光環(huán)境調(diào)控影響櫻桃生長及光合特性的研究進(jìn)展

肖海 黃純倩

(成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院，四川 成都 611130)

中國櫻桃(Cerasuspseudocerasus(Lindl.) G.Don)為薔薇科櫻屬喜光植物，全年光照時(shí)間有2600h以上。光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間調(diào)控是櫻桃生長發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)建成的關(guān)鍵因素，光環(huán)境充足且在合理范圍內(nèi)，櫻桃樹體生長發(fā)育良好，坐果率高，果實(shí)品質(zhì)好；光照不足，花粉發(fā)芽率低，樹體生長發(fā)育緩慢，櫻桃產(chǎn)量和品質(zhì)下降。近幾年，設(shè)施櫻桃高產(chǎn)栽培在我國迅速發(fā)展，生產(chǎn)效益遠(yuǎn)高于露地種植。影響櫻桃生長及光合特性的環(huán)境因子有光、溫、水、氣、肥等，其中光環(huán)境調(diào)控是栽培設(shè)施中的關(guān)鍵因素，決定著櫻桃的產(chǎn)量和品質(zhì)。設(shè)施櫻桃高產(chǎn)栽培解決了露地栽培中低溫寡照等不利因素造成的減產(chǎn)等問題[1]。

設(shè)施櫻桃栽培是指在一個(gè)模擬自然氣候的人工栽培環(huán)境種植櫻桃[2]。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)達(dá)國家根據(jù)植物不同生育時(shí)期的生長特性，進(jìn)行設(shè)施內(nèi)光、溫、水、氣、肥等環(huán)境因子的智能調(diào)控技術(shù)[3]。目前我國在設(shè)施櫻桃栽培光自主調(diào)節(jié)技術(shù)研究方面處于起步階段，亟待解決設(shè)施內(nèi)光環(huán)境不足的問題。鑒于此，本文綜述了設(shè)施櫻桃栽培光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間對櫻桃生長及光合特性的研究進(jìn)展，為增產(chǎn)增收，提高櫻桃品質(zhì)，降低設(shè)施能耗及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，以及設(shè)施櫻桃栽培技術(shù)提供理論參考和技術(shù)推廣。

1 光質(zhì)對櫻桃的調(diào)控

設(shè)施農(nóng)業(yè)使用植物補(bǔ)光燈是一項(xiàng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)突破。植物燈的光譜是模擬的太陽光，是以滿足植物光合作用對光譜的需求為主，有利于促進(jìn)植物的生長。不同波長的光質(zhì)對植物的生長發(fā)育及光合特性具有不同的調(diào)控作用。紅光促進(jìn)植物葉片細(xì)胞的分裂，藍(lán)光對植物的作用相反。大量研究表明，單色光對植物的均衡生長和形態(tài)建成均有不利影響，而紅藍(lán)組合光對植物生長發(fā)育作用優(yōu)于單色光。

圖1 紅藍(lán)光譜補(bǔ)光燈

1.1 光質(zhì)對櫻桃生長的影響

在設(shè)施櫻桃生長環(huán)境中，櫻桃自身能夠感知環(huán)境中不同波長光質(zhì)的變化，為適應(yīng)生長環(huán)境，櫻桃啟動(dòng)一系列生存所必需的生理生化響應(yīng)。光敏素、隱花素和向光素這些光受體接受光信號，并通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)引發(fā)櫻桃的生長發(fā)育變化。目前國內(nèi)針對單色光、不同紅藍(lán)光比例對植物幼苗生長和品質(zhì)影響研究較多，而不同波長光質(zhì)對于櫻桃生長的研究較少，還處在起步摸索階段。

1.2 光質(zhì)對櫻桃光合特性的影響

不同的作物需要的光譜不同，相對應(yīng)的光譜可以促進(jìn)植物生長、增產(chǎn)增量、提前上市，如果光譜不對應(yīng)，效果會(huì)不好。在我國設(shè)施農(nóng)業(yè)果樹栽培中，利用紅光、藍(lán)光等單色光及其組合光源來有效調(diào)節(jié)果樹葉片的光合特性。光合色素為植物葉片進(jìn)行光合作用奠定基礎(chǔ)，紅光促進(jìn)葉片的葉綠素含量的增加，藍(lán)光作用與紅光相反，但藍(lán)光可提高葉片的葉綠素a/b比值[4，5]。波長630nm的紅光處理的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量達(dá)到最大值，不同紅藍(lán)光比例有利于提高光合速率[6，7]。綜上所知，通過增加紅光比例可有效提高櫻桃光合速率，在設(shè)施栽培中，紅光對櫻桃更有利。

