不同光质组合对生菜生长和能量利用效率的影响

【目的】筛选较优的光质组合,提高人工光植物工厂生菜产量和能量利用效率。【方法】以光强为200μmol/(m~2·s),R/B为4/1的红蓝光(RB)为对照,在光强为150μmol/(m~2·s),R/B为4/1的红蓝背景光基础上,分别添加50μmol/(m~2·s)的绿光(G)、黄光(Y)、橙光(O)和远红光(FR)组成4种不同光质组合处理,分别用RBG、RBY、RBO和RBFR表示,对不同光质组合处理生菜的生长及形态、光合能力、能量利用效率等指标进行比较研究。【结果】RBG、RBO和RBFR处理生菜地上部鲜质量较RB处理分别增加14.5%,14.5%和30.8%,地上部干质量分别增加13.3%,24.1%和29.9%(P0.05)。RBG处理可以增加生菜的株高、总叶面积、净光合速率和能量利用效率。与RB处理相比,RBY处理对生菜的地上部干、鲜质量影响不显著;RBO处理可以提高生菜叶片的光合能力和能量利用效率。RBFR处理可以增加生菜的地上部干、鲜质量,但在实际生产中,生菜叶片较易出现烧尖现象。【结论】RBG和RBO是工光植物工厂生产中较为合适的光质组合。     

采前红蓝光连续光照光强对水培生菜生长、品质及AsA代谢的影响

为了探明采收前发光二极管（LED）红（R）蓝（B）光连续光照对生菜（Lactucasativa）生长与抗坏血酸（ascorbic acid,AsA）代谢的影响,在密闭植物工厂内,以红蓝LED（红光∶蓝光=4∶1）为光源,在采收前对水培生菜进行强度分别为100、150、200、300和500 μmol·m^-2·s^-1的72 h连续光照,研究了采前连续光照光强对水培生菜生长、品质、AsA含量和关键酶活性的影响。结果表明：从产量角度来看,随着采前连续光照光强的升高,生菜地上部的鲜重和干重升高,根的鲜重和干重升高,生菜叶面积、干物质含量均显著增加,生菜的产量也逐渐提高。从品质来看,生菜叶片中可溶性糖含量随连续光照光强的升高而升高,硝酸盐含量随光强的升高逐渐降低。采前LED连续光照处理后,随着连续光照光强的升高,生菜叶片中AsA含量逐渐升高,生菜叶片DHA含量呈先升高后降低的趋势。     

不同农用LED灯的光谱能量分布对水培生菜生长的影响

在植物工厂中,人造光源对作物生长发育的影响起到了关键性作用,其光谱能量分布是人造光源性能重要参数。本文通过分析两种不同LED灯的光谱特性,来评价其对生菜生长的影响,通过试用,确定生菜栽培中光环境调控策略。本文利用LI-1500和Ava Spec-USB 2采集红蓝LED(R:B=9:1)、白红LED(W:R=5:1)的两种LED灯,在距灯管边缘20、40、60cm处的光照强度和光谱分布曲线,了解其光谱能量分布规律。结果表明:红蓝光LED灯光谱分布极不均匀,在距灯管边缘20,40,60cm处,R:B分别是2.1:1,10.7:1,77.9:1,3点平均R:B为8.9:1。而白红LED灯在每一点光谱分布基本均匀。将两种光源应用于实际生菜种植中,分析光源的耗电量和电能利用效率,对比生菜形态、生物量积累和叶绿素含量,分析光谱分布对植物工厂生菜生长的影响。种植结果表明,白红LED灯耗电量小于红蓝LED灯,但是电能利用效率反而高。白红LED灯照射下的生菜形态(除叶片数)、生物量积累均显著高于红蓝LED,而红蓝LED照射下的生菜叶绿素a/b却显著高于白红LED。上述结果说明,光谱分布的一致性对生菜种植影响显著,光谱分布是否一致是光源选择的重要指标。     

