LED红蓝光质比及其光周期对樱桃萝卜品种生长与产量的影响

査凌雁，刘文科

(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081)

LED红蓝光质比及其光周期对樱桃萝卜品种生长与产量的影响

査凌雁，刘文科

(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081)

采用LED光源在室内可控环境下研究了红蓝光配比(R∶B)与光周期对樱桃萝卜生长与产量的影响，以探索适合樱桃萝卜工厂化生产的光照条件。试验设置了2种红蓝光比(1R∶1B、2R∶1B)和2种光周期(12/12、16/8)。结果表明，光周期为12/12时，1R∶1B和2R∶1B处理的真叶数、叶片叶绿素含量、根长、根直径、根体积以及地上部和肉质根干鲜重均无显著差异。光周期为16/8时，2R∶1B处理显著提高了樱桃萝卜的根直径、根体积和肉质根干鲜重，同时略增加了地上部干鲜重和新叶叶绿素含量。光质一定时，叶片叶绿素含量随光周期延长显著增加。光质2R∶1B、光周期16/8处理的真叶数、新叶叶绿素含量、根长、根直径、根体积、地上部和肉质根干鲜重以及根冠比均为最高。总之，光质和光周期共同影响樱桃萝卜的生长发育，较高的红蓝比与较长的明期有利于提高樱桃萝卜地上部和肉质根的生长发育。

人工光植物工厂；红蓝光比；光质；光周期；根菜；产量

引言

植物工厂作为设施园艺的最高形式在生产中具有露地栽培无法比拟的优势，可避免外界环境影响，实现周年连续生产，缩短生长周期，提高产品的安全性及品质等。近年来，LED作为一种更有效的光源广泛应用于植物工厂[1]。LED具有节能、光谱精确、体积小、使用寿命长、可按需调制等优点。LED植物工厂是植物工厂的发展方向，能通过精确的光环境调控提高作物的产量和品质。相较而言小型植物，例如叶菜、小型根菜、药用植物等更适合植物工厂栽培。但是，就目前而言LED植物工厂主要培育种植生菜、菠菜等叶菜类蔬菜[2-4]。早期研究也多以生菜为主的叶类蔬菜为对象进行光照等环境条件的研究[4-6]。而根菜目前在植物工厂中种植较少，并且关于光环境对根菜调控研究也较少。樱桃萝卜是一种生长周期短，株型矮小根菜作物，并且其地上部及地下部均可食用，营养丰富，经济价值高非常适宜在植物工厂中栽培。

光质、光强、光周期是光环境的关键组成部分，三者均可对根菜作物的生长发育产生显著影响。早期报道萝卜的形态显著依赖于光质，单独红光下，萝卜不形成膨大根，根冠比低，但对地上部影响不大[7-9]。补充蓝光能够促进非结构糖在地上部和贮藏根的分配，从而促进贮藏根的增粗[10]。红光LED补充10%蓝色荧光能够显著增加萝卜干重且仍无法达到萝卜的最大生长效率[11]。但Drozdova等[7]发现在1 440 μmol·m-2·s-1红光下，萝卜生长后期肉质根中也能积累大量的干物质。多个研究表明足够的光照强度是根菜的肉质根的生长发育的关键显著影响[12-15]。随着光强的下降，根甜菜、胡萝卜、萝卜的贮藏根干鲜重均显著降低，但不同光强下根甜菜、胡萝卜的地上部鲜重维持不变，萝卜地上部干鲜重随光强降低而降低但影响程度比根部轻[16]。延长光照时间增加了作物光合作用的时长，从而促进作物生长。随着光周期的增加萝卜的地上部和肉质根干鲜重、叶面积叶绿素浓度均显著增加，但光周期增加至24 h时，增加效果有所减弱[17-19]。相同DLI(Daily light Integral)下长光周期，低光强更有利于萝卜干物质的累积和叶面积的增加[17,20]。

