韓 文，郭鵬飛，張 坤，刁 明

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院園藝系/特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源創(chuàng)新利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】在植物生長發(fā)育的過程中，光環(huán)境是一個(gè)不可缺少的重要因素之一。在農(nóng)作物的生長發(fā)育過程中，或多或少會有一些原因，導(dǎo)致農(nóng)作物不可避免的生長在弱光的逆境中，使得農(nóng)作物長期處于弱光環(huán)境中，弱光環(huán)境造成農(nóng)作物營養(yǎng)體生長不良、落花落果等現(xiàn)象。番茄作為喜光性的蔬菜，在設(shè)施番茄栽培生產(chǎn)中，光照起著關(guān)鍵性的作用，特別是在部分北方地區(qū)，冬春季節(jié)設(shè)施番茄栽培生產(chǎn)過程中，弱光造成逆境對番茄生長造成的不良影響。若遇上霧霾、連續(xù)陰雨的惡劣天氣，使得設(shè)施內(nèi)形成持續(xù)弱光現(xiàn)象，低溫寡照造成幼苗徒長形成弱苗，對番茄幼苗生長造成的危害。光環(huán)境在植物的生長發(fā)育中，是不可或缺的重要環(huán)境因素之一。在農(nóng)作物的生長過程中，一些原因?qū)е罗r(nóng)作物無法避免的生長在弱光的逆境中，使得農(nóng)作物長期處于弱光環(huán)境中，造成農(nóng)作物營養(yǎng)體生長不良、落花落果等現(xiàn)象十分嚴(yán)重。研究在弱光條件下不同補(bǔ)光方式，對冬季設(shè)施番茄幼苗生長的影響，對提高設(shè)施番茄幼苗品質(zhì)有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】據(jù)胡永光等[1]的研究，南方地區(qū)大多數(shù)在冬春季節(jié)，由于日照時(shí)間不足，以及連續(xù)的陰雨天氣，導(dǎo)致溫室內(nèi)光照強(qiáng)度僅2 000 lx，對作物的生長尤其是幼苗影響十分顯著，甚至造成商品苗的質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益顯著下降。王洪安等[2]研究表明，溫室栽培條件下，茄果類植物運(yùn)用人工補(bǔ)光的技術(shù)可促進(jìn)成熟期的提前，植物生長更加的健壯，提高抗病能力，減少農(nóng)藥使用量，畸形果較少，果實(shí)著色良好，大小均勻以及品質(zhì)優(yōu)良，含糖量、維生素含量均得到顯著的提高。蔬菜幼苗在其生長發(fā)育時(shí)期，會因?yàn)槠溆龅讲贿m宜的光照環(huán)境，導(dǎo)致其生長發(fā)育不良以及質(zhì)量下降的現(xiàn)象。在植株后期，蔬菜幼苗的質(zhì)量影響著植株后期生長及發(fā)育，因此，解決蔬菜苗期的光照環(huán)境條件十分重要[3]。LED補(bǔ)光燈，是一種新型的光源，LED植物生長燈是直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光、輻射能的原理制作而成，其燈板主要以紅燈為主，中間按一定比例、距離均勻的分布著藍(lán)燈，紅光與藍(lán)光是植物在生長發(fā)育過程中主要吸收光線波段，其所占比例超過60%，為滿足植物生長發(fā)育的需要，將紅、藍(lán)光按照一定的比例配成光源能夠起到顯著的效果[4]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】北方地區(qū)，冬春季節(jié)設(shè)施番茄栽培中，弱光對其造成的影響及危害十分常見。石河子地區(qū)近年來嚴(yán)重的持續(xù)霧霾天氣，使得設(shè)施內(nèi)形成持續(xù)弱光現(xiàn)象，低溫寡照很容易造成幼苗徒長形成弱苗對番茄幼苗生長造成的危害十分顯著。利用LED光調(diào)控技術(shù)來培育幼苗設(shè)施，具有突出優(yōu)勢。研究弱光條件下不同補(bǔ)光方式，對冬季設(shè)施栽培番茄幼苗生長指標(biāo)及光合特性的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以北方設(shè)施生產(chǎn)中主栽作物番茄為試材，研究在高緯度寒旱地區(qū)不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗生長等指標(biāo)的影響，為設(shè)施番茄育苗光調(diào)控提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

2017年1～4月,試驗(yàn)在新疆石河子大學(xué)試驗(yàn)站節(jié)能日光溫室進(jìn)行。

植物生長燈，由上海合照明電器有限公司生產(chǎn)，育苗型LED T-5植物生長專用燈，電壓220 V，功率8 W，補(bǔ)光范圍高30 cm，寬60 cm，長60 cm，具有壽命長，耐潮濕，光效好等特點(diǎn)。

