黃志城,王 倩,李壽國(guó),楊曉峰,田益華*
(1農(nóng)業(yè)部植物新品種測(cè)試(上海)分中心,上海 201415;2上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所,上海 201403;3上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,上海 201403)
不同補(bǔ)光方式對(duì)草莓果實(shí)性狀的影響
黃志城1,2,王 倩3*,李壽國(guó)1,楊曉峰3,田益華3**
(1農(nóng)業(yè)部植物新品種測(cè)試(上海)分中心,上海 201415;2上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所,上海 201403;3上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,上海 201403)
以‘紅顏’草莓品種為試驗(yàn)材料,在上海冬季草莓大棚種植期間,通過(guò)4種不同補(bǔ)光方式處理,探討其對(duì)設(shè)施草莓果實(shí)性狀的影響。結(jié)果表明:補(bǔ)光方式的不同可顯著影響果實(shí)大小、第二批果單株果量、單果重、可滴定酸、單株商品產(chǎn)量和單株總產(chǎn)量,對(duì)果形指數(shù)、第一批果單株果量、可溶性固形物、固酸比等性狀沒(méi)有顯著影響;不同補(bǔ)光方式下的產(chǎn)量、產(chǎn)值的增量比差異顯著,主要受光源數(shù)量影響,光源數(shù)量主要由行數(shù)和燈距兩個(gè)因素組成,其中燈距的選擇更重要。
草莓;果實(shí)性狀;補(bǔ)光方式;植物生長(zhǎng)燈
光環(huán)境是設(shè)施栽培中最重要的環(huán)境因子,對(duì)植物的形態(tài)建成、光合特性、生理代謝、產(chǎn)量品質(zhì)均有廣泛的調(diào)控作用[l]。如果植物長(zhǎng)期在弱光環(huán)境生長(zhǎng)就會(huì)導(dǎo)致植株生長(zhǎng)不健壯、落花落果嚴(yán)重、果實(shí)發(fā)育緩慢、產(chǎn)量下降、含糖量降低等[2]。近年來(lái),我國(guó)草莓生產(chǎn)面積迅速擴(kuò)大,尤其是大棚草莓,已經(jīng)成為我國(guó)元旦春節(jié)期間果品市場(chǎng)上最重要的應(yīng)市鮮果之一,上海市草莓生產(chǎn)總面積每年保持在1.5萬(wàn)hm2左右,年產(chǎn)量在2萬(wàn)t左右,產(chǎn)值約5—6億元(人民幣,下同)。大棚弱光環(huán)境極易導(dǎo)致草莓植株不健壯、畸形果發(fā)生率較高、產(chǎn)量下降、品質(zhì)變劣[3]。要使冬季大棚栽培草莓達(dá)到優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn),補(bǔ)光已成為國(guó)內(nèi)外草莓保護(hù)地栽培的重要技術(shù)措施[4-5]。王洪安[6]研究表明,茄果類(lèi)植物溫室栽培條件下,采用人工補(bǔ)光技術(shù)可以使成熟期提前,產(chǎn)量提高,植株生長(zhǎng)更加健壯,抗病能力提高,果實(shí)品質(zhì)提高。
隨著近年來(lái)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展步伐迅速加快,溫室大棚等設(shè)施人工補(bǔ)光技術(shù)日趨成熟,關(guān)于補(bǔ)光技術(shù)的研究越來(lái)越多,研究范圍更是不斷擴(kuò)大,特別是不同光質(zhì)以及不同光照強(qiáng)度對(duì)作物的影響研究較多[7],例如光質(zhì)對(duì)草莓的結(jié)果[8]、果實(shí)的香氣成分[9]、植株的生長(zhǎng)和光合速率[10-13]以及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[14-15]。光照強(qiáng)度對(duì)草莓品質(zhì)、果實(shí)質(zhì)量以及光合特性的影響[16-17]。光質(zhì)和光照強(qiáng)度的研究也多以固定補(bǔ)光布局方式下,人工設(shè)定不同梯度或值展開(kāi),而同一光源、不同布局方式對(duì)草莓第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)序果果實(shí)性狀影響的研究較少,尤其是對(duì)草莓連續(xù)兩批收獲果實(shí)影響的研究更少。為此,本項(xiàng)目采用4種不同布光方式開(kāi)展補(bǔ)光對(duì)大棚栽培草莓生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究,以期為上海乃至長(zhǎng)三角地區(qū)冬春季節(jié)大棚草莓進(jìn)行合理優(yōu)化補(bǔ)光栽培方式提供參考。
