双转光地膜对作物生长发育的影响及栽培生物学试验

双转光地膜对作物生长发育的影响及栽培生物学试验

光和温度是植物生长发育的一个重要生态因素，对植物的形态的形成和生长有重要影响，尤其是光质结合物和比例对植物的生长、色素的组成、光合作用和物质代谢起到了很重要的作用。许多研究表明,植物生长和叶片色素的发育受光调控,红光有利于同化碳水化合物,蓝光有利于同化蛋白质类物质。不同植物对光谱成分变化的生理响应亦不同,双子叶植物比单子叶植物对光谱成分变化更敏感,烟草是双子叶植物,有关光质对烟草生长发育影响的研究较少,仅有少量关于红外与远红外光对其生长发育影响及单质红光和蓝光对旺长期烟叶碳氮代谢影响的报道,在接近自然光照强度下,光谱成分比例变化对烟草生长发育、叶片色素以及光合作用的影响尚未见报道。转光膜在作物设施栽培中已有应用,不同光质膜可作为物理手段来调控植物生长。双转光地膜以单基双能转光剂为主材料,具有调控光质和光强,将日光中对光合作用无效或低效的紫外光和绿黄光转变为对光合作用高效的蓝光和红光,增加土温的作用。本研究开展了双转光地膜大田栽培生物学试验,旨在为烟草栽培提供新材料、新方法、可靠的理论基础和集成的技术,促进优质烟叶生产技术的进步与发展。1材料和方法1.1土壤条件、项目设计试验以烟草(NicotianatabacumL.K326)为材料,于2004～2005年在湖南省浏阳市中国烟草长沙技术中心浏阳试验站进行。浏阳烟叶产区为海拔100m左右的丘陵地,耕作制度为烟稻轮作,烟苗移栽后多低温阴雨天气。试验采用大田单行高垄栽培(垄高30～35cm,垄宽75cm),行株距为120cm×50cm。土壤基础养分含量为有机质25.6g·kg-1,速效氮182.7mg·kg-1,速效磷36.1mg·kg-1,速效钾207.9mg·kg-1,pH6.81。基肥采用烟草专用复合肥(含N110g·kg-1,K2O360g·kg-1)、钙镁磷肥、过磷酸钙,追肥采用硝酸钾和硫酸钾,固定N素用量120kg·hm-2,N∶P2O5∶K2O=1∶1∶3。移栽期为3月25日,采用双转光地膜覆盖烟垄,膜厚度均为0.008mm,幅宽85cm,覆膜25d后揭膜。以未加转光剂的普通地膜为对照(CK),每处理3次重复,每小区200株。双转光地膜由湖南师范大学化工学院和长沙卷烟厂技术中心联合研制。图1为添加在双转光膜中单基双能转光剂荧光光谱图,虚线表示200～600nm的光均能激发转光剂发射645nm的红光,2个峰表示当单基双能转光剂发射光峰值在645nm时,转光剂在该峰(紫外光区和绿光区)处有最大光吸收能力。实线为用300nm的紫外光激发转光剂产生的发射光谱,2个峰表示单基双能转光剂能将紫外光同时转化成430nm蓝光和640nm红光。转光剂的发射光为360°球形发光。1.2测量设计和方法1.2.1酶活测定移栽后20d用具有自动控光、CO2浓度和温度功能的PPSYSTEMS公司生产的CIRAS-1光合仪测定,测定光强为1200μmol·m-2·s-1,CO2浓度为350μL·L-1,结果为5株烟苗的平均值,3次重复。1.2.2叶圆片分光光度计算方法移栽后20d随机取20株烟苗,用打孔器在相同叶位取叶圆片,1个叶圆片/片,混合匀浆、过滤后用SHIMADZUUV-2501PC分光光度计按文献方法测定。1.2.3生物量测量将烟株挖出,根系装入60目的尼龙网袋中用清水洗净,于105℃杀青0.5h,80℃烘至恒重,每次取8株,结果取平均值,3次重复。1.2.4温度测定和覆盖物的处理采用浙江大学电气设备厂生产的ZDR-21J型高精度双通道自动存储数显温度记录仪测定。烟苗移栽时,将该温度计探头分别埋放在5cm、15cm土层中,3次重复。仪器测量精度为±0.2℃,分辨率为0.1℃,检测完毕后将记录仪与计算机连接,运行记录仪应用程序,将记录数据下载到计算机内进行数据处理。