CN115413543A

CN115413543A - 一种利用led间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法

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Publication number: CN115413543A
Application number: CN202211271138.6A
Authority: CN
Inventors: 宋世威; 于金晖; 郭佩仪; 刘厚诚; 苏蔚; 陈日远
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2022-12-02

Abstract

本发明属于植物生产技术领域，公开了一种利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，包括：将小白菜苗菜种子置于泥炭和珍珠岩体积比为4：1的混合基质中，所用穴盘为72孔育苗穴盘，用营养液浇灌，培养至子叶展平；利用LED灯对所述步骤一中的小白菜苗菜苗进行连续15天的暗期间隔5s～12h的间歇光处理，筛选出最适合小白菜苗菜生长的补光模式，达到提效增产的效果。本发明在补充短期暗期间隔的间歇光在提高小白菜苗菜的生物量、叶面积和抗氧化能力的同时降低了硝酸盐的含量，克服了垂直农场生产耗能高的问题，提高了单位时间单位面积的产值，而且本发明成本低、操作方法简单，易于推广，优势突出，可以直接应用于生产，有较好的经济效益和社会效益。

Description

一种利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法

技术领域

本发明属于植物生产技术领域，尤其涉及一种利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法。

背景技术

随着生活水平的提高，营养品质高、口感好的蔬菜越来越成为人们的追求。苗菜具有口感鲜嫩、营养品质高、生长周期短等特点，逐渐登上了人们的餐桌。同时苗菜生长周期短、栽培密度高，适合进行层架栽培，单位面积产值较高，非常适合在垂直农场的环境下栽培。

小白菜(Brassica campestris L.ssp.chinensis Makino)在我国种植历史较悠久，其口感佳，富含蛋白质、脂肪、粗纤维、碳水化合物、酸性果胶、钙、磷、铁等矿物质及多种维生素等人体所需的营养成分，是矿物质和维生素含量最丰富的蔬菜之一。

光是影响植物形态建成和新陈代谢的重要环境因子。光不仅是植物进行光合作用的基本能量来源，同时作为一种信号参与并调节植物的生长，包括细胞分裂和伸长、花芽分化、开花等生长发育活动。光环境调控是垂直农场环境下作物生产的重要调控手段和主要环节，合理的光环境可以提高作物的产量和品质，减少化肥和生长调节剂等的使用，对发展生态友好型农业有重要意义。

在封闭的垂直农场的环境中，植物生长发育所需的光照完全依赖人工补光，所以能源成本非常高。垂直农场的电力成本占运营成本的比例最高，约占25％，其中照明又占总电力成本的80％。而且它们比传统日光温室有更大的碳足迹。因此，迫切需要在消耗同样的能源成本前提下，获得更大的单位面积产量来抵消垂直农场的高成本。间歇光照是一种新型的补光方式，可以提高作物的产量、缩短生育周期，在单位之间内获得更大的收益，在生产中有效可行。但目前未见利用间歇光照提高作物产量的公开报道。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

在现有技术条件下，垂直农场中植物生长发育所需要的光照完全依赖于人工补光，导致生产活动中能源成本非常高，并且有着更大的碳足迹。因此需要通过技术创新来提高植物栽培的补光效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法。

本发明是这样实现的，小白菜苗菜利用72孔穴盘种植，子叶展平后进行连续15天的间隔5s～12h间歇光处理的一种利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，

包括：

步骤一，将小白菜苗菜种子置于泥炭和珍珠岩体积比为4：1的穴盘中，所用穴盘为72孔育苗穴盘，用营养液浇灌，培养至子叶展平；

步骤二，利用LED灯对所述步骤一中的小白菜苗菜苗进行连续15天的暗期间隔5s～12h的间歇光处理。

进一步，所述营养液的大量元素配方为1/2霍格兰配方，所述霍格兰配方pH值≈6.0。

进一步，所述营养液中微量元素为通用配方，包含有B元素、Mn元素、Zn元素、Cu元素及Mo元素。

进一步，所述微量元素浓度为：B为0.5mg·L^-1，Mn为0.5mg·L^-1，Zn为0.05mg·L^-1，Cu为0.02mg·L^-1，Mo为0.01mg·L^-1。

