水稻温室立体育秧夜间补光技术试验研究_林超辉.pdf

水稻温室立体育秧夜间补光技术试验研究 林超辉 a 马 旭 a b 黄 冠 a 陈桂生 a 谭永炘 a 孙国栋 a 江立凯 a 邝健霞 a 华南农业大学 a 工程学院 b 南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室 广州 510642 摘 要 水稻工厂化立体育秧已成为节省秧田 培育机插优质秧苗的重要方式 工厂化立体育秧能够有效提高 育秧棚的效率 并保证秧苗质量 但温室内光环境却成为了影响秧苗生长的主要因素之一 为改善水稻温室立 体育秧的光照环境和探索杂交稻不同播种量对立体育秧的适用性 采用均匀试验设计方法进行了杂交稻播种 量 光照度及夜间补光时长 3 个因素的温室立体育秧试验 通过逐步回归分析方法获得秧苗茎基直径 壮苗指数 以及根系土壤盘结力与 3 个因素之间的函数关系 试验结果表明 一定的夜间补光对提高水稻温室立体育秧秧 苗素质有积极影响 综合分析得到在杂交稻播种量 0 05kg 盘 光照度 1 5 3klx 夜间补光时长 3 5h 的条件 下 秧苗素质与自然光对照接近 秧苗质量符合机插标准 适用于田间生产应用 关键词 夜间补光 播种量 光照度 均匀设计 逐步回归分析 中图分类号 S625 5 2 文献标识码 A 文章编号 1003 188X 2016 05 0208 05 0 引言 在水稻生产过程中 秧苗培育是一个关键环节 培育出健壮 均匀 整齐的秧苗是实现水稻高产的基 础 在水稻秧苗生长过程中 干物质积累有 90 95 来自光合作用 而水稻秧苗光合作用的主要能源 则来自于光照 1 但是 温室内的光遮挡及恶劣的气 候环境导致的光照不足给温室立体育秧带来巨大影 响 对水稻幼苗生长极为不利 造成秧苗质量下降和 水稻减产 因而采用人工补光技术进行补光成为了首 选措施 在以温室为主题的太阳光和人工光源并用型植物 工厂中 人工补光是延长植物光照时间或者弥补光照 条件不足的方式 2 Omi SK 3 提出不同作物所需的 光照度不同 吴肇志等 4 针对番茄黄瓜幼苗温室培育 的试验 得出在光照度为 8 4klx 下补光时间 2h 效果 最佳 陈敏等 5 研究发现延长光照时间可提高茄子幼 苗株高 生长速率及壮苗指数等指标 人工补光可人为地控制光期的长短 根据气候环 境以及温室遮光设施造成的温室内光照不足 往往采 用夜间延时补光的方式来培育温室植物 申宝营 收稿日期 2015 04 10 基金项目 公益性行业 农业 科研专项 201203059 现代农业产业 技术体系建设专项资金资助项目 CA S 01 33 作者简介 林超辉 1989 男 福建漳州人 硕士研究生 E mail lchdqp sina com 通讯作者 马 旭 1959 男 沈阳人 教授 博士生导师 E mail maxu1959 scau edu cn 等 6 研究了夜间补光对黄瓜幼苗形态的影响 夜间增 加 4h 的补充光照 结果促进了黄瓜幼苗的生长发育 李海云等 7 研究黄瓜对激素含量及养分的吸收 同样 表明了夜间补光促进了黄瓜幼苗的生长 Durieux 等 8 也针对黄瓜进行 20h 的夜间补光 结果黄瓜采收期提 前 产量与结实期所接收光照总量成正比 张喜娟 等 9 则研究了夜间补光对水稻幼苗生长的影响 补光 4h 时秧苗壮苗指数最高 另外 朱德峰等多位学者 10 14 研究杂交稻机插秧 适宜的播量 他们在不同的地区进行试验 结果显示 各个地区的最佳播种量在 50 100g 盘之间 但是 这些研究结果均是针对大田育秧试验获得 针对温室 立体育秧中培育出标准机插秧苗所需的适宜播种量 则尚未见研究 因此 本文针对杂交水稻温室立体育 秧所需适宜播种量及不同光照度与夜间补光技术进 行研究 以培育适于机插壮苗为目标 旨在为指导今 后的水稻温室立体育秧提供了技术基础 1 材料与方法 为寻找水稻温室立体育秧的补光要求 探索杂交 稻不同播种量对温室立体育秧的适用性 进行了不同 播种量 光照度和夜间补光时长对水稻温室立体育秧 秧苗素质的影响试验 1 1 试验材料 试验时 使用 580mm 280mm 标准毯状秧盘 床 土采用稻田砂壤土 经人工粉粹后拌上壮秧剂 比例 100 1 同时用恶霉灵进行杀菌消毒 用量 12 802 2016 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期 DOI 10 13427 ki njyi 2016 05 042 18mL m 2 试验种子为杂交稻培杂泰丰 华南农业大 学培育 种子发芽率 80 水稻种子经盐水选种后 在小型智能程控水稻催芽机里浸种消毒 消毒剂 敌 克松 