2 光照強(qiáng)度對櫻桃的調(diào)控

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施園藝中，塑料薄膜、陽光板等有利于保溫，但會(huì)使光照強(qiáng)度減弱。隨著我國現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，立體種植、室內(nèi)種植、植物工廠等的進(jìn)步使補(bǔ)充人工光照成為設(shè)施果樹生產(chǎn)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要栽培技術(shù)[8]。光照強(qiáng)度對櫻桃生長具有比較顯著的影響，在光照強(qiáng)度較弱時(shí)很容易造成櫻桃徒長；與此相反，光照強(qiáng)度過強(qiáng)時(shí)，葉片厚，光能很難被葉片的光合器官及時(shí)吸收，損傷光反應(yīng)中心，導(dǎo)致光能的流失。因此，人工調(diào)控適宜的光照強(qiáng)度能夠避免櫻桃光合作用光能損失，提高生產(chǎn)效率。

2.1 光照強(qiáng)度對櫻桃生長的影響

設(shè)施櫻桃栽培光環(huán)境因遮擋物使設(shè)施內(nèi)櫻桃樹體受光面積減少，光照強(qiáng)度下降，導(dǎo)致櫻桃減產(chǎn)、品質(zhì)下降。我國已普遍采用LED、農(nóng)用燈補(bǔ)光的方式進(jìn)行增加櫻桃設(shè)施內(nèi)的光照環(huán)境，但投資大，見效慢。設(shè)施櫻桃栽培對光照強(qiáng)度要求高，但我國目前栽培櫻桃的設(shè)施環(huán)境達(dá)不到櫻桃對光照強(qiáng)度的要求。光照強(qiáng)度降低，抑制櫻桃的生殖生長和營養(yǎng)生長。對櫻桃試驗(yàn)結(jié)果表明，光照強(qiáng)度降低，抑制櫻桃樹體內(nèi)細(xì)胞光合產(chǎn)物的積累，使坐果率明顯降低。對櫻桃枝干進(jìn)行遮光(全日照的10%～15%)試驗(yàn)，可溶性固形物含量和坐果率均明顯降低。光照強(qiáng)度降低，致使氣溫下降，從而推遲了櫻桃果實(shí)成熟期。與自然光比較，光照強(qiáng)度在1500μmol·m-2·s-1以下顯著降低了櫻桃單果重、坐果等關(guān)鍵指標(biāo)[8]。光照強(qiáng)度是促進(jìn)櫻桃果實(shí)生長發(fā)育的關(guān)鍵因子，在現(xiàn)代設(shè)施櫻桃栽培生產(chǎn)中，果實(shí)生長前期需補(bǔ)光。

2.2 光照強(qiáng)度對櫻桃光合特性的影響

目前國內(nèi)外研發(fā)了LED補(bǔ)光技術(shù)來滿足櫻桃的光合作用[9]。櫻桃樹體葉片的光合特性主要體現(xiàn)在凈光合速率和葉綠素含量，可準(zhǔn)確反映葉片光合作用對補(bǔ)光的響應(yīng)[10]。通過光合作用將光合產(chǎn)物輸送到櫻桃各個(gè)器官，是生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)形成的關(guān)鍵[11]。與自然光相比，光照強(qiáng)度在1500μmol·m-2·s-1以下時(shí)會(huì)使得櫻桃果實(shí)色澤、抗逆性、坐果等關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)顯著降低[12]。櫻桃光合作用光補(bǔ)償點(diǎn)為10～82μmol·m-2·s-1，不同櫻桃品種間光補(bǔ)償點(diǎn)差別較大；光合作用光飽和點(diǎn)為970～1040μmol·m-2·s-1，不同櫻桃品種間光補(bǔ)償點(diǎn)差別較小[13]。目前國內(nèi)外對于櫻桃光合生理受到眾多學(xué)者的探索與研究[14-18]。

3 光照時(shí)間對櫻桃的調(diào)控

適宜的光照時(shí)間是櫻桃有效進(jìn)行光能吸收、產(chǎn)生光合產(chǎn)物的關(guān)鍵環(huán)境因子之一。通過光照時(shí)間的延長或縮短，改變櫻桃的光合生理及光合產(chǎn)物的分配來響應(yīng)光照時(shí)間的變化。

3.1 光照時(shí)間對櫻桃生長的影響

當(dāng)光照時(shí)間為20h·d-1時(shí)，生菜的株高、葉長等鮮重最高，延長適宜的光照時(shí)間能促進(jìn)生菜生長[19]。當(dāng)光照時(shí)間為24h·d-1時(shí)，茄子幼苗的壯苗指數(shù)、株高、生長速率、根冠比顯著上升[20]。控制櫻桃進(jìn)行休眠或生長的關(guān)鍵因子是日照長度[21]，當(dāng)光照時(shí)間變短時(shí)櫻桃的生長發(fā)育易受到影響，且光照時(shí)間影響著櫻桃的花期[22]。人工調(diào)控光照時(shí)間能有效調(diào)節(jié)植物開花早晚，在設(shè)施園藝中大范圍應(yīng)用[23]。因此，可以通過人工調(diào)控光照時(shí)間，改變櫻桃樹體的開花授粉期。適當(dāng)延長光照時(shí)間有利于櫻桃的生長發(fā)育。