进一步，所述步骤二中每天的日累积光量DLI为12.96mol·m^-2·d^-1。

进一步，所述步骤二中光照强度为300μmol·m^-2·s^-1；光质分别为：红光(R)、白光(W)、蓝光(B)、远红光(FR)、紫外光(UVA)，光质配比为R:W:B＝3:1:1+30μmol·m^-2·s^-1FR+15μmol·m^-2·s^-1UVA。

进一步，步骤二中所述LED灯各个波段波长分别为，红光波长为660±10nm、蓝光波长为450±10nm、UVA波长为385±10nm、FR波长为730±10nm。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

本发明提供的方法补充短期暗期间隔的间歇光在提高小白菜苗菜的生物量(包括鲜重和干重)、叶面积和抗氧化能力的同时也降低了硝酸盐的含量。

本发明提供的LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法可以克服在现实生产中垂直农场生产耗能高的问题，提高垂直农场单位时间、单位面积的产值。

本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：与现有技术相比，本发明成本低、操作方法简单，易于推广，优势突出，并且有效地提高了小白菜苗菜的产量，可以直接应用于生产，有较好的经济效益和社会效益。

本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：目前，国内外行业内并没有利用LED间歇光照提高蔬菜产量的技术方法，本发明利用LED间歇光照极大程度上的提高了小白菜苗菜的产量，填补了国内外在垂直农场方面利用间歇光照提产、增效的技术空白。

本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：由于垂直农场的建造成本高，全人工光照的环境下照明成本占总经营成本比重极高。高建造成本、高生产能耗限制了经济效益的提高。本发明在相同耗电量的条件下，提高了小白菜苗菜的产量，使得垂直农场可以在单位时间、单位面积下获得更高的产量和收益，可以一定程度上缓解垂直农场高耗能的问题。

本发明在相同耗电量的条件下，利用暗期间隔为5s的间歇光为小白菜苗菜进行补光，小白菜地上部鲜重(经济产量)相较于正常昼夜节律的12h处理显著提高了71.54％，电能转换效率和光量子利用率分别提高了49.99％和47.55％。因此本发明在暗期间隔为5s的间歇光的补光环境下，小白菜苗菜的产量显著提高，是一种小白菜苗菜生产的高效节能方法。

附图说明

图1是本发明实施例提供的利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的不同LED间歇光处理对小白菜苗菜营养品质的影响；

图3是本发明实施例提供的不同LED间歇光处理对小白菜苗菜抗氧化能力的影响；

图4是本发明实施例提供的不同LED间歇光处理对小白菜苗菜叶绿素荧光参数的影响；

图5是本发明实施例提供的不同LED间歇光处理对小白菜苗菜光电利用效率的影响。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明和解释说明实施例。

本发明实施例提供的一种利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，包括：

S101，将小白菜苗菜种子置于泥炭和珍珠岩体积比为4：1的穴盘中，所用穴盘为72孔育苗穴盘，用营养液浇灌，培养至子叶展平；

S102，利用LED灯对所述步骤一中的小白菜苗菜苗进行连续15天的暗期间隔5s～12h的间歇光处理。

进一步，所述营养液中大量元素配方为1/2霍格兰配方，所述霍格兰配方pH值≈6.0。

进一步，所述营养液中微量元素配方为通用配方，包含有B元素、Mn元素、Zn元素、Cu元素及Mo元素。

进一步，所述S102中每天的日累积光量DLI为12.96mol·m^-2·d^-1。

进一步，所述S102中所述LED灯的光照强度为300μmol·m^-2·s^-1；光质分别为：红光(R)、白光(W)、蓝光(B)、远红光(FR)、紫外光(UVA)，光质配比为R:W:B＝3:1:1+30μmol·m^-2·s^-1FR+15μmol·m^-2·s^-1UVA。

进一步，S102中所述LED灯各个波段波长分别为，红光波长为660±10nm、蓝光波长为450±10nm、UVA波长为385±10nm、FR波长为730±10nm。

