稀土农用光源补光对黄瓜幼苗生长的影响

杨 瑞 池建义 尚春明 高振江 吕福虎 李慧霞

（1.包头市农牧业科学研究院 内蒙古·包头 014013 2.中国科学院 包头稀土研发中心 内蒙古·包头 014000）

光是植物生长的核心要素之一，它直接影响植物的产量和品质。植物主要利用的是波长200～800nm的光，其中可见光光谱分布在380～760nm之间。植物只有可见光才能在光合作用中被其利用并转化为化学能，不同波长的光通过与其相关受体作用引发生理生化变化，并对其生长发育、形态建成、生理代谢及品质等都起到调节作用[1]。光作为环境信号，主要通过光强（光量子通量）、光质（光谱）和光周期（光照时间）三个方面，对植物生长发育的各个阶段起作用。不同植物对光的需求并不相同，如何针对不同植物的不同生长阶段需求来获得精准、高效的照明光源将成为现代农业的发展趋势。

我国温室生产中，冬春季光照处于一年中最弱的阶段，加之防寒保温覆盖物透光率低、雨雪雾霾天气的影响，严重限制冬季温室蔬菜生产。此外，植物苗期光照不足致使幼苗生长不健壮，导致果期落花落果、抗病能力弱，最终影响产量和品质。人工补光是当前设施农业生产中的关键技术之一。农用LED补光灯较其他光源，因具有节能、光谱可调性、良好的点光源性、冷光性等优点，使其在农业上应用广泛。国内外有许多关于LED人工补光对温室蔬菜、植物组培等的应用研究[2-4]。

近年来，稀土元素作为一类有益元素在农业领域上广泛应用，特别是在作物增产增质应用方面取得了丰硕成果[5、6]。此外，采用稀土永磁、高压静电场及稀土光源光子辐射等技术，提高种子抗逆性和抗病虫害的能力，从而达到增产的目的[7]。稀土发光材料制成的LED农用光源是采用交流LED光源+发光膜组装形式，根据植物需求设计光谱，应用于农作物育苗，高附加值农作物以及各种蔬菜的种植等。与普通LED补光灯比，结构简单、能耗低、寿命长，应用前景广阔[8]。

目前关于温室自然环境下进行稀土LED补光对蔬菜生长发育的影响的研究相对较少。本研究主要针对温室黄瓜苗期进行不同光质、光周期和光强的最佳复合光配比补光试验，利用中科院长春应化所最新研制的稀土农用光作为光源，在不同波长（红光、蓝光、红蓝复合光）和不同补光时间（2～6小时）的稀土农用LED补光灯下，并以普通LED补光灯和不补光为对照，研究不同补光条件下对黄瓜苗期生长相关指标的影响，最终实现科学、合理、高效的利用光资源，达到提高作物产量和品质的目的。

1 材料和方法

1.1 试验时间和地点

实验于2017年10～11月，在内蒙古包头市农牧业科学研究院智能温室中进行。

1.2 试验材料

试验用黄瓜品种为京绿10号，常规方法播于50孔穴盘中，育苗基质为草炭∶蛭石按照3∶1混合。补光于10月5日出苗开始。试验时温室平均温度19℃，相对湿度为70%～80%。

1.3 试验方案设计

本试验通过对试验用大棚尺寸和结构、补光灯照射强度、补光灯的安装条件等进行研究分析后，将补光灯安装在距离地面高度为1.8m的位置，灯间距为3～4m时地面各处的照度较为均匀，且能够满足植物补光需求。在补光灯下20cm处，灯照度为20000Lx，可照射角度为 160°，波长范围 400～800nm。

试验用补光灯为：稀土红光（R）、蓝光（B）、红蓝组合（RB）3种补光方式，分别设置 2，4，6h3个处理（每日补光时间为 5∶30～和16∶30～开始，持续补光40天），每处理9个重复，两个区组。以普通LED补光灯（LED）和不补光（CK）为对照，补光处理和对照随机放置。试验用补光灯规格及参数见表1。

1.4 测定指标

试验于10月25日开始，每隔5d测定生长相关指标。采用随机取样，每处理抽取10株。测量株高、茎粗、叶片数，并称取植株地上部和地下部的鲜、干重。计算壮苗指数=（茎粗/株高+根干质量/地上部干质量）×全株干质量。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2007和SPSS20.0软件进行统计分析。

表1 稀土农用光源试验设计及参数Table1 Experimental design andparameters of rare earth agriculture light

2 结果与分析

2.1 稀土农用光源对黄瓜幼苗生长的影响

表2 不同补光处理对黄瓜幼苗生长的影响Table2 Effect of different light illumination on the growth of Cucumber Seedlings

