人工补光对西瓜幼苗生长的影响

江姣

摘    要： 早春设施西瓜生产容易出现温度低、光照弱、湿度增加、雾霾天气等不利环境，为了在此不利条件下培育优质健壮的西瓜商品苗，试验分别设置每天补光4、8、12 h 3个处理，以自然光照为对照。小区分布于棚室中部，每个小区20 m2。在植株上方1 m 处每20 m2安置5个补光灯，补光灯根据植株的生长可以上下调整。结果表明，在早春温度低、光照弱、湿度增加、雾霾天气等不利环境条件下采用人工补光8 h与12 h均可满足西瓜幼苗生长需求，对幼苗生长的影响差异不大，而光照8 h对于实际生产中更容易实现，为经济有效补光时间。因此，综合分析在光照不足的环境下育苗，Solar大水滴LED补光灯满足补光8 h即可正常进行生产。

关键词：西瓜;幼苗;人工补光;生长

Influence of the artificial light supplement on watermelon seedling

JIANG Jiao

（Beijing Daxing Agricultural Technique Popularization Station， Beijing 102600， China）

Abstract： In early spring， watermelon production in facilities is prone to adverse environment such as low temperature， weak light， high humidity and haze weather. In order to cultivate high-quality watermelon commercial seedlings under these unfavorable conditions， supplementary lighting were chosen which were 4 h·d-1， 8 h·d-1， 12 h·d-1 and the natural lighting was used as control in this research. The experimental plot was 20 m2 which located in the middle of the greenhouse. 5 lamps were placed 1 m above the plants at each 20 m2， and they could be adjusted up and down according to the growth of the plant. The results showed that the watermelon seedlings could grow normally by supplying 8 hours or 12 hours light under  the adverse environmental conditions in early spring， and the effects of 8 hours and 12 hours on seedling growth were not significant. Because 8 hours was easier to achieve in practical production， so it was the most effective artificial light supplement time. Therefore， based on the comprehensive analysis of seedling breeding under insufficient light， the watermelon seedlings will grow normally under the 8 hours of Solar LED light supplement.

Key words： Watermelon; Seedlings; Artificial light supplementation; Growth

我国北方地区光热资源丰富、昼夜温差大，是日光温室西瓜生产理想区域，但早春设施西瓜生产存在温度低、光照弱、湿度增加、雾霾天气等不利环境条件，影响设施西瓜安全生产[1]。研究表明，低温寡日照对西瓜植株细胞增殖、组织代谢、光合同化等生理过程均有较大影响，可导致西瓜苗期弱苗易感病甚至死苗，开花期无粉、授粉不坐瓜，坐果期严重影响养分积累和果实生长，结果后西瓜果实发育不良、畸形、空心、含糖量偏低，抑制西瓜生长、降低产量和品质[2-4]。随着集约化育苗技术的推广，其中存在的良种选育滞后、装备开发薄弱、专业技术人员缺乏、种苗标准不够规范、配套技术尚需完善等问题不断暴露[5]，其中补光设施缺乏是西瓜嫁接育苗中存在的主要问题之一。人工补光是冬季改善温室内光照条件的最有效办法。节能、高效的LED（Light Emitting Diodes）在设施农业上作为人工光源受到世界各国关注[6]。LED 可以根据园艺植物生长所需的光环境来精確配置光谱，还可以影响园艺植物的生长发育以及光形态的建成[7]。因此，本研究在前人研究的基础上通过对早春西瓜苗开展不同时间人工补光研究[8-9]，以期得出在温度低、光照弱、湿度增加、雾霾天气等不利环境条件下，适合西瓜集约化育苗的适宜补光时间，培育出高质量嫁接商品苗，为当地西瓜生产提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 时间与地点

试验于2017年12月至2018年4月在北京大兴区立春农业基地日光温室进行，面积为50 m×8 m=400 m2。

1.2 材料

接穗为小果型西瓜 ‘航兴天秀2号，北京市大兴区农业技术推广站选育的小型西瓜杂种1代。植株生长势中等，第1雌花平均节位8.1节，果实发育期32.3 d。嫁接砧木为‘京欣砧4，北京市农林科学院蔬菜研究中心选育，印度南瓜与中国南瓜杂交的西瓜砧木1代杂种，嫁接亲和力好，共生亲和力强，成活率高，发芽容易且整齐，芽势好，出苗壮，对果实品质影响小。补光灯为Solar大水滴，北京谦益得科技有限公司提供，每个功率40 W，为植物生长选用大功率高光效LED芯片，具有适用于日光温室植物生长的“光配方”，适合日光温室农作物在寡照天气的的补光。营养钵规格：9 cm × 9 cm。

1.3 育苗方法

在温室内进行育苗。2月13日播种，2月28日嫁接，3月9日开始遮光进行人工补光，4月7日定植。采用100 g·m-2地布进行遮光，里面加铺地热线进行增温（悬挂温度计监控温度），加挂CO2吊袋肥补充CO2。白天遮光进行人工补光，夜间掀起地布换气。其他同育苗常规管理。