時(shí)間控制器使用智能開關(guān)定時(shí)器，電壓220 V，額定電流10A，將需要補(bǔ)光時(shí)間段輸入智能定時(shí)器，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)補(bǔ)光時(shí)間將自動接通電源進(jìn)行補(bǔ)光，到達(dá)補(bǔ)光關(guān)閉時(shí)間將自動斷開電源停止補(bǔ)光。

育苗架，長180 cm、寬70 cm、高210 cm。分為三層育苗層，育苗盤穴盤橫向放置在每層育苗盒內(nèi)，上方為LED補(bǔ)光燈，育苗盒末端制有排水裝置。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

番茄品種為時(shí)研。2017年1月20日將供試番茄放置于55℃溫水，浸種8～10 h后放入恒溫箱催芽48 h左右，催芽后播于盛有育苗基質(zhì)的72孔穴盤中，2月5日幼苗子葉展平后，用補(bǔ)光燈進(jìn)行處理。

按照補(bǔ)光方式試驗(yàn)分為三個(gè)處理，8 h非連續(xù)補(bǔ)光07:00～11:00、19:00～23:00延長早晚補(bǔ)光時(shí)長打破黑暗3～4 h補(bǔ)光方式(T1)和12 h連續(xù)補(bǔ)光07:00～19:00的輔助日光補(bǔ)光方式(T2)，以不進(jìn)行補(bǔ)光為對照(CK)，每個(gè)處理3次重復(fù)，各處理光源互不干擾，按日常栽培方式管理。

1.2.2 測定項(xiàng)目

1.2.2.1 形態(tài)指標(biāo)

2017年2月15日番茄幼苗長至兩葉一心時(shí)每5 d隨機(jī)抽取植株進(jìn)行破壞性取樣，用卷尺測量植株株高，莖基部至生長點(diǎn)，精度為0.01 cm，游標(biāo)卡尺測量莖粗，莖基部1 cm處，精度為0.01 mm，把植株從穴盤中取出，洗凈后用吸水紙吸干水分，分為根、莖、葉3部分分別用分析天平稱取鮮重，精度為0.000 1 g，2017年3月9日幼苗長至四葉一心時(shí)測量生理指標(biāo),株高、莖粗、干、鮮質(zhì)量并計(jì)算壯苗指數(shù)，壯苗指數(shù)按照張振賢等的方法(壯苗指數(shù)=莖粗/株高×全株干質(zhì)量)計(jì)算[5]。

1.2.2.2 葉面積

番茄幼苗長至兩葉一心時(shí)每5 d隨機(jī)抽取植株進(jìn)行破壞性取樣，將植株葉片平鋪置高清掃描儀進(jìn)行掃描，用Photoshop對其陰影部分分析，并計(jì)算葉面積，精度為0.01 cm2。

1.2.2.3 干物質(zhì)

番茄幼苗長至兩葉一心時(shí)每5 d隨機(jī)抽取植株進(jìn)行破壞性取樣，植株根、莖、葉105℃殺青，70℃烘干24 h，分析天平稱量干質(zhì)量，精度為0.000 1 g。

1.2.2.4 光合指標(biāo)

在番茄幼苗四葉一心時(shí)用Li-6400光合儀器測定光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度。3月9日試驗(yàn)結(jié)束。

1.2.3 光合有效輻射日變化

不同處理番茄幼苗上方光和有效輻射的采集使用美國LI-COR LI-1400數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)記錄頻率為30 min/次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)方差分析、顯著性測試，采用SPSS20.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，應(yīng)用OriginPro8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及圖標(biāo)制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同補(bǔ)光方式下光和有效輻射日變化

研究表明，當(dāng)植株處于光照較弱的環(huán)境中，LED補(bǔ)光燈對其影響顯著，能夠有效的增加其日累積光和有效輻射；T1在19:00之后能夠繼續(xù)為幼苗提供良好的光照環(huán)境，促進(jìn)其生長發(fā)育，相較于T2、CK，差異均顯著。白天光照不充足時(shí)，T2補(bǔ)光方式效果良好，光照充足時(shí)，T2補(bǔ)光方式補(bǔ)光效果并不顯著。延長早晚補(bǔ)光時(shí)長打破黑暗3～4 h補(bǔ)光方式補(bǔ)光時(shí)長短，較T2有效較低能耗，顯著提高幼苗期內(nèi)累積光和有效輻射，為幼苗的生長發(fā)育補(bǔ)充所需光照，從而延長光合作用時(shí)間。圖1

