水稻溫室立體育秧夜間補光技術(shù)試驗研究 林超輝 a 馬 旭 a b 黃 冠 a 陳桂生 a 譚永炘 a 孫國棟 a 江立凱 a 鄺健霞 a 華南農(nóng)業(yè)大學 a 工程學院 b 南方農(nóng)業(yè)機械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點實驗室 廣州 510642 摘 要 水稻工廠化立體育秧已成為節(jié)省秧田 培育機插優(yōu)質(zhì)秧苗的重要方式 工廠化立體育秧能夠有效提高 育秧棚的效率 并保證秧苗質(zhì)量 但溫室內(nèi)光環(huán)境卻成為了影響秧苗生長的主要因素之一 為改善水稻溫室立 體育秧的光照環(huán)境和探索雜交稻不同播種量對立體育秧的適用性 采用均勻試驗設(shè)計方法進行了雜交稻播種 量 光照度及夜間補光時長 3 個因素的溫室立體育秧試驗 通過逐步回歸分析方法獲得秧苗莖基直徑 壯苗指數(shù) 以及根系土壤盤結(jié)力與 3 個因素之間的函數(shù)關(guān)系 試驗結(jié)果表明 一定的夜間補光對提高水稻溫室立體育秧秧 苗素質(zhì)有積極影響 綜合分析得到在雜交稻播種量 0 05kg 盤 光照度 1 5 3klx 夜間補光時長 3 5h 的條件 下 秧苗素質(zhì)與自然光對照接近 秧苗質(zhì)量符合機插標準 適用于田間生產(chǎn)應用 關(guān)鍵詞 夜間補光 播種量 光照度 均勻設(shè)計 逐步回歸分析 中圖分類號 S625 5 2 文獻標識碼 A 文章編號 1003 188X 2016 05 0208 05 0 引言 在水稻生產(chǎn)過程中 秧苗培育是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié) 培育出健壯 均勻 整齊的秧苗是實現(xiàn)水稻高產(chǎn)的基 礎(chǔ) 在水稻秧苗生長過程中 干物質(zhì)積累有 90 95 來自光合作用 而水稻秧苗光合作用的主要能源 則來自于光照 1 但是 溫室內(nèi)的光遮擋及惡劣的氣 候環(huán)境導致的光照不足給溫室立體育秧帶來巨大影 響 對水稻幼苗生長極為不利 造成秧苗質(zhì)量下降和 水稻減產(chǎn) 因而采用人工補光技術(shù)進行補光成為了首 選措施 在以溫室為主題的太陽光和人工光源并用型植物 工廠中 人工補光是延長植物光照時間或者彌補光照 條件不足的方式 2 Omi SK 3 提出不同作物所需的 光照度不同 吳肇志等 4 針對番茄黃瓜幼苗溫室培育 的試驗 得出在光照度為 8 4klx 下補光時間 2h 效果 最佳 陳敏等 5 研究發(fā)現(xiàn)延長光照時間可提高茄子幼 苗株高 生長速率及壯苗指數(shù)等指標 人工補光可人為地控制光期的長短 根據(jù)氣候環(huán) 境以及溫室遮光設(shè)施造成的溫室內(nèi)光照不足 往往采 用夜間延時補光的方式來培育溫室植物 申寶營 收稿日期 2015 04 10 基金項目 公益性行業(yè) 農(nóng)業(yè) 科研專項 201203059 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè) 技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助項目 CA S 01 33 作者簡介 林超輝 1989 男 福建漳州人 碩士研究生 E mail lchdqp sina com 通訊作者 馬 旭 1959 男 沈陽人 教授 博士生導師 E mail maxu1959 scau edu cn 等 6 研究了夜間補光對黃瓜幼苗形態(tài)的影響 夜間增 加 4h 的補充光照 結(jié)果促進了黃瓜幼苗的生長發(fā)育 李海云等 7 研究黃瓜對激素含量及養(yǎng)分的吸收 同樣 表明了夜間補光促進了黃瓜幼苗的生長 Durieux 等 8 也針對黃瓜進行 20h 的夜間補光 結(jié)果黃瓜采收期提 前 產(chǎn)量與結(jié)實期所接收光照總量成正比 張喜娟 等 9 則研究了夜間補光對水稻幼苗生長的影響 補光 4h 時秧苗壯苗指數(shù)最高 另外 朱德峰等多位學者 10 14 研究雜交稻機插秧 適宜的播量 他們在不同的地區(qū)進行試驗 結(jié)果顯示 各個地區(qū)的最佳播種量在 50 100g 盤之間 但是 這些研究結(jié)果均是針對大田育秧試驗獲得 針對溫室 立體育秧中培育出標準機插秧苗所需的適宜播種量 則尚未見研究 因此 