水稻温室立体育秧夜间补光技术试验研究

林超辉，马　旭,b，黄　冠，陈桂生，谭永炘，孙国栋，江立凯，邝健霞

(华南农业大学 a.工程学院;b.南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州　510642)



水稻温室立体育秧夜间补光技术试验研究

林超辉a，马旭a,b，黄冠a，陈桂生a，谭永炘a，孙国栋a，江立凯a，邝健霞a

(华南农业大学 a.工程学院;b.南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州510642)

摘要：水稻工厂化立体育秧已成为节省秧田、培育机插优质秧苗的重要方式。工厂化立体育秧能够有效提高育秧棚的效率，并保证秧苗质量，但温室内光环境却成为了影响秧苗生长的主要因素之一。为改善水稻温室立体育秧的光照环境和探索杂交稻不同播种量对立体育秧的适用性，采用均匀试验设计方法进行了杂交稻播种量、光照度及夜间补光时长3个因素的温室立体育秧试验，通过逐步回归分析方法获得秧苗茎基直径、壮苗指数以及根系土壤盘结力与3个因素之间的函数关系。试验结果表明：一定的夜间补光对提高水稻温室立体育秧秧苗素质有积极影响，综合分析得到在杂交稻播种量0.05kg/盘、光照度1.5～3klx、夜间补光时长3～5h的条件下，秧苗素质与自然光对照接近，秧苗质量符合机插标准，适用于田间生产应用。

关键词：夜间补光；播种量；光照度；均匀设计；逐步回归分析

0引言

在水稻生产过程中，秧苗培育是一个关键环节，培育出健壮、均匀、整齐的秧苗是实现水稻高产的基础。在水稻秧苗生长过程中，干物质积累有90%～95%来自光合作用，而水稻秧苗光合作用的主要能源则来自于光照[1]。但是，温室内的光遮挡及恶劣的气候环境导致的光照不足给温室立体育秧带来巨大影响，对水稻幼苗生长极为不利，造成秧苗质量下降和水稻减产，因而采用人工补光技术进行补光成为了首选措施。

在以温室为主题的太阳光和人工光源并用型植物工厂中，人工补光是延长植物光照时间或者弥补光照条件不足的方式[2]。Omi SK[3]提出不同作物所需的光照度不同；吴肇志等[4]针对番茄黄瓜幼苗温室培育的试验，得出在光照度为8.4klx下补光时间2h效果最佳；陈敏等[5]研究发现延长光照时间可提高茄子幼苗株高、生长速率及壮苗指数等指标。

人工补光可人为地控制光期的长短，根据气候环境以及温室遮光设施造成的温室内光照不足，往往采用夜间延时补光的方式来培育温室植物。申宝营等[6]研究了夜间补光对黄瓜幼苗形态的影响，夜间增加4h的补充光照，结果促进了黄瓜幼苗的生长发育；李海云等[7]研究黄瓜对激素含量及养分的吸收，同样表明了夜间补光促进了黄瓜幼苗的生长；Durieux等[8]也针对黄瓜进行20h的夜间补光，结果黄瓜采收期提前，产量与结实期所接收光照总量成正比；张喜娟等[9]则研究了夜间补光对水稻幼苗生长的影响，补光4h时秧苗壮苗指数最高。

另外，朱德峰等多位学者[10-14]研究杂交稻机插秧适宜的播量，他们在不同的地区进行试验，结果显示各个地区的最佳播种量在50～100g/盘之间。但是，这些研究结果均是针对大田育秧试验获得，针对温室立体育秧中培育出标准机插秧苗所需的适宜播种量则尚未见研究。因此，本文针对杂交水稻温室立体育秧所需适宜播种量及不同光照度与夜间补光技术进行研究，以培育适于机插壮苗为目标，旨在为指导今后的水稻温室立体育秧提供了技术基础。

