CN111418463A - 适用于水稻全生育期的led人工光环境栽培方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水稻种植技术领域,尤其是一种适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法,包括如下步骤:1)将水稻种子消毒浸种处理后洒入育苗盘;2)置于暗室培育催芽;3)种子露白破胸后,置于育苗穴盘营养土内,于24‑26℃培养,穴盘营养土表面光照强度为150‑250μmol·m‑2·s‑1,光照周期12‑16h/d,获得幼苗;4)将幼苗分株移植,保证室温24‑26℃,叶面光量子强度达到300‑450μmol·m‑2·s‑1,光照周期12‑16h/d;5)当水稻进入幼穗发育期时,叶面光量子数达到500‑800μmol·m‑2·s‑1,光照周期12‑16h/d;6)当短日照品种水稻进入预开花期时,光照周期8‑12h/d;7)当稻穗成熟时可进行种子采收。
Description
技术领域
本发明涉及水稻种植技术领域,具体领域为一种水稻全生育期的人工光环境栽培方法。
背景技术
水稻是我国重要的粮食作物之一,人工气候室内水稻栽培研究对水稻生产具有重要的意义。人工气候室内栽培水稻需要适宜的光环境,利用适宜的人工光种植水稻可调控种植茬数,在研究水稻环境胁迫响应、病虫害防治、水稻育种、繁殖、改良和种质资源更新等方面具有环境可控优势。但在室内种植水稻,种植的环境参数还亟待研究和优化,适宜的光环境是影响人工光水稻全生育期栽培成功的关键因素之一。
目前,大多数水稻种植专家都采用白炽灯、荧光灯、高压钠灯等进行人工补光,但这些灯具光谱往往不太合理,白炽灯光效低、能耗大;荧光灯缺少红光波段,水稻结穗小且不饱满,品质差;高压钠灯散热多,空调降温负荷偏大,使用费用偏高,且缺少蓝光,水稻茎秆细长易倒伏。
目前人工气候室培育水稻也有使用普通LED照明光源作为水稻生长的动力,如:马旭等人通过调节不同的红光、蓝光比值而设定一系列不同的光谱结构对水稻秧苗进行生长试验对比。如:付传明等人选取了主波长为660nm,585nm和475nm单色红黄蓝LED光源为培养条件,观察了水稻幼苗在LED灯下的生长特性。如,善新民等人发明了分别适用于水稻4个培育阶段的2种不同红蓝光比值和强度的LED。
但现有的研究中存在如下问题:
(1)选用的人工光质单一,仅提到红光或蓝光或黄光或红蓝光,没有提出合理科学的全光谱结构,特别是绿光,还有UV-B,更没有提到光谱中不同波长光谱的能量占比;
(2)仅仅研究水稻整个生长栽培过程的某一阶段,如幼苗期。或有研究水稻4个生长阶段的,但提出的至少两种不同光谱,水稻培育期间还得换灯,增加设备采购成本和管理成本。
此外,现有水稻LED灯能给水稻提供的光量子数还远远不足,一些品种水稻抽穗期的光饱和点甚至达到2000μmol·m-2·s-1以上;这些问题的存在使得采用人工光源对水稻在室内高效种植成为困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷,提供一种适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法,包括如下步骤:
(1)将水稻种子消毒浸种处理后均匀洒在育苗盘内已浸湿的育苗纸上,上方再覆盖一层湿透的育苗纸;
(2)将育苗盘置于28-32℃,暗室培育催芽;
(3)种子露白破胸后,置于32孔育苗穴盘营养土内,于24-26℃培养,获得幼苗,
具体培养条件如下:穴盘营养土表面光照强度为150-250μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,上述光照周期中的光谱能量分布如下:
波长为280-320nm的能量为0.3-0.5W/m2,单独电源控制,光照周期2h/d(LED使用前将智能开关调控UV-B光照时间为0:00-2:00),380-399nm的光量子数所占比例≤1%,波长为400-499nm的光量子数所占比例为21-30%,波长为500-599nm的光量子数所占比例为26-36%,波长为600-699nm的光量子数所占比例为40-46%,波长为700-780nm的光量子数所占比例为2-8%;
(4)将步骤(3)获得的幼苗从育苗穴盘中取出,将幼苗小心的分株后移植到盛有混合基质的栽培盆中,用混合基质将幼苗根部掩埋,栽培盆中水位位于大约幼苗三分之一处,上述混合基质由泥营养土和黄土1:2混合而成;移植后保证室温24-26℃、叶面光量子强度达到300-450μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,该光照周期中的光谱能量分布同步骤(3),定期浇灌营养液,保证基质营养充分;