光强和光周期这三个光环境因子并不是相互独立的，而是共同影响植物生长发育。不同光强下，光质对植物的影响也会发生改变，光强100 μmol·m-2·s-1时，不同红蓝光比下生菜干重差异不大，而光强200、300 μmol·m-2·s-1时，蓝红比0.23～0.33的干重显著高于其他比例[21]。Kang 等[4]研究发现光强230 μmol·m-2·s-1时生菜的生物量随着光周期的增加而增加，但光强260 μmol·m-2·s-1时生菜的生物量随着光周期的增加而降低。Inada 和 Yabumoto[12]采用金属卤化物灯和高压钠灯研究了不同光质和光强对萝卜生长的影响，发现高红蓝比、低红光远红光对萝卜随光强增加的效果显著高于其他光质，但因其光谱范围广，无法确定是不同光质的作用。目前关于多个光环境因子对萝卜影响的研究相对较少，并且大多研究因光源的限制无法同时对光照强度、光质进行精确的调控。

因此本研究在前人研究的基础上，采用红蓝LED作为光源，研究不同红蓝光质和光周期对樱桃萝卜品种生长与产量的影响。以探索多个光环境因子对樱桃萝卜的共同作用，筛选出适宜樱桃萝卜生长发育的人工光生产的光环境条件。以更低的能量投入实现樱桃萝卜在植物工厂中的优质高产。

1 材料与方法

1.1 试验材料及栽培管理

试验于2016年7月在中国农业环境与可持续发展研究所实验室进行，试验材料为萝卜(Raphanus sativus L.)，品种为常丰红樱桃萝卜。2016年7月9日播种在培养槽(长38 cm×宽18 cm×高10 cm)中，栽培基质是1∶1均匀混合的草炭和蛭石，基质深约8 cm。出苗后5天定植，每槽定植10株。试验过程中，每槽每天浇水200 ml；播种后第五天开始每隔五天每槽喷洒200 ml营养液。营养液配方(20L)为硫酸钾2.61 g、磷酸二氢钾1.36 g、氯化钾0.149 g、硫酸镁3.2 g、硝酸钙11.8 g、EDTA2Na 0.746 g、七水合硫酸亚铁0.556 g、微量元素2 ml。栽培槽放置在栽培箱(长75 cm×宽75 cm×高90 cm)中，栽培箱顶部中央悬挂LED红蓝光组合灯板(50 cm×50 cm)，红蓝光主波长分别为619 nm和548 nm。红蓝灯珠交错分布，光质均匀。采用LI-1500辐射照度测量仪和LI-190R光合有效辐射传感器(美国LI-COR公司)测定栽培槽中心上方5 cm处光强，调至试验所需光强及光质。栽培温度维持在(26～29)℃；

1.2 试验处理

试验共设置2个光周期水平处理：光期12小时，暗期12小时；光期16小时，暗期8小时。每个光周期水平下设置2个不同红蓝光比光质处理：红蓝光比例分别为1∶1、2∶1。试验一共包含4个处理。所有处理光照强度均为240 μmol·m-2·s-1。

1.3 取样与测试方法

在定植后24天每个处理选择长势具有代表性的三棵植株测定真叶数、叶绿素含量、根长、根直径、根体积以及地上部和肉质根的干鲜重。叶绿素含量采用SPAD叶绿素仪测定。选择游标卡尺测量根长和根部膨大最大处的直径。地上部和肉质根鲜重分别称量后放到105 ℃烘箱中杀青后，用80 ℃烘48小时至恒重称量干重。

1.4 数据分析

用Excel 2013进行数据分析。采用SPSS 16.0进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 LED红蓝光质比及光周期对樱桃萝卜地上部生长及生物量的影响

由表1可以看出，不同光照处理之间的真叶数差异不显著；新叶和老叶叶绿素含量均是光周期16/8的两个处理显著高于光周期12/12的两个处理。不同红蓝光质比及光周期对樱桃萝卜的地上部鲜重和干重均无显著影响。1R∶1B 12/12和2R1B 16/8两个处理的地上部鲜重相对较高，而地上部干重则是1R∶1B 12/12处理略高于其他三个处理。光周期显著影响叶绿素含量，但对真叶数和地上部含量均无显著影响。

2.2 LED红蓝光质比及光周期对樱桃萝卜肉质根形态和干鲜重的影响

如表2所示，不同红蓝光质比及光周期处理对樱桃萝卜肉质根根长影响不显著。相同光周期下2R∶1B 处理的根长略高于1R∶1B处理。光质比2R∶1B、光周期16/8处理的根直径、根体积以及肉质根干鲜重均显著高于其他处理。光周期为12/12时，1R∶1B和2R∶1B处理的根直径、根体积以及肉质根干鲜重均无显著差异，而光周期为16/8时，2R∶1B处理的根直径、根体积以及肉质根干鲜重要显著高于1R∶1B处理。方差分析结果显示，光质比对根长、根直径和干鲜重有显著作用，而光周期对肉质根各形态指标和生物量均无显著影响。光质比和光周期交互作用对根直径、根体积和干鲜重的影响要显著高于这两个因子的单独影响。

