促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法

1.本发明属于植物栽培技术领域，涉及一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，具体为促进缺光环境下甜瓜生长的光环境参数。


背景技术：

2.光是植物生长发育的必要条件。光合作用将光能转化为化学能，为植物自身积累大量的有机物，是影响作物产量与品质的关键性因素。在作为植物能量来源的同时，光作为环境信号，也是植物形态建成的主要调控因子以及生物钟的环境授时因子。北半球冬季和早春，低温寡照，日均光强和光照时长是一年中最弱和最短的阶段。连续的阴雪天气、防寒保暖的农业设施、棚膜透光率低等原因，大大降低了大棚内瓜果蔬菜的光合作用，严重制约设施农业生产。绝大部分植物苗期光照不足易导致幼苗生长偏弱、抗病能力差；花果期光照不足可导致花期延后、产量大幅减产和果实品质降低。植物生长光环境调控就是利用人工光源改善农业设施光环境，实现作物高光合效率、稳产高产的目的。在实际生产过程中，常常利用光照强度(光量子通量密度)、光质(光谱成分组合)和光周期(日光照时长)三方面来调控植物生长发育的各个阶段。最大限度构建满足植物光合作用所需光环境条件，是提升光合效率、增加有机物积累、提高产量和提升品质的关键因素，对现代设施园艺产业提质增效和转型升级具有重要意义。
3.国内植物光源市场近年来快速发展，大部分led制造企业并未对作物不同时期的高利用效率光环境做深入研究，常规模式即采用可见光连续宽频光谱led设备做为植物光源，对其使用过程中使用环境光强度、使用时间及其他环境因素并未设定范围，这样导致植物对光能吸收利用率较低，造成了能源的浪费。因此，采用植物led光源改善作物生长光环境条件的同时，还要兼顾节能降耗、科学高效等实际应用问题。
4.甜瓜是喜光照作物，北方秋冬季和南方阴雨季日照时数较短，长期寡照会造成甜瓜生长发育不良。现阶段常规提升甜瓜产量和品质的农事操作大多集中在合理密植，科学施肥上；而科学精准改善光环境参数主要针对的是番茄、草莓等浆果类经济作物，而针对甜瓜这类一年生蔓性草本植物的方法还比较少见。


技术实现要素：

5.为了解决植物对光能利用效率较低这一问题，本发明提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，意指为在缺光环境下甜瓜栽培提供科学合理的光源补充方案，保证甜瓜正常生长的同时，提升光电利用率，降低设施内病虫害发病率，保证甜瓜产量稳定、品质提升。
6.甜瓜是喜光照作物，其生长期间每天需要10-12小时的光照时间，所以除了要做好温度管理以外，也要做好光照管理。因此，利用补光设备改善光环境条件可以满足甜瓜生长所需光照时间，有效缓解寡照对甜瓜产量和品质的影响。
7.甜瓜喜光，其光补偿点为66.7μmol/(m2·
s)，光饱和点为1146.6μmol/(m2·
s)。因
此，在光强为66.7-1146.6μmol/(m2·
s)的范围内，甜瓜需要10-14小时及以上的日照方可正常生长。(光强条件和光照时长必须同时满足。)大于14小时的持续高强度光照容易造成光能浪费，因此，并非光照时长越长越好。
8.光补偿点：甜瓜在一定的光照强度(66.7μmol/(m2·
s)，约为4klx)下植株的光合产物不进行积累，全部用于自身的消耗，高于这个光强，植株的光合产物开始积累，低于这个强度，储存的光合产物开始供给植株的生长，长期低于这个光照强度，植株便会因为营养匮乏而枯萎死亡。
9.光饱和点：当外界的光照强度高于光饱和点时，植株的光合作用强度也不会再增加，对于甜瓜来说就是1146.6μmol/(m2·
s)(约为55-60klx)。
10.因此，“缺光环境”意为光强低于光补偿点66.7μmol/(m2·