供試草莓品種:‘紅顏’,供試的植物生長(zhǎng)燈:電壓220 V,功率40W,每瓦光效42 lm,光質(zhì)成分為藍(lán)光占30%,紫光及長(zhǎng)波紫外線占7%,近紅外線占3%,綠光占5%,黃光占5%,高效紅光占50%,為上海合鳴照明電器有限公司生產(chǎn)的一種外形呈傘形的LED特種植物生長(zhǎng)燈。
試驗(yàn)在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)站進(jìn)行,鋼管塑料大棚寬6 m、長(zhǎng)50 m,棚內(nèi)定植行株距為30 cm×20 cm;其他栽培管理按常規(guī)進(jìn)行。
補(bǔ)光方式:縱向分單行燈(居中)和雙行燈(行距3 m)兩種排列方式,燈間距分2 m和3 m兩個(gè)處理,以不補(bǔ)光大棚為對(duì)照,與補(bǔ)光大棚相鄰(圖1)。
圖1 補(bǔ)光方式示意圖Fig.1 Sketch of different ways of supp lementary light
補(bǔ)光時(shí)間為2015年12月1日—2016年4月1日,利用合鳴補(bǔ)光燈智能控制器控制每天補(bǔ)光14 h(5:00—19:00);以10 000 lx為閾值,棚內(nèi)光照強(qiáng)度低于此值時(shí)自動(dòng)補(bǔ)光,高于此值停止補(bǔ)光。為使草莓植株得到均勻的光照,保證光合作用的效率,特別設(shè)計(jì)了適宜草莓補(bǔ)光的寬口燈具,燈具的平均光束角達(dá)108°,為最大限度地兼顧補(bǔ)光的均勻性,設(shè)定補(bǔ)光燈與草莓植株的垂直高度為90 cm。
1.3.1 果實(shí)表型指標(biāo)測(cè)定
每個(gè)處理隨機(jī)選擇10株生長(zhǎng)正常植株掛上標(biāo)簽作為測(cè)量對(duì)象,分別于2015年11月(第一批花)、2016年2月(第二批花)統(tǒng)計(jì)花序數(shù),于2015年12月(第一批果)、2016年3月(第二批果)用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)序果成熟果的縱徑、橫徑,并計(jì)算果形指數(shù)(果形指數(shù)=果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑),所有指標(biāo)重復(fù)3次,每次測(cè)定6個(gè)果實(shí),取平均值。
1.3.2 果實(shí)產(chǎn)量測(cè)定
分別記錄單株果實(shí)數(shù)量(包括病果、爛果、畸形果),測(cè)量果實(shí)單果重,計(jì)算單株商品產(chǎn)量(第Ⅰ、Ⅱ級(jí)序果)和單株總產(chǎn)量(第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)序果總重量)。
1.3.3 品質(zhì)測(cè)定
可溶性固形物含量用手持折光儀測(cè)定;可滴定酸含量用氫氧化鈉滴定法測(cè)定[18],所有指標(biāo)重復(fù)3次,并計(jì)算固酸比(固酸比=可溶性固形物/可滴定酸)。
采用SAS 9.1和Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,在0.05水平下采用多重比較Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行方差顯著性檢驗(yàn)。利用Excel 2003軟件作圖,圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。