不同光强的LED白光与红蓝光对生菜生长及营养元素含量的影响

在人工光植物工厂中研究了不同光强的LED白光和红蓝光对营养液水培生菜生长、营养元素含量和累积量的影响。试验设置白光（WL）和红蓝光（RB）两个光质处理,光周期为16/8 h,分别设定三个光强：150（WL150、RB150）、200（WL200、RB200）和250（WL250、RB250）μmol·m^-2·s^-1,其中红蓝光光强比为4∶1,光暗周期16/8 h。结果表明,光强增加有促进生菜生长作用,随光强增加生菜地上部干、鲜重明显增加,WL200和WL250处理下生菜地上部干重比WL150分别提高了24.6%和49.7%。与红蓝光相比,白光显著提高生菜叶面积和地上部生物量。红蓝光提高了生菜叶片中大中量元素（N、P、Ca、Mg）和微量元素（Mn、Zn）的含量,白光则提高了K的含量,光质对C、Fe和Cu含量无明显影响。白光或红蓝光下不同光强对生菜叶片营养元素含量的影响并没有表现出明显的规律,只是红蓝光在200 μmol·m^-2·s^-1光强下多种营养元素（N、P、Ca、Mg、Mn、Cu和Zn）含量到达最大。在白光200 μmol·m^-2·s^-1的光强下,P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn的累积量最大,而在红蓝光250 μmol·m^-2·s^-1的光强下,10种营养元素的累积量均最大。相同光强下,红蓝光有利于生菜体内N、P、Ca、Mg、Mn和Zn含量的提高,而白光则更有利于C、N、P、K、Mg和Fe等的累积。因此白光处理更有利于促进生菜生长,并提高生菜体内N、C、P、K、Mg和Fe的累积量,其累积量的提高主要是由较高的生物量决定的。     

营养液更换频率对生菜养分吸收和利用效率的影响

[目的]研究营养液更换频率对生菜养分吸收、积累及利用效率的影响,旨在为水培生菜营养液管理提供理论依据.[方法]以生菜(Lactuca sativa L.)为材料,在水培条件中设置3个处理,即F10(营养液每10 d更换一次)、F20(营养液每20 d更换一次)和F30(营养液不更换),动态监测了生菜的生物量和氮、磷、钾、钙、镁的吸收量.[结果]植株体内各元素含量均呈现缓慢下降的趋势,各元素积累量逐渐增加,从第20 d开始,F10、F20处理各元素积累量与F30处理差异愈趋明显.三个处理地上部干重没有显著差异.与F10处理相比,F30处理的氮、磷、钾、钙、镁利用效率显著提高.[结论]降低营养液更换频率在不降低生菜生物量的前提下,显著提高了养分利用效率;在试验条件下,水培生菜定植后30 d可不更换营养液.     

不同培育方式对胡杨光合特性和水分利用效率的影响

【目的】了解自然落种培育方式和人工挖坑培育方式胡杨的光响应特征及光能利用效率(LUE)与水分利用效率(WUE)对光的响应关系。【方法】以新疆塔里木河下游尉犁县34团2、3、5、7年4个林龄胡杨为研究对象,利用Li-6400XT便携式光合仪测定胡杨气体交换参数,并利用光响应模型及前人推导出的光能利用效率和水分利用效率的响应模型,分别研究它们的光响应特征及光能、水分利用效率的变化特征。【结果】无论何种培育方式,5、7年生胡杨P_n值普遍高于2、3年生胡杨,证明高林龄胡杨光合能力较强,胡杨在中高光强下LUE和WUE均与胡杨林龄成正比关系;人工挖坑培育方式下胡杨P_{n max}的平均值为24.84μmol/(m²·s),高于天然落种方式下胡杨的23.68μmol/(m²·s),证明其光合潜力大,另外其在强光下对光能和水分利用能力比天然落种方式下胡杨更强也更加稳定。【结论】人工挖坑培育方式胡杨因人为干预植株,改善了土壤养分条件,所以光合潜力大,对强光利用能力更强,水分利用能力更加稳定,在极端高温、干旱环境适应性更强...     

C3和C4植物光能利用效率和水分利用效率的比较研究

了解C3和C4植物光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)对光的响应关系,对揭示植物的光能利用与需水规律具有重要意义。以栾树(Koelreuteria paniculata)、辣椒(Capsicum annuum)、高粱(Sorghum bicolor)和玉米(Zea mays)为研究对象,用LI-6400光合仪测量了这4种植物的气体交换参数,并利用光响应机理模型所构建的叶片光能和水分利用效率对光的响应模型分别研究了它们的光能和水分利用效率的变化规律。结果表明:(1)栾树和辣椒的最大光能利用效率(LUE_max)和最大水分利用效率(WUE_max)比高粱和玉米低,所对应的饱和光强(I_L-sat)也小于高粱和玉米;(2)高粱的最大净光合速率(P_nmax)和饱和光强(I_sat)均比玉米小,但它的LUE_max和WUE_max却比玉米大。由此可知,C3植物的栾树和辣椒LUE_max和WUE_max比C4植物的高粱和玉米低,而相应的饱和光强(I_L-sat和I_W-sat)则没有这种趋势。     