s)，或当日光照时数低于8小时的环境(光强条件和光照时长只要有一个不满足，都算缺光环境)。该环境指的是栽培甜瓜秧苗的生长环境，此生长环境包括各类适宜栽培甜瓜秧苗的场所，包括但不仅限于以太阳光为主光源的植物工厂(含日光温室、冷棚、露天大田、菜地、栽培区等)，还包括以人工光源为主光源的植物工厂。此外，“缺光环境”也并不限于冬季，也包括其他季节中出现的连绵阴、雨、雪、雾霾等太阳光强度或日照时数不够的条件等。
11.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
12.本发明中以太阳光为主光源的植物工厂为：植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供。
13.本发明中的缺光环境指太阳光的光照强度高于66μmol/(m2·
s)的光照时数少于8小时的环境，也就是，一天中，有大于16小时的太阳光的光照强度低于66μmol/(m2·
s)，或每日光照时数低于8小时的环境。在以太阳光为主光源的植物工厂(含日光温室、冷棚、露天大田、菜地、栽培区等)中，当甜瓜秧苗长期处于缺光环境，植株的光合产物不进行积累，全部用于自身的消耗，植株便会因为营养匮乏而枯萎死亡，不利于甜瓜秧苗生长，因此，甜瓜秧苗栽培过程中，需要利用人工光源进行补光。
14.本发明提供一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，甜瓜秧苗栽培环境为以太阳光为主光源的植物工厂，当遇到不利于甜瓜秧苗生长的光环境条件时，采用人工光源条件对光环境进行调控；
15.一些实施方案中，促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，包括对生长中的甜瓜秧苗提供人工光源以促进甜瓜秧苗的生长，具体为：
16.在以太阳光为主光源的植物工厂中，补充的所述人工光源以光质光谱积分百分比计包括：80-90％的红光和10-20％的蓝光；
17.所述红光的峰值波长为610-660nm，所述蓝光的峰值波长为430-480nm。
18.优选的，所述人工光源由80-90％的红光和10-20％的蓝光组成，红光和蓝光之和等于100％。
19.光环境参数可以影响植物叶绿素的合成及分布，从而影响植物的光合作用效率。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光对叶片光合器官的正常发育至关重要，促进植物干重、鲜重以及株高的增加，但该单色光质会抑制叶绿素的形成，因此，红光必须在其他光谱的协同作用下才能促进植物的生长发育。蓝光促进茎的横向加粗和叶面积的增长，因此蓝光处理下的组培苗生长健壮、茎秆粗壮、植株品质高，适宜培育优质壮苗。因此，添加蓝光可以平
衡幼苗生长发育。
20.在设置光照时长方面，甜瓜是喜光作物，充足的光照更有利于幼苗的生长，而另一方面，甜瓜在小于12小时的光照环境下更有利于其花芽的分化形成，因此在开花前，每日累积光照时长不应超过12小时。开花后，甜瓜需要吸收更多的光能来转化为植物化学能，从而提升甜瓜果实的产量和品质，因此，开花后的光照时长需要大于12小时。
21.在设置光强方面，主要是参考甜瓜本身的光补偿点和光饱和点，在光补偿点和光饱和点之间，光合速率呈现先上升后下降的趋势，在同期考虑到补充光能经济支出等综合条件下，其光强并不是越高越好的。
22.作为优选，在以太阳光为主光源的植物工厂中，甜瓜秧苗顶部接收到的光照强度为：
23.幼苗期：100-200μmol/(m2·
s)；
24.抽蔓期和花果期：150-500μmol/(m2·
s)。
25.光照强度包含单一太阳光的光照强度或太阳光结合人工光源的光照强度。
26.作为优选，在以太阳光为主光源的植物工厂中，所述甜瓜秧苗每日总有效光照时长为：
27.幼苗期：12-15h；
28.抽蔓期：10-12h；