为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

实施例1：小白菜植株的获取；

将小白菜种子播种于泥炭与珍珠岩体积比为4：1的72孔穴盘中，营养液大量元素配方采用1/2霍格兰配方(pH值≈6.0)，微量元素为通用配方，即包含有B：0.5mg·L^-1，Mn：0.5mg·L^-1，Zn：0.05mg·L^-1，Cu：0.02mg·L^-1，Mo：0.01mg·L^-1，待小白菜子叶完全展平再开始处理。

实施例2：光照处理；

将实施1中子叶完全展平的小白菜苗分为6组进行光照处理。其中光强300μmol·m^-2·s^-1；光质分别为：红光(R)、白光(W)、蓝光(B)、远红光(FR)、紫外光(UVA)，光质配比为

R:W:B＝3:1:1+30μmol·m^-2·s^-1FR+15μmol·m^-2·s^-1UVA，

将光暗间歇为12h的处理设置为对照组(即每天连续光照12h，然后连续黑暗12h)，其它间歇光处理的光暗间隔时间分别为1h、10min、1min、10s和5s(即照光5s后黑暗5s，每天连续循环进行)。间歇光的调节采用专用的智能控制器连接LED灯的电源实现(智能控制器由中山市八斗农业科技有限公司生产)。所有处理每天的总光照时间均为12h，每天的日累积光量DLI均为12.96mol·m^-2·d^-1。连续处理15天后取样进行分析。

本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

实施例3：小白菜苗菜鲜重和干重的测定

表1不同间歇光处理对小白菜苗菜生物量的影响

表中同列数据后面的不同小写字母代表处理间显著达到差异水平(P<0.05)。

由表1可知，暗期间隔为10s和5s的间歇光处理显著提高了地上部的鲜重和干重，其中地上部鲜重分别较12h处理提高了54.61％和71.54％，地上部干重分别提高了29.41％和41.18％。

实施例4：小白菜苗菜植株形态的测定；

表2不同间歇光处理对小白菜苗菜植株形态的影响

由表2可知，暗期间隔为10s的间歇光处理与对照的12h相比，下胚轴长显著降低，暗期间隔为10s和5s的间歇光处理与对照的12h相比，下胚轴粗显著提高，这说明暗期间隔较短的10s和5s处理下抑制了小白菜苗菜的徒长。间歇光处理都提高了小白菜的植株高度，与正常昼夜节律的12h相比其他5个处理植株高度分别提高了4.94％、16.33％、4.06％、20.83％、31.97％；暗期间隔为10s和5s的间歇光处理显著提高了小白菜苗菜的叶面积，与12h相比10s和5s处理的叶面积分别提高了53.29％和66.83％；与12h的对照处理相比，各个处理的比叶重均显著降低，说明与正常昼夜节律补光相比叶片均有所变薄，且叶片含水量提高，口感更好。通过表2也可以看出间歇光处理对植株的形态也有一定的调节作用。

实施例5：小白菜苗菜营养品质的测定与方法

不同间歇光处理对小白菜苗菜营养品质的影响如图2所示，其中，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250比色法测定；VC含量采用钼蓝比色法测定；硝酸盐含量采用水杨酸分光光度计法测定。

暗期间隔为10s、5s和12h的间歇光处理显著提高了小白菜的可溶性糖含量，其中5s处理较10s和12h处理可溶性糖含量提高了7.95％和4.51％，在各个处理中含量最高；10mim和1min处理的硝酸盐含量显著高于其他几个处理；可溶性蛋白质和维生素C的含量均在12h处理含量最高且显著高于其他几个处理。从营养品质来看12h>5s>10s>1h>10min>1min。

实施例6:小白菜苗菜抗氧化能力的测定与方法

不同间歇光处理对小白菜苗菜抗氧化能力的影响如图3所示，其中，多酚含量的测定采用Folin-Cioealteu法；类黄酮含量的测定采用Mashiba法；DPPH自由基清除率的测定参照Tadolino的方法(Tadolini et al.,2000)；FRAP抗氧化能力的测定参照(Benzie etal.,1999)所述方法。