1材料与方法

为寻找水稻温室立体育秧的补光要求，探索杂交稻不同播种量对温室立体育秧的适用性，进行了不同播种量、光照度和夜间补光时长对水稻温室立体育秧秧苗素质的影响试验。

1.1试验材料

试验时，使用580mm×280mm标准毯状秧盘；床土采用稻田砂壤土，经人工粉粹后拌上壮秧剂(比例100∶1)，同时用恶霉灵进行杀菌消毒(用量：12～18mL/m2)；试验种子为杂交稻培杂泰丰(华南农业大学培育)，种子发芽率≥80%；水稻种子经盐水选种后在小型智能程控水稻催芽机里浸种消毒(消毒剂：敌克松，兑水比例 1∶600)，并进行恒温恒湿催芽，水稻破胸露白后取出风干至表面无水分。最后，使用2SJB-500型水稻精密播种流水线(华南农业大学研制)进行播种。

人工补光光源采用可控光质光照度的LED植物补光灯(厦门市新柱信电子有限公司生产，外形规格：60cm×30cm×0.8cm，红光波长622～623nm，蓝光波长452～455nm，光照度可调范围30～3 000lx)。育秧秧架四周采用挡板布置相同程度的遮挡措施，保证光环境的一致性。每一块补光灯仅能照射自己下方的水稻秧苗。

1.2试验方法

1.2.1试验设计与安排

根据前文的分析，播种量、光照度和夜间补光时长3个因素对温室水稻秧苗培育有影响，为此选择这3个因素作为影响因素。为了探索各因素与秧苗素质的关系，采用均匀试验设计方法进行试验。每个因素设置5个水平：①根据在农艺上与常规稻相比，杂交稻栽培强调少本稀植的特点及各个地区杂交稻的最佳播种量在0.05～1kg/盘之间[10-14]，选取播种量的5个水平分别为0.04、0.05、0.06、0.07、0.08kg/盘；②根据栽培C3植物(如水稻、小麦、棉花等)的光补偿点为1～2klx[15]，选取光照度的5个水平分别为1、1.5、2、2.5、3klx；③根据水稻是短日照植物，光期不可过长，选取夜间补光时长的5个水平分别为1、2、3、4、5h。

人类习惯于把生活看作是一场关于决定的戏剧。自由民主和自由市场资本主义将个人视为不断对世界作出选择的自主个体。无论是莎士比亚的戏剧、简·奥斯汀的小说还是俗气的好莱坞喜剧，艺术作品的主题通常是英雄做出的一些至关重要的决定。生存还是毁灭？听妻子的话杀了邓肯国王还是遵循良心而宽恕他？嫁给柯林斯先生还是达西先生？基督教和穆斯林神学同样关注选择的戏剧性，认为永恒的救赎取决于做出正确的选择。

利用U10(1010)表安排试验，将3个因素用拟水平法分别安排在U10(1010)表的1、5、7列[16]，如表1所示。

表1　均匀试验设计方案

续表1

括号内为各因素的各个水平。

试验于2014年11月10日-12月9日在华南农业大学工程学院楼顶温室(113.35°N，23.16°E)进行。温室规格：长×宽×高(8m×7m×2.3m)，温室内相对湿度60%～80%，昼夜温度为26℃/16℃。试验过程中，白天的补光条件保持一致，根据相关学者[17-19]的研究，白天补光时间选择：6∶00-10∶00，光照度统一为2 000lx，其它试验条件均保持一致。试验现场如图1所示。

图1　育秧试验现场

1.2.2指标测量与数据处理

水稻秧苗根据试验方案安排培育至移栽期(二、三叶一心期)，测定苗高、茎基直径、根系土壤盘结力、百株鲜重和干重这几项指标，各项指标测量分别采用精度0.5mm的钢尺、精度0.01mm游标卡尺、精度0.1g的JCS-B型计重秤、精度0.01kg的DG-01型多功能电子钓钩秤。另外，光照度采用精度1lx的TPJ-22-1型光照度记录仪进行标定和检测。

壮苗指数作为另外一个指标采用以下公式计算所得：壮苗指数=茎基直径/苗高×干质量。每个处理40株苗，重复2次。试验统计结果如表2所示。数据分析采用DPS7.05(Data Processing System)统计分析软件。