29.花果期：12-14h；
30.作为优选，所述总有效光照时长为甜瓜秧苗顶部接收到光照强度高于66μmol/(m2·
s)的累积光照时长。有效光照时长为太阳光或太阳光结合人工光源光照强度大于66μmol/(m2·
s)的光照时长。
31.具体的，所述甜瓜各生育期分为幼苗期、抽蔓期和花果期，具体为：
32.幼苗期，即从种子萌动到4-5片叶展开，
33.抽蔓期，即从4-5片叶展开到第1朵雌花开放，
34.花果期，即从第1朵雌花开放到结果后拉秧。
35.作为优选，使用人工光源前，所述甜瓜栽培环境气温为12-30℃，空气相对湿度为50-80％，使用人工光源后，甜瓜栽培环境气温为25-30℃，空气相对湿度为65-80％。
36.以太阳光为主光源的植物工厂，也称日光温室，是我国北方地区独有的一种温室类型，分为独栋温室和连栋温室。独栋温室，包括拱棚和塑料大棚，其中，拱棚又称冷棚，是一种简易实用的保护地栽培设施，由于其建造容易、使用方便、投资较少，随着塑料工业的发展，被世界各国普遍采用。塑料大棚有一定的保温作用，并通过卷膜能在一定范围调节棚内的温度和湿度。连栋温室，是一种大型的日光温室，把独立的单间温室连起来，一般的连栋日光温室是通过天沟将单间温室连接在一起形成的多栋连栋日光。
37.本发明提供的光调控方法在甜瓜秧苗不同生长时期给予不同的光环境参数，甜瓜秧苗主要栽培至人工光源为主的植物工厂和太阳光为主光源的植物工厂。本发明中以太阳光为主光源的植物工厂为：植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供。
38.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
39.(1)本发明的促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法用于促进缺光环境下甜瓜秧苗
生长的方法，该发明意指为缺光环境下甜瓜不同生育期栽培提供科学合理的光源补充方案，保证甜瓜秧苗正常生长的同时，提升甜瓜秧苗质量和产量。通过在甜瓜各生育期生长过程中补充植物吸收利用率较高的光谱、最适宜充足的光强和昼夜节律，为植物提供最科学、节能、适宜的设施补光方案。
40.(2)该方法覆盖了甜瓜从播种萌发到结果收获的全生育时期，根据该生理时期需光特点为甜瓜定制对应最适光环境参数，全过程旨在有效提升甜瓜对光能的吸收率和利用率，促进电能转化为甜瓜的生物化学能，提升缺光环境下甜瓜秧苗壮苗率和抗病性、促进提前开花、提高甜瓜产量和品质。
41.(3)本发明的促进缺光环境甜瓜生长的方法覆盖范围广。根据当前主流设施太阳光植物工厂，结合外界太阳光、温度、湿度环境变化情况，确定了适宜甜瓜秧苗生长的科学合理的光照方案。
42.(4)补光方案针对性较强。该方法针对甜瓜各生育期植株对光环境的需求，制定适宜该生长时期的补光方案。
具体实施方式
43.本发明提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
44.本发明采用的试材皆为普通市售品，皆可于市场购得。
45.本发明提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，包括对生长中的甜瓜秧苗提供人工光源以促进甜瓜秧苗的生长，具体为：
46.在以太阳光为主光源的植物工厂中，补充的所述人工光源以光质光谱积分百分比计包括：80-90％的红光和10-20％的蓝光；
47.所述红光的峰值波长为610-660nm，所述蓝光的峰值波长为430-480nm。
48.优选的，所述人工光源由80-90％的红光和10-20％的蓝光组成，红光和蓝光之和等于100％。
49.作为优选，在以太阳光为主光源的植物工厂中，甜瓜秧苗顶部接收到的光照强度为：
50.幼苗期：100-200μmol/(m2·
s)；
