一种设施蔬菜合理照光剂量的确定方法

摘要

本发明一种设施蔬菜合理照光剂量的确定方法，属于设施栽培技术领域。按照下述步骤进行设施蔬菜合理照光剂量的确定：取生长盛期的设施蔬菜，利用叶绿素荧光仪，测定蔬菜叶的快速光响应曲线，依据蔬菜叶的快速光响应曲线中的表观电子传递速率对光合有效辐射的响应曲线，来确定设施蔬菜合理照光剂量。施加本方法确定的设施蔬菜合理照光剂量既可以保证较高的产量，较低的硝酸盐累积水平，又可以最大限度的节约能源；达到高产、优质低耗的统一。且该方法高效、快速，操作方便；应用范围较广。可以用于设施栽培蔬菜和设施种植中药材上。

说明书

技术领域

本发明属于设施栽培技术领域，具体涉及一种设施蔬菜合理照光剂量的确定方法。

背景技术

目前，蔬菜设施栽培生产已经在全世界范围内广泛开展。截至2003年，国内设施园艺栽培面积超过140万公顷，居世界第一，据专家预测，到2010年全国园艺设施面积将达到250万公顷左右。蔬菜设施栽培已成为蔬菜生产的主要手段之一。但是，由于设施覆盖物、骨架结构遮阴以及冬春季节阴雨、雪天气等因素使得设施内的作物常处于弱光环境下生长。由于光照不足，叶菜类蔬菜体内硝酸盐过量累积，食用这种蔬菜对人体健康极为不利。

光不仅通过光合作用为硝酸还原提供还原力和碳骨架，而且还通过光合电子传递流来活化硝酸还原酶。人工补光成为蔬菜生产提高产量，降低硝酸盐含量的重要手段。但是不同的光强下，光的利用效率是不同的。在低光强下，光能利用效率随光强的增加而强烈地增加，而光能利用效率在高光强下，随光强的增加只要微弱地增加。硝酸还原能力与光照的施加也不成比例。因此理想的光强是冬季高产优质(低硝酸盐累积)低(能)耗的叶菜类蔬菜生产所必须考虑的重要因素。本发明就是利用叶绿素荧光技术来确定设施蔬菜合理照光剂量，为人工补光提供技术参数。

发明内容

本发明的目的是克服目前设施蔬菜合理照光剂量没有一个客观的确定方法的不足，公开一种设施蔬菜合理照光剂量的确定方法。

本发明的技术方案为：取生长盛期的设施蔬菜，利用叶绿素荧光仪，测定蔬菜叶的快速光响应曲线，依据蔬菜叶的快速光响应曲线中的表观电子传递速率对光合有效辐射的响应曲线按下列步骤确定设施蔬菜合理照光剂量：

(1)计算实际光合电子传递速率。找出在低光合有效辐射下，表观电子传递速率与光合有效辐射曲线中的直线部分，利用统计软件求出该部分的线性方程Y＝aX，其中a为常数，表示表观电子传递速率与光合有效辐射曲线的初始斜率，Y为表观电子传递速率，X为光合有效辐射(μmol m^-2s^-1)。依据该线性方程求出各光合有效辐射下的电子传递速率，这种电子传递速率定义为实际光合电子传递速率。

(2)计算各光合有效辐射下剩余光合电子传递流百分率。剩余光合电子传递速率为实际光合电子传递速率与表观电子传递速率的差值。剩余光合电子传递流百分率为各光合有效辐射下剩余光合电子传递速率占实际光合电子传递速率的百分比。

(3)求出剩余光合电子传递流百分率为8％时的光合有效辐射。利用插值法算出剩余光合电子传递流百分率在8％时的光合有效辐射值，这个光合有效辐射值就是施加到设施蔬菜上的合理光强的预测值。