表1 红蓝光质比及光周期对樱桃萝卜叶片数量、叶绿素含量和地上部干鲜重的影响Table 1 Effect of red:blue ratio and photoperiod on true leaf number，chlorophyll content(SPAD value) and fresh and dry weight of shoot in cherry radish

表2 红蓝光质比及光周期对樱桃萝卜肉质根形态和干鲜重的影响

2.3 LED红蓝光质比及光周期对樱桃萝卜根冠比的影响

如图1所示，光质比2R∶1B、光周期16/8处理的鲜重根冠比和干重根冠比均显著高于其他处理。光周期为12/12时，1R∶1B和2R∶1B处理的鲜重根冠比和干重根冠比均无显著差异，而光周期为16/8时，2R∶1B处理的鲜重根冠比和干重根冠比均显著高于1R∶1B处理。光质比2R∶1B、光周期16/8 处理的鲜重根冠比高于干重根冠比，而其他三个处理则相反。

图1 LED红蓝光质比及光周期对樱桃萝卜鲜重根冠比和干重根冠比的影响Fig.1 Effect of red:blue ratio and photoperiod on FW root-shoot ratio and DW root-shoot ratio in cherry radish

3 讨论与结论

在试验二中仅叶绿素含量表现出随着光周期增加而增加的趋势。生菜和萝卜的叶长、叶面积、干鲜重、叶绿素浓度、净同化率都随着光周期的延长而增加[12]。Adams和 Langton[22]总结多人的研究结果发现50种植物中有41种在长日照条件下叶面积增加，并且长日照能够促进长日植物和短日植物干重的增加。本研究中当红蓝光比例为2∶1时，萝卜干鲜重等指标才表现出与前人研究相一致的结果。前文也论证了比例为2∶1的红蓝光更有利于萝卜的生长发育，这说明在光质适宜的条件下适当提高光照时间能够促进萝卜鲜重和干重。同时红蓝光比1∶1、光周期12/12的处理也有较高的地上部鲜重和根鲜重。

光周期和光质同时作用于萝卜时，二者共同影响萝卜的生长发育，红蓝光比1R∶1B、光周期12/12的处理能够提高的地上部鲜重和根鲜重，而红蓝光2R∶1B、光周期16/8的处理则有利于同时提高地上部和根的鲜重与干重。2R∶1B、光周期16/8的处理的樱桃萝卜生物量显著高于其他光质光周期组合。

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EffectsofLightQualityandPhotoperiodonGrowthandYieldofCherryRadishGrownunderRedPlusBlueLEDs

ZHA Lingyan，LIU Wenke
(InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture，ChineseAcademyofAgriculturalSciences;KeyLab.ofEnergyConservationandWasteManagementofAgriculturalStructures，MinistryofAgriculture，Beijing100081，China)

In order to optimize the light condition of plant factory with LED light source for cherry radish growth，the effects of red light to blue light ratio and photoperiod of LED light source on growth and yield of cherry radish grown in environmentally-controlled chamber were investigated.Two light quality treatments of various red light to blue light ratios(1R∶1B and 2R∶1B) and two photoperiods were designed.The results showed that light quality did not affect true leaf number，leafy chlorophyll content，shoot and root biomass under 12 hours photoperiod.However，under 16 hours photoperiod，2R∶1B treatment improved root diameter，root volume and storage root dry & fresh weight compared with 1R∶1B.Under certain light quality，leafy chlorophyll content increased with prolonged with photoperiod.The most optimal light quality and photoperiod for cherry radish was red light to blue light ratio 2R∶1B，and 16 hours photoperiod for cherry radish production in plant factory.

plant factory with artificial light；red light to blue light ratio；light quality；photoperiod；root vegetable；yield

国家自然科学基金面上项目(31672202)，“十二五”国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2013AA103001)

刘文科，Email：liuwenke@caas.cn

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.06.015