(5)当水稻进入幼穗发育期时,叶面光量子数达到500-800μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,该光照周期中的光谱能量分布同步骤(3)。
(6)大部分水稻品种为短日照植物,当短日照品种水稻进入预开花期时,光照周期8-12h/d,该光照周期中的叶面光量子数和光谱能量分布同步骤(5)。
(7)当稻穗成熟时可进行种子采收。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明的栽培方法通过在水稻各个生长阶段给予植株相同光配比的全光谱环境条件(即波长为280-320nm的能量为0.3-0.5W/m2,380-399nm的光量子数所占比例≤1%,波长为400-499nm的光量子数所占比例为21-30%,波长为500-599nm的光量子数所占比例为26-36%,波长为600-699nm的光量子数所占比例为40-46%,波长为700-780nm的光量子数所占比例为2-8%),栽培全程无需换灯、调整灯具高度、调节光配比参数。
如附图3所示LED灯具有效平均光量子数通量密度图可以看出,随着植物向上生长,与灯具距离越来越小,截获光量子数通量密度(PPFD)逐渐升高,恰能满足冠层在当下生长阶段的光量需求。该光配方中植物生长需求最多的红蓝光占比都比较多,可满足水稻生长各阶段的特定光质、光量需求,因此,水稻整个生育期的各阶段都无需更改光配比。
植株冠层所截获光量子数随着植株高度的增加而增加,满足其各个生长阶段的光需求。所种植出的水稻植株健壮、叶子翠绿、分蘖多、开花时间早、结穗数量多、穗粒饱满。且对比户外水稻种植情况和其它普通LED种植情况,本发明的实施案例中含UV-B的高强度全光谱LED补光下的水稻稻瘟病和细菌性基腐病的发生概率极显著降低。对比纯红蓝光LED,本发明的实施案例由于绿光的补充,光的穿透力增加,水稻底部叶片黄化面积显著减少,且种植者在全光谱灯光下观察水稻的生长性状更加趋于真实。
附图说明
图1为UV-B未启动时光谱图;
图2为夜间单独启动UV-B照射时光谱图;
图3为LED灯具有效平均光量子数通量密度图,其中,曲线为灯具在不同投射距离下的照射区域及区域内平均照度;
图4为对比例2的光谱图;
图5为对比例3的光谱图(红蓝光配比为5∶1);
图6为对比例3的光谱图(红蓝光配比为7∶1);
图7为对比例4的光谱能量分布图;
图8为对比例5的光谱能量分布图;
图9为不同人工光环境下水稻底部叶片生长情况(左图为实施例2,右图为对比例3)。
图10为不同人工光环境下水稻植株视觉图(左图为实施例2,右图为对比例3)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,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前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法,包括如下步骤:
(1)将水稻种子消毒浸种处理后均匀洒在育苗盘内已浸湿的育苗纸上,上方再覆盖一层湿透的育苗纸;
(2)将育苗盘置于28-32℃,暗室培育催芽;
(3)种子露白破胸后,置于32孔育苗穴盘营养土内,于24-26℃培养,获得幼苗;
具体培养条件如下:穴盘营养土表面光照强度为150-250μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,上述光照周期中的光谱能量分布如下:
波长为280-320nm的能量为0.3-0.5W/m2,单独电源控制,光照周期2h/d(LED使用前将智能开关调控UV-B光照时间为0:00-2:00),380-399nm的光量子数所占比例≤1%,波长为400-499nm的光量子数所占比例为21-30%,波长为500-599nm的光量子数所占比例为26-36%,波长为600-699nm的光量子数所占比例为40-46%,波长为700-780nm的光量子数所占比例为2-8%;
(4)将步骤(3)获得的幼苗从育苗穴盘中取出,将幼苗小心的分株后移植到盛有混合基质的栽培盆中,用混合基质将幼苗根部掩埋,栽培盆中水位位于大约幼苗三分之一处,上述混合基质由泥营养土和黄土1:2混合而成;移植后保证室温24-26℃、叶面光量子强度达到300-450μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,该光照周期中的光谱能量分布同步骤(3),定期浇灌营养液,保证基质营养充分;