果實(shí)大小和形狀是非常重要的性狀,直接反應(yīng)出該品種的商品性和特性。從表1、表2可以看出,補(bǔ)光對(duì)果實(shí)大小有顯著影響,而對(duì)果實(shí)形狀幾乎沒(méi)有影響。在第一批果實(shí)中,補(bǔ)光方式C和D的各級(jí)序果的縱徑和橫徑均顯著大于補(bǔ)光方式A、B和空白對(duì)照,而補(bǔ)光方式A、B與對(duì)照在果實(shí)大小上幾乎無(wú)顯著差異。在第二批果實(shí)中,補(bǔ)光與否幾乎不會(huì)對(duì)果實(shí)橫徑產(chǎn)生顯著影響,除了方式C的第Ⅰ級(jí)序果顯著大于其他處理。在果實(shí)縱徑上,可以看出未補(bǔ)光的CK處理的各級(jí)序果表型值最小,第Ⅰ級(jí)序果經(jīng)過(guò)補(bǔ)光處理的果實(shí)縱徑均顯著大于CK,其中處理C表型值最大;在第Ⅱ級(jí)序果上,4種補(bǔ)光方式之間差異不顯著,但方式A顯著大于CK;在第Ⅲ級(jí)序果上,4種補(bǔ)光方式之間差異也不顯著,方式A、C、D均顯著大于CK。
表1 不同補(bǔ)光方式對(duì)第一批果實(shí)表型性狀的影響Table 1 Effect of way of supp lementary light on phenotypic character of fruit at 1st harvest stage
表2 不同補(bǔ)光方式對(duì)第二批果實(shí)表型的影響Table 2 Effect of way of supplementary light on phenotypic character of fruit at 2nd harvest stage
由圖2可以看出,在第一批花和第一批果調(diào)查時(shí)期,補(bǔ)光與否對(duì)花序數(shù)量和果實(shí)數(shù)量不產(chǎn)生顯著影響,各不同補(bǔ)光方式之間也無(wú)差異;在第二批花和第二批果調(diào)查時(shí)期,采用補(bǔ)光方式處理對(duì)花序數(shù)量和果實(shí)數(shù)量的影響分別為C>A>D>B>CK和C>D>A>B>CK,各補(bǔ)光處理方式均顯著大于對(duì)照CK,不同補(bǔ)光方式之間在花序數(shù)量上也無(wú)差異,但在果實(shí)數(shù)量上C、D、A 3種方式顯著多于B。
圖2 不同補(bǔ)光方式對(duì)單株花序數(shù)量和果實(shí)數(shù)量的影響Fig.2 Effects of way of supp lementary light on numbers of inflorescences and fruits
由表3可以看出,補(bǔ)光與否對(duì)第一批果的各級(jí)序果數(shù)量沒(méi)有顯著影響,對(duì)各級(jí)序果單果重存在影響,Ⅰ級(jí)序果上C>D>A>B>CK,C和A、B、CK,D和B、CK存在顯著差異,B和CK之間無(wú)顯著差異;Ⅱ級(jí)序果上D>C>CK>A>B,C、D顯著大于A、B;Ⅲ級(jí)序果上C>B>CK>D>A,僅C顯著大于其他方式,而A、B、D和CK之間均無(wú)顯著差異。對(duì)單株商品產(chǎn)量的影響為D>A>C>B>CK,除B以外均顯著大于CK,補(bǔ)光方式上D最高,ABC之間無(wú)顯著差異;對(duì)單株總產(chǎn)量的影響為D>C>A>B>CK,C和D之間無(wú)顯著差異,但均高于A、B和CK。
表3 不同補(bǔ)光方式對(duì)第一批果產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of way of supplementary light on fruit yield of strawberry at 1st harvest stage
通過(guò)表4可以看出,不同補(bǔ)光方式對(duì)第二批果實(shí)的單果重、單株果量、單株商品產(chǎn)量以及單株總產(chǎn)量均產(chǎn)生了顯著。在單果重上,Ⅰ級(jí)序果C>A>B>D>CK,C顯著大于其他4種方式;Ⅱ級(jí)序果A>D>C>B>CK,4種補(bǔ)光方式之間無(wú)顯著影響,但A和D顯著大于CK;Ⅲ級(jí)序果D>C>A>B>CK,同樣4種補(bǔ)光方式之間無(wú)顯著影響,但C和D顯著大于CK。在單株果量上,不同補(bǔ)光方式對(duì)第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)序果的影響為C>D>A>B>CK,4種補(bǔ)光方式均顯著大于CK,C、D、A也均顯著大于B。單株商品產(chǎn)量和單株總產(chǎn)量上均為C>A>D>B>CK,4種補(bǔ)光方式均顯著大于CK,C最高顯著大于另外3種補(bǔ)光方式,A和D次之,之間無(wú)顯著差異,B為補(bǔ)光方式中最小。
