不同光質配比的LED 光源補光對水稻機插秧苗生長發育的影響

高義卓 向鏡 葉天承 孫凱旋 陳惠哲 張玉屏張義凱 王亞梁 王志剛 張運波

（1 農業農村部長江中游作物綠色高效生產重點實驗室（部省共建）/長江大學農學院，湖北 荊州 434025；2 中國水稻研究所，杭州 310006；第一作者：15353871810@163.com；*通信作者：yzhang@yangtzeu.edu.cn；xiangjing@caas.cn）

隨著社會經濟發展，農村勞動力大量轉移，傳統的手工插秧種植已不能適應現代稻作技術發展，加上農機農藝技術的不斷提高，育秧機插正迅速發展成為主要的水稻種植方式[1-3]。良好的育秧技術是保證機插效果的重要前提，目前國內外機插水稻主要育秧方式有大棚旱田育秧和溫室立體育秧。但大棚育秧效率不高，且育秧成本較大[4]。而溫室立體育秧可提高水稻育秧標準化、規?；凸S化水平，大幅提高機插育秧中心的供秧能力，降低農戶育秧帶來的爛秧風險，推進水稻生產和機插的規?；潭萚5]。

但立體育秧受設施遮光和不良天氣條件的影響，幼苗處于弱光環境下生長，導致生長發育受阻和秧苗素質下降，從而影響水稻機插效果[6]。大棚和溫室育秧利用施肥、水分管理和噴施生長調節劑等措施來進行育秧調控[7]。多效唑等生長調節劑降低秧苗內源生長素的水平，明顯減弱秧苗頂端生長優勢，促進矮壯。但不同水稻品種對多效唑的敏感性有差異，使用量過少時控高效果不好，過量使用則易使秧苗生長受到過度抑制，影響后期生長。另外，多效唑在土壤中的殘留時間很長，連續使用會在農田土壤中累積，對后茬作物產生不良影響[8-10]。因此，如何采用更加環保有效的方式來增強水稻秧苗素質是當前亟待解決的問題。

研究表明，光對水稻各時期的生長發育均有顯著影響[11-13]，而發光二極管（light emitting diode, LED）作為新型照明光源具有節能環保、能效高的優點，并且影響植物的光形態建成及光合作用，目前在植物生產上應用廣泛[14-16]。針對水稻機插育秧過程中秧苗受到設施遮光產生光照不足、秧苗素質差的問題，本研究通過設置不同紅藍光配比（R/B）的LED 光源進行補光處理，研究其對水稻幼苗生長發育的影響，為進一步完善水稻工廠化育秧技術和機械化栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

不同LED 光源處理育秧試驗在中國水稻研究所溫室大棚內進行，供試品種為秈型雜交稻揚兩優6 號和秈粳雜交稻甬優12。采用水稻商品化專用育秧基質育秧，秧盤選用內徑規格為58.0 cm×28.0 cm 的可疊育秧盤，播種前先浸種2 d，種子露白后播種，每盤播種量為70 g 干谷，疊盤48 h 出苗，芽長約1 cm 后將秧盤置于不同藍、紅光配比的LED 燈下，LED 燈板離秧盤盤面40 cm。設置3 個LED 燈光質配比，包括純藍光（L1）、純紅光（L2）和藍紅光5∶5（L3），以及不采用LED燈補光的對照組（CK）。LED 燈光源光通量密度均設100 μmol/（m2·s），每個處理播種3 盤作為3 次重復。光源處理間采用遮陽網隔開，防止光源交叉，補光周期為每天10 h，具體時間段為8∶00—18∶00。

1.2 測定項目及方法

秧苗在LED 燈光下處理20 d 后，每處理各重復均采用直徑為7 cm 定位圈獲取秧塊，每盤取3 個，采用自來水清洗根部基質，清洗干凈后，調查秧苗形態相關數據，包括苗高、葉鞘高和葉齡等。然后，在80℃的烘箱中烘干至恒質量，并稱量地上部和根系干質量，計算根冠比和充實度（莖葉干質量與株高之比）。

1.3 統計分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件對數據進行整理計算，用SPSS 統計分析軟件進行方差分析，應用SigmaPlot 繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同補光處理對水稻幼苗株高的影響

從圖1 可以看出，相比CK，L1 處理抑制水稻幼苗株高，在播種后第5 d、9 d、11 d 和15 d 差異顯著；L2處理促進幼苗株高，在播種后第7 d、11 d、13 d 和15 d差異顯著，而在播種后第5 d 差異不顯著。其中，甬優12 經L1 處理后的幼苗株高在播種后第5 d、9 d、11 d和15 d 分別較CK 矮21.96%、12.53%、14.62%和15.26%，揚兩優6 號則分別矮8.21%、11.58%、12.76%和23.97%；經L2 處理后，甬優12 的幼苗株高在播種后第7 d、11 d、13 d 和15 d 分別比CK 高6.87%、8.20%、17.74%和8.24%，而揚兩優6 號分別高9.72%、28.27%、37.97%和9.67%。此外，2 個品種在L3 處理下的幼苗株高與CK 相比差異不顯著。

