立体育苗模式下补光光源对烟苗根系生长的影响

徐经年，任四海，张 林，张 玮，祖朝龙，曹 瑗，刘碧荣，汪文杰*

1.安徽省农业科学院烟草研究所，合肥市农科南路40号 230031

2.安徽省烟草公司池州市公司，安徽省池州市清风东路80号 247100

以立体、多层苗床为载体，将补光、温湿度及营养自动控制技术相结合而形成的立体育苗技术，是现代烟草育苗的发展方向之一［1］。立体多层育苗模式中的一个限制性因素为层间遮阴，育苗过程中遮阴或光照不足会导致种子萌发推迟［2］，进而影响地上部烟苗的光合作用，同时对根系的生长也产生较大影响，造成烟苗生长发育不良［3］。前人在香蕉上的遮阴试验表明，遮阴会导致香蕉根系总鲜质量和总干质量减少，而且随着遮阴强度的增加，降低幅度迅速增大［4］。杨立学［5］的研究表明，不同光照强度对幼苗主根生长和生物量的积累影响均达到极显著水平；张林青等［6］通过补充光照度对秧苗根系的影响试验，证明补充1 000 Lux 以上的光照度可促进秧苗根系生长。在烟草育苗上，采用多层及补光方式进行育苗的研究也已有报道［7］，向金友等［8］研究认为，在苗床上采取补光措施可解决烤烟漂浮育苗前期寡照问题，促进烟苗早生快长；王瑞［9］、时向东［10］等提出光强与光质可影响烟苗地上部分的生长；林叶春等［11］研究表明，光质对托盘育苗烟苗生长和光合特性可产生较大影响。但对于立体育苗模式下层间遮阴，以及不同补光光源及其组合对烟苗根系的影响方面鲜见报道。为此，基于烟草立体育苗模式，设置了不同补光方式（或组合）对烟苗根系生长发育的影响试验，旨在找出适宜的补光措施，解决层间遮阴问题。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烟草品种为云烟87；育苗肥为烤烟育苗专用肥N∶P2O5∶K2O=20∶10∶20；采用立体三层T型育苗架，层与层间隔70 cm，每层育苗架规格为10 m×0.65 m；补光光源为荧光灯与LED灯。

1.2 试验概况

采用漂浮育苗，于2012年12 月—2014年3月在安徽省池州市烟草公司烤烟育苗基地立体育苗棚内进行。烟苗出齐后开启补光灯直至成苗，补光时间为7:00—19:00。利用供热设备增温使育苗棚内温度不低于10 ℃，其他育苗技术措施按标准方法［12］执行。

1.3 试验设计

设置7 个补光处理，光源悬挂于上层架下中心位置，距育苗盘50 cm；设置两个对照:顶层自然阳光照射处理（CK1），层间遮阴但未采取补光措施处理（CK2），见表1。9个处理在层间随机排列，设置3次重复。

表1 补光试验设计

1.4 测定方法

分别于烟苗第2，3，4，5 和6 片真叶发生期测定根系鲜质量、干质量、根系活力、根系总吸收面积以及根系活跃吸收面积；第2 片真叶发生期测定光辐射强度。

采用Li 6400B 光合测定仪（Li-Cor，美国Lincon公司）于烟苗上方距光源50 cm处测定光辐射强度，连续10 d于9:00，13:00及17:00 3个时刻测量光辐射强度，其平均值为苗床辐射强度代表值；将烟苗根系冲洗干净、吸干表面水分后称量鲜质量［13］，并用烘干称量法测定根干质量；采用TTC法［14］测定根系活力；采用甲烯蓝比色法［15］测定根系总吸收面积及活跃面积。

1.5 数据处理

试验数据由Excel 2007 进行初步处理，DPS 7.5 软件进行方差分析，采用最小显著极差法（LSD）比较处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同补光处理对光辐射强度和光照度的影响

28 W 荧光灯的光辐射强度范围在22～32 μmol·m-2·s-1之间，光照度在1 300～1 900 Lux 之间；15～16 W LED 光辐射强度范围在55～70μmol·m-2·s-1之间，光照度在3 200～4 100 Lux之间。可见，所有补光处理的光照度均在1 000 Lux 以上，LED 光辐射强度、光照度大于荧光灯处理。经补光处理后，苗床光辐射强度代表值的范围在37.2～82.7 μmol·m-2·s-1之间，光照度在2 214.3～4 922.6 Lux之间，见表2。

表2 不同补光处理的光辐射强度及光照度比较

2.2 不同补光措施对根系活力的影响

由图1 可见，在第3 片真叶发生之前，所有处理的烟苗根系活力处于较低水平，第3 片真叶发生后，根系活力迅速增加，但CK2根系活力均小于补光处理及CK1，CK1 根系活力明显高于其他处理。所有补光处理的烟苗根系活力在两个对照之间，说明补光措施较CK2 能提高烟苗根系活力。补光处理间比较表明，蓝光处理（T3）及蓝红组合补光处理的烟苗根系活力高于其他补光处理，以T5处理表现最好，在第3片真叶发生期，烟苗根系活力高于CK2 73.5%，至第6 片真叶发生期，仍高于CK2 10.6%。