表4 不同補(bǔ)光方式對(duì)第二批果產(chǎn)量的影響Table4 Effect of way of supplementary light on fruit yield of strawberry at 2nd harvest stage
由表5可以看出,可溶性固形物在是否補(bǔ)光的情況下差異均不顯著,但補(bǔ)光方式A和D的Ⅱ級(jí)序果的可溶性固形物的含量值最大,分別超出對(duì)照CK、補(bǔ)光方式B和C近14.4%、22.7%和27.5%。任何處理下Ⅱ級(jí)序果的可滴定酸差異不顯著,CK的Ⅰ級(jí)序果可滴定酸含量最高,分別顯著高于方式A和C 15.7%和17.4%,補(bǔ)光方式B的Ⅲ級(jí)序果可滴定酸含量最高,顯著區(qū)別于其他幾種方式和對(duì)照,CK與A、C、D差異均不顯著,但方式C的Ⅲ級(jí)序果可滴定酸含量最低。CK的各級(jí)序果固酸比與幾種補(bǔ)光方式的差異均不顯著,但在Ⅱ級(jí)序果上C的固酸比值最低,Ⅲ級(jí)序果上B的固酸比值最低??傮w來(lái)說(shuō),補(bǔ)光與否對(duì)草莓各級(jí)序果品質(zhì)影響不顯著,不同補(bǔ)光方式之間在Ⅱ序果的可溶性固形物、Ⅰ級(jí)和Ⅲ級(jí)序果的可滴定酸和Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)序果的固酸比上存在顯著差異。
表5 不同補(bǔ)光方式對(duì)草莓品質(zhì)的影響Table 5 Effect of way of supp lementary light on fruit quality of strawberry
從補(bǔ)光與否上看,補(bǔ)光后草莓的產(chǎn)量和產(chǎn)值成正比,均顯著提升;從補(bǔ)光的方式看,產(chǎn)量和產(chǎn)值隨著光源數(shù)量的增加而增加,A相對(duì)于B增量顯著,但A和D之間增量平緩,C相對(duì)于A和D增量再次顯著。從線性回歸方程來(lái)看,產(chǎn)量方程的斜率略大于產(chǎn)值方程,這說(shuō)明隨著光源數(shù)增加產(chǎn)量增加的同時(shí)產(chǎn)值的增速逐漸放緩,即新增光源成本占產(chǎn)值比重正逐漸增加。產(chǎn)量、產(chǎn)值增量比按照補(bǔ)光處理的商品產(chǎn)量(產(chǎn)值)與對(duì)照商品產(chǎn)量(產(chǎn)值)的差再除以對(duì)照商品產(chǎn)量(產(chǎn)值)來(lái)計(jì)算,結(jié)果如圖3所示。
對(duì)兩批收獲果實(shí)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析,相比CK多出的成本按照每盞燈的成本為50元,燈的使用壽命為5 000 h,按照補(bǔ)光時(shí)間平均每月為150 h,每年補(bǔ)光3個(gè)月,可以使用10年,電費(fèi)以0.5元/度計(jì)算。產(chǎn)值按照6m標(biāo)準(zhǔn)草莓塑料大棚種植2 500株為例,統(tǒng)計(jì)單株商品產(chǎn)量,平均商品果率0.85,售價(jià)以20元/kg計(jì)算。
圖3 光源數(shù)量對(duì)產(chǎn)量和產(chǎn)值增量的影響Fig.3 Effects of number of lam ps on incremental ratios of both commercial yield and output value
光作為最重要的生態(tài)因子,是植物生長(zhǎng)的必要條件。隨著科技水平的不斷提高,通過(guò)人工調(diào)節(jié)光強(qiáng)和光質(zhì)來(lái)提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)已經(jīng)成為可能[19],并且關(guān)于這方面的研究也較多。日光溫室或者大棚的主體光環(huán)境是個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題,它不僅涉及光質(zhì)、光強(qiáng),而且還涉及到溫室或大棚內(nèi)光的分布,玻璃或膜的透光性以及室內(nèi)光環(huán)境變化的一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。