不同强度的UV-A对两种叶色生菜生长及品质的影响

为促进紫外线在植物工厂生产中的应用,在人工光源的水培试验室中,以红边生菜和紫叶生菜为材料,在红蓝组合LED光源中加入不同强度的UV-A,测定生菜的生长量及品质。结果表明:与红蓝组合光质相比,添加UV-A后,两种生菜的株高降低,随着辐射强度的增加逐渐下降。两种生菜地上鲜重经UV-A照射后均比对照下降,红边生菜未表现出显著差异,紫叶生菜在UV-A强度为50μmol·m~(-2)·s~(-1)地上鲜重比对照显著降低。两种生菜的地下鲜重和地下干重随UV-A辐射强度逐渐增加,对叶片数无显著影响。添加UV-A增加了两种生菜的可溶性蛋白质含量,维生素含量随UV-A强度的增加而逐渐提高。两种生菜花青素含量经UV-A辐射处理后比对照均提高,红边生菜在UV-A强度为30μmol·m~(-2)·s~(-1)时花青素显著提高,紫叶生菜在UV-A强度为30μmol·m~(-2)·s~(-1),50μmol·m~(-2)·s~(-1)时花青素显著提高。     

美国凌霄光合生理参数对水分与光照的响应

该文利用CIRAS -2型便携式光合作用仪测定了不同土壤湿度下3年生美国凌霄叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率（WUE）及光能利用效率（LUE）等生理参数的光响应过程,阐明了其光合生理参数对土壤湿度和光照强度的响应规律,探讨了美国凌霄正常生长发育所需的土壤水分和光照条件。结果表明:美国凌霄的Pn、Tr、LUE及WUE对土壤湿度和光照强度的变化具有明显的阈值响应。①采用非直角双曲线模型进行模拟光响应过程较好,光响应曲线曲角接近于1。随着质量含水量Wm (5.5％～19.4％)、相对含水量Wr（20.1％～71.1％）的递增,光补偿点降低,光饱和点、最大净光合速率及表观量子效率均升高。在Wm为19.4％时,光补偿点最低(21.61 μmol/（m2·s）),光饱和点最高(1 400 μmol/(m2·s))。②维持美国凌霄正常生长、同时具有较高Pn、LUE及WUE的土壤湿度范围,在Wm为13.5%～19.4%（Wr为49.5%～71.1%）之间,最佳土壤湿度的Wm为19.4%（Wr为71.1%）,正常生长的最低土壤湿度Wm为7.7%（Wr为28.2%）。③美国凌霄对光照环境的适应性较强,在光合有效辐射强度为800～1 600 μmol/(m2·s)范围内,Pn和WUE都具有较高水平,饱和光强大约在800～1 400 μmol/(m2·s)之间,LUE在100～300 μmol/(m2·s)光强范围内达到峰值。      

施用CO_2对番茄‘巴特'水分利用效率和产量的影响

以番茄品种‘巴特'为材料,在2个自然光照人工气候室内(长2.2 m、宽1.2 m、高1.5 m),采用基质盆栽法(基质按质量比配,腐熟牛粪:炉灰=1:1),研究施用CO_2对番茄植株水分利用效率的影响。试验采用钢瓶进行CO_2补充供应(体积分数为500μL/L),以不施用CO_2为对照;3个水分处理分别为低水(S)处理300 mL、中水(M)处理400 mL、高水(H)处理600 mL(每3 d灌水1次),每盆(1株)精量灌水。结果表明:增施CO_2高水H、中水M处理水分利用效率分别较对照提高58%、38%,低水S处理仅增加8%,这种效应也反映到作物的生物量表现上,即番茄植株干物质量在高水、中水、低水处理下分别比对照处理提高30%、23%、9%。同时生理测定结果表明,水分供应充足条件下(M、H),增施CO_2的番茄植株其超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性提高。因此认为水分充足下,增施CO_2对于提高产量和水分利用效率是一个有效的措施。     