(4)确定设施蔬菜合理照光剂量。由于表观光合电子传递速率在植物叶片上有一定的变异幅度，因此，生产上所使用的照光剂量应比上述预测值大才能确保硝酸盐大幅度的下降。依据叶片表观光合电子传递速率值变异幅度一般在15％以下，结合多次实验结果，因此，确定设施蔬菜合理照光剂量为预测值的115％较适宜。也即：设施蔬菜合理照光剂量为剩余光合电子传递流百分率在8％时的光合有效辐射值的115％。

本发明的基本原理是：在低光强下，蔬菜叶的光合电子传递流仅仅被用来碳的还原，硝酸还原速度较慢。在高光强下，蔬菜叶的光合电子传递流不仅被用来碳的还原，还被用来硝酸的还原。只有当光合电子传递流在满足碳还原的基础上多出达8％的电子传递流才能打开硝酸还原的开关，使硝酸还原速度迅速增加，此时的蔬菜叶所施加的光照是一个合理的光强，能够达到提高产量、增加品质(硝酸盐累积下降)、节约能源的统一。

本发明的优点：

(1)施加本方法确定的设施蔬菜合理照光剂量既可以保证较高的产量，较低的硝酸盐累积水平，又可以最大限度的节约能源。达到高产、优质低耗的统一。

(2)高效、快速，操作方便。

(3)应用范围较广。可以用于设施栽培蔬菜和设施种植中药材上。

附图说明

图1为实施例1的生菜表观电子传递速率与光合有效辐射快速光响应曲线；

图2为实施例2的诸葛菜表观电子传递速率与光合有效辐射快速光响应曲线；

图3为实施例3的结球白菜表观电子传递速率与光合有效辐射快速光响应曲线。

具体实施方式

实施例1

取出苗后30天的温室生菜(Lactuca sativa L.)(品种：意大利耐抽苔生菜)。用PAM-2000调制式叶绿素荧光仪测定生菜叶的快速光响应曲线。依据表观电子传递速率对光合有效辐射的响应曲线(图1)按下列步骤确定合理照光剂量。

步骤1计算实际光合电子传递速率。找出在低光合有效辐射下，表观电子传递速率与光合有效辐射曲线中的直线部分，利用统计软件求出该部分的线性方程Y＝aX(a为常数，表示表观电子传递速率与光合有效辐射曲线的初始斜率)。该方程为：

Y＝0.252X(R²＝0.997，n＝6，P＜0.001，X小于134μmol m^-2s^-1)  (1)

Y为表观电子传递速率，X为光合有效辐射(μmol m^-2s^-1)，R²为决定系数的平方，n为统计个数，P为显著性。

依据该线性方程求出各光合有效辐射下的实际光合电子传递速率(表1)。

表1实施例1的实际光合电子传递速率和剩余光合电子传递流百分率

步骤2计算各光合有效辐射下剩余光合电子传递流百分率。计算各光合有效辐射下实际光合电子传递速率与表观电子传递速率的差值，得出剩余光合电子传递速率。计算各光合有效辐射下剩余光合电子传递速率占实际光合电子传递速率的百分比，得出剩余光合电子传递流百分率(表1)。

步骤3求出剩余光合电子传递流百分率为8％时的光合有效辐射。利用插值法计算剩余光合电子传递流百分率在8％时的光合有效辐射值，得出施加到设施蔬菜上的合理光强的预测值，结果为177μmol m^-2s^-1。

步骤4确定设施蔬菜合理照光剂量。将上述的设施蔬菜合理照光剂量的预测值乘以115％，即为设施蔬菜合理照光剂量，结果为204μmol m^-2s^-1。

实施例2

取出苗后45天的温室诸葛菜(Orychophragmus violaceus L.)。用PAM-2000调制式叶绿素荧光仪测定诸葛菜的快速光响应曲线。依据表观电子传递速率对光合有效辐射的响应曲线(图2)，按下列步骤确定合理照光剂量。

步骤1计算实际光合电子传递速率。找出在低光合有效辐射下，表观电子传递速率与光合有效辐射曲线中的直线部分，利用统计软件求出该部分的线性方程Y＝aX(a为常数，表示表观电子传递速率与光合有效辐射曲线的初始斜率)。该方程为：