眾所周知,不同波段的光波對(duì)植物的作用不同。本研究選取的光源屬于紅光范圍,經(jīng)過(guò)補(bǔ)光處理的A、B、C、D等4種方式下的草莓相比對(duì)照CK果實(shí)變大(果實(shí)縱徑、橫徑變大)、花序數(shù)量變多、結(jié)果數(shù)量和產(chǎn)量增加,這與前人研究的紅光可以促進(jìn)植物整體生長(zhǎng),特別在開(kāi)花期及結(jié)果期,可增加生長(zhǎng)速度和結(jié)果量和在紅橙光、近紅外光比例較高下生長(zhǎng)的草莓產(chǎn)量增高、果實(shí)增大的結(jié)果一致[20-21]。在草莓品質(zhì)上,經(jīng)過(guò)補(bǔ)光處理的A、B、C、D等4種方式與對(duì)照CK在果實(shí)可溶性固形物上不存在顯著差異,這與陳善飛等[22]、陽(yáng)圣瑩等[23]研究結(jié)果相吻合;可滴定酸和固酸比上盡管各級(jí)序果測(cè)定結(jié)果不相一致,但基本不存在顯著差異,這與Shaw[24]指出的草莓可滴定酸是可遺傳特性,較少受環(huán)境條件影響的結(jié)論不謀而合。
紅顏草莓喜光,一般在開(kāi)花結(jié)果期和生長(zhǎng)旺盛期,適宜12—15 h的長(zhǎng)日照。在實(shí)際草莓補(bǔ)光生產(chǎn)應(yīng)用中,農(nóng)民通常按照植物生長(zhǎng)燈供應(yīng)商的要求進(jìn)行布置和安裝,普通6 m大棚一般是單排布置,依據(jù)燈泡的功率和照射角度來(lái)選擇燈距和高度,通過(guò)補(bǔ)光措施帶來(lái)增產(chǎn)、增收。這是前人研究較多的,但是在同等條件下,如何通過(guò)適當(dāng)增加光源數(shù)量或者合理布置補(bǔ)光方式給農(nóng)戶(hù)帶來(lái)更大化收益的研究卻較少,這也是本文研究的目的之一??梢钥闯?,果實(shí)的大小和產(chǎn)量隨著光源的數(shù)量增加而增加,但并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,燈距和排列的方式不同影響著光源的數(shù)量。同一單排或雙排布局方式下,燈距2 m大棚種植的草莓果實(shí)各項(xiàng)指標(biāo)均大于燈距3 m的;同一燈距下,雙排布局的顯著大于單排布局的。值得注意的是,本研究中A和D的燈距、燈數(shù)量和排列方式不同,但二者的各項(xiàng)指標(biāo)差異卻不顯著,因此在光源數(shù)量固定或相差不大的時(shí)候選擇單排、小燈距的方式要比雙排、大燈距的布局方式更合理。當(dāng)然,本研究只是針對(duì)市場(chǎng)上的一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行的研究,但為今后更多類(lèi)似的應(yīng)用試驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)施,一些公司也提供了一些個(gè)性定制,即不同光之間的比例可由客戶(hù)根據(jù)不同的作物來(lái)指定或者根據(jù)不同排列方式來(lái)精確定制每個(gè)位置燈泡的紅藍(lán)光配比方案,這也就需要根據(jù)不同作物來(lái)開(kāi)展更多的研究。
在草莓DUS測(cè)試中,測(cè)試性狀的觀測(cè)是針對(duì)某個(gè)性狀在某個(gè)時(shí)期對(duì)某個(gè)部位進(jìn)行觀察和測(cè)量,各個(gè)時(shí)期和觀測(cè)部位是特定的。在觀測(cè)時(shí)期,第一批果時(shí)期和第二批果時(shí)期在果實(shí)大小、單果重等性狀上存在差異,在果形指數(shù)、單株果量上不存在顯著差異;第一批花和第二批花時(shí)期花的相關(guān)性狀仍待研究;在果實(shí)性狀觀測(cè)部位上,可以發(fā)現(xiàn)各級(jí)序果的觀測(cè)值均不一樣,在果形指數(shù)較穩(wěn)定的性狀上,僅第二批果的Ⅰ級(jí)序果出現(xiàn)了顯著性差異,也說(shuō)明Ⅰ級(jí)序果相對(duì)其他序果更易受環(huán)境影響而未被用于草莓果實(shí)DUS測(cè)試之中,反之Ⅱ級(jí)序果表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定卻被用于測(cè)試中。同樣我們也可以發(fā)現(xiàn),果形指數(shù)、單株果量等性狀不易受環(huán)境影響,具有較高的穩(wěn)定性,像這種能真實(shí)反映出品種的特征特性的性狀應(yīng)在DUS測(cè)試中采用。
