補(bǔ)光時(shí)間及光質(zhì)對(duì)溫室甜椒生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響.pdf

第 35 卷 第 24 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) Vol.35 No.24 2019 年 12月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Dec. 2019 213 補(bǔ)光時(shí)間及光質(zhì)對(duì)溫室甜椒生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響 段青青，張祿祺，張自坤，王 靜靜，常培培，張洪勇，賀洪軍（德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，德州 253015） 摘 要： 為確定 LED 補(bǔ)光調(diào)節(jié)溫室甜椒（ Capsium annuum L.）產(chǎn)量品質(zhì)的最優(yōu)光質(zhì)及補(bǔ)光時(shí)長(zhǎng)，以甜椒品種“奧黛麗”為試材， 設(shè)置紅光 （ R） 和藍(lán)光 （ B） 組合 （燈珠個(gè)數(shù)比） 2 1（ 2R1B） 、 4 1（ 4R1B） 、 8 1（ 8R1B） 3 種光質(zhì)， 2 （ 18:00-20:00） 、4（ 18:00-22:00）和 8 h（ 18:00-02:00） 3 個(gè)補(bǔ)光時(shí)間；以不補(bǔ)光為對(duì)照，研究補(bǔ)光時(shí)間及光質(zhì)對(duì)甜椒生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：光質(zhì)與補(bǔ)光時(shí)間對(duì)甜椒植株的影響有較大差異，且兩者交互作用顯著。 2R1B 光質(zhì)補(bǔ)光 2 h，冠層寬、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、維生素 C 含量最大，顯著高于對(duì)照；補(bǔ)光 4 h 莖粗最大，顯著高于對(duì)照；補(bǔ)光 8 h，硝酸鹽含量最低，比對(duì)照降低 19.4%。 4R1B 光質(zhì)補(bǔ)光 2 h，株高、根鮮質(zhì)量、地上部、根及全株干質(zhì)量最高，顯著高于對(duì)照；補(bǔ)光 8 h，葉面積、單株果實(shí)數(shù)及單株產(chǎn)量最高，顯著高于對(duì)照。 8R1B 光質(zhì)補(bǔ)光 2 h，葉綠素相對(duì)含量 SPAD（ soil and plant analyzer development）值及糖酸比最高，顯著高于對(duì)照；補(bǔ)光 8 h，地上部及全株鮮質(zhì)量最高，顯著高于對(duì)照。利用隸屬函數(shù)法對(duì)所有補(bǔ)光處理的產(chǎn)量品質(zhì)指標(biāo)及用電量等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，由綜合得分排序得出，最有利于甜椒栽培的前 3種補(bǔ)光組合依次為光質(zhì) 8R1B 補(bǔ)光 2 h、光質(zhì) 4R1B 補(bǔ)光 8 h 和光質(zhì) 8R1B 補(bǔ)光 8 h。因此，光質(zhì) 8R1B 補(bǔ)光 2 h 可以作為最適宜當(dāng)?shù)靥鸾吩耘嗟难a(bǔ)光組合，該研究結(jié)果為日光溫室甜椒種植的光調(diào)控技術(shù)提供理論參考。 關(guān)鍵詞： 溫室；光質(zhì)；甜椒； LED 補(bǔ)光；產(chǎn)量；品質(zhì) doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.026 中圖分類號(hào)： S311； S626 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1002-6819(2019)-24-0213-10 段青青，張祿祺，張自坤，王靜靜，常培培，張洪勇，賀洪軍. 補(bǔ)光時(shí)間及光質(zhì)對(duì)溫室甜椒生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(24)：213222. doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.026 http:/www.tcsae.org Duan Qingqing, Zhang Luqi, Zhang Zikun, Wang Jingjing, Chang Peipei, Zhang Hongyong, He Hongjun. Effects of spectrum and duration of supplemental illumination on growth, yield and fruit quality of greenhouse sweet pepperJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 213 222. (in Chinese with English abstract) doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.026 http:/www.tcsae.org 0 引 言光是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的環(huán)境因子，光照多寡及質(zhì)量高低直接關(guān)系到園藝植物產(chǎn)量品質(zhì)的形成1。近些年來(lái)，中國(guó)大部分地區(qū)都發(fā)生了多次霧霾天氣， 2016 年冬，山東省魯西北地區(qū)重污染天氣達(dá)歷史之最，其中，德州、聊城兩地嚴(yán)重霧霾天氣持續(xù)時(shí)間達(dá) 10 d 以上，導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)光照嚴(yán)重不足，給當(dāng)?shù)販厥易魑锷a(chǎn)造成較大的危害。