51.抽蔓期和花果期：150-500μmol/(m2·
s)。
52.光照强度包含单一太阳光的光照强度或太阳光结合人工光源的光照强度。
53.作为优选，在以太阳光为主光源的植物工厂中，所述甜瓜秧苗每日总有效光照时长为：
54.幼苗期：12-15h；
55.抽蔓期：10-12h；
56.花果期：12-14h；
57.作为优选，所述总有效光照时长为甜瓜秧苗顶部接收到光照强度高于66μmol/(m2·
s)的累积光照时长。有效光照时长为太阳光或太阳光结合人工光源光照强度大于66μmol/(m2·
s)的光照时长。
58.具体的，所述甜瓜各生育期分为幼苗期、抽蔓期和花果期，具体为：
59.幼苗期，即从种子萌动到4-5片叶展开，
60.抽蔓期，即从4-5片叶展开到第1朵雌花开放，
61.花果期，即从第1朵雌花开放到结果后拉秧。
62.作为优选，使用人工光源前，所述甜瓜栽培环境气温为12-30℃，空气相对湿度为50-80％，使用人工光源后甜瓜栽培环境气温为25-30℃，空气相对湿度为65-80％。
63.实施例1
64.本实施例提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，所述促进缺光环境甜瓜生长的方法包括对生长中的甜瓜秧苗提供人工光源以促进缺光环境甜瓜秧苗的生长，具体为：
65.在以太阳光为主光源的植物工厂中，太阳光光照不足的情况下，对甜瓜秧苗提供人工光源，在上述植物工厂中种植甜瓜秧苗时，所述人工光源具体为：
66.甜瓜幼苗期、抽蔓期、花果期，所述人工光源按光质光谱积分百分比为90％的红光和10％的蓝光，所述红光的峰值波长为610-660nm，蓝光的峰值波长为430-480nm；甜瓜幼苗期、抽蔓期、花果期，所述植物顶端接收到的太阳及人工光源提供的直射光和散射光总光照强度为150μmol/(m2·
s)；所述太阳光与人工光源相加为总有效光照时长，甜瓜秧苗幼苗期、抽蔓期、花果期每日(24h)总有效光照时长为12h；
67.在上述植物工厂中，使用人工光源前，所述甜瓜栽培环境气温为12-30℃，空气相对湿度为50-80％，使用人工光源后，甜瓜栽培环境气温为25-30℃，空气相对湿度为65-80％。
68.实施例2
69.本实施例提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，所述促进缺光环境甜瓜生长的方法包括对生长中的甜瓜秧苗提供人工光源以促进缺光环境甜瓜秧苗的生长，具体为：
70.在以太阳光为主光源的植物工厂中，太阳光光照不足的情况下，对甜瓜秧苗提供人工光源，在上述植物工厂中种植甜瓜秧苗时，所述人工光源具体为：
71.甜瓜幼苗期、抽蔓期、花果期，所述人工光源按光质光谱积分百分比为80％的红光和20％的蓝光，所述红光的峰值波长为610-660nm，蓝光的峰值波长为430-480nm；甜瓜幼苗期、抽蔓期、花果期：200μmol/(m2·
s)太阳及人工光源提供的直射光和散射光；所述太阳光与人工光源相加为总有效光照时长，所述甜瓜秧苗每日(24h)总有效光照时长为：幼苗期：12h；抽蔓期：11h；花果期：13h。
72.在上述植物工厂中，使用人工光源前，所述甜瓜栽培环境气温为12-30℃，空气相对湿度为50-80％，使用人工光源后，甜瓜栽培环境气温为25-30℃，空气相对湿度为65-80％。
73.实施例3
74.本实施例提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，所述促进缺光环境甜瓜生长的方法包括对生长中的甜瓜秧苗提供人工光源以促进缺光环境甜瓜秧苗的生长，具体为：
75.在以太阳光为主光源的植物工厂中，太阳光光照不足的情况下，对甜瓜秧苗提供人工光源，在上述植物工厂中种植甜瓜秧苗时，所述人工光源具体为：