不同稀土LED光质和光周期对黄瓜幼苗生长指标的影响见表2。稀土补光和普通LED补光处理下黄瓜幼苗株高、单株叶片数、鲜重均大于对照，补光时间对株高和单株叶片数的影响表现为差异显著，蓝光处理（B2）株高和单株叶片数达到最大。各处理对黄瓜幼苗茎粗和干重的变化不显著，不同波长处理下黄瓜幼苗鲜重差异显著，红光处理6h（R6）鲜重最大，壮苗指数最大，各处理下壮苗指数变化不明显。稀土农用光补光光质和补光时间对单株叶片数有显著的交互影响。

2.2 稀土农用光源对黄瓜幼苗生长变化的影响

黄瓜幼苗在不同补光条件下株高、单株叶片数、茎粗、鲜重、干重和壮苗指数变化见图1（a-f）。蓝光处理（B2）的株高始终大于其他处理；红蓝（BR）复合光各处理前期单株叶片数大于其他处理，处理后期B2和R2达到最大；试验前期红光和红蓝复合光处理下茎粗明显大于对照，后期各处理变化不明显。补光前期，处理R2鲜重高于其他处理，处理后期B6和BR6鲜重和干重达到最大；补光处理过程中各处理的壮苗指数变化不大。

3 结论与讨论

不同光质和光周期稀土补光对黄瓜苗期的影响随处理日期的延长而不同。表现为：蓝光2h促进株高和叶片数增加，红光6h促进干物质积累。蓝光通过蓝光光感受器参加许多光形态建成，促进生长和发育，红光通过增加净同化率，提高光合效率，增加生物量[9-11]。植物生长在单一的光照条件下表现为生长不旺盛，在黄瓜、辣椒和番茄幼苗苗期补充照射红光或红蓝组合光，植株的茎粗、干鲜质量及壮苗指数明显增加[12]。不同植物种类甚至同一种植物的不同品种对光质的响应表现不同，这是由于不同的植物在适应长期的生态环境中形成了各自不同的生理特性，同时植物对光环境改变的响应有明显的再适应自我调节机制，以防止生长过程受阻，表现出生物对光质反应的复杂性[13]。

由于作物生长受外界因素（作物、温度、光照等）的影响较大，所以针对黄瓜苗期在不同生长季节及果期的产量和品质的试验需要深入研究，以期为进一步稀土补光下温室黄瓜生产技术提供理论依据。

[1] 陈家玉，周紫薇，郭崇峰.LED植物生长灯用荧光粉的设计与研究[C].中国稀土学会，2017，学术年会摘要集，2017.

[2] Brown CS，Schuerger AC，and Sager JC.Growt and photomorphogenesis of pepper plants under red light-emitting diodeswith supplemental blue or far-red lighting[J].Journal of the American Society for Horticultural Science，1995，120:808-813.

[3]Yorio NC，Goins GD，Kagie HR，Raymond MW and Sager JC.Improving spinach，radish，and lettuce growth under red light-emitting diodes（LEDs）with blue light supplementation[J].HortScience.2001，36：380-383.

[4] 吴家森，胡君艳，周启忠，郑军，周国泉，付顺华.LED灯补光对萝卜生长及光合特性的影响[J].北方园艺，2009，（10）：30-33.

[5] 王小玲，刘腾云，高柱，胡淼，余发新.稀土元素对作物生长及作物品质影响的研究进展[J].核农学报，2016，30（06）：1240-1247.

[6] 姜照伟，翁伯琦，黄元仿，王义祥，罗旭辉. 施用稀土元素镧对南非马唐生长及若干生理特性的影响 [J].植物营养与肥料学报，2008，（04）：713-720.

[7] 稀土光源光子辐射等技术可使作物增产四成 [J].稀土信息，2010，05:17.

[8] 吕福虎，池建义，尚春明，高振江，杨瑞，贺荣，李秀华，周刚.稀土农用光源对番茄幼苗生长及开花的影响 [J].北方农业学报，2017，（05）：95-98.

[9] Ryo Matusda，Keiko Ohashi-Kaneko，Kazuhiro Fujiwara，Eiji Goto and Kenji Kurata.Photosynthetic characteristics of rice leaves grown under red light with or without supplemental blue light[J].Plant Cell Physiology，2004，45（12）：1870-1874.

[10] Brown CS，Schuerger AC，and Sager JC.Growth and photomorphogenesis of pepper plants under red light-emitting diodes with supplemental blue or farred lighting [J].Journal of the American Society for Horticultural Science，1995，120:808-813.

[11]Goins GD，Yorio NC，Sanwo MM and Brown，C.S.Photomorphogenesis，photosynthesis，and seed yield of wheat plants grown under red light-emitting diodes （LEDs）with and without supplemental blue lighting [J].Journal of Experimental Botany，1997，48:1407-1413.

[12] 崔瑾，马志虎，徐志刚，张欢，常涛涛，刘海俊.不同光质补光对黄瓜、辣椒和番茄幼苗生长及生理特性的影响[J].园艺学报，2009，36（05）：663-670.

[13] 李雯琳，郁继华，张国斌，杨其长.LED光源不同光质对叶用莴苣幼苗叶片气体参数和叶绿素荧光参数的影响[J].甘肃农业大学学报，2010，45（01）：47-51+115.