圖1 不同處理下幼苗期光合有效輻射日變化
Fig.1 Changes of PAR in Seedling Stage under Different Treatments

2.2 不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗葉面積的影響

葉片作為植物光合作用的主要器官,其面積的大小，將直接影響受光能力,葉面積變化是作物群體結(jié)構(gòu)合理性的重要標(biāo)志之一[6]。研究表明，各處理單株葉面積幼苗期隨時(shí)間的增加呈逐漸遞增的趨勢，不同補(bǔ)光方式下幼苗的平均單株葉面積為：T1>T2>CK。處理T1單株葉面積與處理T2，幼苗前期(播種至2月15日)差異不顯著，幼苗后期(3月7日后)處理T1顯著高于處理T2，差異最大時(shí)為16.17%。處理T1與T2的單株葉面積在整個(gè)幼苗期均顯著高于對照組CK，在幼苗后期差異最大，分別達(dá)到41.44%、21.75%。 幼苗中期(2月20～25日)各處理單株葉面積增長速率為幼苗期最快，各處理分別達(dá)到CK:0.85 cm2/d、T1:1.37 cm2/d、T2：1.19 cm2/d，該時(shí)期單株葉面積T1高于T2單株葉面積8.78%，差異顯著，高于CK單株葉面積33.44%，差異顯著，T2單株葉面積高于CK單株葉面積22.68%，差異顯著。該時(shí)期幼苗生長比較快，葉片數(shù)增加和葉面積發(fā)育加快，葉面積逐漸增大。非連續(xù)性補(bǔ)光延長早晚補(bǔ)光時(shí)長的補(bǔ)光方式較連續(xù)性補(bǔ)光的補(bǔ)光方式能夠有效的促進(jìn)葉面積的增長，從而截獲更多光能，促進(jìn)物質(zhì)的積累，生長壯苗。圖2

圖2 不同處理下番茄幼苗葉面積動態(tài)變化
Fig.2 Effect of Different Treatments on Leaf Area Changes of Tomato Seedlings

2.3 不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗表觀生長指標(biāo)的影響

2.3.1不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗株高的影響

研究表明，整個(gè)幼苗期番茄幼苗株高隨時(shí)間增加呈逐漸增高的趨勢。處理T1株高最高，對照CK株高最低，T1與T2差異不顯著，T1與CK差異顯著，在幼苗后期差異最大，為35.86%，T2與CK差異顯著，幼苗后期差異最大，為33.72%。圖3

2.3.2 不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗莖粗的影響

研究表明，各處理莖粗在幼苗期都呈現(xiàn)隨時(shí)間遞增的趨勢，不同補(bǔ)光方式下莖粗存在差異，T1>T2>CK，處理T1與處理T2差異不顯著，分別與CK存在顯著差異，T1與CK在3月2日出現(xiàn)最大差異，為20%，T2與CK于2月20日差異最顯著，為18.1%。圖4

圖3 不同處理下番茄幼苗株高變化
Fig.3 Effect of Different Treatments on Plant Height of Tomato Seedlings

圖4 不同處理下番茄幼苗莖粗變化
Fig.4 Effect of Different Treatments on the Stem Thickness of Tomato Seedlings

2.4 不同補(bǔ)光方式番茄幼苗光合特性

研究表明，三個(gè)處理間均存在差異，處理T1光合速率最高，對照CK最低,處理T1相比于CK，高92.16%，相比于處理T2,高22.22%，處理T2比對照CK高59.68%，不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗的光合速率影響顯著。在一定時(shí)間內(nèi)，單位葉面積上散失的水量，稱為蒸騰速率。蒸騰速率反映了植物根系對水分的吸收能力，并且直接影響著植物的光合作用。處理TI與處理T2蒸騰速率均高于對照CK，分別為59.60%、50.09%，差異均顯著，處理T1與處理T2之間不存在顯著差異。氣孔張開的程度稱為氣孔導(dǎo)度，氣孔導(dǎo)度直接影響植物的光合作用、蒸騰作用。處理T1與處理T2之間無顯著差異，分別與對照CK有顯著差異，處理T1高于CK 44.88%，處理T2高于對照CK 46.65%。這說明利用植物補(bǔ)光燈能夠顯著的提高植物的光合能力，更加有利于植物干物質(zhì)的積累，有利于培育壯苗。表1

表1 不同處理下番茄幼苗光合特性變化
Table 1 Effect of Different Treatments on Photosynthetic Characteristics of Tomato Seedlings