本文針對雜交水稻溫室立體育 秧所需適宜播種量及不同光照度與夜間補光技術(shù)進 行研究 以培育適于機插壯苗為目標 旨在為指導今 后的水稻溫室立體育秧提供了技術(shù)基礎(chǔ) 1 材料與方法 為尋找水稻溫室立體育秧的補光要求 探索雜交 稻不同播種量對溫室立體育秧的適用性 進行了不同 播種量 光照度和夜間補光時長對水稻溫室立體育秧 秧苗素質(zhì)的影響試驗 1 1 試驗材料 試驗時 使用 580mm 280mm 標準毯狀秧盤 床 土采用稻田砂壤土 經(jīng)人工粉粹后拌上壯秧劑 比例 100 1 同時用惡霉靈進行殺菌消毒 用量 12 802 2016 年 5 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 5 期 DOI 10 13427 ki njyi 2016 05 042 18mL m 2 試驗種子為雜交稻培雜泰豐 華南農(nóng)業(yè)大 學培育 種子發(fā)芽率 80 水稻種子經(jīng)鹽水選種后 在小型智能程控水稻催芽機里浸種消毒 消毒劑 敵 克松 兌水比例 1 600 并進行恒溫恒濕催芽 水稻 破胸露白后取出風干至表面無水分 最后 使用 2SJB 500 型水稻精密播種流水線 華南農(nóng)業(yè)大學研制 進 行播種 人工補光光源采用可控光質(zhì)光照度的 LED 植物 補光燈 廈門市新柱信電子有限公司生產(chǎn) 外形規(guī)格 60cm 30cm 0 8cm 紅光波長 622 623nm 藍光波 長 452 455nm 光照度可調(diào)范圍 30 3 000lx 育秧 秧架四周采用擋板布置相同程度的遮擋措施 保證光 環(huán)境的一致性 每一塊補光燈僅能照射自己下方的 水稻秧苗 1 2 試驗方法 1 2 1 試驗設(shè)計與安排 根據(jù)前文的分析 播種量 光照度和夜間補光時 長 3 個因素對溫室水稻秧苗培育有影響 為此選擇這 3 個因素作為影響因素 為了探索各因素與秧苗素質(zhì) 的關(guān)系 采用均勻試驗設(shè)計方法進行試驗 每個因素 設(shè)置 5 個水平 根據(jù)在農(nóng)藝上與常規(guī)稻相比 雜交 稻栽培強調(diào)少本稀植的特點及各個地區(qū)雜交稻的最 佳播種量在 0 05 1kg 盤之間 10 14 選取播種量的 5 個水平分別為 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08kg 盤 根據(jù)栽培 C 3 植物 如水稻 小麥 棉花等 的光補償點 為 1 2klx 15 選取光照度的 5 個水平分別為 1 1 5 2 2 5 3klx 根據(jù)水稻是短日照植物 光期不可過 長 選取夜間補光時長的 5 個水平分別為 1 2 3 4 5h 利用 U 10 10 10 表安排試驗 將 3 個因素用擬水平 法分別安排在 U 10 10 10 表的 1 5 7 列 16 如表 1 所 示 表 1 均勻試驗設(shè)計方案 Table 1 Scheme of uniform experimental design 因素 1 A 播量 kg 盤 1 5 B 光照度 klx 7 C 夜間補光時長 h 1 1 0 04 5 3 7 2 2 2 0 05 10 3 3 3 3 3 0 06 4 2 5 10 5 4 4 0 07 9 2 5 6 1 5 5 0 08 3 2 2 2 續(xù)表 1 因素 1 A 播量 kg 盤 1 5 B 光照度 klx 7 C 夜間補光時長 h 6 6 0 04 8 2 9 4 7 7 0 05 2 1 5 5 5 8 8 0 06 7 1 5 1 1 9 9 0 07 1 1 8 3 10 10 0 08 6 1 4 4 括號內(nèi)為各因素的各個水平 試驗于 2014 年 11 月 10 日 12 月 9 日在華南農(nóng) 業(yè)大學工程學院樓頂溫室 113 35 N 23 16 E 進行 溫室規(guī)格 長 寬 高 8m 7m 2 3m 溫室內(nèi)相對 濕度 60 80 晝夜溫度為 26 16 試驗過程 中 白天的補光條件保持一致 根據(jù)相關(guān)學者 17 19 的研 究 白天補光時間選擇 6 00 10 00 光照度統(tǒng)一為 2000 lx 其它試驗條件均保持一致 試驗現(xiàn)場如圖 1 所示 圖 1 育秧試驗現(xiàn)場 Fig 1 Experiment site of rice seedlings cultivation 1 2 2 