1.3统计分析采用Excel进行T测验和多重比较,日平均温度为2:00、8:00、14:00、20:00温度的平均值。2结果与分析2.1双转光地膜与转红光法的对比表1为在317nm、353nm、500nm光激发下双转光地膜的发射光谱积分面积,积分面积越大,转光效率越高。对比表1和图1、图2可知,双转光地膜能较好地将烟叶色素吸收量极低的紫外光和绿光转化为红光和蓝光,转红光效率高于转蓝光数倍,而对照膜则未表现转光功能。用317nm、353nm、500nm光激发对照膜,检测不到红、蓝发射光,即无红光和蓝光发射。2.2平均地温比对照表2表明,覆盖双转光地膜对垄土有明显的增温效应(达显著标准)。5cm垄土日平均地温比对照高1℃,15cm垄土日平均地温比对照高0.8℃。说明通过双转光地膜增加红光、蓝光的强度,可有效增加地温。2.3覆盖双转光地膜对烟苗的影响表3表明:双转光地膜覆盖垄土17d内对烟株生长具有促进作用,但经t检验未达显著水平。双转光地膜覆膜25d时对烟株生长具有显著促进作用,烟株茎干重、根干重、茎粗、根长及最大叶面积等农艺指标显著或极显著高于对照。根、茎、叶干重分别比对照高14.0%、12.2%、8.3%,茎粗、根长及最大叶面积分别比对照高8.0%、20.9%、9.1%。说明通过覆盖双转光地膜增加红光和蓝光强度,有利于促进烟苗早生快发,增大光合叶面积。表4表明,覆盖双转光地膜,烟株现蕾期、叶数、株高、腰叶大小、节距等农艺性况指标与对照相比存在差异,但经t检验未达显著水平,说明双转光地膜处理对烟叶成熟时烟株农艺性况影响不大。2.4叶片叶绿素a和b值表5表明,大田双转光地膜处理20d能增加叶片叶绿素含量,叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量分别高于对照6.3%、5.4%、6.1%,叶绿素a/b值较对照增加0.03,叶片净光合速率亦有提高。说明通过双转光地膜增加红光和蓝光可促进叶片光合色素的合成,提高叶绿素a/b值。2.5化学成分指标烟草植株的形态发育可影响烟叶的化学特性,进而影响到烤后烟叶品质及可用性。判断烟叶质量优劣的主要化学成分指标为总氮、烟碱、还原糖和总糖。表6表明,双转光地膜处理后,烤后不同部位烟叶和B2F、C3L两个等级烟叶的总氮、烟碱等化学成分含量与CK相近,还原糖、总糖与对照有差异,但经t检验未达显著水平,说明双转光地膜处理未对烟叶品质产生不良影响。3双转光膜对烟株生长和干物质积累的作用双转光地膜具有显著增温作用,能提高叶片叶绿素含量,促进光合作用,增加烟苗根、茎、叶干重,有利于烟株的生长发育和尽早增大光合叶面积,提高群体光合速率,提高光能利用率,从而有利于内容物的积累,为优质烟叶生产奠定了物质基础。双转光地膜对烟株农艺性状影响不大,可在保持化学生物反应特性下明显促进生长,并保持烟叶的内在品质。增加土温能促进根系的吸收作用和生长,根系生物量及其吸收能力的增加必然促进地上部的生长。因此,双转光膜促进烟株生长是其增温效应和调整光质对烟株共同作用的结果。本文中的双转光地膜通过转光剂将自然光中紫外光转化为蓝光和红光、绿黄光转化为红光来实现调整光质成分。由于增加了对光合作用高效的蓝光和红光,必然强化了烟株在非饱和光强下的光合作用,促进其生长发育。本试验结果表明,双转光地膜处理显著促进烟苗生物量的积累,增大了光合叶面积,提高了群体光合速率,有利于烟株的生长发育。亦表明调整光质,增加红光和蓝光,有利于烟株生长与干物质积累。蒲高斌等在番茄的研究结果表明,红光有利于营养生长和干物质积累,叶面积扩展较快;杜建芳等在油菜幼苗的研究表明,弱的红光处理9d以上即可促进株高和鲜重;徐师华等的研究表明,大棚内红光比例最高者黄瓜植株生物量最大,这与本文结果相似。而储钟稀等的研究表明,20μmol·m-2