沙坡头地区3种沙生植物水分及光能利用效率特征比较分析

为了探究沙生植物对水分的响应机制和对水分、光能利用效率,以沙坡头地区3种常见的典型沙生植物柠条(Caragana korshinskii)、油蒿(Artemisia ordosica)、沙木蓼(Atraphaxis bracteata)为研究对象,用Li-6400便携式光合测定仪测定3种植物的净光合速率(Pn)和蒸腾速率(E),并分析各自的水分利用效率(WUE)和光能利用效率(LUE).结果表明,3种沙生植物的Pn日变化曲线都是双峰型,有明显的光合午休现象.E日变化曲线,柠条呈单峰型,油蒿和沙木蓼呈双峰型.柠条和油蒿的WUE日变化曲线均为双峰型,而沙木蓼的WUE日变化比较平缓.LUE日变化曲线,柠条和油蒿都是倒抛物线型,早晨和傍晚较高,而沙木蓼的LUE曲线呈平缓型.说明沙木蓼和柠条、油蒿的生存策略不同,沙木蓼是高耗水植物,依靠强烈的蒸腾作用避免高温的伤害,使得光合作用保持较高水平.因此,柠条和油蒿比沙木蓼更能适应沙区的干旱环境,是恢复植被、防风固沙的优良物种.     

叶用莴苣叶片对LED脉冲光的光合响应模型及光能利用

为探究LED脉冲光对作物光合特性的影响,探讨在不影响作物正常生长的前提下如何进一步降低能耗,提高照光效率,选用叶用莴苣(Lactuca sative L.)为试验材料,设置5个占空比水平(20%、40%、60%、80%和100%)和14个频率水平(1、2、4、8、16、32、64、128,256、512、1 024、2 048、4 096和8 192 Hz),共计70个处理,以连续光(占空比100%)为对照,探讨不同形式脉冲光对叶片净光合速率(Pn)的影响,并构建脉冲光占空比和频率与净光合速率之间的响应模型。通过对模型边际效应、交互作用以及光能利用率(LUE)的分析得出:占空比和频率都对 Pn 增长有促进作用,随着占空比和频率的增加,Pn也随之增加并最终趋于稳定状态直至与连续光处理的Pn无显著差异;占空比越高,叶用莴苣叶片的Pn达到饱和的频率越低;当Pn达到饱和状态时,脉冲光下的LUE要显著高于连续光。综上,占空比20%、频率512 Hz为最佳占空比与脉冲光频率组合。该结果可为优化LED植物节能补光灯光源参数设计及研发提供理论支撑。     

江淮中部夏玉米品种产量性状及光能利用率差异研究

以19个夏玉米品种为试验材料,通过田间小区试验对各品种产量、光能利用率及抗倒性进行比较分析,研究适宜江淮中部的夏玉米品种类型。结果表明:(1)供试玉米在苗期、抽雄期的生长期相差4 d,到拔节期、灌浆期扩至7 d,而全生育期则相差8 d。(2)穗长、穗粒数和穗粗与产量呈显著正相关,秃尖长、株高和百粒重则与产量相关性不显著,其中秋乐368等4品种产量显著高于其他品种。(3)夏玉米在各生育阶段的光能利用率呈单峰趋势,最大光能利用率出现在拔节期,且拔节期、抽雄期、全生育期光能利用率与籽粒光能利用率呈极显著正相关。(4)拔节期出现中度倒伏,3 d后得到恢复,而抽雄吐丝期遭受重度倒伏后难以恢复;新单88等5个品种抗倒伏能力强。(5)综合产量、光能利用率和抗倒伏等因素,适宜江淮中部的夏玉米产量目标可达9 000 kg·hm-2的水平、籽粒光能利用率为1.2%、且在全生育中期抗倒伏能力强,19个品种中的较为适宜品种为秋乐368和裕丰303。     

棉花“双种双层”高产栽培技术及其光在冠层中分布的研究

为棉花高产提供理论依据,对棉花"双种双层"冠层结构的光效作用进行了研究。合理的冠层结构对棉花获得高产是非常重要的,"双种双层"是一种利用合理的冠层结构达到高光效利用的棉花栽培技术。它是利用两个具有不同冠层结构的品种及对不同的品种施用不同的农业措施而在田间形成"双层",以达到通风透光实现高产的目的。通过对光在冠层中的分布分析发现,在封垄以前,"双种双层"冠层内的光照强度低于对照;随着冠层的逐步建成,到生长季节的中期,"双种双层"冠层内的光照强度在大部分时间和层次大于对照;到生长季节的后期,冠层结构完全形成以后,"双种双层"冠层内部的光强大于对照的趋势十分明显。同时"双种双层"中的风速大于对照,CO2浓度略高于对照。     