3.2 光照時(shí)間對櫻桃光合特性的影響

不同光照時(shí)間條件下植物生長存在明顯差異[24]。延長光照時(shí)間生成更多光合產(chǎn)物，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長和發(fā)育[25]。延長光照時(shí)間，植物葉綠素a的濃度和細(xì)胞干質(zhì)量含量均有所增加[26]。縮短光照時(shí)間，植物成花開始到種子形成階段之間的時(shí)間縮短，使凈光合速率、葉綠素含量提高[27]。綜上可知，光照時(shí)間的延長和縮短對櫻桃光合作用的影響需進(jìn)一步研究。

4 現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)櫻桃光環(huán)境調(diào)控技術(shù)

設(shè)施內(nèi)種植櫻桃由于建筑物、鋼架材料的遮擋，使得太陽光照減少；在寒冷的冬春季節(jié)太陽光角度變低，光照量減弱，病蟲害發(fā)生嚴(yán)重等不利因素，不能滿足櫻桃不同生育時(shí)期對光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間的生長需求。基于櫻桃對光需求的生物特征，需通過現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)手段解決光環(huán)境調(diào)控問題。

4.1 增加設(shè)施光照量

選擇合理的地理方位、棚室屋面角和方位角，在合理范圍之內(nèi)增加設(shè)施整體高度，使更多的光照進(jìn)入設(shè)施內(nèi)，增添櫻桃樹體整體的受光面；使用有色薄膜、高性能薄膜增加透光率，提高櫻桃光合作用效率。由于設(shè)施內(nèi)櫻桃的光照量比陸地減少，為了提高設(shè)施內(nèi)櫻桃產(chǎn)量和品質(zhì)需要適當(dāng)延長光照時(shí)間。如，使用卷簾機(jī)裝備，早拉起晚覆蓋，盡可能延長光照的時(shí)間；遇到陰雨寡照天氣，在不影響設(shè)施內(nèi)溫度的前提下揭開覆蓋物，讓設(shè)施內(nèi)有光照量進(jìn)入，使櫻桃發(fā)生光合作用。我國現(xiàn)階段利用專用設(shè)備在設(shè)施內(nèi)調(diào)控光環(huán)境已有新的進(jìn)展。反光膜的利用顯著增加了受光面積和受光量，促進(jìn)植物的光合作用，為光合產(chǎn)物的積累奠定基礎(chǔ)；利用農(nóng)用專用燈、不同光譜組合LED節(jié)能燈進(jìn)行補(bǔ)光，充分增加設(shè)施內(nèi)光照強(qiáng)度、光譜組合、光照時(shí)間使櫻桃樹體得到充足的光環(huán)境，促進(jìn)櫻桃坐果，提高產(chǎn)量。

圖2 櫻桃植物補(bǔ)光燈

4.2 構(gòu)建LED誘蟲燈技術(shù)綠色防控體系

根據(jù)多數(shù)昆蟲具有趨光性，利用昆蟲對光的敏感度來誘捕害蟲，基于昆蟲特性開發(fā)燈光誘殺技術(shù)進(jìn)行害蟲防治。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，LED相較傳統(tǒng)光源具有多種優(yōu)點(diǎn)：亮度較高、能源消耗少、波長范圍窄等。LED燈作為誘蟲光源可有效減少對天敵昆蟲的誤殺。LED燈體結(jié)合結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、可操作性強(qiáng)、精準(zhǔn)高效、安全環(huán)保等特點(diǎn)成為了目前最佳的誘蟲光源[28]。在設(shè)施農(nóng)業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，利用LED誘蟲燈與食誘劑等綠色防控技術(shù)，減少病蟲害對櫻桃的危害。

5 展望

一定比例的光譜組合對植物生長是非常有利的，通過探索光譜組合對櫻桃生長、光合特性的影響，建立櫻桃在不同光譜組合下的生長機(jī)制和光合產(chǎn)物運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論參考。提高光照強(qiáng)度和延長光照時(shí)間對促進(jìn)櫻桃生長的生理機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，光照時(shí)間影響開花坐果，光照強(qiáng)度影響光合產(chǎn)物的積累和運(yùn)轉(zhuǎn)。探討光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間對櫻桃生長及光合特性的響應(yīng)機(jī)制，以期為設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)提供技術(shù)支持和學(xué)術(shù)研究價(jià)值。