不同光強脈沖光對生菜生長及品質的影響

王夢琪,牟孫濤,楊振超

(1.西北農林科技大學 附屬中學,陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學 園藝學院，陜西 楊凌 712100)

引言

近些年設施農業的在我國迅速發展。由于溫室覆蓋材料、灰塵以及結構遮光等因素的影響，溫室內的光照環境較差，一般僅為露地的30%～70%[1]，運用人工植物補光增加作物產量，縮短種植周期，提高作物品質已經成為現代農業高效生產的重要保障，而隨著植物工廠的出現，采用人工光源替代自然光更成為一種發展趨勢[2]，且研究人員在光質、光強、光周期方面也進行了大量研究[3-6]。隨著國家可持續性發展的政策，以及對節能方面的要求，針對補光耗電量大的問題，探索新的節能、高效人工光源成為新的研究課題，脈沖光作為一種新型節能人工光源也逐漸被學者所認可[7]。目前已有研究人員探索了脈沖光頻率、占空比對其供光下植株影響規律[8～9]，但不同光強下其規律表現是否一致卻鮮有報道。本試驗通過研究脈沖光在不同光強下對植株生長及品質的影響，探索在不同光強下脈沖光對植物的影響規律，為設施補光提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

將四葉一心的生菜定植于7 cm×7 cm的塑料營養缽中，置于65 cm×65 cm、底部高度可調的培養架以供處理。試驗所采用的LED光源光譜如圖1所示。LED脈沖光參數為40%占空比、512Hz。

圖1 LED光譜

1.2 試驗設計

試驗共設置三個光強水平的脈沖光處理，分別為T1：321.75 μmol·m-2·s-1、T2：170.01 μmol·m-2·s-1、T3：85.61 μmol·m-2·s-1，各光強水平設置3個連續光作為對照。試驗過程中調整培養架底部高度保證試驗光強與試驗設計一致。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 形態指標及生物量的測定 自處理之日起，每6 d測量一次。每處理隨機選取3株，分別測量其株高、株幅，最大葉葉長、葉寬。第24天時，隨機選取3株用電子天平先測量其地上下部鮮重，在60℃干燥箱中烘干至質量恒定后測量其干重，結果取均值。

1.3.2 品質測定 維生素C、可溶性蛋白、硝態氮、可溶性總糖及還原糖含量分別采用鉬藍比色法、考馬斯亮藍-G250染色法、水楊酸硫酸法、蒽酮比色法、3,5-二硝基水楊酸法測定[10]，各處理均取3次樣，結果取均值。

1.3.3 數據分析 數據處理采用Microsoft Excel 2010，數據分析采用spss 19，繪圖采用origin 2017。

2 結果與分析

2.1 不同光強脈沖光對生菜生長的影響

由圖2可以看出，生菜在不同光強脈沖光與連續光下，其生長呈現一致的變化趨勢。其中，T2、CK2處理下生菜的各形態指標隨時間的變化，兩者之間的差異并不明顯；但T1、T3處理，其株高、株幅、葉長在采收時明顯大于其對照CK1、CK3。葉寬總體而言各處理與其對照差異不大。

從表1可以看出，不同光強的脈沖光處理會影響植物地上下物質積累。其中，T2地上部鮮重與其對照相比均無顯著性差異，但T1與CK1相比顯著提升了30.04%，T3較對照而言顯著提升了13.95%；T1、T3地下部鮮重較其對照而言差異不顯著，但T2地下部鮮重顯著大于CK3；T1、T2地上部干重與其對照相比無顯著性差異，但T3較CK3而言顯著提升了50.28%；T1、T3地下部干重較對照而言差異不顯著，但T2地下部干重均顯著大于其對照。

圖2 不同處理下生菜的生長動態

表1 收獲時不同處理下生菜的生長指標

2.2 不同光強脈沖光對生菜品質的影響

從表2可以看出，不同光強的脈沖光會影響生菜的品質形成。其中，各脈沖光處理下生菜葉片Vc含量均低于其對照，但與對照相比均無顯著性差異，但各處理可溶性蛋白含量均顯著高于其對照；T1、T3處理葉片的硝態氮含量與其對照相比均無顯著性差異，但T2較對照而言顯著降低了19.40%；T2、T3的可溶性總糖顯著高于對照，T1較對照而言差異不顯著；T1、T3還原糖含量較對照而言無顯著性差異，但T2顯著高于對照。

表2 不同處理下生菜的品質

3 討論

研究表明不同光強均會影響其光照下植株形態、光合作用、內源激素、礦物質營養分配、光合色素復合體的形成、含量、分布[11]，也有研究表明在相同的瞬時光強下，脈沖光與連續光相比物質積累無顯著性差異，部分品質甚至優于連續光[12～13]。但目前關于不同光強下脈沖光對作物影響規律是否一致卻鮮有研究。本文以生菜為試材，通過研究不同光強脈沖光與連續光下生菜的生長與品質的差異，探索不同光強脈沖光對作物生長與品質的影響規律。

3.1 不同光強脈沖光對生菜生長的影響

從試驗結果可以看出，中等光強(T2)脈沖光下植株形態與連續光無顯著性差異，但在低光強(T1)與高光強(T3)時，脈沖光下生菜形態除葉寬外均顯著高于對照的連續光處理。這可能與脈沖光自身特性所導致-在相同光照時長時，脈沖光下葉片所接受的光積累量總小于連續光。研究表明植物在弱光條件下會出現植株生長較高、葉面積增大的情況[14]，脈沖光由于自身特性會造成一個比連續光較弱的光環境，導致植物徒長以及葉面積增大等現象。而在高光強時(T3)，脈沖光所造成的弱光效果則可能效削弱強光的光抑制效果，導致脈沖光下植株各形態指標顯著高于連續光。從物質積累的情況來看，各脈沖光處理生菜地上部干、鮮重在中光強下與對照相比無顯著差異，但在強光時，脈沖光處理下生菜地上部干、鮮重均顯著高于連續光，這也進一步為強光時脈沖光可能削弱光抑制對植株的影響提供了依據。

3.2 不同光強脈沖光對生菜品質的影響

研究表明，脈沖光頻率、占空比均會影響其光照下作物的品質[8～9]，從本試驗結果可以看出，在相同頻率及占空比下，不同光強脈沖光對品質的影響程度卻有一定差異。在低光強(T1)時，脈沖光下生菜品質指標只有可溶性蛋白含量較連續光而言有差異顯著；中光強時，可溶性蛋白含量、硝態氮含量、可溶性總糖以及還原糖含量與連續光相比差異均有顯著性差異；在高光強(T3)時，也僅有可溶性蛋白含量與可溶性總糖含量較連續光差異顯著。這表明在相同的頻率與占空比下；脈沖光在中光強時對生菜品質造成了較大影響，而在高光強與低光強時，這種影響程度相對較弱。

4 結語

與連續光相比，不同光強脈沖光對其光照下生菜的影響具有一定的差異。低光強與高光強對生菜的形態及物質積累影響較大，而中等光強主要影響生菜品的質影響。故在生產中可以根據實際需求選擇合適光強的脈沖光。但本文僅研究了不同光強下脈沖光的一個頻率與占空比組合，在不同頻率與占空比下其影響規律是否一致仍待進一步研究。