CN114521410B - 激光育苗方法及基于该方法的水稻培育方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于种植技术领域，尤其涉及一种激光育苗方法及基于该方法的水稻培育方法。所述方法包括：对秧苗生长阶段的水稻进行辐照；所述激光育苗光场由蓝光激光和红光激光构成，所述蓝光激光波长为445～455 nm，所述红光激光波长为655～665 nm，所述激光育苗光场的光强为0.1～2.0μmol·m^‑2·s^‑1，单日辐照时长≤16 h；所述水稻于苗种出芽后至三叶期前，红、蓝光激光的光强比为（0.5~4）：1；所述水稻于三叶期至秧苗移栽，红、蓝光激光光强比为（2～5）：1。本发明通过激光补光降低了能耗比、提高了光利用率，对于农业种植补光领域，能够节约超60%的能源，产生了非常显著的节能效果。

Description

激光育苗方法及基于该方法的水稻培育方法

技术领域

本发明属于种植技术领域，尤其涉及一种激光育苗方法及基于该方法的水稻培育方法。

背景技术

水稻育苗是水稻种植工作中的重要环节，直接关系到水稻的品质和产量，是水稻高产的前提。其育苗过程离不开光、温度、湿度、空气、土壤等要素，而这其中光是最难调控的要素之一。光是植物光合作用的唯一能量来源，光照强度、光质以及光照的周期性变化对作物的生长发育具有深刻影响。其中波长范围300～800 nm的辐射为植物的生理有效辐射，波长范围380～710 nm的辐射是植物的光合有效辐射。

人们一直在探索和寻找合适的光源进行补充光照以提高和改善植物的品质和产量。在早期人们使用白炽灯作为植物补光的光源，此后，随着光源技术的发展荧光灯、高压卤素灯、高压钠灯、LED灯等光源被逐渐应用到植物照明领域，特别随着植物工厂的发展，植物照明的需求和优势越来越明显。由于白炽灯电光效率低，光合能效低等缺点，已被市场淘汰。荧光灯虽然可以植物进行照明，适用于立体栽培，但荧光灯光谱布局不合理，发光效率低于高压钠灯，寿命短，且对环境有害，因此也逐渐被取代。高压卤素灯也因为对环境的污染问题而被淘汰。高压钠灯由于其光谱成分主要集中在黄橙光波段，存在光合效率低的缺点，造成能效较低的短板，且发热量大，不宜近距离照射，从而限制了应用。近年来虽然由于LED具有环保、寿命长、单色光、冷光源等优点而得到了应用，但LED光源仍然存在光分散度大，波长不精准、光电转换效率低，能耗高、照射面积小、照射高度低问题，也没有解决植物光能利用率不高的问题，从而限制了其在农作物补光领域的应用。

为此，本发明研究人员旨在开发一种以激光替代现有常规补光光源的方法。激光是20世纪以来人类重大发明之一，是人工光源中唯一与太阳光具有平行光特性的光源。此外，激光还具有相干性好、单色性好、方向性好、亮度高、能量大、光电转换效率高、节能等特性，特别是近年来随着半导体激光技术的发展，激光功率、波长的可调性越来越高，价格越来越便宜，为激光技术在水稻育苗等农业领域中的应用提供了巨大的空间。

但现有的激光用于农业种植领域中时较为少见，通常仅用于测量计数、检测和诱变方面。如CN103385050A激光种子处理机，其用于激光诱变；如CN101911877B基于激光漫反射图像计数的种子生命力鉴别装置和方法，其用于检测和测量；又如CN103636331B一种基于激光切割的组培苗快速移植机及其移植方法，其用于测量计数等。可见，激光在农业种植技术领域中直接用于补光育苗的应用较少。现有技术中，CN112432135A公开了一种用于植物照明激光光源补光器，其公开了一种激光补光光源，并且公开了激光光源相较于普通LED等补光光源具有节能高效等特点，而CN104407647A实际公开了一种温室补光系统及方法，其公开了采用红蓝双光源激光补光的技术体系，采用430nm+662nm的双光谱激光光源或454nm+643nm的双光谱激光光源用于植物补光，但是其目的在于保持植物在无光或弱光条件下的正常生长，并不在于促育壮苗，且具其记载也无从获知其能够产生促育壮苗的技术效果。同样的，CN111448904A一种光调控黄瓜育苗方法及光照设备其实际也公开了采用红蓝光补光育苗的技术，但实际其也仅能够满足植物正常发育所需，无法实现促育壮苗的技术效果，同时其所采用的为LED光源，LED光源存在能耗大、效果差等缺陷。