(5)当水稻进入幼穗发育期时,叶面光量子数达到500-800μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,该光照周期中的光谱能量分布同步骤(3)。
(6)大部分水稻品种为短日照植物,当短日照品种水稻进入预开花期时,光照周期8-12h/d,该光照周期中的叶面光量子数和光谱能量分布同步骤(5)。
(7)当稻穗成熟时可进行种子采收。
实施例2
将实施例1的步骤(3)至步骤(6)中的光谱能量分布优选为:
波长为310nm的能量为0.35W/m2,单独电源控制,光照周期2h/d(LED使用前将智能开关调控UV-B光照时间为0:00-2:00),380-399nm的光量子数所占比例0.05%,波长为400-499nm的光量子数所占比例为26.56%,波长为500-599nm的光量子数所占比例为33.27%,波长为600-699nm的光量子数所占比例为40.17%,波长为700-780nm的光量子数所占比例为2.9%。其相关光谱图如图1-2所示。
其余种植步骤及相关参数保持不变。
为突出本发明的有益效果,例举以下对比例。
对比例1
使用与实施例1相同品种的水稻种子,进行户外自然光种植。
(1)将水稻种子消毒浸种处理后均匀洒在育苗盘内已浸湿的育苗纸上,上方再覆盖一层湿透的育苗纸;
(2)将育苗盘置于28-32℃,暗室培育催芽;
(3)种子露白破胸后,置于32孔育苗穴盘营养土内,于户外大田里自然光下培养,获得幼苗;
(4)将步骤(3)获得的幼苗从育苗穴盘中取出,将幼苗根部掩埋于户外大田中,水位位于大约幼苗三分之一处;移植后适时施肥,保证基质营养充分;
(5)当稻穗成熟时可进行种子采收。
对比例2
普通LED种植水稻的具体步骤为(幼苗期专用LED,除光配方,种植步骤同实施例1):
幼苗期:光照周期12h/d,380-399nm的光量子数所占比例0.07%,波长为400-499nm的光量子数所占比例为30%,波长为500-599nm的光量子数所占比例为45.8%,波长为600-699nm的光量子数所占比例为25.2%,波长为700-780nm的光量子数所占比例为2.5%,光照强度为85μmol/(m2.s);如图4所示。
将获得的幼苗从育苗穴盘中取出,将幼苗根部掩埋于户外大田中,水位位于大约幼苗三分之一处;移植后适时施肥,保证基质营养充分;
当稻穗成熟时可进行种子采收。
对比例3
纯红蓝光LED种植水稻的具体步骤为(除光配方,种植步骤同实施例1):
(1)幼苗期:种子萌发开始,红、蓝两色LED植物灯的红蓝光配比为5∶1,光照强度为130μmol/(m2.s);如图5所示;
(2)秧苗分蘖期,包括:返青期有效分蘖期无效分蘖期。红、蓝两色LED植物灯的红蓝光配比为7∶1,光照强度为180μmol/(m2.s);如图6所示;
(3)幼穗发育期。红、蓝两色LED植物灯的红蓝光配比为7∶1,光照强度为180μmol/(m2.s);如图6所示;
(4)开花结实期。红、蓝两色LED植物灯的红蓝光配比为7∶1,光照强度为150μmol/(m2.s);如图6所示;
(5)当稻穗成熟时可进行种子采收。
对比例4
与实施例1相比,光照周期中的光谱能量分布调整为如下比例:
380-399nm的光量子数所占比例0.03%,波长为400-499nm的光量子数所占比例为16.29%,波长为500-599nm的光量子数所占比例为22.49%,波长为600-699nm的光量子数所占比例为61.22%,波长为700-780nm的光量子数所占比例为1.98%。如图7所示。
其余步骤、参数不变。
对比例5
与实施例1相比,光照周期中的光谱能量分布调整为如下比例:
380-399nm的光量子数所占比例0.07%,波长为400-499nm的光量子数所占比例为28.06%,波长为500-599nm的光量子数所占比例为41.49%,波长为600-699nm的光量子数所占比例为34.49%,波长为700-780nm的光量子数所占比例为2.1%。如图8所示。
其余步骤、参数不变。
将本发明实施例2种植的水稻与对比例1-5对比,结果如下:
(1)不同光环境对水稻稻瘟病的防治效果