兑水比例 1 600 并进行恒温恒湿催芽 水稻 破胸露白后取出风干至表面无水分 最后 使用 2SJB 500 型水稻精密播种流水线 华南农业大学研制 进 行播种 人工补光光源采用可控光质光照度的 LED 植物 补光灯 厦门市新柱信电子有限公司生产 外形规格 60cm 30cm 0 8cm 红光波长 622 623nm 蓝光波 长 452 455nm 光照度可调范围 30 3 000lx 育秧 秧架四周采用挡板布置相同程度的遮挡措施 保证光 环境的一致性 每一块补光灯仅能照射自己下方的 水稻秧苗 1 2 试验方法 1 2 1 试验设计与安排 根据前文的分析 播种量 光照度和夜间补光时 长 3 个因素对温室水稻秧苗培育有影响 为此选择这 3 个因素作为影响因素 为了探索各因素与秧苗素质 的关系 采用均匀试验设计方法进行试验 每个因素 设置 5 个水平 根据在农艺上与常规稻相比 杂交 稻栽培强调少本稀植的特点及各个地区杂交稻的最 佳播种量在 0 05 1kg 盘之间 10 14 选取播种量的 5 个水平分别为 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08kg 盘 根据栽培 C 3 植物 如水稻 小麦 棉花等 的光补偿点 为 1 2klx 15 选取光照度的 5 个水平分别为 1 1 5 2 2 5 3klx 根据水稻是短日照植物 光期不可过 长 选取夜间补光时长的 5 个水平分别为 1 2 3 4 5h 利用 U 10 10 10 表安排试验 将 3 个因素用拟水平 法分别安排在 U 10 10 10 表的 1 5 7 列 16 如表 1 所 示 表 1 均匀试验设计方案 Table 1 Scheme of uniform experimental design 因素 1 A 播量 kg 盘 1 5 B 光照度 klx 7 C 夜间补光时长 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 续表 1 因素 1 A 播量 kg 盘 1 5 B 光照度 klx 7 C 夜间补光时长 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 括号内为各因素的各个水平 试验于 2014 年 11 月 10 日 12 月 9 日在华南农 业大学工程学院楼顶温室 113 35 N 23 16 E 进行 温室规格 长 宽 高 8m 7m 2 3m 温室内相对 湿度 60 80 昼夜温度为 26 16 试验过程 中 白天的补光条件保持一致 根据相关学者 17 19 的研 究 白天补光时间选择 6 00 10 00 光照度统一为 2000 lx 其它试验条件均保持一致 试验现场如图 1 所示 图 1 育秧试验现场 Fig 1 Experiment site of rice seedlings cultivation 1 2 2 指标测量与数据处理 水稻秧苗根据试验方案安排培育至移栽期 二 三叶一心期 测定苗高 茎基直径 根系土壤盘结力 百株鲜重和干重这几项指标 各项指标测量分别采用 精度 0 5mm 的钢尺 精度 0 01mm 游标卡尺 精度 0 1 g 的 JCS B 型计重秤 精度 0 01kg 的 DG 01 型多功 能电子钓钩秤 另外 光照度采用精度 1lx 的 TPJ 22 1 型光照度记录仪进行标定和检测 壮苗指数作为另外一个指标采用以下公式计算所 得 壮苗指数 茎基直径 苗高 干质量 每个处理 40 株苗 重复 2 次 试验统计结果如表 2 所示 数据 分析采用 DPS7 05 Data Processing System 统计分析 软件 902 2016 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期 表 2 水稻秧苗素质测试统计表 Table 1 Testing statistics of rice seedlings quality 水平 指标 苗高 cm 茎基直径 mm 壮苗指数 盘结力 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 水稻的百株干重测定是将 100 株水稻苗样品放入烤箱 JC101 型电 热鼓风干燥箱 先将烤箱温度调到 105 进行杀青 30min 再调至 80 烤 至恒重 称其百株干重 重复 3 次取平均值 2 试验结果分析 均匀设计的结果分析通常采用线性回归或逐步回 归的方法 16 本文试验结果采用逐步回归分析方法 将变量逐个引入并逐个检验 直到既没有显著的自变 量选入回归方程 也无不显著的自变量从回归方程中 