发明内容

为解决现有的植物补光方法存在局限性，例如：能耗大、效率低且效果差，大多仅能够满足维持植株在无光或弱光条件下正常发育等问题。本发明提供了激光育苗方法，以及基于该育苗方法的整体水稻培育方法。

本发明的目的在于：

一、合理采用激光光源替代现有的LED光源和/或白炽光源等，实现向节能化和高效化转变；

二、合理控制激光光场的构成，在满足水稻正常发育所需的前提下，进一步提高水稻育苗培育效果，进而实现最终的增产。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种激光育苗方法，

所述方法包括：

在秧苗生长阶段的水稻培育场所设置激光育苗光场，环境光强≤200 μmol·m^-2·s^-1时启动激光育苗光场对秧苗生长阶段的水稻进行辐照；

所述激光育苗光场由蓝光激光和红光激光构成，所述蓝光激光波长为445～455nm，所述红光激光波长为655～665 nm，所述激光育苗光场的光强为0.1～2.0 μmol·m^-2·s^-1，单日辐照时长≤16 h；

所述秧苗生长阶段为水稻的苗种出芽至秧苗移栽阶段；

所述水稻于苗种出芽后至三叶期前，红光激光与蓝光激光的光强比为（0.5~4）：1：；

所述水稻于三叶期至秧苗移栽，红光激光与蓝光激光光强比为（2～5）：1。

在本发明技术方案中，对激光育苗光场的光质和光强进行了严格的控制。众所周知的是：水稻的生理有效辐射波长范围为300～800 nm，而光合有效辐射的波长范围为380～710 nm。但是，经试验证明大多数波长的光对于秧苗期水稻并无显著的促生长和促发育的作用，因为不同波长范围的激光对于植株所产生的效果并不相同。在均能够实现补光维持植株正常发育的情况下，由于叶绿素对于红蓝光的吸收程度最高，因此红蓝光更能够有效促进植株的生长发育。如[1]熊亚利, 王国莉, 吕镇城,等. 不同波长蓝光LED对两个品种水稻秧苗生长的影响[J]. 广西植物, 2016, 36(3):8.一文也明确记载了不同波长的蓝光对于植株的生长发育促进效果均不尽相同，甚至采用不恰当的红蓝光还存在抑制秧苗期水稻生长发育的可能性。同样，在秧苗期水稻的不同阶段，其生长需求不同，而红光和蓝光对于植物的促进效果也不尽相同。并且，任意一点的波长或光强比改变均会导致较为显著的生长差距，如450 nm蓝光与470 nm蓝光处理的壮苗指数差距可达到8～13 %，产生非常显著的差异，又如水稻于苗种出芽至三叶期前采用1.2：1的光强比，相较于1.5：1的光强比，其壮苗指数相差达到12 %以上。因此，严格把控激光育苗光场的光质和光强比对于本发明技术方案而言是尤为关键的。

此外，激光与常见补光系统所用的LED光源等普质光源相比，还具有特殊的显著区别，即在于激光的高相干性且能量密度是远远高于常见的普质光源，因此所产生的作用效果也是远远不同的。如普质光源的蓝光穿透能力弱，通常无法被植物叶绿体直接吸收，需要经过叶黄素和胡萝卜素的转化后才能够传递给叶绿素进行光合作用，但是在激光光源下，蓝光穿透浅的缺陷被弥补，可被叶绿体直接吸收，能够更加有效地直接促进植物地生长。原本LED光源或其余可控普质光源，采用蓝光补光仅能够促进其矮壮生长，其PSII系数并未得到显著的提升，但在适当蓝光激光补光情况下，其能够显著提高其PSII系数，使其光合作用显著增强，大大提高了蓝光的激光补光效果，使其由生茎生叶的效果转变为更加显著地产生生根的效果。