表2　水稻秧苗素质测试统计表

水稻的百株干重测定是将100株水稻苗样品放入烤箱(JC101型电热鼓风干燥箱)，先将烤箱温度调到105°进行杀青30min；再调至80°烤至恒重，称其百株干重，重复3次取平均值。

2试验结果分析

均匀设计的结果分析通常采用线性回归或逐步回归的方法[16]。本文试验结果采用逐步回归分析方法，将变量逐个引入并逐个检验，直到既没有显著的自变量选入回归方程，也无不显著的自变量从回归方程中剔除，从而最终得到能够解释自变量和因变量变化规律的方程。

利用统计软件DPS7.05对试验结果进行分析，由于苗高均已达到机插秧苗标准[20]，所以分别建立茎基直径、壮苗指数和盘结力这几项指标的数学模型，以获得各因素对水稻温室立体育秧的影响规律。

2.1不同播种量和补光条件对茎基直径影响的回归分析

通过DPS软件分析可得茎基直径(Y1)与播种量(X1)、光照度(X2)和夜间补光时长(X3)的回归模型[21]，有

Y1=1.1+0.052X3-0.002 5X32-0.39X1X3-

0.003 9X2X3

(1)

式(1)的回归显著性分析结果如表3所示。由此可以看出：夜间补光时长的平方项、播种量与夜间补光时长的交互项和光照度与夜间补光时长的交互项同茎基直径成负相关；而夜间补光时长和茎基直径成正相关(方程中各项系数的显著值P均小于0.01)。

表3　茎基直径显著性分析结果

图2为各因素与茎基直径的关系趋势图。其中，纵坐标为茎基直径，横坐标分别为播种量、光照度和夜间补光时长的水平。由图2可以看出：播种量和光照度对茎基直径的影响近似线性关系，而夜间补光时长对茎基直径的影响呈现非线性；夜间补光时长在较低范围(1～3h)时茎基直径急剧上升，超过3h以后对茎基直径的影响程度逐渐减小。根据软件分析结果和图2中的优化点可得相对最佳的组合为：播种量0.04kg/盘、光照度1～3klx、夜间补光时长3～5h。

图2　各因素与茎基直径的关系

适宜光照度范围为1～3klx，原因可能是增加了夜间补光，弥补了较低光照度对秧苗茎基直径的影响。因此，在增加了夜间补光后，光照度对茎基直径的影响作用较弱，逐步回归分析得到的式(1)也表明了光照度对茎基直径影响较小；另外，说明了温室立体育秧中不同秧层的最佳补光照度不唯一，越低层的秧苗一般采用更高的照度值或者更短的夜间补光时长；而同一层的秧苗一般采用较高照度值和较低夜间补光时长组合，或者较低照度值和较高夜间补光时长组合。

2.2不同播种量和补光条件对壮苗指数影响的回归分析

通过回归分析得到壮苗指数(Y2)与播种量、光照度和夜间补光时长的回归模型为

Y2=0.156+0.004 5X3-0.065 6X1X3+0.001 1X2X3

(2)

式(2)的回归显著性分析结果如表4所示。由此可以看出：夜间补光时长(P=0.036)、播种量与夜间补光时长的交互项(P=0.017)以及光照度与夜间补光时长的交互项(P=0.038)对水稻秧苗壮苗指数影响较大；而且夜间补光时长及光照度与夜间补光时长的交互项同壮苗指数成正相关，播种量与夜间补光时长的交互项同壮苗指数成负相关。

表4　壮苗指数显著性分析结果

图3为各因素与壮苗指数的关系趋势图，纵坐标为壮苗指数，横坐标分别为播种量、光照度和夜间补光时长的水平。由图3可以看出：随着播种量加大，壮苗指数逐渐下降，说明了对于杂交稻温室培育，播种量越低壮苗指数越高；随着光照度和夜间补光时长增大，壮苗指数越好，表明了补光对杂交稻壮苗指数有积极作用。综合可得相对最佳的组合为：播种量0.04～0.06kg/盘、光照度1.5～3klx、夜间补光时长3～5h。