76.甜瓜幼苗期、抽蔓期、花果期，所述人工光源按光质光谱积分百分比为83％的红光和17％的蓝光，所述红光的峰值波长为610-660nm，蓝光的峰值波长为430-480nm；甜瓜幼苗期，所述植物顶端接收到的人工光源总光照强度为200μmol/(m2·
s)太阳及人工光源提供的直射光和散射光；甜瓜抽蔓期、花果期：300μmol/(m2·
s)太阳及人工光源提供的直射光和散射光；所述太阳光与人工光源相加为总有效光照时长，所述甜瓜秧苗每日(24h)总有效光照时长为：幼苗期：12h；抽蔓期：11h；花果期：13h。
77.在上述植物工厂中，使用人工光源前，所述甜瓜栽培环境气温为12-30℃，空气相对湿度为50-80％，使用人工光源后，甜瓜栽培环境气温为25-30℃，空气相对湿度为65-80％。
78.对比例1
79.本对比例提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，与实施例3条件相同，在以太阳光为主光源的植物工厂中，在缺光环境下种植甜瓜，即植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光提供；在上述植物工厂中种植甜瓜秧苗时，所述植物生长环境温度、湿度均与实施例3相同。
80.唯一区别是：在甜瓜各生长阶段并不提供其他人工光源。
81.对比例2
82.本对比例提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，与实施例3条件相同，在以太阳光为主光源的植物工厂中，在缺光环境下种植甜瓜，即植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供；在上述植物工厂中种植甜瓜秧苗，所述植物生长环境温度、湿度均与实施例3相同。
83.唯一区别是：在甜瓜各生长阶段提供的人工光源均为全可见光连续光谱，所述植物顶端接收到的太阳及人工光源提供的直射光和散射光总光照强度为100μmol/(m2·
s)和每日(24h)总有效光照时长为12小时。
84.对比例3
85.本对比例提供了一种促进缺光环境甜瓜生长的光调控方法，与实施例3条件相同，在以太阳光为主光源的植物工厂中，在缺光环境下种植甜瓜，即植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供；在上述植物工厂中种植甜瓜秧苗，所述植物生长环境温度、湿度均与实施例3相同。
86.唯一区别是：在甜瓜各生长阶段提供的人工光源按光质光谱积分百分比为50％的红光，50％的蓝光，所述植物顶端接收到的太阳及人工光源提供的直射光和散射光总光照强度为200μmol/(m2·
s)和甜瓜秧苗每日(24h)总有效光照时长为12小时。
87.以下试验采用甜瓜品种“黑柳子”，单垄双排栽培，每垄长约9m，垄高45cm、宽60cm、株距35cm、行距80cm。根据大棚尺寸和结构，结合当地气候条件及实验大棚日光强变化和日
温度变化情况。共种植三个同样的大棚，每个大棚60垄，第一个大棚东边30垄(采用实施例1的方法补光)，西边30垄(采用实施例2的方法补光)；第二个大棚东边30垄(采用实施例3的方法补光)，西边30垄不补光，仅接收自然光(对比例1)；第三个大棚东边30垄(采用对比例2的方法补光)，西边30垄(采用对比例3的方法补光)。采用随机取样的方法，每重复抽取50株，观察补光对甜瓜的影响。
88.试验例1不同方法对甜瓜秧苗的生长期的影响
89.在夏季大田或光照条件较好的环境中种植栽培甜瓜秧苗，甜瓜秧苗幼苗期约为25-30天，抽蔓期为20-30天，开花后20-80天后即可收获第一茬果实。
90.按照对比例1-3与实施例1～3进行试验，观察甜瓜秧苗各生育期的生长时间如下表1：
91.表1不同补光处理对甜瓜生长情况的影响