指標測量與數(shù)據(jù)處理 水稻秧苗根據(jù)試驗方案安排培育至移栽期 二 三葉一心期 測定苗高 莖基直徑 根系土壤盤結(jié)力 百株鮮重和干重這幾項指標 各項指標測量分別采用 精度 0 5mm 的鋼尺 精度 0 01mm 游標卡尺 精度 0 1 g 的 JCS B 型計重秤 精度 0 01kg 的 DG 01 型多功 能電子釣鉤秤 另外 光照度采用精度 1lx 的 TPJ 22 1 型光照度記錄儀進行標定和檢測 壯苗指數(shù)作為另外一個指標采用以下公式計算所 得 壯苗指數(shù) 莖基直徑 苗高 干質(zhì)量 每個處理 40 株苗 重復 2 次 試驗統(tǒng)計結(jié)果如表 2 所示 數(shù)據(jù) 分析采用 DPS7 05 Data Processing System 統(tǒng)計分析 軟件 902 2016 年 5 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 5 期 表 2 水稻秧苗素質(zhì)測試統(tǒng)計表 Table 1 Testing statistics of rice seedlings quality 水平 指標 苗高 cm 莖基直徑 mm 壯苗指數(shù) 盤結(jié)力 kg 1 19 9 1 15 0 165 3 6 2 19 7 1 148 0 172 4 0 3 18 92 1 14 0 169 4 5 4 19 106 1 123 0 156 4 8 5 18 2 1 121 0 16 5 65 6 18 82 1 185 0 173 3 4 7 19 118 1 178 0 169 4 15 8 18 59 1 128 0 158 4 2 9 18 362 1 146 0 156 4 75 10 18 34 1 14 0 159 4 9 自然光 19 12 1 19 0 187 4 66 水稻的百株干重測定是將 100 株水稻苗樣品放入烤箱 JC101 型電 熱鼓風干燥箱 先將烤箱溫度調(diào)到 105 進行殺青 30min 再調(diào)至 80 烤 至恒重 稱其百株干重 重復 3 次取平均值 2 試驗結(jié)果分析 均勻設(shè)計的結(jié)果分析通常采用線性回歸或逐步回 歸的方法 16 本文試驗結(jié)果采用逐步回歸分析方法 將變量逐個引入并逐個檢驗 直到既沒有顯著的自變 量選入回歸方程 也無不顯著的自變量從回歸方程中 剔除 從而最終得到能夠解釋自變量和因變量變化規(guī) 律的方程 利用統(tǒng)計軟件 DPS7 05 對試驗結(jié)果進行分析 由 于苗高均已達到機插秧苗標準 20 所以分別建立莖基 直徑 壯苗指數(shù)和盤結(jié)力這幾項指標的數(shù)學模型 以 獲得各因素對水稻溫室立體育秧的影響規(guī)律 2 1 不同播種量和補光條件對莖基直徑影響的回歸 分析 通過 DPS 軟件分析可得莖基直徑 Y 1 與播種量 X 1 光照度 X 2 和夜間補光時長 X 3 的回歸模 型 21 有 Y 1 1 1 0 052X 3 0 002 5X 3 2 0 39X 1 X 3 0 003 9X 2 X 3 1 式 1 的回歸顯著性分析結(jié)果如表 3 所示 由此 可以看出 夜間補光時長的平方項 播種量與夜間補 光時長的交互項和光照度與夜間補光時長的交互項 同莖基直徑成負相關(guān) 而夜間補光時長和莖基直徑成 正相關(guān) 方程中各項系數(shù)的顯著值 P 均小于 0 01 表 3 莖基直徑顯著性分析結(jié)果 Table 3 Significant analysis results of stem diameter 復相關(guān) 系數(shù) 決定 系數(shù) 2 剩余 標準差 S 調(diào)整后的 相關(guān)系數(shù) a F 值 P 值 0 994 0 988 0 003 1 0 989 4 105 89 0 000 1 圖 2 為各因素與莖基直徑的關(guān)系趨勢圖 其中 縱坐標為莖基直徑 橫坐標分別為播種量 光照度和夜 間補光時長的水平 由圖 2 可以看出 播種量和光照 度對莖基直徑的影響近似線性關(guān)系 而夜間補光時長 對莖基直徑的影響呈現(xiàn)非線性 夜間補光時長在較低 范圍 1 3h 時莖基直徑急劇上升 超過 3h 以后對莖 基直徑的影響程度逐漸減小 根據(jù)軟件分析結(jié)果和圖 2 中的優(yōu)化點可得相對最佳的組合為 播種量 0 04kg 盤 光照度 1 3klx 夜間補光時長 3 5h 圖 2 