图3　各因素与壮苗指数的关系

2.3不同播种量和补光条件对根系土壤盘结力影响的回归分析

由回归分析得出盘结力(Y3)的回归模型为

Y3=1.845+42.5X1

(3)

式(3)的回归显著性分析结果如表5所示。由表5可以看出：播种量对盘结力影响最大，播种量越大，根系土壤盘结力越大，盘结效果就越好。

表5　盘结力显著性分析结果

秧苗根系土壤盘结力是低播量情况下机插育秧的关键指标之一，适合机插的盘结力临界值通常为4kg；当毯状盘育秧播种量满足45g/盘以上时，秧块成毯效果能满足机插要求[15]。本试验中播种量为0.04kg/盘时盘结力低于4kg，秧块提起即有不同程度的松散，而当播种量达0.05kg/盘时盘结力大于等于4kg，秧块卷起不散。

由图2和图3可知：播种量对茎基直径、壮苗指数的影响规律一致，均成负相关，但与盘结力成正相关。在满足秧块提起不散、能够用于机插的前提下，最适播种量可选择0.05kg/盘。

综上，在综合考虑各因素对各项指标影响的基础上, 可选择0.05kg/盘的播种量、1.5～3klx的光照度及3～5h的夜间补光时长作为水稻温室立体育秧补光培育参数。

3结论

1)在本试验条件下，通过逐步回归分析方法分别得到茎基直径、壮苗指数和根系土壤盘结力与播种量、光照度及夜间补光时长之间的回归模型。分析表明：一定程度的夜间补光对提高水稻温室立体育秧秧苗素质有积极影响。

2)试验结果表明：播种量、光照度和夜间补光时长均对水稻温室立体育秧秧苗素质产生影响。综合分析可得杂交稻培杂泰丰最佳的补光培育条件为：播种量0.05kg/盘、光照度1.5～3klx、夜间补光时长3～5h。此条件下的秧苗素质与自然光处理接近，秧苗能满足机插要求，适用于田间生产应用。

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Experimental Studyof the Night Lighting Technology on the Greenhouse Stereoscopic Rice Seedling Nursing

Lin Chaohuia, Ma Xua,b, Huang Guana,Chen Guishenga, Tan Yongxina,Sun Guodonga,Jiang Likaia, Kuang Jianxiaa

(a.College of Engineering; b.Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment，Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Abstract：Factory stereoscopic rice seedling nursing has become the important way to save lands and cultivate seedlings for mechanization planting.The efficiency and quality of the rice seedlings can be effectively improved by factory stereoscopic rice seedling nursing,while the light environment inside the greenhouse becomes one of the main factors that affect the growth of the rice seedlings.In order to improve the light conditions and explore the applicability of different hybrid rice sowing rates in the greenhouse stereoscopic rice seedling nursing,the method named uniform experimental design was adopted to arrange the rice seeding cultivating test which includes three factors: sowing rates,light intensity and night lighting.Finaly the function relationships among three factors and stem diameter, healthy index,twisting force of roots were obtained with the method of stepwise regression analysis.The result of the experiment shows that it does positively impact with a certain amount of night lighting in the greenhouse stereoscopic rice seedling nursing. According to the comprehensive analysis, the relatively optimal condition was shown to be with a sowing rates of 0.05kg/plate, the light intensity of 1.5～3klx,the night lighting of 3～5h.In such a case,the rice seedling quality is close to the one with natural lighting,conforming to the standard of mechanization planting and field application.

Key words：night lighting; sowing rates； light intensity; uniform design; stepwise regression analysis

文章编号：1003-188X(2016)05-0208-05

中图分类号：S625.5+2

文献标识码：A

作者简介：林超辉(1989-)，男，福建漳州人，硕士研究生，(E-mail)lchdqp@sina.com。通讯作者：马旭(1959-)，男，沈阳人，教授，博士生导师，(E-mail)maxu1959@scau.edu.cn。

基金项目：公益性行业(农业)科研专项(201203059);现代农业产业技术体系建设专项资金资助项目(CARS-01-33)

收稿日期：2015-04-10