又如常规的普质光源红光补光，其主要起促进开花结果的效果，并不常用于植物，尤其水稻的秧苗生长阶段，因为常见的普质光源用于水稻的秧苗生长阶段时，非但不能够有效地促进其生长发育，反而容易导致秧苗阶段的水稻在红光作用下产生养分分配不均的问题。而激光光源进行红光补光时，也同样会产生相较于普质光源一定程度上改变直接作用的受体，尤其激光光子的相干性好，使其产生与普质光源补光完全不同的技术效果，在秧苗期提高根系和茎部生长等效果，且可以有效修复紫外损伤和高盐碱损伤，并产生记忆效应，移栽后生长速度加快，干物质积累速度加快，实现早熟。

作为优选，

所述激光育苗光场由若干半导体激光光源构成。

半导体激光光源根据激光育苗场所设定数量，确保实现均匀的出光布局。所述的育苗场所包括湿润育秧（苗）、旱育秧（苗）、场地育秧（苗）场所、工厂化育秧苗场所，以及植物生长箱。激光光源可布置在植物上方或侧方，采用顶照、侧照或斜照的方式进行照射，激光光源可以根据需要组装成各种形态灯具，包括但不限于直管灯、飞碟灯、环形灯、投射灯。所述的激光照射光源可单独使用也可与现有光源配合使用。

而半导体激光相较于其余的固体激光、气体激光等发生器而言，具有体积小、能耗低、照射面积大、方便可调的特点，且能够更加有效且稳定的保持光源强度，避免光强过量导致植物损伤。

作为优选，

所述水稻于苗种出芽至三叶期前，所述激光育苗光场的激光光强为0.1～0.8 μmol·m^-2·s^-1；

所述水稻于三叶期至秧苗移栽，所述激光育苗光场的激光光强为0.5～2.0 μmol·m^-2·s^-1。

针对不同发育阶段的秧苗期水稻采用上述特定的光质和光强，以实现在不同生长阶段的指向促生长效果。如在苗种出芽后至三叶期前，采用蓝光比例相对较高和较低光强能够有效促进水稻的根数及径粗指向性发育；在三叶期至秧苗移栽，采用相对较高的红光配比和光强能够有效促进水稻的茎高和根系的指向性发育。

此外，相较于普质光源而言，激光光源的光强调控需要非常严格地进行。因为激光具有能量密度显著高于普质光源的问题，若采用常规的光强进行照射，非常容易导致植物发生严重的损伤。光强一旦超出或低于上述范围，实际作用效果均会产生非常严重的断崖式下降。因为激光的相干性和高能量密度特点，改变了实际应用过程中的红蓝光穿透性，因而光强轻微的变化一旦发生，便会导致其实际作用效果产生本质的区别，难以预期其好坏与否，因而控制激光光强也是本发明最为关键的部分之一。

作为优选，

所述水稻于苗种出芽至三叶期前，单日辐照时长为4～14h；

所述水稻于三叶期至秧苗移栽，单日辐照时长为6～16 h。

由于各个阶段的水稻发育需求不同，需要配合调整单日辐照时长。如在苗种出芽后至三叶期前，需要相对较长的无光或低光休眠期，以利于组织分化；在三叶期至秧苗移栽，采用相对较长的单日辐照时长，有利于增加营养积累，提高壮苗指数。

本发明旨在利用红蓝激光大大改进水稻秧苗期的生长发育，因而适应秧苗期水稻的生长需求也是十分关键的一部分。

作为优选，

所述激光育苗光场的光源与秧苗生长阶段水稻育苗基质表面的距离≥0.5 m。

激光光源具有较高的能量，距离秧苗生长阶段的水稻距离过近，容易对水稻造成不利影响。

一种水稻培育方法，

所述水稻在秧苗生长阶段时进行激光育苗，完成后移栽至大田。

通过本发明的激光育苗方法配合进行水稻培育，能够有效实现水稻增产25 %以上，具有显著的促育增长效果。

本发明的有益效果是：

1）本发明通过激光替代常见的LED光源和/或白炽光源等常见现有的补光光源，降低了能耗比、提高了光利用率，对于农业种植补光领域，能够节约超60 %的能源，产生了非常显著的节能效果；