各因素與莖基直徑的關(guān)系 Fig 2 The relationship between each fator and stem diameter 適宜光照度范圍為 1 3klx 原因可能是增加了夜 間補光 彌補了較低光照度對秧苗莖基直徑的影響 因此 在增加了夜間補光后 光照度對莖基直徑的影響 作用較弱 逐步回歸分析得到的式 1 也表明了光照度 對莖基直徑影響較小 另外 說明了溫室立體育秧中不 同秧層的最佳補光照度不唯一 越低層的秧苗一般采 用更高的照度值或者更短的夜間補光時長 而同一層 的秧苗一般采用較高照度值和較低夜間補光時長組 合 或者較低照度值和較高夜間補光時長組合 2 2 不同播種量和補光條件對壯苗指數(shù)影響的回歸 分析 通過回歸分析得到壯苗指數(shù) Y 2 與播種量 光照 度和夜間補光時長的回歸模型為 Y 2 0 156 0 004 5X 3 0 065 6X 1 X 3 0 001 1X 2 X 3 2 式 2 的回歸顯著性分析結(jié)果如表 4 所示 由此 012 2016 年 5 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 5 期 可以看出 夜間補光時長 P 0 036 播種量與夜間 補光時長的交互項 P 0 017 以及光照度與夜間補 光時長的交互項 P 0 038 對水稻秧苗壯苗指數(shù)影 響較大 而且夜間補光時長及光照度與夜間補光時長 的交互項同壯苗指數(shù)成正相關(guān) 播種量與夜間補光時 長的交互項同壯苗指數(shù)成負相關(guān) 表 4 壯苗指數(shù)顯著性分析結(jié)果 Table 4 Significant analysis results of healthy index 復相關(guān) 系數(shù) 決定 系數(shù) 2 剩余 標準差 S 調(diào)整后的 相關(guān)系數(shù) a F 值 P 值 0 950 5 0 903 4 0 002 5 0 924 7 18 7 0 001 9 圖 3 為各因素與壯苗指數(shù)的關(guān)系趨勢圖 縱坐標 為壯苗指數(shù) 橫坐標分別為播種量 光照度和夜間補光 時長的水平 由圖 3 可以看出 隨著播種量加大 壯苗 指數(shù)逐漸下降 說明了對于雜交稻溫室培育 播種量越 低壯苗指數(shù)越高 隨著光照度和夜間補光時長增大 壯 苗指數(shù)越好 表明了補光對雜交稻壯苗指數(shù)有積極作 用 綜合可得相對最佳的組合為 播種量 0 04 0 06 kg 盤 光照度 1 5 3klx 夜間補光時長 3 5h 圖 3 各因素與壯苗指數(shù)的關(guān)系 Fig 3 The relationship between each fator and healthy index 2 3 不同播種量和補光條件對根系土壤盤結(jié)力影響 的回歸分析 由回歸分析得出盤結(jié)力 Y 3 的回歸模型為 Y 3 1 845 42 5X 1 3 式 3 的回歸顯著性分析結(jié)果如表 5 所示 由表 5 可以看出 播種量對盤結(jié)力影響最大 播種量越大 根系土壤盤結(jié)力越大 盤結(jié)效果就越好 表 5 盤結(jié)力顯著性分析結(jié)果 Table 5 Significant analysis results of twisting force 復相關(guān) 系數(shù) 決定 系數(shù) 2 剩余 標準差 S 調(diào)整后的 相關(guān)系數(shù) a F 值 P 值 0 949 5 0 901 5 0 222 1 0 943 73 21 0 000 1 秧苗根系土壤盤結(jié)力是低播量情況下機插育秧的 關(guān)鍵指標之一 適合機插的盤結(jié)力臨界值通常為 4kg 當毯狀盤育秧播種量滿足 45g 盤以上時 秧塊成毯效 果能滿足機插要求 15 本試驗中播種量為 0 04kg 盤 時盤結(jié)力低于 4kg 秧塊提起即有不同程度的松散 而 當播種量達 0 05kg 盤時盤結(jié)力大于等于 4kg 秧塊卷 起不散 由圖 2 和圖 3 可知 播種量對莖基直徑 壯苗指數(shù) 的影響規(guī)律一致 均成負相關(guān) 但與盤結(jié)力成正相關(guān) 在滿足秧塊提起不散 能夠用于機插的前提下 最適播 種量可選擇 0 05kg 盤 綜上 在綜合考慮各因素對各項指標影響的基礎(chǔ) 上 可選擇 0 05kg 盤的播種量 1 5 3klx 的光照度及 3 5h 