中农-Ⅲ型育苗设施中不同光环境对黄瓜幼苗质量的影响

蒋茜静，周清，郑万萍，胡彬，刘尚武

（中国农业大学农业部设施农业生物环境工程重点开放实验室，北京，100083）

进入21世纪，世界农业的迅速发展对资源、环境造成的影响不容忽视。人口增长过快、资源短缺、耕地日益减少、环境恶化、自然灾害频繁的现实，使农业面临着新的挑战[1]。设施农业作为资源集约型生产的重要方式，可以大幅度提高单位土地的利用率、产出率和经济效益，因此已成为21世纪食物增产、园林园艺生产的重要手段。利用设施农业技术以最少的能源、原料和人力，进行低成本化高品质植物的大规模植物工厂生产将是设施农业研究的重点[2～4]。

在植物种苗工厂方面，日本千叶大学的古在丰树教授，提出了一种“闭锁式种苗生产系统”，具有节省资源、保护环境、节省空间、安全和低成本等特点[5]。同时，日本、美国等在闭锁式植物工厂方面进行了开发，形成的闭锁式植物生产系统具有显著优点：特殊的结构使热交换维持在较小限度；极好的密闭性能将系统内外的物质（水蒸气、CO2等）和热能的交换降低到较小限度[6]，同时CO2吸收率高达85%～90%，而温室只有50%左右；且使用循环供液系统提供营养液，有利于保护环境；只采用灯具提供植物成长所需的光照；利用多层立体培养架，提高空间利用率和单位面积产量；缩短生产周期，提高植物品质。

在光环境对植物生长的影响方面，很多研究人员做了大量的研究。王沅等[7]的研究表明，光是植物合成有机物的能源，其强度大小直接影响干物质的形成；许大全等[8]指出，光照过强一方面直接影响植物的生长，另一方面可能出现光抑制现象从而降低光合作用，造成植物的生长速率下降。苏文华等[9]、杨梅娇等[10]的试验结果表明,不同光照强度对植物幼苗生长指标有显著影响，50%光照最有利于苗高和基径生长；在密闭式植物工厂光周期和光照强度对植物的影响方面，也有一定的研究；中国农业大学的贺冬仙等[11]对珍贵药用植物铁皮石斛组培阶段在闭锁式育苗系统中的适宜光照强度进行了研究。但由于植物的复杂性，不同植物之间，甚至同一植物不同品种间，对光环境的要求差异也较大。故有必要在特定的人工光源育苗设施中，在保证苗产量及品质的基础上，针对不同的种苗种类及品种，选配最优的光照环境，对推广低能耗国产化的植物工厂具有较大的理论与现实意义。

本试验在自行开发的中农-Ⅲ型育苗设施中，研究不同的光照时间与光照强度对黄瓜幼苗质量的影响，以期为在国产化的植物育苗设施内，实现黄瓜种苗生产的人工光环境设置提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2011年12月14日到2012年1月7日，在中国农业大学水利与土木工程学院自行开发的中农-Ⅲ型育苗设施中进行。采用的黄瓜品种为中农26号，基质质量配比为草炭∶珍珠岩∶蛭石＝3∶1∶1，选择72孔穴盘。育苗设施用宽约为70 cm、长约140 cm的7层育苗架（每层高30 cm），每个育苗架每层可放4个托盘，每个托盘并排摆放4个苗盘（宽30 cm，长60 cm），育苗架上荧光灯区光源采用三基色飞利浦荧光灯（36 W），光源的试验安排如下所示。

1.2 试验设计

试验设光照强度和光照时间2个因素，光照时间设10 h、12 h、14 h 3个水平，光照强度设4支124.9 μmol·m-2·s-1、6 支 174.3 μmol·m-2·s-1、8 支249.2 μmol·m-2·s-1灯管（飞利浦荧光灯）3 个水平，采用正交试验设计，共5个处理（表1）。

按统一湿度 80%～90%，温度为（28±1）℃进行催芽，2 d出芽，之后进行开灯处理，光期温度控制在（26±1）℃，湿度为 60%，暗期温度控制在（20±1）℃，湿度为 80%。

1.3 测定项目

测定项目为株高、茎粗、地上部鲜质量、地下部鲜质量、壮苗指数，每个处理取10株，测定其平均值。

1.4 数据统计方法

为研究不同处理方式对番茄植株生长和内源激素含量的影响，本研究使用SAS 9.1.3软件的一般线性模型过程（General Linear Model，GLM）进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同光照处理对株高的影响