1.4 试验设计

试验共设4个处理，处理1：补光4 h;处理2：补光8 h;处理3：补光12 h;处理4：自然光照为对照。3次重复，随机区组排列，补光灯采用TES-1332A数位式照度计黑暗环境下距离1 m处测定光照度每个850 lx，补光灯根据植株的生长可以上下调整。在补光7、14、21 d和定植后3 d共4 个时间点用直尺测量株高、砧木下胚轴长度、接穗下胚轴长度、最大真叶的纵径和横径，用游标卡尺测量砧木茎粗和接穗茎粗。每个处理随机取样20 株进行测量，3次重复。同时在这4个时间点测定接穗第2 片真叶和砧木子叶的叶绿素相对含量。每个处理随机取样20 株进行测定，3 次重复。每个处理随机选取20 株嫁接苗，在定植后分别取接穗和砧木两部分（将嫁接苗从嫁接口处分开），用电子天平分别称取各部分的鲜质量;在105 ℃下杀青2 h，再在80 ℃下烘干至恒重，3 次重复，计算接穗干质量、砧木干质量以及嫁接苗地上部干质量。

用直尺测量接穗和砧木茎的高度，游标卡尺测量接穗和砧木茎的茎粗，用电子天平分别称取各部分的鲜质量，剪下叶片，量取叶面积。按公式“干物质含量/%=干质量/鲜质量×100”计算干物质含量，按公式“根冠比=根干质量/（砧木茎干质量+接穗干质量）”计算根冠比，按公式“壮苗指数=接穗茎粗/接穗高度×全株干质量”计算壮苗指数。植株主蔓长和最大叶面积的测量采用精度为mm的盒尺。茎粗测量使用游标卡尺。叶绿素相对含量使用SPAD-502Plus叶绿素仪测定。以上所有数据均取平均值。试验数据统计采用Excel 2010作图分析。

2 结果与分析

2.1 不同人工补光时间对西瓜幼苗干物质含量、根冠比、壮苗指数的影响

由图1看出，不同人工补光时间的西瓜幼苗，各处理干物质含量、根冠比、壮苗指数随着补光时间的增长逐渐增加;干物质是衡量植物有机物积累、营养成分多寡的一个重要指标[10]。补光12 h干物质含量最大，达到1.09%，补光8 h次之，为1.07%，再次是对照，为0.12%，补光4 h为0.07%。因此，补光12 h和8 h幼苗干物质积累方面表现较好，且与对照和补光4 h存在显著差异。根冠比的大小反映了植物地下部分与地上部分的相关性，以及根系周围水分情况[7]和植株维持水分平衡的难易程度[11];在作物苗期，为了给作物创造良好营养生长条件，要促进根系生长，增大根冠比。对照幼苗根冠比最大，达到0.11，其次依次为补光12 h（0.08）>8 h（0.08）>4 h（0.06），因此，对照和补光12 h幼苗根系生长较好对植株营养供给充分，但补光12 h与补光8 h和补光4 h无显著差异。补光12 h壮苗指数平均最大，达到0.90，其他处理依次为补光8 h（0.68）>对照（0.11）>补光4 h（0.07）。壮苗指数的研究对优化育苗方式和环境管理具有重要作用，是衡量西瓜嫁接苗素质良否的关键指标。因此，补光12 h与8 h即能有效促进幼苗健壮生长，且与其他处理差异显著。

2.2 不同人工补光时间对西瓜幼苗砧木株高的影响

如图2所示，不同补光时间幼苗砧木株高随着苗龄增长逐渐增高，补光14 d后生长速度逐渐趋于平缓。从砧木株高方面分析，补光12 h幼苗砧木平均株高最高，达到66.73 mm，其次为对照（58.67 mm）>补光8 h（54.93 mm）>补光4 h（54.67 mm）。砧木具有固定、支撑接穗并与接穗愈合后形成植株生长、结果，是嫁接苗的基础。对照砧木株高较补光8 h仅高6.8%，因此，人工补光12 h能够有效促进砧木株高生长，而补光8 h即能满足植株幼苗生长。

2.3 不同补光时间对西瓜幼苗砧木茎粗的影响

如图3所示，不同补光时间幼苗砧木茎粗随着苗龄增长逐渐增高，补光4 h砧木茎粗在补光21 d时有所下降。对照处理幼苗砧木平均茎粗最高，达到6.10 mm，分别较补光12 h（5.92 mm）高3.04%，补光8 h（5.28 mm）高15.53%，补光4 h（4.71 mm）高29.51%。补光4 h砧木茎粗出现下降趋势，说明4 h光照不足以有效促进植株砧木茎粗生长。补光12 h与对照促进砧木茎粗生长效果较好。