的夜間補光時長作為水稻溫室立體育秧補光培 育參數(shù) 3 結(jié)論 1 在本試驗條件下 通過逐步回歸分析方法分別 得到莖基直徑 壯苗指數(shù)和根系土壤盤結(jié)力與播種 量 光照度及夜間補光時長之間的回歸模型 分析表 明 一定程度的夜間補光對提高水稻溫室立體育秧秧 苗素質(zhì)有積極影響 2 試驗結(jié)果表明 播種量 光照度和夜間補光時 長均對水稻溫室立體育秧秧苗素質(zhì)產(chǎn)生影響 綜合 分析可得雜交稻培雜泰豐最佳的補光培育條件為 播 種量 0 05kg 盤 光照度 1 5 3klx 夜間補光時長 3 5h 此條件下的秧苗素質(zhì)與自然光處理接近 秧苗能 滿足機插要求 適用于田間生產(chǎn)應用 參考文獻 1 馬均 朱慶森 馬文波 等 重穗型水稻光合作用 物質(zhì)積 累與運轉(zhuǎn)的研究 J 中國農(nóng)業(yè)科學 2003 36 4 375 381 2 張喜娟 來永才 孟英 等 紅藍光源 LED 在水稻立體化 育秧模式中的應用研究 J 作物雜志 2014 5 122 128 3 Omi SK Eggleston KL Photoperiod extension with two types of light sources Effects on growth and development of conifer species J Tree Planter Notes 1993 44 3 33 36 4 吳肇志 顧智章 王德檳 補光照度度和補光時間對番茄 黃瓜幼苗生長發(fā)育的影響 J 中國蔬菜 1985 1 4 8 5 陳敏 李海云 不同光周期對茄子幼苗生長的影響 J 北方園藝 2010 16 53 55 6 申寶營 丁為民 惠娜 等 夜間補光對黃瓜幼苗形態(tài)的 112 2016 年 5 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 5 期 調(diào)節(jié)及補光方式的確定 J 農(nóng)業(yè)機械學報 2014 45 6 296 302 7 李海云 劉煥紅 夜間補光對黃瓜幼苗激素含量及養(yǎng)分 吸收的影響 J 中國農(nóng)學通報 2012 29 16 74 78 8 Durieux A Effect of additional lighting on the production of vegetable crops J Acta Horticulturae 1997 418 33 36 9 張喜娟 孟英 宋昌斌 等 紅藍光源夜間補光對水稻幼 苗生長的影響 J 作物雜志 2013 2 75 79 10 朱德峰 陳惠哲 水稻機插秧發(fā)展與糧食安全 J 中國 稻米 2009 6 4 7 11 陳惠哲 朱德峰 徐一成 等 雜交稻機插秧技術(shù)研究 C 第 1 屆中國雜交水稻大會論文集 2010 436 440 12 何文洪 陳惠哲 朱德峰 等 不同播種量對水稻機插秧 苗素質(zhì)及產(chǎn)量的影響 J 中國稻米 2008 3 60 62 13 姚雄 楊文鈺 任萬軍 育秧方式與播種量對水稻機插 長齡秧苗的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2009 25 6 152 157 14 李澤華 馬旭 謝俊鋒 等 雙季稻區(qū)雜交稻機插秧低播 量精密育秧試驗 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2014 30 6 17 27 15 楊晴 楊曉玲 秦玲 植物生理學 M 北京 中國農(nóng)業(yè) 科學技術(shù)出版社 2012 120 121 16 任露泉 試驗設(shè)計及其優(yōu)化 M 北京 科學出版社 2009 17 付傳明 黃寧珍 趙志國 等 光質(zhì)與補光對水稻幼苗生 長及光合速率的影響 J 廣西植物 2007 27 2 255 259 18 程瑞鋒 鄒志榮 王軍 外源補光狀態(tài)下溫室黃瓜光合 作用的研究 J 陜西農(nóng)業(yè)科學 2004 3 17 18 19 朱靜嫻 人工補光對植物生長發(fā)育的影響 J 作物研 究 2012 26 1 74 78 20 杜華平 水稻機械化生產(chǎn)技術(shù)手冊 K 上海 上?？