2）通过特定的波长配合和光强比配合，能够非常有效地实现秧苗期水稻的促育壮苗效果，并使秧苗产生记忆效应，移栽后仍可保持优势生长性状，而不是简单地实现补光维持植株生产，对于植株的增产具有显著的效果。

附图说明

图1为本发明实施例1和对比例1所得秧苗样品对比照片；

图2为波长对于壮苗效果影响的测试结果图；

图3为光强比对于壮苗效果影响的测试结果图；

图4为苗种出芽后至三叶期前阶段总光强对于壮苗效果影响的测试结果图；

图5为三叶期至秧苗移栽阶段总光强对于壮苗效果影响的测试结果图；

图6为激光补光、LED补光和CK秧苗样品对比照片。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。

如无特殊说明，以下记载的实施例与对比例一一对应进行横向对比，不同实施例和对比例之间由于稻种不同，且培育周期、环境、土肥管理等存在差异，因此存在的差异性。

实施例1

一种水稻培育方法，具体包括以下步骤：

1）将激光光源布置于温室培育秧苗场所，距离水稻育苗基质表面4米高度，平面育秧方式，每盏灯大约照射面积60平方米，调整光源投射角度，使光场分布均匀；

2）稻种（稻花香1号）出苗后，选用波长450nm的蓝光、波长660nm的红光激光光源，调节红蓝比为4：1，激光初始光强0.1 μmol·m^-2·s^-1，在环境光强低于200 μmol·m^-2·s^-1时，启动激光光源，补充光照每天4小时，阴天每天补光不超过14小时；以后光强每天增加0.1 μmol·m^-2·s^-1，直至0.8 μmol·m^-2·s^-1稳定状态就不在增加；

3）三叶期至移栽前激光光源红蓝比为4：1，激光光强1.0 μmol·m^-2·s^-1，在环境光强低于200 μmol·m^-2·s^-1时，启动激光光源，补充光照时间每天6小时，阴天每天补光最长不超过16小时；

上述步骤2）至步骤3）过程中，育苗期间水肥管理、除草、除虫等正常管理均正常进行；

4）将补光处理秧苗与对照组秧苗同时移栽至大田考察，每亩秧苗插秧100亩田地，进行常规培育。

本组别标记为BG1。

对比例1

步骤1）至步骤3）以自然光替代，不进行补光处理，作为CK1。

测试I。

对BG1和CK组的秧苗形态进行检测和对比，具体如下表所示。

组别	根长（cm）	根系直径（cm）	株高（cm）	茎粗（cm）	干重（g）	壮苗指数
							BG1	5.33	0.0938	18.56	0.416	0.161	0.00362
CK1	4.35	0.0407	15.67	0.283	0.125	0.00225

通过上述对比可以看出，通过本发明技术方案进行有效合理的激光补光后，秧苗形态发生显著的改变。尤其在根系直径、茎粗两方面，使得秧苗显著变粗变壮，产生了极为显著的促育壮苗效果。并且，壮苗指数作为秧苗期水稻的重要指标，其增长率达到了61 %，表明在秧苗期，BG1组水稻秧苗品质要远远优于CK组。

同样，在水稻成熟后，经脱粒称重，BG1组水稻亩产723 kg，CK组亩产仅为575 kg，亩产产量差距高达25.7 %，差距极为显著。

具体的，根长和株高对比如图1所示。图1中左为CK1试验组，右为BG1试验组。其中，图1为新鲜掘出水洗后的秧苗照片，而根长数据通过拉直测量并平均计算得出。图1展示，经过本发明补光的秧苗相较于自然光的条件下生长的秧苗，明显株高更高、茎粗更大，生长得更加茁壮，并且根系更加发达、壮硕，表明本发明技术方案的可明显改善光合作用效率、适合水稻秧苗生长，插秧后正常管理，测产数据表明补光对水稻增产效果明显，同时可以提早成熟15天以上。