图1 不同补光措施对烟苗真叶发生期烟苗根系活力的影响

2.3 不同补光措施对根系吸收面积的影响

表3结果表明，CK2根系总吸收面积及根系活跃吸收面积显著低于CK1和T5处理，与T1处理间差异不显著。在第2和第3片真叶发生期，LED补光处理（T5，T6 和T7）、红蓝荧光灯补光处理T4 及蓝色荧光处理T3的根系总吸收面积、活跃吸收面积与CK1 无显著差异；第4 和第5 片真叶发生期，T5根系总吸收面积与活跃吸收面积与CK1无显著差异，而其他补光处理的根系活跃吸收面积显著低于CK1；第6 片真叶发生期，所有处理的根系总吸收面积及活跃吸收面积显著低于CK1。可见，蓝光处理T3 及蓝红组合补光处理（T4，T5，T6 和T7）的根系活跃吸收面积高于红光补光处理T2及白光处理T1，与补光对烟草根系活力影响的趋势基本一致。其中，T5 处理表现最好，在第2 至第6片真叶发生期，根系总吸收面积高于CK2 20.1%～36.2%，根系活跃吸收面积高于CK2 37.5%～56.2%，在第6 片真叶发生期，根系吸收面积与活跃吸收面积与CK1无显著差异。

表3 不同补光措施对不同真叶发生期根系吸收面积的影响① （cm2·株-1）

2.4 不同补光措施对根系物质积累的影响

表4结果表明，CK2处理干物质积累显著低于其他处理。在第2和第3片真叶发生期，CK1与补光处理间的干物质积累无显著差异；第4 片真叶发生期之后，CK1的根干质量显著高于其他处理。白色荧光灯处理T1干物质积累量最低，红色荧光补光处理T2 的干物质积累量小于蓝色荧光灯补光处理T3 以及蓝红光组合处理（T4，T5，T6 和T7），蓝红光组合处理根系物质积累量显著高于单独蓝色或红色补光处理；LED组合补光处理中，随红光比例的增加，烟苗根系干物质积累呈现降低趋势。第2、第3片真叶发生期，补光处理间的根干质量无显著差异，但显著高于CK2；第4 至第6 片真叶发生期，T5处理表现最好，根鲜质量高于CK2 11.6%～22.7%，根干质量高于CK2 11.3%～20.1%。

2.5 不同补光措施的光辐射强度与根系部分生理指标间的相关性

根系活力变化曲线（图1）在第3 片真叶发生期发生转折。由表4可见，根系物质积累量在第5片真叶急剧增加，较第4 片真叶发生期干物质积累量提高6.26～7.69 倍，因此，选择在第2、第3 及第5片真叶发生期分析光辐射强度与根系部分生理指标的相关性。由表5可见，在第2片真叶发生期，光辐射强度与各项生理指标的相关性不显著（r＜0.70），但进入第3 片真叶发生期后，光辐射强度与各项生理指标相关性除根系总吸收面积之外均达到显著水平，尤其是进入第5片真叶发生期，根系总吸收面积、活跃吸收面积及根干质量与光辐射强度的相关性均达到极显著水平；在本试验条件下（光辐射强度范围19.5～92.6 μmol·m-2·s-1），烟苗根系活力、根系吸收面积及根系物质积累量与光辐射强度呈正相关，光辐射强度愈大，烟苗根系活力、根系吸收面积及根系物质积累量增加幅度愈大。

表4 不同补光措施对不同真叶发生期根系物质积累的影响 （g·株-1）

表5 不同真叶发生期光辐射强度与根系生理指标的相关系数①

3 结论与讨论

蓝光波长短（420～470 nm）、频率高，光源能量高，光照强度高于红光及白光。在诱导风信子、水稻根系负向光性的研究中，最有效的是蓝光，橙、红光则无效，导致这种负向光性的原因是向光一侧的根系细胞受到蓝光诱导产生分生与伸长，使根系吸收面积及活力增加，根系物质积累量也相应增加［16-18］。本研究中，蓝红组合光源及蓝光处理烟苗的根系活力、吸收面积及物质积累显著高于红光，而蓝红光组合处理的烟苗优于单独蓝色荧光灯处理，可能与蓝红光组合后光谱范围增加、光质互补有关，这一结果与闫萌萌等［14］在花生幼苗上的光色试验结果存在差异，但与倪文［19］、李韶山等［18］在水稻幼苗上的研究结果基本一致。

不同光源组合中以LED 灯补光处理最好，荧光灯补光处理次之，这与LED灯光辐射强度、发光效率高于荧光灯有关；LED 灯3 个组合补光处理中，表现出随着蓝灯比例的增加，烟苗根系干物质积累呈现增加趋势。所有补光处理各项指标测定值均低于自然光照处理，实际长势也略弱于顶层烟苗。可见，补光措施虽能满足烟苗根系生长发育的需求，但不能完全替代自然光照，这可能与单一或组合光源中波长范围较窄有关。

LED 灯价格高（相同功率，价格较荧光灯高5～6 倍），一次性投入成本较大；但LED 灯的使用寿命一般为5 000 h，荧光灯的使用寿命一般为2 000 h；荧光灯以汞为发光原料，LED灯则采用半导体为发光体，耗电量低且环保。因此，在立体育苗模式下选用LED灯作为补光光源较好。

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