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Effect of way of supplementary light on fruit character of strawberry
HUANG Zhi-cheng1,2,WANG Qian3*,LIShou-guo1,YANG Xiao-feng3,TIAN Yi-hua3**
(1Shanghai Subcenter of New Plant Varieties DUSTesting,Ministry of Agriculture,Shanghai201415,China;2Institute for Agro-Food Quality Standards and Testing Technology,Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai201403,China;3Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai201403,China)
The vinyl house culture of strawberry cultivar‘Hongyan’was carried out by 4 ways of supplementary light in winter of Shanghai so as to study the fruit character as influenced by different ways of supplementary light.The results showed that ways of supplementary light could significantly influence the fruit size,fruit number per plant at the 2nd harvest stage,average fruit weight,titratable acid,commercial yield per plant and gross yield per plant,whereas they had nota significanteffecton the fruit shape index,fruitnumber per plant at the 1st harvest stage,soluble solids content and ratio of soluble solids content to titratable acid;Under differentways of supplementary light there were significant differences in incremental ratios of commercial yield and output value which were influenced mainly by the number of light sources decided by both number of rows and lamp interval,and the lamp interval played amore important role.
Strawberry;Fruit character;Way of supplementary light;Plant growth light
2016-10-20
上海市市級(jí)農(nóng)口系統(tǒng)青年人才成長(zhǎng)計(jì)劃(滬農(nóng)青字2015第1-31號(hào));2016年度農(nóng)業(yè)部品種資源保護(hù)項(xiàng)目
黃志城(1984—),男,碩士,助理研究員,主要從事植物新品種DUS測(cè)試工作。E-mail:hzauhzhch@126.com
*并列第一作者
**通信作者,E-mail:ice1869@163.com
S668.4
A
1000-3924(2017)06-063-06
程智強(qiáng))