实施例2

一种水稻培育方法，具体包括以下步骤：

1）将激光光源布置于植物工厂立体种植架内，每个种植架分三层，层间高度60cm，光源距离水稻育苗基质表面50cm，从顶部向下照射，每盏灯照射面积1平方米，使光场分布均匀；

2）稻种（吉宏6号）出苗后，选用中心波长455 nm的蓝光、中心波长665nm的红光激光光源，调节红蓝比为0.5：1，激光光强0.8 μmol·m^-2·s^-1，在环境光强低于200 μmol·m^-2·s^-1时，启动激光光源，补充光照每天4小时，阴天每天补光不超过14小时；

3）三叶期至移栽前激光光源红蓝比为5：1，激光光强2 μmol·m^-2·s^-1，在环境光强低于200 μmol·m^-2·s^-1时，启动激光光源，补充光照时间每天6小时，阴天每天补光最长不超过16小时；

上述步骤2）至步骤3）过程中，育苗期间水肥管理、除草、除虫等正常管理均正常进行；

4）将补光处理秧苗与对照组秧苗同时移栽至大田考察，每亩秧苗插秧100亩田地，进行常规培育。

本组别标记为BG2。

对比例2

步骤1）至步骤3）以自然光替代，不进行补光处理，作为CK2。

测试2。

对BG1和CK组的秧苗形态进行检测和对比，具体如下表所示。

组别	根长（cm）	根系直径（cm）	株高（cm）	茎粗（cm）	干重（g）	壮苗指数
							BG2	6.23	0.0537	17.98	0.354	0.136	0.00267
CK2	5.54	0.0391	15.11	0.279	0.119	0.00219

通过上述对比可以看出，通过本发明技术方案进行有效合理的激光补光后，秧苗形态发生显著的改变。尤其在根系直径、茎粗两方面，使得秧苗显著变粗变壮，产生了极为显著的促育壮苗效果。并且，壮苗指数作为秧苗期水稻的重要指标，其增长率达到了22%，表明在秧苗期，BG2组水稻秧苗品质要远远优于CK2组。

实施例3

一种水稻培育方法，具体包括以下步骤：

将激光光源布置于温室培育秧苗场所水稻育苗盘上方，距离育苗基质表面60cm高度，平面育秧方式，每盏灯大约照射面积1平方米，调整光源投射角度，使光场分布均匀；

2）稻种（甬优12）出苗后，选用波长450nm的蓝光、波长665nm的红光激光光源，调节红蓝比为3：1，激光光强0.7 μmol·m^-2·s^-1，在环境光强低于200 μmol·m^-2·s^-1时，启动激光光源，补充光照每天4小时，阴天每天补光不超过14小时；

3）三叶期至移栽前激光光源红蓝比为3：1，激光光强0.7 μmol·m^-2·s^-1，在环境光强低于200 μmol·m^-2·s^-1时，启动激光光源，补充光照时间每天6小时，阴天每天补光最长不超过16小时；

上述步骤2）至步骤3）过程中，育苗期间水肥管理、除草、除虫等正常管理均正常进行；

4）将补光处理秧苗与对照组秧苗同时移栽至大田考察，每亩秧苗插秧100亩田地，进行常规培育。

本组别标记为BG3。

对比例3

步骤1）至步骤3）以自然光替代，不进行补光处理，作为CK3。

测试3。

对BG1和CK组的秧苗形态进行检测和对比，具体如下表所示。

组别	根长（cm）	根系直径（cm）	株高（cm）	茎粗（cm）	干重（g）	壮苗指数
							BG3	9.63	0.0853	17.55	0.407	0.134	0.00311
CK3	5.72	0.0474	15.67	0.251	0.112	0.00180