单穗病情分级指标:0级,无病;1级,发病枝梗<5%(个别枝梗发病);3级,5.1%~20%枝梗发病(三分之一的枝梗发病);5级,20.1%~50%枝梗发病(穗颈发病或主轴发病,小部分秕谷);7级,50.1%~70%枝梗发病(穗颈发病,大部分秕谷);9级,70.1%~100%枝梗发病(穗颈发病,成白穗)。计算公式:
表1 不同光环境对水稻稻瘟病的防治效果
注:表中同列不同小、大写字母分别表示处理间差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)。对比例1设为对照。
(2)不同光环境对水稻细菌性基腐病的防治效果
水稻细菌性基腐病病情分级标准:0级为无症状;1级为心叶枯萎1/3以下;2级为心叶枯萎1/3-1/2;3级为心叶枯萎1/2-3/4;4级为心叶枯萎3/4以上。计算公式:
表2 不同光环境对水稻细菌性基腐病的防治效果
注:表中同列不同小、大写字母分别表示处理间差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)。对比例1设为对照。
(3)不同人工光环境下水稻底部叶片生长情况,如图9所示。
(4)不同人工光环境下水稻植株视觉图,如图10所示。
通过上述结果可知:
对比户外水稻种植情况和普通LED种植情况,本发明栽培方法下的水稻稻瘟病和细菌性基腐病的发生概率极显著降低。
对比纯红蓝光LED,全光谱灯由于绿光的补充,光的穿透力增加,水稻底部叶片黄化面积显著减少。
对比纯红蓝光LED,全光谱灯光下种植者观察水稻生长性状更加趋于真实。
另外,与实施例2类似的,在实施例1中的光谱能量分布范围内进行参数调整,经过与对比例进行实验对比,也同样可以得到与实施例2相近的实验结果,在此不再一一赘述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将水稻种子消毒浸种处理后洒入育苗盘;
(2)置于暗室培育催芽;
(3)种子露白破胸后,置于育苗穴盘营养土内,于24-26℃培养,获得幼苗;
具体培养条件如下:穴盘营养土表面光照强度为150-250μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,上述光照周期中的光谱能量分布如下:波长为280-320nm的能量为0.3-0.5W/m2,单独电源控制,光照周期2h/d;
380-399nm的光量子数所占比例≤1%,波长为400-499nm的光量子数所占比例为21-30%,波长为500-599nm的光量子数所占比例为26-36%,波长为600-699nm的光量子数所占比例为40-46%,波长为700-780nm的光量子数所占比例为2-8%;
(4)将步骤(3)获得的幼苗从育苗穴盘中取出,将幼苗分株后移植到盛有混合基质的栽培盆中;移植后保证室温24-26℃,叶面光量子强度达到300-450μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,该光照周期中的光谱能量分布同步骤(3),定期浇灌营养液;
(5)当水稻进入幼穗发育期时,叶面光量子数达到500-800μmol·m-2·s-1,光照周期12-16h/d,该光照周期中的光谱能量分布同步骤(3);
(6)当短日照品种水稻进入预开花期时,光照周期8-12h/d,该光照周期中的叶面光量子数和光谱能量分布同步骤(5);
(7)当稻穗成熟时可进行种子采收。
2.根据权利要求1所述的适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法,其特征在于:所述步骤(1)中,将水稻种子消毒浸种处理后均匀洒在育苗盘内已浸湿的育苗纸上,上方再覆盖一层湿透的育苗纸。
3.根据权利要求1所述的适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法,其特征在于:所述步骤(2)中,将育苗盘置于28-32℃,暗室培育催芽。
4.根据权利要求1所述的适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法,其特征在于:所述步骤(3)中,单独电源控制的方法为LED使用前将智能开关调控UV-B光照时间为0:00-2:00。
5.根据权利要求1所述的适用于水稻全生育期的LED人工光环境栽培方法,其特征在于:所述步骤(4)中,移植到盛有混合基质的栽培盆后,用混合基质将幼苗根部掩埋,栽培盆中水位位于大约幼苗三分之一处,上述混合基质由营养土和黄土1:2混合而成。
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