圖1 不同光質配比處理下水稻幼苗株高的動態變化

2.2 不同補光處理對水稻幼苗葉齡的影響

由圖2 可知，與CK 相比，甬優12 經L1 處理后的幼苗葉齡在播種后第7 d、9 d、11 d、13 d 和15 d 分別顯著增加5.56%、11.17%、9.95%、12.69%和7.62%，而揚兩優6 號則差異不顯著；經L2 處理后，2 個品種的幼苗葉齡在播種后第13 d 和15 d 與CK 差異顯著。其中，甬優12 分別增加11.68%和7.62%，揚兩優6 號則分別增加17.82%和13.23%。甬優12 經L3 處理后的幼苗葉齡在播種后第7 d、9 d 和11 d 較CK 分別顯著增加5.56%、7.45%和6.28%，而揚兩優6 號在各時期與CK 相比均無顯著差異。

圖2 不同光質配比處理下水稻幼苗葉齡的動態變化

2.3 不同補光處理對水稻秧苗素質的影響

2.3.1 秧苗形態

從表1 可以看出，品種、處理及其兩者間的互作效應均對移栽前幼苗各形態指標有顯著影響。相比CK，甬優12 經L1 處理后的幼苗株高、第1 葉鞘高、第2 葉鞘高及第2 葉長均受到顯著抑制，分別降低13.76%、17.45%、11.92%和16.58%，而揚兩優6 號則除第2 葉鞘高外，其余各指標抑制效果均不顯著。相比CK，L2處理對2 個品種的秧苗形態指標均有促進作用，其中，甬優12 的株高、葉齡和第2 葉鞘高分別顯著增加23.82%、23.45%和28.34%，而揚兩優6 號的株高、葉齡、第1 葉鞘高、第2 葉鞘高和第2 葉長較CK 分別顯著增加24.10%、17.39%、18.33%、29.11%和18.70%；L3處理對移栽前甬優12 的幼苗各形態均有促進作用，其中株高、葉齡和第2 葉鞘高較CK 顯著增加18.38%、22.12%和11.43%，而揚兩優6 號則除葉齡與CK 差異顯著外，其余指標均不顯著。

表1 移栽前不同光質配比處理對水稻幼苗形態指標的影響

2.3.2 幼苗生物量

從圖3 可以看出，相比CK，L1 處理對2 個品種移栽前的根干質量、根冠比和充實度均有促進作用，其中，甬優12 的充實度較CK 顯著增加24.42%，而揚兩優6 號則差異不顯著。L2 處理對2 個品種的莖葉干質量均有顯著促進效果，甬優12 較CK 增加28.12%，揚兩優6 號則增加18.36%。但相比CK，L2 處理后2 個品種的根冠比卻受到不同程度抑制，其中甬優12 顯著降低18.84%。此外，移栽前2 個品種經L3 處理后的幼苗莖葉干質量、根干質量、根冠比及充實度與CK 相比差異均不顯著。

圖3 移栽前不同光質配比處理對幼苗各生物量指標的影響

3 討論

光照對水稻的營養生長和生殖生長均有顯著影響[17-18]。育秧期時不良的光環境會導致秧苗莖稈細弱，抗逆性變差，而光照充足可以提高壯苗指數，進而有助于后期產量及品質提高[5]。有研究表明，采用LED 補光會彌補溫室育秧光照不足的缺點，使得幼苗生長更加健壯[19]。但不同光源下幼苗各形態指標差異顯著。李韶山等[20]研究認為，水稻幼苗的株高在藍光下會受到顯著抑制。MOE 等[21]研究也表明，藍光明顯抑制黃瓜幼苗的伸長。本試驗結果發現，除播種后第5 d 外，2 個品種幼苗株高在其余各時期均受到藍光抑制。此外，移栽前藍光處理后秧苗的第1 和第2 葉鞘高較自然光處理顯著降低，這與前人研究結果相符。付傳明等[22]研究表明，夜間通過LED 補增藍光會改變幼苗形態，使其更加矮壯，秧苗素質變好。郭銀生等[23]研究結果表明，隨著藍光處理時間的延長，5 葉期時水稻幼苗的壯苗指數顯著提高。本試驗中，2 個品種經過藍光處理的幼苗根冠比均最高，甬優12 的秧苗充實度顯著高于其他處理，揚兩優6 號幼苗根冠比較CK 同樣有所增加，表明藍光調節對水稻秧苗素質有積極影響，這與之前的研究結論相一致。

孫慶麗等[24]在不同光質試驗中得出結論，紅光促進水稻幼苗根莖伸長。HENG 等[25]利用不同光源調節黃瓜幼苗生長時發現，紅光顯著提高幼苗莖的生長。本試驗結果也表明，從播種后第7 d 開始到移栽前，紅光處理下2 個品種的株高均顯著高于CK，這再次印證了前人的結論。關于不同光質對水稻幼苗碳水化合物的影響，相關研究存在爭議。其中，倪文[26]認為，采用藍光育秧有利于幼苗碳水化合物的積累，但郭銀生等[23]研究結果表明，紅光可以增加水稻幼苗干物質積累量，并加快同化產物向營養器官的分配。YU 等[27]研究發現，經過LED 紅光處理的水稻幼苗與LED 藍光相比更能促進光合同化物的產生。在本試驗中，幼苗莖葉的干物質量經紅光處理后最大，且與CK 差異顯著，表明紅光的確有助于光合作用，加快碳水化合物的生成。

4 結論

不同光質配比的LED 光源補光對水稻幼苗形態有顯著影響。藍光抑制幼苗株高，增加了根冠比與充實度，在培育壯苗方面發揮重要作用。紅光可以顯著促進幼苗莖的伸長及莖葉干物質的累積。綜合來看，在工廠化育秧中采用純藍光配比的LED 光源補光可以有效控制苗高，防止秧苗生長瘦弱，提高水稻秧苗素質。