2.4 不同人工补光时间对幼苗接穗株高的影响

如图4所示，不同补光时間幼苗接穗株高随着苗龄增长逐渐增高。对照处理幼苗接穗平均株高最高，达到42.07 mm，其次为补光12 h（40.05 mm）>补光8 h（38.13 mm）>补光4 h（33.80 mm）。对照较其他处理分别高5.0%，10.3%，24.5%。补光12 h较8 h高5.0%。因此，对照处理对幼苗接穗株高生长的促进作用最明显，其次为补光12 h与补光8 h处理。

2.5 不同人工补光时间对幼苗接穗茎粗的影响

如图5所示，不同补光时间幼苗接穗茎粗随着苗龄增长逐渐增高。对照处理幼苗接穗平均茎粗最高，达到3.88 mm，其次为补光12 h（3.25 mm）>补光8 h（3.20 mm）>补光4 h（2.62 mm）。补光8 h后，接穗平均茎粗均达到3.20 mm以上，对照较补光12 h平均茎粗高22.4%，较补光8 h高21.3%。补光12 h较补光8 h仅高1.56%。因此，在促进幼苗接穗茎粗方面，补光12 h与8 h效果基本一致。

2.6 不同人工补光时间对幼苗最大叶面积的影响

如图6所示，不同补光时间幼苗的最大叶面积随着苗龄增长逐渐变大。植株的叶面积反映光合作用效率。对照处理幼苗平均最大叶面积最高，达到2 566.7 mm2，其次为补光12 h（2 266.6 mm2）>补光8 h（2 184.1 mm2）>补光4 h（697.1 mm2）。对照平均最大叶面积较其他处理分别高13.2%，17.5%，268.2%。补光12 h较8 h仅高3.78%。因此，在幼苗最大叶面积方面，补光12 h与8 h促进效果基本一致。

2.7 不同人工补光时间对幼苗叶绿素相对含量的影响

植物通过叶绿素吸收光能，葉绿素相对含量多促进植物的光合作用[12]。依靠光合作用提供能量，来满足生存的需要。如图7所示，不同人工补光时间幼苗叶绿素相对含量随着苗龄增长增加。补光12 h叶绿素相对含量最高，达到57.89，其次为对照50.7，补光8 h 49.51，补光4 h 27.41。补光12 h较其他处理分别高出14.2%、16.9%、111.2%。对照较补光8 h高2.4%。

3 讨论与结论

太阳光是由许多不同波长的光波所组成，而在太阳辐射光谱中只有5%左右的比例是对光合作用产生影响的。而其中以波长400～520 nm的蓝光以及610～720 nm的红色光对光合作用贡献最大。试验结果表明，光合作用中红光有利于碳水化合物合成，加速提高植物的茎节发育。多余的能量转化成热能，使水分蒸发。蓝光有利于蛋白质的合成，对植物的生长及幼芽的形成有较大影响，能抑制植物的伸长而使植物形成矮壮的形，也可以支配细胞分化，利于花色素、维生素合成。因此，蓝光和红光被称为光肥，这是继“化学肥料”之后的一类新型环保性“物理肥料”。所以，人工模拟植物作用的最佳光谱具有肥效和药效的功能，给发展高效生态农业赋予了新的意义。

西瓜为蔬菜中需光最强的作物，光补偿点为4 klx，光饱和点为80～100 klx[13]。冬季生产需补光[14]。光照强度应在光补偿点以上植物才能正常生长，试验用补光灯为飞利浦Solar大水滴，为植物生长选用大功率高光效LED芯片，具有适用于日光温室植物生长的“光配方”，适合日光温室农作物在寡照天气的的补光。本研究中不同人工补光时间处理光照强度均达到西瓜生长的光补偿点以上，各处理的西瓜幼苗各生长指标表现不同，但在早春连续低温阴雨寡日照的天气下，采用LED灯进行人工补光，能明显促进西瓜嫁接苗的生长，与前人[2-3，15]研究结果一致。为进一步讨论、研究人工补光对植物生长的作用，分析补光强度与补光效果的关系还需进行逐渐试验论证。

整个生育期嫁接苗干物质含量、根冠比、壮苗指数、株高、茎粗、叶面积和叶绿素相对含量等指标，人工补光12 h仅次于对照自然光源，且在砧木株高、干物质含量、壮苗指数以及叶绿素相对含量方面表现优于对照，而人工补光8 h对幼苗砧木株高、接穗茎粗、干物质含量、壮苗指数、最大叶面积等各方面的促进作用与对照自然光源效果基本一致，说明在早春温度低、光照弱、湿度增加、雾霾天气等不利环境条件下人工补光8 h与12 h均可满足西瓜幼苗生长需求。北京的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均日照时间2 780.2 h，平均每年为115.84 d，平均每天约7 h 40 min[16]。5月份日照时数最多，达到290.6 h，平均每天9 h 42 min（龙门信息港），早春育苗日照时间远小于该时长，因此光照8 h对于实际生产中更容易实现，为经济有效补光时间。综合分析可知，在早春设施西瓜生产温度低、光照弱、湿度增加、雾霾天气等不利环境条件下育苗，满足自然光照或者满足西瓜正常光照强度时，人工补光8 h即可正常进行生产。

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