Y＝0.189X(R²＝0.998，n＝10，P＜0.001，X小于456μmol m^-2s^-1)  (2)

Y为表观电子传递速率，X为光合有效辐射(μmol m^-2s^-1)，R²为决定系数的平方，n为统计个数，P为显著性。

依据该线性方程求出各光合有效辐射下的实际光合电子传递速率(表2)。

表2实施例2的实际光合电子传递速率和剩余光合电子传递流百分率

步骤2计算各光合有效辐射下剩余光合电子传递流百分率。计算各光合有效辐射下实际光合电子传递速率与表观电子传递速率的差值，得出剩余光合电子传递速率。计算各光合有效辐射下剩余光合电子传递速率占实际光合电子传递速率的百分比，得出剩余光合电子传递流百分率(表2)。

步骤3求出剩余光合电子传递流百分率为8％时的光合有效辐射。利用插值法计算剩余光合电子传递流百分率在8％时的光合有效辐射值，得出施加到设施蔬菜上的合理光强的预测值，结果为537μmol m^-2s^-1。

步骤4确定设施蔬菜合理照光剂量。将上述的设施蔬菜合理照光剂量的预测值乘以115％，即为设施蔬菜合理照光剂量，结果为618μmol m^-2s^-1。

实施例3

取出苗后45天的温室结球白菜(Brassica rapa L.ssp.pekinensis)。用PAM-2000调制式叶绿素荧光仪测定结球白菜的快速光响应曲线。依据表观电子传递速率对光合有效辐射的响应曲线(图3)按下列步骤确定合理照光剂量。

步骤1计算实际光合电子传递速率。找出在低光合有效辐射下，表观电子传递速率与光合有效辐射曲线中的直线部分，利用统计软件求出该部分的线性方程Y＝aX(a为常数，表示表观电子传递速率与光合有效辐射曲线的初始斜率)。该方程为：

Y＝0.223X(R²＝0.997，n＝7，P＜0.001，X小于249μmol m^-2s^-1)  (3)

Y为表观电子传递速率，X为光合有效辐射(μmol m^-2s^-1)，R²为决定系数的平方，n为统计个数，P为显著性。

依据该线性方程求出各光合有效辐射下的实际光合电子传递速率(表3)。

表3实施例3的实际光合电子传递速率和剩余光合电子传递流百分率

步骤2计算各光合有效辐射下剩余光合电子传递流百分率。计算各光合有效辐射下实际光合电子传递速率与表观电子传递速率的差值，得出剩余光合电子传递速率。计算各光合有效辐射下剩余光合电子传递速率占实际光合电子传递速率的百分比，得出剩余光合电子传递流百分率(表3)。

步骤3求出剩余光合电子传递流百分率为8％时的光合有效辐射。利用插值法计算剩余光合电子传递流百分率在8％时的光合有效辐射值，得出施加到设施蔬菜上的合理光强的预测值，结果为275μmol m^-2s^-1。

步骤4确定设施蔬菜合理照光剂量。将上述的设施蔬菜合理照光剂量的预测值乘以115％，即为设施蔬菜合理照光剂量，结果为316μmol m^-2s^-1。

各实施例的实施效果

为了检验实施例的效果，将生菜(意大利耐抽苔生菜)、诸葛菜和结球白菜培养在人工气候室中，施加不同的光强培养。人工气候室环境控制为：温度25℃/20℃(day/night)，每天光照16小时，黑暗8小时，在这样的光强梯度下处理两周；湿度为恒湿60％，因室内的二氧化碳浓度基本上维持在450-600ppm这个水平。实验中，根据干湿情况适量浇水。每个处理放置10株小苗，重复三次。处理后，测定各处理的净光合速率和蔬菜叶片中的硝酸盐含量。结果如表4。