通过上述对比可以看出，通过本发明技术方案进行有效合理的激光补光后，秧苗形态发生显著的改变。尤其在根系直径、茎粗两方面，使得秧苗显著变粗变壮，产生了极为显著的促育壮苗效果。并且，壮苗指数作为秧苗期水稻的重要指标，其增长率达到了73 %，表明在秧苗期，BG3组水稻秧苗品质要远远优于CK3组。

实施例4

一种水稻培育方法，具体包括以下步骤：

1）将激光光源布置于场地培育秧苗场所水稻育苗盘上方，距离育苗基质表面3.5米高度，平面育秧方式，每盏灯大约照射面积60平方米，调整光源投射角度，使光场分布均匀；

2）稻种（吉粳816）出苗后，选用波长445nm的蓝光、波长655nm的红光激光光源，调节红蓝比为1：1，激光光强0.3 μmol·m^-2·s^-1，在环境光强低于200 μmol·m^-2·s^-1时，启动激光光源，补充光照每天4小时，阴天每天补光不超过14小时；

3）三叶期至移栽前激光光源红蓝比为2：1，激光光强0.5 μmol·m^-2·s^-1，在环境光强低于200 μmol·m^-2·s^-1时，启动激光光源，补充光照时间每天6小时，阴天每天补光最长不超过16小时；

上述步骤2）至步骤3）过程中，育苗期间水肥管理、除草、除虫等正常管理均正常进行；

4）将补光处理秧苗与对照组秧苗同时移栽至大田考察，每亩秧苗插秧100亩田地，进行常规培育。

本组别标记为BG4。

对比例4

步骤1）至步骤3）以自然光替代，不进行补光处理，作为CK4。

测试4。

对BG1和CK组的秧苗形态进行检测和对比，具体如下表所示。

组别	根长（cm）	根系直径（cm）	株高（cm）	茎粗（cm）	干重（g）	壮苗指数
							BG4	5.17	0.0706	16.06	0.339	0.115	0.00242
CK4	4.93	0.0381	15.28	0.262	0.108	0.00186

通过上述对比可以看出，通过本发明技术方案进行有效合理的激光补光后，秧苗形态发生显著的改变。尤其在根系直径、茎粗两方面，使得秧苗显著变粗变壮，产生了极为显著的促育壮苗效果。并且，壮苗指数作为秧苗期水稻的重要指标，其增长率达到了30 %，表明在秧苗期，BG4组水稻秧苗品质要远远优于CK4组。

最佳激光配比试验

基于上述实施例1，对补光激光的波长和光强进行分别的调节，进行如下的试验。

激光配比试验1

在其他条件完全不变的情况下，仅对红蓝光波长进行调节，通过直接对激光光源进行调整，

以5 nm为梯度，将所选用的蓝光波长由430 nm作为起始点调节至480 nm，将所选用的红光波长由620 nm作为起始点调节至710 nm，利用LI-6400XT 光合-荧光测定系统（LI-COR）进行正交试验，测定植物净光合速率，取部分数据整理得到如图2所示的结果。BlueLaser坐标轴为蓝光波长/nm，Red Laser为红光波长/nm，pn为净光合速率/μmolco²·m^-2·s^-1

从图2中可以明显看出，随着蓝光的波长增大，净光合速率（pn）先增大、后减小、而后增大、又减少，约435nm、450 nm左右pn数值达到相对峰值，而随着红光的波长增大，净光合速率（pn）也呈现出类似的趋势，但其产生的是三峰的趋势，分别于约630 nm、660 nm、680nm左右产生。

表明虽然均是红蓝光配合照射，且红蓝光比、光强比以及总光强方面均相同的情况下，仅分别调节红蓝光的波长，植物净光合速率就表现出了显著的效果差异性,分别在红光660nm,蓝光450nm时候达到最高净光合作用速率，表明当前植物生长处在最高干物质积累率阶段、最高光能利用率阶段，而在其他条件不变，仅使用普质光源（LED等）进行同等试验的作用下，改变红蓝光波长不会如激光波长改变而产生显著的净光合速率差异，如430～460 nm波长范围的蓝光在与650 nm红光的配合下，净光合速率差异≤9.1 %，而在600～680nm波长范围的红光与450 nm蓝光的配合下，净光合速率≤10.2 %。因此，对于激光光质的补光方案而言，波长的选择对于水稻秧苗的干物质积累作用效果以及高光能利用作用效果也存在显著的区别。