茖W 技術(shù)出版社 2008 21 唐啟義 馮明光 實用統(tǒng)計分析及其 DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) M 北京 科學出版社 2002 Experimental Studyof the Night Lighting Technology on the Greenhouse Stereoscopic ice Seedling Nursing Lin Chaohui a Ma Xu a b Huang Guan a Chen Guisheng a Tan Yongxin a Sun Guodong a Jiang Likai a Kuang Jianxia a a College of Engineering b Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment Ministry of Education South China Agricultural University Guangzhou 510642 China Abstract Factory stereoscopic rice seedling nursing has become the important way to save lands and cultivate seedlings for mechanization planting The efficiency and quality of the rice seedlings can be effectively improved by factory stereo scopic rice seedling nursing while the light environment inside the greenhouse becomes one of the main factors that affect the growth of the rice seedlings In order to improve the light conditions and explore the applicability of different hybrid rice sowing rates in the greenhouse stereoscopic rice seedling nursing the method named uniform experimental design was adopted to arrange the rice seeding cultivating test which includes three factors sowing rates light intensity and night lighting Finaly the function relationships among three factors and stem diameter healthy index twisting force of roots were obtained with the method of stepwise regression analysis The result of the experiment shows that it does positively impact with a certain amount of night lighting in the greenhouse stereoscopic rice seedling nursing According to the com prehensive analysis the relatively optimal condition was shown to be with a sowing rates of 0 05kg plate the light inten sity of 1 5 3klx the night lighting of 3 5h In such a case the rice seedling quality is close to the one with natural lighting conforming to the standard of mechanization planting and field application Key words night lighting sowing rates light intensity uniform design stepwise regression analysis 212 2016 年 5 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 5 期