表4生菜(意大利耐抽苔生菜)、诸葛菜和结球白菜培养在不同光强下叶片净光合速率和硝酸盐的含量

从表4中可以看出，生菜从70μmol m^-2s^-1增到145μmol m^-2s^-1时，净光合速率增加了1.12μmol m^-2s^-1，硝酸盐减少了6090mg.g^-1FW，从145μmol m^-2s^-1增到210μmol m^-2s^-1时，净光合速率增加了1.40μmol m^-2s^-1，硝酸盐减少了4680mg.g^-1FW，从210μmol m^-2s^-1增到285μmol m^-2s^-1时，净光合速率只增加了0.52μmol m^-2s^-1，硝酸盐只减少了200mg.g^-1FW，从285μmol m^-2s^-1增到360μmol m^-2s^-1时，净光合速率只增加了0.31μmol m^-2s^-1，硝酸盐只减少了85mg.g^-1FW。很显然，在210μmol m^-2s^-1的光照强度下，净光合速率增加和硝酸盐降低有一个拐点。同时，此时的叶片硝酸盐含量已经低于3000mg.g^-1FW，达到叶用蔬菜的标准。因此210μmol m^-2s^-1的光照强度是本实验中最佳的照光剂量。这与实例1中的204μmol m^-2s^-1的光照强度较相近，表明，204μmol m^-2s^-1的光照强度作为温室生菜合理照光剂量是可信的。验证了实例1的效果。

从表4中可以看出，诸葛菜从245μmol m^-2s^-1增到370μmol m^-2s^-1时，净光合速率增加了3.45μmol m^-2s^-1，硝酸盐增加了230mg.g^-1FW，从370μmol m^-2s^-1增到495μmol m^-2s^-1时，净光合速率增加了3.15μmol m^-2s^-1，硝酸盐减少了290mg.g^-1FW，从495μmol m^-2s^-1增到620μmol m^-2s^-1时，净光合速率增加了1.89μmol m^-2s^-1，硝酸盐减少了980mg.g^-1FW，从620μmolm^-2s^-1增到745μmol m^-2s^-1时，净光合速率只增加了0.58μmol m^-2.s^-1，硝酸盐只减少了30mg.g^-1FW。很显然，在620μmol m^-2s^-1的光照强度下，净光合速率增加和硝酸盐降低有一个拐点。同时，此时的叶片硝酸盐含量只有870mg.g^-1FW。因此620μmol m^-2s^-1的光照强度是本实验中最佳的照光剂量。这与实例2中的618μmol m^-2s^-1的光照强度较相近，表明，618μmolm^-2s^-1的光照强度作为温室诸葛菜合理照光剂量是可信的。验证了实例2的效果。

从表4中可以看出，结球白菜从120μmol m^-2s^-1增到220μmol m^-2s^-1时，净光合速率增加了1.27μmol m^-2s^-1，硝酸盐减少了460mg.g^-1FW，从220μmol m^-2s^-1增到320μmol m^-2s^-1时，净光合速率增加了1.19μmol m^-2s^-1，硝酸盐减少了1540mg.g^-1FW，从320μmol m^-2.s^-1增到420μmol m^-2.s^-1时，净光合速率只增加了0.58μmol m^-2.s^-1，硝酸盐只减少了140mg.g^-1FW，从420μmol m^-2s^-1增到520μmol m^-2.s^-1时，净光合速率只增加了0.48μmol m^-2s^-1，硝酸盐只减少了80mg.g^-1FW。很显然，在320μmol m^-2s^-1的光照强度下，净光合速率增加和硝酸盐降低有一个拐点。同时，此时的叶片硝酸盐含量已经低于3000mg.g^-1FW，达到叶用蔬菜的标准。因此320μmol m^-2s^-1的光照强度是本实验中最佳的照光剂量。这与实例3中的316μmol m^-2s^-1的光照强度较相近，表明，316μmol m^-2s^-1的光照强度作为温室结球白菜合理照光剂量是可信的。验证了实例3的效果。