利用上述试验的结论，其他条件不变情况下，分别选取红光波长638 nm、660 nm、680nm，蓝光波长430nm,450nm进行不同波长补光试验，对具体的水稻秧苗生长参数进行分析，发现蓝光430 nm峰时，秧苗的根长、根径等方面相较于450 nm峰（BG1组数据）显著下降，茎粗略微增大，株高相较于CK1组更低，均值约仅在14.36 cm，茎粗增长不显著。此外，638nm红光试验组根长、根径相较于CK1组产生下降、平均株高约为13.96 cm、茎粗略微增大，而680 nm红光试验组根长、根径相较于BG1组显著下降，平均株高约16.11 cm、茎粗显著增大。表明实际不同波长的激光补光效果对于秧苗期植株的干预作用存在显著的区别，这也与激光的高能特性存在显著的相关性。因此对于波长选择而言，本发明所选择的中心波长具有独一无二的特性，对于秧苗期水稻的生长具有不可替代的显著茁壮作用，显著区别于其他波长以及LED等其他普质光源。

激光配比试验2

在其他条件完全不变的情况下，仅对红蓝光的光强比进行调整（总光强不变），区分为P1阶段（苗种出芽后至三叶期前）和P2阶段（三叶期至秧苗移栽），并测量、计算得到壮苗指数，绘制成图如图3所示。其中：P1 LIR为P1阶段的光强比，P2 LIR为P2阶段的光强比，SSI为壮苗指数。

从试验结果也可以看出，光强比实际对于补光效果具有较为显著的影响。并且，从P1 LIR横向对比可以看出，实际P1阶段的光强比为1：1时和4：1时SSI指标差异并不显著，但实际从具体参数进行对比，光强比1：1的试验组水稻秧苗根系生长更优于光强比4：1的试验组，而光强比4：1的试验组水稻秧苗在株高、茎粗等方面更优于光强比1：1的试验组，因而根据实际需求可对光强比在合理范围内进行调控，但不应当超出本发明所限定的范围，以免效果显著下降。

同理P2 LIR横向对比，P2阶段的光强比4：1试验组和5：1试验组相比，前者的株高、茎粗方面略有优势，而后者在根系生长方面存在明显优势，且该优势是普遍存在的，并不为单个个例所产生。

激光补光与LED补光的效果对比

采用与实施例1相同的技术方案、其他条件完全不变的情况下，，仅对激光光质的补光与LED光质的补光进行对比，同样区分为P1阶段（苗种出芽后至三叶期前）和P2阶段（三叶期至秧苗移栽）。

仅对P1的光强进行调整：P1阶段的激光补光试验组中每个试验组的总光强由低到高依次为0.05 μmol·m^-2·s^-1至5 μmol·m^-2·s^-1，最，每个光强试验组均有50 个水稻样品，P2阶段的总光强保持1.0 μmol·m^-2·s^-1；P1阶段的LED补光试验组总光强由10μmol·m^-2·s^-1调节至 120 μmol·m^-2·s^-1，每个光强试验组均有50 个水稻样品，P2阶段的总光强保持理论较优的70 μmol·m^-2·s^-1，并与CK1组进行对比。得到如图4所示的结果。图中：SSI表示壮苗指数，TLI为总光强，单位为μmol·m^-2·s^-1。Laser组为激光补光试验组，LED为LED补光试验组。

仅对P2的光强进行调整：P2阶段的激光补光试验组总光强由0.2 μmol·m^-2·s^-1调节至5 μmol·m^-2·s^-1，每个光强试验组均有50 个水稻样品，P1阶段的初始总光强保持0.1 μmol·m^-2·s^-1，以后光强每天增加0.1 μmol·m^-2·s^-1，直至0.8 μmol·m^-2·s^-1稳定状态就不再增加，P2阶段的LED补光试验组总光强由10μmol·m^-2·s^-1调节至 120 μmol·m^-2·s^-1，每个光强试验组均有50 个水稻样品，P1阶段的总光强保持理论较优的70 μmol·m^-2·s^-1，并与CK1组进行对比。得到如图5所示的结果。图中：SSI表示壮苗指数，TLI为总光强，单位为μmol·m^-2·s^-1。Laser组为激光补光试验组，LED为LED补光试验组。