四个抗氧化能力指标在12h和5s处理下均无显著差异，说明与对照相比5s的间歇光处理对并不会显著降低小白菜苗菜的抗氧化能力，与对照相比多酚的含量反而提高了11.11％。而10min、1min等中等长度暗期间隔的间歇光处理处理DPPH之外均显著低于其他处理，表现出较差的抗氧化能力。

实施例7：小白菜苗菜叶绿素荧光参数的测定

不同间歇光处理对小白菜苗菜叶绿素荧光参数的影响如图4所示，叶绿素荧光参数可以反应植物叶片的光合特性。其中，Fv/Fm是潜在的最大光量子产率，Y(Ⅱ)为实际的光量子产率，Y(NO)反映植物光损伤程度，Y(NPQ)反应光保护能力，ETR是电子转移速率。1h、1min、10s和5s处理显著提高了Fv/Fm，10min和1min处理显著降低了Y(Ⅱ)，说明10min和1min处理特别是10min处理植株叶片的光合光合能力较差，且受到了一定的胁迫。10min和1min处理的Y(NO)显著高于其他几个处理，反映了这两个处理植株叶片光损伤程度较为严重。Y(NPQ)在5s处理下最高，相较于其他5个处理分别提高了5.51％、8.30％、30.35％、24.78％和5.51％，表明5s处理小白菜苗菜的叶片接受的光强过剩，另一方面则说明其植株仍可以通过将过剩光能耗散为热来保护自身；与其他处理相比10min和1min的ETR同样显著降低，电子传递速率较低。

实施例8：小白菜苗菜光电利用效率的测定

试验后7天小白菜苗菜进入快速生长期，对其进行动态取样，测得电能转换效率以及光量子利用率。电能转换效率可以反映单个植株的耗电量，光量子利用率则反映了单位面积下植株对光能的利用情况。从图5可以看出，5s处理显著提高了电能转换效率和光量子利用率，其中电能转换效率与其他5个处理相比分别提高了49.99％、59.56％、129.70％、95.74％和10.23％，而光量子利用率则分别增加了47.55％、58.99％、131.25％、98.92％和12.85％，这表明5s处理可以在单位面积、耗电量相同的条件下获得更高的产量。

综上所述，利用暗期间隔为5s的间歇光为小白菜苗菜进行补光，其地上部干鲜重、抗氧化能力、叶绿素荧光参数所反映的光合指标以及节能指标整体优于其他处理，其中地上部鲜重(经济产量)相较于正常昼夜节律的12h处理显著提高了71.54％，电能转换效率和光量子利用率分别提高了49.99％和47.55％。因此本发明在暗期间隔为5s的间歇光的补光环境下，小白菜苗菜的产量显著提高，是一种小白菜苗菜生产的高效节能方法。

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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，其特征在于，所述利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，包括：

步骤二，利用LED灯对所述步骤一中的小白菜苗菜苗进行连续15天的暗期间隔5s～12h的光处理。

2.如权利要求1所述利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，其特征在于，所述营养液中大量元素配方为1/2霍格兰配方，所述霍格兰配方pH值≈6.0。

3.如权利要求1所述利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，其特征在于，所述营养液中微量元素配方为通用配方，包含有B元素、Mn元素、Zn元素、Cu元素及Mo元素。

4.如权利要求3所述利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，其特征在于，所述微量元素浓度为：B为0.5mg·L^-1，Mn为0.5mg·L^-1，Zn为0.05mg·L^-1，Cu为0.02mg·L^-1，Mo为0.01mg·L^-1。

5.如权利要求1所述利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，其特征在于，所述步骤二中每天的日累积光量DLI为12.96mol·m^-2·d^-1。

6.如权利要求1所述利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，其特征在于，所述步骤二中光照强度为300μmol·m^-2·s^-1；光质分别为：红光(R)、白光(W)、蓝光(B)、远红光(FR)、紫外光(UVA)，光质配比为R:W:B＝3:1:1+30μmol·m^-2·s^-1FR+15μmol·m^-2·s^-1UVA。

7.如权利要求1所述利用LED间歇光照提高小白菜苗菜产量的方法，其特征在于，步骤二中所述LED灯各个波段波长分别为，红光波长为660±10nm、蓝光波长为450±10nm、UVA波长为385±10nm、FR波长为730±10nm。