不同光质配比的LED 光源补光对水稻机插秧苗生长发育的影响

2024-01-30高义卓向镜叶天承孙凯旋陈惠哲张玉屏张义凯王亚梁王志刚张运波

中国稻米 2024年1期

高义卓向镜叶天承孙凯旋陈惠哲张玉屏张义凯王亚梁王志刚张运波

（1 农业农村部长江中游作物绿色高效生产重点实验室（部省共建）/长江大学农学院，湖北荆州 434025；2 中国水稻研究所，杭州 310006；第一作者：15353871810@163.com；*通信作者：yzhang@yangtzeu.edu.cn；xiangjing@caas.cn）

随着社会经济发展，农村劳动力大量转移，传统的手工插秧种植已不能适应现代稻作技术发展，加上农机农艺技术的不断提高，育秧机插正迅速发展成为主要的水稻种植方式[1-3]。良好的育秧技术是保证机插效果的重要前提，目前国内外机插水稻主要育秧方式有大棚旱田育秧和温室立体育秧。但大棚育秧效率不高，且育秧成本较大[4]。而温室立体育秧可提高水稻育秧标准化、规模化和工厂化水平，大幅提高机插育秧中心的供秧能力，降低农户育秧带来的烂秧风险，推进水稻生产和机插的规模化程度[5]。

但立体育秧受设施遮光和不良天气条件的影响，幼苗处于弱光环境下生长，导致生长发育受阻和秧苗素质下降，从而影响水稻机插效果[6]。大棚和温室育秧利用施肥、水分管理和喷施生长调节剂等措施来进行育秧调控[7]。多效唑等生长调节剂降低秧苗内源生长素的水平，明显减弱秧苗顶端生长优势，促进矮壮。但不同水稻品种对多效唑的敏感性有差异，使用量过少时控高效果不好，过量使用则易使秧苗生长受到过度抑制，影响后期生长。另外，多效唑在土壤中的残留时间很长，连续使用会在农田土壤中累积，对后茬作物产生不良影响[8-10]。因此，如何采用更加环保有效的方式来增强水稻秧苗素质是当前亟待解决的问题。

研究表明，光对水稻各时期的生长发育均有显著影响[11-13]，而发光二极管（light emitting diode, LED）作为新型照明光源具有节能环保、能效高的优点，并且影响植物的光形态建成及光合作用，目前在植物生产上应用广泛[14-16]。针对水稻机插育秧过程中秧苗受到设施遮光产生光照不足、秧苗素质差的问题，本研究通过设置不同红蓝光配比（R/B）的LED 光源进行补光处理，研究其对水稻幼苗生长发育的影响，为进一步完善水稻工厂化育秧技术和机械化栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

不同LED 光源处理育秧试验在中国水稻研究所温室大棚内进行，供试品种为籼型杂交稻扬两优6 号和籼粳杂交稻甬优12。采用水稻商品化专用育秧基质育秧，秧盘选用内径规格为58.0 cm×28.0 cm 的可叠育秧盘，播种前先浸种2 d，种子露白后播种，每盘播种量为70 g 干谷，叠盘48 h 出苗，芽长约1 cm 后将秧盘置于不同蓝、红光配比的LED 灯下，LED 灯板离秧盘盘面40 cm。设置3 个LED 灯光质配比，包括纯蓝光（L1）、纯红光（L2）和蓝红光5∶5（L3），以及不采用LED灯补光的对照组（CK）。LED 灯光源光通量密度均设100 μmol/（m2·s），每个处理播种3 盘作为3 次重复。光源处理间采用遮阳网隔开，防止光源交叉，补光周期为每天10 h，具体时间段为8∶00—18∶00。

1.2 测定项目及方法

秧苗在LED 灯光下处理20 d 后，每处理各重复均采用直径为7 cm 定位圈获取秧块，每盘取3 个，采用自来水清洗根部基质，清洗干净后，调查秧苗形态相关数据，包括苗高、叶鞘高和叶龄等。然后，在80℃的烘箱中烘干至恒质量，并称量地上部和根系干质量，计算根冠比和充实度（茎叶干质量与株高之比）。

1.3 统计分析

采用Microsoft Excel 2010 软件对数据进行整理计算，用SPSS 统计分析软件进行方差分析，应用SigmaPlot 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同补光处理对水稻幼苗株高的影响

从图1 可以看出，相比CK，L1 处理抑制水稻幼苗株高，在播种后第5 d、9 d、11 d 和15 d 差异显著；L2处理促进幼苗株高，在播种后第7 d、11 d、13 d 和15 d差异显著，而在播种后第5 d 差异不显著。其中，甬优12 经L1 处理后的幼苗株高在播种后第5 d、9 d、11 d和15 d 分别较CK 矮21.96%、12.53%、14.62%和15.26%，扬两优6 号则分别矮8.21%、11.58%、12.76%和23.97%；经L2 处理后，甬优12 的幼苗株高在播种后第7 d、11 d、13 d 和15 d 分别比CK 高6.87%、8.20%、17.74%和8.24%，而扬两优6 号分别高9.72%、28.27%、37.97%和9.67%。此外，2 个品种在L3 处理下的幼苗株高与CK 相比差异不显著。