从图4和图5可以明显看出，本发明技术方案总光强对于实际补光效果也具有显著的影响。更甚从图4和图5中也可以明显看出，采用过高的总光强甚至会产生一定的危害性，在激光光强高于5 μmol·m^-2·s^-1时甚至会直接烤焦水稻秧苗，而部分安全区间内的激光光强还导致秧苗期水稻的壮苗指数更低于CK对照组。这主要是由于激光光质具有高能和高相干性的特性，其作用在秧苗期水稻上的效果更加直接且强烈。因而对于总光强的控制是本发明十分关键的一个步骤，也是决定性地影响了本发明方案所产生的技术效果的关键参数。

此外，取样P1阶段光强调控试验中的水稻秧苗样品进行拍照宏观比对，如图6所示。图6中左侧为P1阶段总光强为4.6 μmol·m^-2·s^-1光强试验组的的水稻，中间为P1阶段总光强0.5 μmol·m^-2·s^-1光强试验组的的水稻，右侧为CK组水稻。对比可以明显看出，虽然4.6 μmol·m^-2·s^-1光强试验组的的水稻在图4中也表现出壮苗指数也显著高于CK组水稻，但是实际在根系生长方面，从图6中可以看出，并没有显著得茁壮、伸长，而0.5 μmol·m^-2·s^-1光强试验组的的水稻在根系方面明显更加发达、茁壮，且根长显著大于另外两组水稻。此外，图6也表现出4.6 μmol·m^-2·s^-1光强试验组的的水稻和0.5 μmol·m^-2·s^-1光强试验组的的水稻茎部茁壮程度较为接近、类似，实际总光强的调整也会产生效果差异，即便均能够提高壮苗指数，但对于秧苗期水稻的生长影响还是存在显著的差异。

Claims (6)

1.一种激光育苗方法，其特征在于，

所述方法包括：

在秧苗生长阶段的水稻培育场所设置激光育苗光场，环境光强≤200 μmol·m^-2·s^-1时启动激光育苗光场对秧苗生长阶段的水稻进行辐照；

所述激光育苗光场由蓝光激光和红光激光构成，所述蓝光激光波长为445～455 nm，所述红光激光波长为655～665 nm，所述激光育苗光场的光强为0.1～2.0 μmol·m^-2·s^-1，单日辐照时长≤16 h；

所述秧苗生长阶段为水稻的苗种出芽至秧苗移栽阶段；

所述水稻于苗种出芽后至三叶期前，红光激光与蓝光激光的光强比为（0.5~4）：1；

所述水稻于三叶期至秧苗移栽，红光激光与蓝光激光光强比为（2～5）：1。

2.根据权利要求1所述的一种激光育苗方法，其特征在于，

所述激光育苗光场由若干半导体激光光源构成。

3.根据权利要求1所述的一种激光育苗方法，其特征在于，

所述水稻于苗种出芽至三叶期前，所述激光育苗光场的激光光强为0.1～0.8 μmol·m^-2·s^-1；

所述水稻于三叶期至秧苗移栽，所述激光育苗光场的激光光强为0.5～2.0 μmol·m^-2·s^-1。

4.根据权利要求1或3所述的一种激光育苗方法，其特征在于，

所述水稻于苗种出芽至三叶期前，单日辐照时长为4～14h；

所述水稻于三叶期至秧苗移栽，单日辐照时长为6～16 h。

5.根据权利要求1所述的一种激光育苗方法，其特征在于，

所述激光育苗光场的光源与秧苗生长阶段水稻育苗基质表面的距离≥0.5 m。

6.一种水稻培育方法，其特征在于，

所述水稻在秧苗生长阶段时进行如权利要求1至5任一所述方法进行培育，完成后移栽至大田。

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