剔除 从而最终得到能够解释自变量和因变量变化规 律的方程 利用统计软件 DPS7 05 对试验结果进行分析 由 于苗高均已达到机插秧苗标准 20 所以分别建立茎基 直径 壮苗指数和盘结力这几项指标的数学模型 以 获得各因素对水稻温室立体育秧的影响规律 2 1 不同播种量和补光条件对茎基直径影响的回归 分析 通过 DPS 软件分析可得茎基直径 Y 1 与播种量 X 1 光照度 X 2 和夜间补光时长 X 3 的回归模 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 的回归显著性分析结果如表 3 所示 由此 可以看出 夜间补光时长的平方项 播种量与夜间补 光时长的交互项和光照度与夜间补光时长的交互项 同茎基直径成负相关 而夜间补光时长和茎基直径成 正相关 方程中各项系数的显著值 P 均小于 0 01 表 3 茎基直径显著性分析结果 Table 3 Significant analysis results of stem diameter 复相关 系数 决定 系数 2 剩余 标准差 S 调整后的 相关系数 a F 值 P 值 0 994 0 988 0 003 1 0 989 4 105 89 0 000 1 图 2 为各因素与茎基直径的关系趋势图 其中 纵坐标为茎基直径 横坐标分别为播种量 光照度和夜 间补光时长的水平 由图 2 可以看出 播种量和光照 度对茎基直径的影响近似线性关系 而夜间补光时长 对茎基直径的影响呈现非线性 夜间补光时长在较低 范围 1 3h 时茎基直径急剧上升 超过 3h 以后对茎 基直径的影响程度逐渐减小 根据软件分析结果和图 2 中的优化点可得相对最佳的组合为 播种量 0 04kg 盘 光照度 1 3klx 夜间补光时长 3 5h 图 2 各因素与茎基直径的关系 Fig 2 The relationship between each fator and stem diameter 适宜光照度范围为 1 3klx 原因可能是增加了夜 间补光 弥补了较低光照度对秧苗茎基直径的影响 因此 在增加了夜间补光后 光照度对茎基直径的影响 作用较弱 逐步回归分析得到的式 1 也表明了光照度 对茎基直径影响较小 另外 说明了温室立体育秧中不 同秧层的最佳补光照度不唯一 越低层的秧苗一般采 用更高的照度值或者更短的夜间补光时长 而同一层 的秧苗一般采用较高照度值和较低夜间补光时长组 合 或者较低照度值和较高夜间补光时长组合 2 2 不同播种量和补光条件对壮苗指数影响的回归 分析 通过回归分析得到壮苗指数 Y 2 与播种量 光照 度和夜间补光时长的回归模型为 Y 2 0 156 0 004 5X 3 0 065 6X 1 X 3 0 001 1X 2 X 3 2 式 2 的回归显著性分析结果如表 4 所示 由此 012 2016 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期 可以看出 夜间补光时长 P 0 036 播种量与夜间 补光时长的交互项 P 0 017 以及光照度与夜间补 光时长的交互项 P 0 038 对水稻秧苗壮苗指数影 响较大 而且夜间补光时长及光照度与夜间补光时长 的交互项同壮苗指数成正相关 播种量与夜间补光时 长的交互项同壮苗指数成负相关 表 4 壮苗指数显著性分析结果 Table 4 Significant analysis results of healthy index 复相关 系数 决定 系数 2 剩余 标准差 S 调整后的 相关系数 a F 值 P 值 0 950 5 0 903 4 0 002 5 0 924 7 18 7 0 001 9 图 3 为各因素与壮苗指数的关系趋势图 纵坐标 为壮苗指数 横坐标分别为播种量 光照度和夜间补光 时长的水平 由图 3 可以看出 随着播种量加大 壮苗 指数逐渐下降 说明了对于杂交稻温室培育 播种量越 低壮苗指数越高 随着光照度和夜间补光时长增大 壮 苗指数越好 表明了补光对杂交稻壮苗指数有积极作 用 综合可得相对最佳的组合为 播种量 0 04 0 06 kg 盘 光照度 1 5 3klx 夜间补光时长 3 5h 图 3 各因素与壮苗指数的关系 Fig 3 The relationship between each fator and healthy index 2 3 不同播种量和补光条件对根系土壤盘结力影响 的回归分析 由回归分析得出盘结力 Y 3 的回归模型为 Y 3 1 845 42 5X 1 3 式 3 的回归显著性分析结果如表 5 所示 由表 5 可以看出 播种量对盘结力影响最大 播种量越大 根系土壤盘结力越大 盘结效果就越好 