92.处理方法幼苗期/天抽蔓期/天开花至收获第一茬果实的时间/天实施例128-3225-2828-75实施例225-3023-2525-70实施例323-2823-2520-70对比例130-4030-5030-90对比例228-3225-3525-80对比例328-3228-3525-80
93.结果显示：
94.实施例1的以太阳光为主光源的植物工厂(即植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供)种植栽培甜瓜秧苗，甜瓜秧苗幼苗期约为28-32天，抽蔓期为25-28天，开花后28-75天后即可收获第一茬果实。
95.实施例2的以太阳光为主光源的植物工厂(即植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供)种植栽培甜瓜秧苗，甜瓜秧苗幼苗期约为25-30天，抽蔓期为23-25天，开花后25-70天后即可收获第一茬果实。
96.实施例3的以太阳光为主光源的植物工厂(即植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供)种植栽培甜瓜秧苗，甜瓜秧苗幼苗期约为23-28天，抽蔓期为23-25天，开花后20-70天后即可收获第一茬果实。
97.对比例1，在以太阳光为主光源的植物工厂(即植物生长过程中获得的光能量仅由太阳直射光、散射光提供，不进行补光)种植栽培甜瓜秧苗，甜瓜秧苗幼苗期约为30-40天，抽蔓期为30-50天，开花后30-90天后即可收获第一茬果实，比实施例1的甜瓜晚成熟9天左右，比实施例2的甜瓜晚成熟17天左右，比实施例3的甜瓜晚成熟24天左右。
98.对比例2，在以太阳光为主光源的植物工厂(即植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供，补光为全可见光连续光谱)种植栽培甜瓜秧苗，甜瓜秧苗幼苗期为28-32天，抽蔓期为25-35天，开花后25-80天后即可收获第一茬果实，与实施例1的甜瓜同期成熟，比实施例2的甜瓜晚成熟5天左右，比实施例3的甜瓜晚成熟12天左右。
99.对比例3，在以太阳光为主光源的植物工厂(即植物生长过程中获得的光能量由太阳直射光、散射光及人工光源提供，补光为50％的红光，50％的蓝光)种植栽培甜瓜秧苗，甜瓜秧苗幼苗期约为28-32天，抽蔓期为28-35天，开花后25-80天后即可收获第一茬果实，比
实施例1的甜瓜晚成熟6天左右，比实施例2的甜瓜晚成熟8-22天，比实施例3的甜瓜晚成熟15-24天，说明红光和蓝光的比例对甜瓜各生育期的影响较大，本发明人还研究了相同条件下，只调整红光和蓝光的不同比例对甜瓜生长的影响，结果显示均比实施例3的生长周期更长。
100.试验例1不同方法对甜瓜可溶性固形物和产量的影响
101.用手持测糖仪测定可溶性固形物含量并计算其平均值；测量从种到收的甜瓜单果重和总产量；不同补光方法对甜瓜可溶性固形物、单果重和产量的影响结果如下表2：
102.表2不同补光处理对甜瓜可溶性固形物和产量的影响
[0103][0104][0105]
注：采用新复极差法进行多重比较，不同小写字母表示0.05水平上差异显著(下表同)。
[0106]
从上表可以看出，采用人工光源进行补光，可提高甜瓜可溶性固形物含量，促进光合产物积累，提升单果重和增加产量。按照本发明三个实施例进行补光的甜瓜，其平均可溶性固形物和单果重为18.2％、509.5g，不补光的甜瓜(对比例1)，其平均可溶性固形物和单果重为16.1％、430.6g，补光提升甜瓜可溶性固形物2％，单果重78.9g。实验区域中补光区域的甜瓜小区产量为809.8kg，不补光区域为616.9kg，换算成每亩的产量，补光区域为4286.8kg，不补光区域亩产量为3265.7kg，补光增加甜瓜产量31.3％。
[0107]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。