黄瓜幼苗试验中得出的结论有相似之处,如用生物效应灯补光,在照光强度为8400lx补光有促进生长的作用。叶绿素在430nm(蓝光)和680nm(红光)都具有最大吸收峰,但由于蓝光与红光具有的能量不同,因而对植物生长的调节作用也有所不同。红光促进光合作用和茎叶伸长,蓝光有利于向光生长和形态建成,因此试验中大都选用红光光源或红光+蓝光组合光源。史宏志等研究光质对烟叶生长的影响的试验结论表明,高比例的蓝光处理烟苗,其根冠比和干鲜比较高。本试验结果也显示,蓝光对烟苗根系生长有一定促进作用,但与史宏志等研究的结果有所不同的是,笔者发现当蓝光强度超过8000lx后,烟苗茎高、茎围的生长将受到抑制,而根系活力和根冠比显著高于对照和其他处理,这是因为植物下胚轴生长受蓝光调节,当蓝光强度超过一定量时将对烟苗幼茎生长产生抑制作用,而且这一研究结果与Okamoto等、Nhut等在莴苣、香蕉作物上结论相似。郭双生等研究发现在设施环境中生菜采用单一红光时,植株生长速度较快,但不正常,补充蓝光比例约为10%后,植株徒长的趋势被逐渐抑制,长势较好。这与本研究中组合光源光照下蓝光强度占总照光强度的5%~15%时,对烟苗的茎的生长作用尤为明显的结果相似。前人研究已知光子的能量与波长成反比。1mol490nm的蓝光光子的能量为240kJ,1mol700nm的红光光子的能量只有170kJ。因此,要使植物光合作用吸收相同能量的红光与蓝光,补光时红光的照光强度必须高于蓝光。笔者研究表明,当红光与蓝光的比为3:1,且光照强度达到9000lx时(处理4),烟苗的株高、茎围和生长速率达到最佳状态。因此,笔者认为对烟苗补光时,红光与蓝光的比值需控制在1.5倍左右是光质调节作用的临界点,并且照光强度达到7000lx以上才能培育出烤烟壮苗。此外,研究结果表明,红光:蓝光为3:1处理烟苗的根冠比明显低与其他处理,这说明红光对烟苗地上部分的生长有促进作用。进一步对不同比例红蓝光处理烟苗的碳氮代谢产物及部分重要酶活性的研究表明,红光和蓝光对烟苗的糖代谢及蛋白质代谢有显著影响,即红光有利于烟苗叶片可溶性糖类化合物的合成,蓝光则有利于烟苗叶片蛋白质的合成。本研究结果表明,随着照光强度的增加,红光:蓝光为3:1处理烟苗叶片可溶性总糖含量和转化酶活性显著提高;红光:蓝光为1:3处理烟苗叶片的蛋白质含量和硝酸还原酶活性显著提高。由此可见,光质对烟苗生长有显著的调节作用,通过合理调节不同比例红蓝光及其光照强度可以有效促进烟苗根系和叶片的生长。笔者仅研究了不同比例红蓝光及照光强度对G80品种的影响,不同品种对不同比例红蓝光和照光强度的反应是否存在差异还有待进一步研究。以漂浮盘中50%种子出苗并