LED光谱对西瓜苗生长的研究

善盈盈, 善新民，辜 松

(1.浙江机电职业技术学院，杭州 310053；2.衢州中恒农业科技有限公司，浙江 衢州 324002;3.华南农业大学 工程学院，广州 510642)



LED光谱对西瓜苗生长的研究

善盈盈1, 善新民2，辜 松3

(1.浙江机电职业技术学院，杭州 310053；2.衢州中恒农业科技有限公司，浙江 衢州 324002;3.华南农业大学 工程学院，广州 510642)

以光调控技术为基础的全封闭式植物工厂是提高西瓜苗培养效率及质量的最佳途径。为此，论证了以纯LED光进行西瓜苗育苗的可行性，并研究了不同红蓝光配比对西瓜幼苗生长的影响。结果显示：5∶1的红蓝光通比下，西瓜幼苗生长情况最好。根据蓝、红光对植物不同的影响，最佳的光照方式应为：幼苗生长早期适当提高蓝光比例，而生长后期多加红光；前期用较弱的光照，后期再用强光照。

纯LEG光；全封闭式；西瓜；育苗；光照方式

0 引言

西瓜作为一种典型的经济作物，市场需求量大，对品质的要求高；但其育苗是瓜果类、茄果类育苗培养中难度较大的。主要原因在于：西瓜是一种喜光作物，西瓜苗破土后，如果没有足够的光照，就会发生徒长，形成高脚苗，严重影响秧苗的质量和后期的生长。而西瓜从准备播种到定植，恰好又在当年12月份至来年2月份之间，正是一年中温度最低、光照最弱、病害发生最严重的季节；尤其在南方地区，早春阴雨寡照，连续10天半月没有日照的情况非常普遍，若是碰到连续阴雪天气，甚至会造成大量死苗，给瓜农带来巨大的经济损失[1]。

如何在太阳光照不足的情况下用人造光源对包括西瓜幼苗在内的作物实施“光肥”，在促进作物生长发育的同时达到增产、高效、优质、抗病、无公害的目的，多年来，一直是农业生产科技者的重点研究方向。

“光、温、水、肥、气”是植物生长发育所需的主要环境因子，“光”居这些因子的首位，对植物的光合作用、生长发育、形态建成和物质代谢等均起到关键的调控作用。不过，不是所有自然光中的光谱都对植物生长有帮助。20世纪50年代,Gioile在研究中指出，波长为640～660nm的红光和430～450nm的蓝光，是植物叶片吸收光谱的最强两个区域，是植物进行光合作用和光形态建成的主要光谱[2]；同时植物对波长为510～610nm的黄、绿光则吸收很少，绿光更是被认为是植物生理无效光[3-4]。另外，孙庆丽等在水稻幼苗不同光质处理试验中发现，红光明显促进水稻幼苗根茎的伸长生长，而蓝光则促进地上部分干物质积累的百分比，并且蓝光和白光更有利于水稻叶绿素的合成[5]。刘晓英等认为，菠菜幼苗在蓝黄光处理下，生长效果显著[6]。近年来的研究进一步发现，不同红蓝光配比，对植物幼苗的生长也有显著影响。例如，唐大为等发现，R/B=7∶3是适宜黄瓜幼苗生长的最佳红蓝光配比[7]；高艺等在其论文中指出，R/B=8∶1混合光源是丝瓜幼苗生长最适宜的补光光质[8]。

之前，曾有人尝试采用荧光灯、钠灯等人工光源进行育苗试验[9]，但效果不佳。从20世纪90年代起，出现了以LED作为补光光源的幼苗培育研究[10]。LED灯具有节能环保、安全可靠、使用寿命长、体积小、质量轻、发热量少及易于分散或组合控制等优点，可按需要进行组合获得纯正单色光与复合光谱，光能有效利用率可达80%～90%，被认为是设施栽培中的最佳光源。

目前，国内已有大量使用纯LED光源培养水稻、黄瓜、菠菜等的研究，并取得了一定进展；但对于育苗难度较大的西瓜苗，当下的技术还停留以自然光为主，LED灯仅作为补光光源使用的阶段[11-12]。

针对上述问题，本文将尝试使用LED灯作为纯光源，研究在不依靠太阳光的情况下，西瓜育苗的可行性及提高西瓜苗品质的最佳光通比，以期为设施西瓜育苗光调控提供理论依据和数据支撑。

1 试验过程及结果

1.1 试验材料与光处理

试验用西瓜早佳8424、育苗基质为锦海金色3号。试验场地选在衢州市中恒农业有限公司LED植物灯育苗工厂，并使用该公司生产的hydz型LED灯作为测试光源，共做5个周期的试验。单个试验周期从种子浸种、催芽到秧苗成长共25天，光周期8h，室内温度白天(7:00-17:00)25°～28°、晚上(17:00-7:00)15°～18°，环境湿度为60%～80%。