26种园林树种光照及水分生理特性研究

通过对新疆北部地区城市园林绿化中应用最多的26种园林树的光合作用、水分生理等生理指标的测定及对测定结果的比较分析表明：白榆和紫穗槐的净光合速率明显高出其它24种树木；榆叶梅和夏橡在光能利用效率方面与其它树种相比显得非常显著；紫穗槐的蒸腾速率远高于其它树种；白柳的水分利用效率最高。大部分园林树种的净光合速率与光能利用效率之间存在正相关；蒸腾效率与水分利用效率之间存在明显的互补性。     

绿洲灌区典型间作模式的产量和光能利用效率

为寻求河西绿洲灌区低耗水、高光效、高产多熟种植模式,在限量灌水条件下,通过大田试验对该区主要种植模式的产量和光能利用率进行了量化分析.结果表明:4种间作模式土地当量比均大于1,排序为玉米/豌豆>玉米/油菜>小麦/玉米>小麦/大豆;在同等可比面积上,小麦、玉米、豌豆和油菜在间作模式下均较单作表现出显著增产效应,但在不同模式下增产效应不同,小麦在小麦/玉米和小麦/大豆2种间作模式下产量分别提高49.14%、51.50%,玉米在玉米/油菜、玉米/豌豆和小麦/玉米3种间作模式中产量分别提高20.88%、53.48%、70.34%.各间作模式下的光能利用率为玉米/豌豆>玉米/油菜>玉米/小麦>小麦/大豆.玉米/豌豆间作模式可作为目前河西绿洲灌区低耗水、高光效型种植模式之一.     

水分对甜瓜叶片光响应特性的影响

【目的】探讨水分对甜瓜叶片光响应特性的影响机制,以期为甜瓜栽培中的科学用水提供依据。【方法】于201007-10,以甜瓜品种“一品天下208”为材料,采用盆栽试验,按照单株蒸腾蒸发量的60%(Ⅰ),80%(Ⅱ),100%(Ⅲ)和120%(Ⅳ)作为补充灌溉量进行水分处理,研究甜瓜叶片光响应特性及相关参数的变化。【结果】随着灌溉量的增加,甜瓜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO₂浓度(Ci)、最大光合速率(P_max)和表观量子效率(ε)均呈先增加后降低的变化趋势,其中以处理Ⅲ的最高,气孔限制值(Ls)和水分利用效率(WUE)呈先降低后升高趋势,其中以处理Ⅲ的最低。【结论】气孔限制是水分影响甜瓜叶片光合作用的主要因素。按单株蒸腾蒸发量的100%(Ⅲ)补充的灌溉量,是甜瓜适宜的灌溉量。     

水分对甜瓜叶片光响应特性的影响

【目的】探讨水分对甜瓜叶片光响应特性的影响机制,以期为甜瓜栽培中的科学用水提供依据。【方法】于2010-07-10,以甜瓜品种"一品天下208"为材料,采用盆栽试验,按照单株蒸腾蒸发量的60%(Ⅰ),80%(Ⅱ),100%(Ⅲ)和120%(Ⅳ)作为补充灌溉量进行水分处理,研究甜瓜叶片光响应特性及相关参数的变化。【结果】随着灌溉量的增加,甜瓜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、最大光合速率(Pmax)和表观量子效率(ε)均呈先增加后降低的变化趋势,其中以处理Ⅲ的最高,气孔限制值(Ls)和水分利用效率(WUE)呈先降低后升高趋势,其中以处理Ⅲ的最低。【结论】气孔限制是水分影响甜瓜叶片光合作用的主要因素。按单株蒸腾蒸发量的100%(Ⅲ)补充的灌溉量,是甜瓜适宜的灌溉量。     

强弱频闪光对番茄叶片光合光能转化效率的影响

以625nm LED频闪光源,设定闪光频率为0.04Hz或0.4Hz、强弱照光时程比为50∶50构成强弱频闪光照射方式,采用光合测试系统(CIRAS-2)测定了强弱频闪光下番茄叶片的碳吸收速率Pn动态响应。结果表明:0.04Hz频闪光下Pn呈现峰―谷振荡,且随着弱光时程内PAR的增加,Pn振荡幅度降低;而0.4 Hz下Pn无振荡现象。随着弱光时程内PAR的增加,各强弱频闪光下的平均光合速率Pn′均呈现迅速增加至接近连续光Pn′的趋势,0.04 Hz或0.4 Hz的强弱频闪光的光合光能转化效率LCE′较连续光显著增加,分别为10.83%~27.82%或39.40%~66.62%。可见,强弱频闪光的闪光频率和强弱照光时程的脉冲光强影响着LCE′的变化,而且二者适宜组合的强弱频闪光照射下会显著提高番茄叶片光合光能转化效率。