图1 不同光质配比处理下水稻幼苗株高的动态变化

2.2 不同补光处理对水稻幼苗叶龄的影响

由图2 可知，与CK 相比，甬优12 经L1 处理后的幼苗叶龄在播种后第7 d、9 d、11 d、13 d 和15 d 分别显著增加5.56%、11.17%、9.95%、12.69%和7.62%，而扬两优6 号则差异不显著；经L2 处理后，2 个品种的幼苗叶龄在播种后第13 d 和15 d 与CK 差异显著。其中，甬优12 分别增加11.68%和7.62%，扬两优6 号则分别增加17.82%和13.23%。甬优12 经L3 处理后的幼苗叶龄在播种后第7 d、9 d 和11 d 较CK 分别显著增加5.56%、7.45%和6.28%，而扬两优6 号在各时期与CK 相比均无显著差异。

图2 不同光质配比处理下水稻幼苗叶龄的动态变化

2.3 不同补光处理对水稻秧苗素质的影响

2.3.1 秧苗形态

从表1 可以看出，品种、处理及其两者间的互作效应均对移栽前幼苗各形态指标有显著影响。相比CK，甬优12 经L1 处理后的幼苗株高、第1 叶鞘高、第2 叶鞘高及第2 叶长均受到显著抑制，分别降低13.76%、17.45%、11.92%和16.58%，而扬两优6 号则除第2 叶鞘高外，其余各指标抑制效果均不显著。相比CK，L2处理对2 个品种的秧苗形态指标均有促进作用，其中，甬优12 的株高、叶龄和第2 叶鞘高分别显著增加23.82%、23.45%和28.34%，而扬两优6 号的株高、叶龄、第1 叶鞘高、第2 叶鞘高和第2 叶长较CK 分别显著增加24.10%、17.39%、18.33%、29.11%和18.70%；L3处理对移栽前甬优12 的幼苗各形态均有促进作用，其中株高、叶龄和第2 叶鞘高较CK 显著增加18.38%、22.12%和11.43%，而扬两优6 号则除叶龄与CK 差异显著外，其余指标均不显著。

表1 移栽前不同光质配比处理对水稻幼苗形态指标的影响

2.3.2 幼苗生物量

从图3 可以看出，相比CK，L1 处理对2 个品种移栽前的根干质量、根冠比和充实度均有促进作用，其中，甬优12 的充实度较CK 显著增加24.42%，而扬两优6 号则差异不显著。L2 处理对2 个品种的茎叶干质量均有显著促进效果，甬优12 较CK 增加28.12%，扬两优6 号则增加18.36%。但相比CK，L2 处理后2 个品种的根冠比却受到不同程度抑制，其中甬优12 显著降低18.84%。此外，移栽前2 个品种经L3 处理后的幼苗茎叶干质量、根干质量、根冠比及充实度与CK 相比差异均不显著。

图3 移栽前不同光质配比处理对幼苗各生物量指标的影响

3 讨论

光照对水稻的营养生长和生殖生长均有显著影响[17-18]。育秧期时不良的光环境会导致秧苗茎秆细弱，抗逆性变差，而光照充足可以提高壮苗指数，进而有助于后期产量及品质提高[5]。有研究表明，采用LED 补光会弥补温室育秧光照不足的缺点，使得幼苗生长更加健壮[19]。但不同光源下幼苗各形态指标差异显著。李韶山等[20]研究认为，水稻幼苗的株高在蓝光下会受到显著抑制。MOE 等[21]研究也表明，蓝光明显抑制黄瓜幼苗的伸长。本试验结果发现，除播种后第5 d 外，2 个品种幼苗株高在其余各时期均受到蓝光抑制。此外，移栽前蓝光处理后秧苗的第1 和第2 叶鞘高较自然光处理显著降低，这与前人研究结果相符。付传明等[22]研究表明，夜间通过LED 补增蓝光会改变幼苗形态，使其更加矮壮，秧苗素质变好。郭银生等[23]研究结果表明，随着蓝光处理时间的延长，5 叶期时水稻幼苗的壮苗指数显著提高。本试验中，2 个品种经过蓝光处理的幼苗根冠比均最高，甬优12 的秧苗充实度显著高于其他处理，扬两优6 号幼苗根冠比较CK 同样有所增加，表明蓝光调节对水稻秧苗素质有积极影响，这与之前的研究结论相一致。

孙庆丽等[24]在不同光质试验中得出结论，红光促进水稻幼苗根茎伸长。HENG 等[25]利用不同光源调节黄瓜幼苗生长时发现，红光显著提高幼苗茎的生长。本试验结果也表明，从播种后第7 d 开始到移栽前，红光处理下2 个品种的株高均显著高于CK，这再次印证了前人的结论。关于不同光质对水稻幼苗碳水化合物的影响，相关研究存在争议。其中，倪文[26]认为，采用蓝光育秧有利于幼苗碳水化合物的积累，但郭银生等[23]研究结果表明，红光可以增加水稻幼苗干物质积累量，并加快同化产物向营养器官的分配。YU 等[27]研究发现，经过LED 红光处理的水稻幼苗与LED 蓝光相比更能促进光合同化物的产生。在本试验中，幼苗茎叶的干物质量经红光处理后最大，且与CK 差异显著，表明红光的确有助于光合作用，加快碳水化合物的生成。