LED植物灯采用红、蓝2种LED灯珠，红光波长660nm，蓝光波长450nm。试验时，采用红蓝光光通比分别为5∶1、6∶1、7∶13种灯进行对比。

1.2 测定指标与方法

每个周期结束后，随机各选取3株进行秧苗质量检测。检测指标包括：干鲜重、株高、茎粗、叶片数、比叶面积及根长。其中，株高、茎粗、根长可用游标卡尺测量，叶片数、根数可通过人工数出，干鲜重、比叶面积通过尺子测量后计算。

1.3 数据统计分析

试验数据使用Excel 2013处理。

1.4 结果

测试结果如表1及图1～图5所示。

表1 西瓜秧苗的生长情况统计

续表1

图1 不同红蓝配比的LED光对根长的影响

图2 不同红蓝配比的LED光对株高的影响

图3 不同红蓝配比的LED光对茎粗的影响

图4 不同红蓝配比的LED光对干鲜重的影响

图5 不同红蓝配比的LED光对比叶面积的影响

由表1及图1～图5可知：随着光通比的增加，干鲜重减少，植株高度增加(有徒长现象)，植株茎秆越来越细、比叶面积缩小，根长也越来越短。

图6 光通比5∶1和7∶1时西瓜苗生长情况对比

2 结果分析与评价

1)光通比5∶1时，西瓜秧苗长势最好。

2)蓝光比例高的灯照射出来的秧苗低矮，说明蓝光对植物的生长有明显的压制作用，特别是对植物的茎秆影响较大，对叶片生长的影响不明显；红光促进植物生长，红光比例大时植物生长较快，但徒长明显，如图2所示。

3)一种植物在不同的生长时期需要不同的红、蓝光通比。如西瓜苗，早期需要蓝光多一些，这样可有效压制秧苗徒长；但生长后期就需要红光多一些，如果蓝光比例持续保持高位，培育出来的秧苗就会产生长不大，始终矮小的情况。

4)西瓜苗幼苖期光照不能太强，太强会影响秧苗的后期生长。比较好的方法是：前期用较弱的光照，后期再用强光照。

5)应保证合理的LED灯照度。试验中发现，光照强度太低，秧苗生长弱小，且容易徒长，应保证秧苗正常生长照度不能低120WML；但照度太高秧苗的长势变化不眀显，且增加了能耗，不利于今后工厂化推广应用。

3 结论

研究表明：暗室内使用纯LED光源对西瓜幼苗进行培养是完全可行的，且5∶1的光通比6倍或7倍比例更利于西瓜幼苗的生长。

在LED技术应用于工厂化培养西瓜苗的实践中，有3个关键点尤其值得重视：

1)红蓝光的配比非常关键。西瓜苗生长早期不能用蓝光太高的LED灯去照射，否则会影响其后期的生长。

2)光照强度对西瓜苗细胞和器官的分化有重要的影响，光照强度强，秧苗生长粗壮；光强强度弱，秧苗容易徒长。

3)育苗期，光照强度大于150μmol/m2·s育的秧苗与光照强度低于120μmol/m2·s培育的秧苗相比，秧苗移至到大田后，生长发育严重迟缓。

在今后的研究中，应进一步地进行试验，以筛选出适合西瓜幼苗生长的最佳LED光源配比，为以光调控技术为基础的全封闭式植物工厂发展提供理论和实践参考。

[1] 西瓜育苗 细节不可忽视[DB/OL].2016-03-15.中国西瓜网.

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LED Spectrum’s Effects on the Growing Watermelon Plantlets

Shan Yingying1, Shan Xinmin2, Gu Song3

(1.Zhejiang Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Hangzhou 310053, China; 2.Quzhou Zhonghen Agriculture Technology Company,Quzhou 324002, China;3.College of Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642，China)

The fully closed Planting Factory which Light controlling technique is its key technology is proved to be a sufficient way to provide both efficiency and high-quality to watermelon-plantlets cultivation. Here discussed the possibility of growing watermelon plantlets with pure LED lights, and furthermore the impacts of LED lights with different R/B ratios on the growth of watermelon plantlets.As a result, the best watermelon plantlets were gained with the R/B ratio of 5:1.Thus, the best lighting solution would be: give the plantlets more blue lights at their early growing period, then raise the ratio of red lights.

LED lights；fully closed； watermelon-plantlets planting factory; lightening technique

2006-05-19

公益性行业(农业)科研专项(201303014)

善盈盈(1984-),女，浙江衢州人，讲师，硕士研究生，(E-mail)707651822@qq.com。

辜 松(1963-)，男，哈尔滨人，教授，博士，( E-mail)Sgu666@sina.com。

S318

A

1003-188X(2017)03-0224-05