通過(guò)人工補(bǔ)光解決溫室內(nèi)光照不足的問(wèn)題是最有效的措施之一。發(fā)光二極管（ light emitting diode， LED）作為一種新型人工光源，具有能耗低、壽命長(zhǎng)、體積小、光譜可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)2，應(yīng)用于設(shè)施園藝生產(chǎn)中，能夠促進(jìn)多種作物的生長(zhǎng)發(fā)育及果實(shí)品質(zhì)的提升3-5。甜椒（ Capsium annuum L.）是中國(guó)設(shè)施栽培的主要蔬菜種類之一，冬春保護(hù)地內(nèi)弱光寡照環(huán)境會(huì)影響甜椒植株的生長(zhǎng)，導(dǎo)致生育期延遲，坐果數(shù)減少6。 LED 紅藍(lán)混合補(bǔ)光能夠促進(jìn)甜收稿日期： 2019-01-29 修訂日期： 2019-12-05 基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金（ CARS-24-G-12） ；山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)基金（ SDAIT-05-03） ；山東省引進(jìn)國(guó)外智力成果示范推廣項(xiàng)目-有機(jī)蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)集成及產(chǎn)業(yè)化示范 作者簡(jiǎn)介：段青青，博士，主要從事設(shè)施環(huán)境調(diào)控與園藝植物栽培生理方面的研究。 Email： dqqsjtu163.com 通信作者：賀洪軍，推廣研究員，主要從事園藝植物栽培育種與設(shè)施環(huán)境調(diào)控方面的研究。 Email： hhj9666126.com 椒植株的生長(zhǎng)，提高甜椒產(chǎn)量并改善甜椒的果實(shí)品質(zhì)7-8。除光質(zhì)外，補(bǔ)光時(shí)間也是影響補(bǔ)光效果的重要因素3,9。以往的研究主要集中在單一光質(zhì)配比補(bǔ)光7-8、多種光質(zhì)配比補(bǔ)光10-11、 及覆蓋不同顏色棚膜12-13對(duì)甜椒生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，而對(duì)補(bǔ)光光質(zhì)和補(bǔ)光時(shí)間的互作效應(yīng)，以及補(bǔ)光效果的綜合評(píng)價(jià)研究甚少14-15。本研究以日光溫室甜椒為試材，分析不同光質(zhì)及補(bǔ)光時(shí)間對(duì)甜椒生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)不同處理的補(bǔ)光效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，找出適宜甜椒栽培的最佳補(bǔ)光光質(zhì)及補(bǔ)光時(shí)間，為日光溫室甜椒栽培光調(diào)控技術(shù)提供一定的參考。 1 材料與方法 1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)于 2017 年 11 月至 2018 年 2 月在德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院平原科技創(chuàng)新園 15 號(hào)日光溫室進(jìn)行。供試甜椒品種為奧黛麗， 2017 年 7 月 10 日播種，采用穴盤基質(zhì)育苗， 育苗基質(zhì)為草炭珍珠巖蛭石 （體積比 7 3 1） ，于 8 月 24 日（苗齡 45d）定植于日光溫室內(nèi)。 試驗(yàn)光源為定制 LED 植物補(bǔ)光燈，購(gòu)于惠州可道科技股份有限公司，燈具為長(zhǎng)方形，長(zhǎng) × 寬 × 高為380 mm×280 mm×180 mm，單燈功率 100W，光束角為150°，每盞燈由高亮度的紅色（ R， 630 nm）和藍(lán)色（ B，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（ http:/www.tcsae.org） 2019 年 214 460 nm）燈珠組成。 1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 甜椒在進(jìn)行人工補(bǔ)光時(shí)，選擇以紅光為主添加少量藍(lán)光的混合光質(zhì)，且補(bǔ)光時(shí)間設(shè)定在 10h 以內(nèi)可以同時(shí)提高果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)7,10，因此本試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，因素 A 為補(bǔ)光光質(zhì)，設(shè)紅光和藍(lán)光組合（燈珠個(gè)數(shù)比） R B=2 1（ 2R1B）、 R B=4 1（ 4R1B）和 R B=8 1（ 8R1B） 3 個(gè)光質(zhì)處理；因素 B 為補(bǔ)光時(shí)間， 設(shè)補(bǔ)光 2 h（ 18:00-20:00） 、 補(bǔ)光 4 h（ 18:00-22:00）和補(bǔ)光 8 h（ 18:00-02:00） 3 個(gè)補(bǔ)光時(shí)間；以不補(bǔ)光為對(duì)照（ CK），共計(jì) 10 個(gè)處理。每個(gè)處理設(shè) 3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)為一個(gè)小區(qū)， 小區(qū)面積為 26 m2（南北 ×東西為 6.5 m×4 m） ，每小區(qū)栽種 90 株，小區(qū)隨機(jī)排列。補(bǔ)光燈懸吊于溫室內(nèi)，每個(gè)小區(qū) 4 支燈，在小區(qū)內(nèi)安裝間距為南北 2 m，東西1.3 m，不同小區(qū)間用遮光布進(jìn)行隔離（圖 1）。 