處理光合速率Photosynthetic rate(μmol/(m2·s))蒸騰速率Evaporating rate(mmol/(m2·s))氣孔導(dǎo)度Stomatal conductnce(μmol/(m2·s))CK1.86±0.24c5.47±1.12b42.36±9.23bT13.63±0.37a8.73±1.34a61.37±10.35aT22.97±0.19b8.21±1.27a62.12±8.97a

2.5 不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗干物質(zhì)積累和分配的影響

2.5.1不同處理對番茄幼苗干物質(zhì)積累的影響

研究表明，番茄幼苗的全株干物質(zhì)積累量隨著時(shí)間的變化而呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。幼苗生長期各處理番茄幼苗干物質(zhì)積累動態(tài)變化為：T1>T2>CK，各處理之間差異均顯著。處理T1與對照CK在2月15日差異最大，較CK高106.59%，T2與CK于2月15日兩處理之間也存在較大差異，T2較CK高82.42%，處理T1與處理T2在2月20日存在最大差異，T1高于T2約23.39%，由此可見，植物補(bǔ)光燈在幼苗前期可以有效的提高幼苗真葉的展開，根系的發(fā)展以及莖的生長，為后期幼苗生長、物質(zhì)的積累提供良好的基礎(chǔ)，從而達(dá)到培育壯苗的目的。各處理番茄幼苗干物質(zhì)積累速率均在幼苗后期達(dá)到最大值，分別為CK：7.22 mg/d，T1：9.66 mg/d，T2：7.66 mg/d，處理T1的干物質(zhì)積累速率明顯高于其他處理。非連續(xù)性補(bǔ)光方式較連續(xù)性補(bǔ)光，能夠顯著提高番茄幼苗的干物質(zhì)積累。圖5

2.5.2 不同處理對干物質(zhì)在不同器官中分配的影響

研究表明，番茄幼苗干物質(zhì)積累量和分配率為葉>莖>根，各處理間根、莖、葉的干物質(zhì)積累量為T1>T2>CK，各處理間差異均顯著。計(jì)算干物質(zhì)分配率可得，處理間干物質(zhì)分配率均無顯著差異，干物質(zhì)優(yōu)先向葉片分配，約57%，植物葉片是植物光合作用同化CO2形成干物質(zhì)的重要器官，幼苗期優(yōu)先向葉片分配干物質(zhì)能夠促進(jìn)葉片數(shù)的增加，葉片展開，增加葉面積，使得幼苗期后葉片能更有效的進(jìn)行光合作用，加快物質(zhì)積累，向其他器官分配，促進(jìn)植物生長。干物質(zhì)其次向幼苗莖中分配，約為28%，根的干物質(zhì)分配率約15%。不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗干物質(zhì)分配率無顯著影響，對番茄幼苗各器官中干物質(zhì)量的累積均存在顯著影響。圖6

圖5 不同處理下番茄幼苗干物質(zhì)積累變化
Fig.5 Effect of Different Treatments on Dry Matter Accumulation of Tomato Seedlings

圖6 不同處理下番茄幼苗各器官干物質(zhì)分配變化
Fig.6 Effect of Different Treatments on Dry Matter Distribution in Different Organs of Tomato Seedlings

2.6 不同補(bǔ)光方式對番茄幼苗壯苗質(zhì)量性狀的影響

研究表明，不同補(bǔ)光方式對株高、莖粗的變化趨勢相同，為：T1>T2>CK，方差分析結(jié)果表明，處理T1與處理T2之間差異不顯著，分別顯著高于對照CK。不同處理下幼苗單株鮮重變化趨勢為 T1>T2>CK，各處理之間無顯著差異。幼苗單株干重變化趨勢與鮮重變化趨勢相同，各處理之間均存在顯著差異。壯苗指數(shù)能夠更直接的反映幼苗生長發(fā)育狀況，是否達(dá)到壯苗要求，可以看出壯苗指數(shù)以處理T1最大，處理T2次之，對照CK最低，且三者之間均存在顯著差異。設(shè)施環(huán)境內(nèi)，光照不足時(shí)，利用植物補(bǔ)光燈進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)光可加快幼苗物質(zhì)積累，達(dá)到培育壯苗的目的，相同條件下選擇非連續(xù)性延長補(bǔ)光時(shí)長的補(bǔ)光方式能更有效的提高幼苗的生長。表2

表2 不同處理下番茄幼苗壯苗質(zhì)量性狀變化
Table 2 Effect of Different Treatments on Quality Characteristics of Tomato Seedlings

處理株高(cm)莖粗(cm)全株鮮重(g/株)全株干重(g/株)壯苗指數(shù)CK9.76b0.182b1.213b0.120 7c0.002 25cT113.12a0.209a2.017a0.156 5a0.002 49aT212.21a0.198a1.842a0.141 5b0.002 29b