表 5 盘结力显著性分析结果 Table 5 Significant analysis results of twisting force 复相关 系数 决定 系数 2 剩余 标准差 S 调整后的 相关系数 a F 值 P 值 0 949 5 0 901 5 0 222 1 0 943 73 21 0 000 1 秧苗根系土壤盘结力是低播量情况下机插育秧的 关键指标之一 适合机插的盘结力临界值通常为 4kg 当毯状盘育秧播种量满足 45g 盘以上时 秧块成毯效 果能满足机插要求 15 本试验中播种量为 0 04kg 盘 时盘结力低于 4kg 秧块提起即有不同程度的松散 而 当播种量达 0 05kg 盘时盘结力大于等于 4kg 秧块卷 起不散 由图 2 和图 3 可知 播种量对茎基直径 壮苗指数 的影响规律一致 均成负相关 但与盘结力成正相关 在满足秧块提起不散 能够用于机插的前提下 最适播 种量可选择 0 05kg 盘 综上 在综合考虑各因素对各项指标影响的基础 上 可选择 0 05kg 盘的播种量 1 5 3klx 的光照度及 3 5h 的夜间补光时长作为水稻温室立体育秧补光培 育参数 3 结论 1 在本试验条件下 通过逐步回归分析方法分别 得到茎基直径 壮苗指数和根系土壤盘结力与播种 量 光照度及夜间补光时长之间的回归模型 分析表 明 一定程度的夜间补光对提高水稻温室立体育秧秧 苗素质有积极影响 2 试验结果表明 播种量 光照度和夜间补光时 长均对水稻温室立体育秧秧苗素质产生影响 综合 分析可得杂交稻培杂泰丰最佳的补光培育条件为 播 种量 0 05kg 盘 光照度 1 5 3klx 夜间补光时长 3 5h 此条件下的秧苗素质与自然光处理接近 秧苗能 满足机插要求 适用于田间生产应用 参考文献 1 马均 朱庆森 马文波 等 重穗型水稻光合作用 物质积 累与运转的研究 J 中国农业科学 2003 36 4 375 381 2 张喜娟 来永才 孟英 等 红蓝光源 LED 在水稻立体化 育秧模式中的应用研究 J 作物杂志 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 吴肇志 顾智章 王德槟 补光照度度和补光时间对番茄 黄瓜幼苗生长发育的影响 J 中国蔬菜 1985 1 4 8 5 陈敏 李海云 不同光周期对茄子幼苗生长的影响 J 北方园艺 2010 16 53 55 6 申宝营 丁为民 惠娜 等 夜间补光对黄瓜幼苗形态的 112 2016 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期 调节及补光方式的确定 J 农业机械学报 2014 45 6 296 302 7 李海云 刘焕红 夜间补光对黄瓜幼苗激素含量及养分 吸收的影响 J 中国农学通报 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 张喜娟 孟英 宋昌斌 等 红蓝光源夜间补光对水稻幼 苗生长的影响 J 作物杂志 2013 2 75 79 10 朱德峰 陈惠哲 水稻机插秧发展与粮食安全 J 中国 稻米 2009 6 4 7 11 陈惠哲 朱德峰 徐一成 等 杂交稻机插秧技术研究 C 第 1 届中国杂交水稻大会论文集 2010 436 440 12 何文洪 陈惠哲 朱德峰 等 不同播种量对水稻机插秧 苗素质及产量的影响 J 中国稻米 2008 3 60 62 13 姚雄 杨文钰 任万军 育秧方式与播种量对水稻机插 长龄秧苗的影响 J 农业工程学报 2009 25 6 152 157 14 李泽华 马旭 谢俊锋 等 双季稻区杂交稻机插秧低播 量精密育秧试验 J 农业工程学报 2014 30 6 17 27 15 杨晴 杨晓玲 秦玲 植物生理学 M 北京 中国农业 科学技术出版社 2012 120 121 16 任露泉 试验设计及其优化 M 北京 科学出版社 2009 17 付传明 黄宁珍 赵志国 等 光质与补光对水稻幼苗生 长及光合速率的影响 J 广西植物 2007 27 2 255 259 18 程瑞锋 邹志荣 王军 外源补光状态下温室黄瓜光合 作用的研究 J 陕西农业科学 2004 3 17 18 19 朱静娴 人工补光对植物生长发育的影响 J 作物研 究 2012 26 1 74 78 20 杜华平 水稻机械化生产技术手册 K 上海 上海科学 技术出版社 2008 21 唐启义 冯明光 实用统计分析及其 DPS 数据处理系统 M 北京 科学出版社 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 农 机 化 研 究 第 5 期