圖 1 溫室補(bǔ)光示意圖 Fig.1 Sketches of supplementary lighting in greenhouse 甜椒在紅藍(lán)光下的光補(bǔ)償點(diǎn)在 45 mol/(m2·s)左右12，且暗期補(bǔ)光較低的光照強(qiáng)度即可對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響16-18，因此本試驗(yàn)補(bǔ)光光強(qiáng)設(shè)定為 55mol/(m2·s)，通過(guò)上下調(diào)節(jié)光源與植株頂端的垂直距離，使各處理到達(dá)幼苗冠層的光量子通量密度相等，光強(qiáng)及光譜測(cè)定采用PLA-20 植物光照分析儀（杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司，中國(guó)），光譜分布采用光輻射強(qiáng)度的相對(duì)值，即每個(gè)波長(zhǎng)下的光輻射強(qiáng)度與最大光輻射強(qiáng)度的比值，各處理光質(zhì)光譜分布見圖 2，補(bǔ)光時(shí)間由定時(shí)器控制。根據(jù)植株生長(zhǎng)高度適時(shí)調(diào)整光源位置。 圖 2 不同光質(zhì)的光譜分布 Fig.2 Spectral distribution of different light qualities 甜椒苗 2017 年 8 月 24 日定植于溫室后，由于前期光照強(qiáng)，沒(méi)有進(jìn)行補(bǔ)光，隨著溫室內(nèi)光照減弱，補(bǔ)光自11 月 1 日開始，此時(shí)植株處于初果期，株高（ 50 ± 2 ），cm 莖粗（ 10 ± 1 ） mm， （葉長(zhǎng)大于 2 cm）葉片數(shù) 55 ± 3，補(bǔ)光開始前將所有處理植株的門椒摘除（門椒坐果位置低，不及時(shí)摘除會(huì)影響甜椒后期的開花結(jié)果，因此在試驗(yàn)開始前將門椒摘除，以保證甜椒的后期生長(zhǎng)），補(bǔ)光至 2018 年 1 月 30 日結(jié)束，補(bǔ)光周期 90 d。 1.3 測(cè)定項(xiàng)目與測(cè)定方法 補(bǔ)光 90 d進(jìn)行取樣及指標(biāo)測(cè)定。 每處理選取 10株植株，用卷尺測(cè)量株高及冠層寬（植株頂端最大冠層長(zhǎng)度）、用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗；選取 5 株植株，每株選擇相同部位的 5片成熟葉（即連續(xù) 3 次測(cè)定葉長(zhǎng)和葉寬的增長(zhǎng)量均低于0.5 cm 的葉片），用直尺測(cè)量其葉長(zhǎng)和葉寬，根據(jù)劉浩等19的葉片乘積回歸模型，依據(jù)式（ 1）計(jì)算葉片的單葉葉面積。 y = 0.650 9·x （ 1） 式中 y 為實(shí)際葉面積， cm2， x 為甜椒葉片長(zhǎng)寬乘積， cm2；同時(shí)采用 SPAD-502Plus 葉綠素儀 （柯尼卡美能達(dá)， 日本）測(cè)定葉片的葉綠素含量。 每處理選取 3 株甜椒植株測(cè)定生物量，分離地上部（莖、葉）和地下部（根），用天平測(cè)定各部分鮮質(zhì)量，烘干后測(cè)定各部分干質(zhì)量。 每處理選取長(zhǎng)勢(shì)一致的 20 株甜椒植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，累計(jì)記錄采收產(chǎn)量、采收果數(shù)，并計(jì)算單株產(chǎn)量及每平米單產(chǎn)。 每處理選取相同結(jié)果部位的 3 個(gè)果實(shí)進(jìn)行品質(zhì)測(cè)定，測(cè)定部位為果實(shí)中部果肉?？扇苄缘鞍撞捎每捡R斯亮藍(lán)G-250 法測(cè)定，可溶性糖采用蒽酮比色法測(cè)定，可滴定酸采用指示劑滴定法（ GB/T 12293 1990）測(cè)定，維生素 C采用 2,6-二氯酚靛酚比色法測(cè)定， 硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測(cè)定7,20。 試驗(yàn)期間溫室內(nèi)外光照強(qiáng)度使用 ZDS-10 型數(shù)字式照度計(jì)（上海市嘉定學(xué)聯(lián)儀表廠）進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定位置為地上 1.5 m 處，每 10 d 測(cè)定一次，沿溫室東西走向測(cè) 3個(gè)點(diǎn)，測(cè)試時(shí)間為 9:00、 12:00 和 16:00，取平均值計(jì)為當(dāng)天的平均光照強(qiáng)度。 1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 采用 Execl 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用 IBM SPSS-Statistics 21.0（ SPSS Inc，美國(guó)）統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析及主成分分析，差異顯著性分析采用 Duncan 法進(jìn)行檢驗(yàn)（ P 4R1B for 8h > 8R1B for 8h. In summary, the optimal supplemental lighting for the greenhouse sweet pepper is 8R1B for 2h. The results presented in this paper has implications for using supplemental lighting to improve green peppers production in greenhouse. Keywords: greenhouse; light quality; sweet pepper; LED supplementary lighting; yield; quality