3 討 論

試驗(yàn)研究了弱光條件下應(yīng)用植物補(bǔ)光燈不同的補(bǔ)光方式對設(shè)施番茄幼苗生長的影響。結(jié)果表明，不同的補(bǔ)光方式對設(shè)施番茄幼苗葉面積，表觀生長指標(biāo)，干物質(zhì)積累與分配、光合特性、壯苗指數(shù)均有不同程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，同等補(bǔ)光條件下非連續(xù)性早晚延長補(bǔ)光時(shí)長打破黑暗的補(bǔ)光方式更有利于設(shè)施番茄幼苗葉面積的增加，干物質(zhì)積累量的提高，光合能力的增強(qiáng)，顯著提高壯苗指數(shù)，達(dá)到培育壯苗的目的，并且應(yīng)用較短的補(bǔ)光時(shí)長獲得較大的收益，顯著的節(jié)約了能源，減少能耗。

北方寒冷地區(qū)日光溫室要達(dá)到安全高效生產(chǎn)，關(guān)鍵要克服冬季低溫寡照的不良環(huán)境條件帶來的影響，在弱光條件下，冬季設(shè)施內(nèi)番茄育苗由于光照不足會嚴(yán)重影響幼苗的生長發(fā)育，因此，在冬季溫室生產(chǎn)中，采用人工補(bǔ)光的方式來改善光照條件、增加光照是促進(jìn)日光溫室幼苗生長高效的一項(xiàng)重要舉措[4]。試驗(yàn)研究表明，同種生產(chǎn)條件下，應(yīng)用LED補(bǔ)光，能夠顯著促進(jìn)番茄幼苗的生長，補(bǔ)光燈條件下，株高、莖粗有顯著提高，葉面積增加，干物質(zhì)積累量顯著增加，壯苗指數(shù)顯著高于自然光照下的番茄幼苗，更能滿足生產(chǎn)所需的壯苗，提高經(jīng)濟(jì)效益；劉淑艷等[4]研究利用LED補(bǔ)光對番茄幼苗開花時(shí)間，株高、莖粗、壯苗指數(shù)的影響，得出結(jié)論，LED補(bǔ)光能夠有效番茄幼苗株高、莖粗、壯苗指數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)的提高；龔婷[7]等研究表明，適當(dāng)?shù)腖ED植物生長燈對茄果類蔬菜幼苗進(jìn)行補(bǔ)光后，幼苗的株高、莖粗、葉面積，整株鮮重，整株干重，光合能力都有顯著提高，均與試驗(yàn)結(jié)果相似。

試驗(yàn)研究表明，非連續(xù)性早晚延長補(bǔ)光時(shí)長打破黑暗的補(bǔ)光方式較連續(xù)性輔助日光的補(bǔ)光方式，能夠有效的提高葉面積的增加，干物質(zhì)積累，光合速率提高，顯著提高番茄幼苗的壯苗指數(shù)，最終生產(chǎn)壯苗；靳志勇等[8]研究表明，在連續(xù)光照達(dá)到14 h(09:00～16:00和16:00～19:30補(bǔ)光7 h)條件下大蒜鱗莖才能顯著膨大，非連續(xù)光照8～14 h，即在7 h自然光照條件下，21:00～04:00打破黑暗補(bǔ)光1～7 h處理均能促進(jìn)鱗莖膨大，并且鱗莖質(zhì)量均高于14 h連續(xù)光照處理，與試驗(yàn)結(jié)果相似。

4 結(jié) 論

>4.1 弱光條件下設(shè)施番茄幼苗的生產(chǎn)利用LED補(bǔ)光、株高、莖粗、葉面積、干物質(zhì)積累、壯苗指數(shù)均有顯著提高，有助于實(shí)現(xiàn)幼苗生產(chǎn)中培育壯苗目的。

4.2 8 h非連續(xù)補(bǔ)光07:00～11:00、19:00～23:00延長早晚補(bǔ)光時(shí)長打破黑暗2～4 h補(bǔ)光方式和12 h連續(xù)補(bǔ)光07:00～19:00的輔助日光補(bǔ)光方式相比，葉面積、干物質(zhì)積累、光合速率、壯苗指數(shù)均有顯著提高，株高、莖粗、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度無顯著差異。8 h非連續(xù)補(bǔ)光07:00～11:00、19:00～23:00延長早晚補(bǔ)光時(shí)長打破黑暗2～4 h補(bǔ)光方式更能有效的提高設(shè)施番茄幼苗的生長及壯苗的育成，并能降低能耗，節(jié)約成本。

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