由图1所示，各处理株高都处于正常水平，4支14 h和6支10 h的光照处理株高较高，6支12 h和6支14 h株高次之，8支14 h光照处理的幼苗株高最低。4支14 h和6支10 h光照处理的植物株高显著高于后三者，其中4支14 h和6支10 h处理间没有显著性差异，且6支12 h、6支14 h和8支14 h光照处理的植物株高也没有显著性差异。

表1 试验设计

2.2 不同光照处理对茎粗的影响

由图2所示，各处理茎粗都处于正常水平，以6支12 h处理的茎粗最大，幼苗状态最优，6支14 h和8支14 h处理的次之，6支10 h与4支14 h处理的最小。6支12 h、6支 14 h、8支 14 h和 6支10 h光照处理的植物茎粗没有显著性差异，但明显高于4支14 h处理的植物茎粗。

图1 不同光照处理对株高的影响

图2 不同光照处理对茎粗的影响

图3 不同光照处理对地上部鲜质量的影响

2.3 不同光照处理对地上部鲜质量的影响

由图3可知，8支14 h与6支14 h光照处理的地上部鲜质量最大，幼苗状态最优，6支12 h和4支14 h光照处理的次之，6支10 h光照处理的最小。8支14 h与6支14 h处理的地上部鲜质量显著高于4支14 h和6支10 h处理的。

2.4 不同光照处理对地下部鲜质量的影响

由图4可知，6支14 h光照处理的地上部分鲜质量最大，幼苗状态最优，8支14 h，6支12 h和6支10 h光照处理的次之，4支14 h光照处理的最小。6支14 h处理的地上部鲜质量显著高于4支14 h、6支 10 h、6支 12 h处理的，明显高于 8支14 h处理的。

2.5 不同光照处理对壮苗指数的影响

由图 5可知，6支 12 h、6支 14 h和 8支 14 h光照处理的壮苗指数最大，且3个光环境处理间的壮苗指数未达显著性差异，6支10 h和4支14 h光照处理的次之，且与前3个处理达到了显著性差异。

3 小结

试验结果表明，黄瓜幼苗的茎粗、地上部鲜质量、地下部鲜质量和壮苗指数随着光照强度和光照时间的增加都显著性增加，但总体看来，6支12 h、6支14 h和8支14 h光照环境处理间幼苗的质量无显著性差异，故综合考虑，在中农-Ⅲ型育苗设施环境条件下，采用光照时间为14 h、光照强度为6支174.3 μmol·m-2·s-1的光环境培育黄瓜中农 26 号幼苗生长较好。

图4 不同光照处理对地下部鲜质量的影响

图5 不同光照处理对壮苗指数的影响

[1]刘淑珍，苗香雯，崔绍荣.设施农业与农业可持续发展战略[J].农机化研究，2003，10（4）：16-19.

[2]朱本海.人工光型密闭式植物工厂的洁净与环境控制[D].北京：中国农业大学，2006.

[3]Kozai T.Transplant production under artificial light in closed systems-quality improvement of seedlings and plantlets by environmental control[J].Proc 3rd Asian Crop Sci Conf,1998:296-308.

[4]Kozai T,Chun C.Closed systems using artificial light for producing quality transplants[C]//The Korea-Japan jiont symposium on transplant production in the horticultural plants,1999:53-60.

[5]Chun C,Kozai T.A closed-type transplant production system[J].Molecular Breeding of Woody Plant,2001:375-384.

[6]Kozai T,He D,Chun C.Commercialized closed system with artificial lighting for high quality plant production at low cost[C]//2004 CIGR International Conference Beijing,2004(50):6.

[7]王沅，田正国，邱泽生，等.小麦小花发育不同时期遮光对穗粒数的影响[J].作物学报，1981，7（3）：157-163.

[8]许大全，张玉忠，张荣铣.植物光合作用的光抑制[J].植物生理学通讯，1992，28（4）：237-243.

[9]苏文华，张光飞，庞慧仙，等.光照条件对旱冬瓜种子萌发和幼苗生长的影响[J].云南林业科技，2003，1（2）：8-10.

[10]杨梅娇.不同光照强度对一年生油樟苗生长的影响[J].浙江林业科技，2006（3）：69-72.

[11]贺冬仙，朱本海，杨珀，等.人工光型密闭式植物工厂的设计与环境控制[J].农业工程学报，2007，23（3）：151-157.