不同燈光和培養(yǎng)方式對柳樹、楊樹插條生長的影響

吳雅靜　王雯雯++田興軍

摘要：為了解不同的燈光和培養(yǎng)方式對柳樹、楊樹插條生長的影響，為柳樹、楊樹的無土栽培技術(shù)提供理論指導(dǎo)，采用紅藍白混合熒光燈和LED燈對竹柳、旱柳、意楊、白楊插條進行為期4周的霧培和水培試驗，比較這些培養(yǎng)方式對它們生長狀況和生理特性的影響。結(jié)果表明：就無土栽培方式而言，除了意楊插條，其余插條霧培生長狀況比水培的要好，竹柳插條生長狀況最好的培養(yǎng)方式是LED燈霧培，最適合旱柳、白楊插條生長的培養(yǎng)方式是熒光燈霧培，意楊生長狀況最好的培養(yǎng)方式則為LED燈水培。

關(guān)鍵詞：燈光；霧培；水培；植物工廠；插條生長；柳樹；楊樹；培養(yǎng)方式

中圖分類號： S723.9文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0256-04

收稿日期：2014-11-11

基金項目：中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（編號：XDA05050204）；國家重大水專項項目（編號：2012ZX07204004-003）；教育部博士點基金（編號：20110091110018）；江蘇省林業(yè)三新工程（編號：LYSX[2012]02）。

作者簡介：吳雅靜（1990—），女，安徽安慶人，碩士研究生，主要從事植物工廠、植物無土栽培的研究。E-mail：yuweier99@163.com。

通信作者：田興軍，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為植物生物學(xué)和生態(tài)學(xué)。E-mail：tianxj@nju.edu.cn。 在苗木生產(chǎn)實踐中，經(jīng)常會因為土壤鹽堿化，細菌、病菌感染，營養(yǎng)匱乏以及天氣、季節(jié)等的影響導(dǎo)致苗木長勢不佳，近年來新興的無土栽培方式則可以很好地解決這些問題。無土栽培法又稱營養(yǎng)栽培法、水耕法，它是在栽種作物時僅用營養(yǎng)液供給作物所需養(yǎng)分的特殊栽培方法，一般在較封閉的室內(nèi)環(huán)境進行，因此受病蟲害感染的機會很小，而且無土栽培很少施用農(nóng)藥，所以可種植出無污染、無公害的作物。常用的無土栽培方式有霧培、水培、基質(zhì)培等。

霧培技術(shù)又稱噴霧栽培、氣霧栽培，是一種新型的無土栽培方式，它是把植物的根系懸空置于空氣中，通過霧化的水氣營造霧化環(huán)境以滿足植物根系對水肥需求的一種栽培方式[1-3]。水培是一種新型的植物無土栽培方式，其核心是將植物根系懸浮并固定于植物營養(yǎng)液中，使植物能夠正常生長并完成其整個生命周期[4]。

本研究擬采用紅藍白混合熒光燈和LED燈對竹柳、旱柳、意楊、白楊插條進行為期4周的霧培、水培試驗，探討光照度等培養(yǎng)方式對楊樹、柳樹插條生長狀況、生理特性的影響。

1材料與方法

1.1供試材料

供試材料主要為：竹柳（Salix maizhokung gal‘ei13i3）、旱柳（Salix matsudana Koidz）、意楊（Populus euramevicana cv.‘I-214）、白楊（Populus alba）插條，購于江蘇省宿遷市頤亨園花卉中心。插條長18 cm左右，基部直徑1 cm左右。

1.2試驗設(shè)計

本試驗設(shè)計了2個集霧培、水培裝置為一體的2層帶輪培養(yǎng)架，上層用于水培，下層用于霧培。其中1個架子上下層均為紅藍白LED燈[功率15W，燈頭接口（燈頭型號）為T5，形狀為條形]，另1個架子則全為紅藍白熒光燈[功率20W，燈頭接口（燈頭型號）為T5，形狀為條形]。架子每層分別扦插10株竹柳、旱柳、意楊、白楊的插條。試驗于2014年5月22日至6月24日在南京市生命科技園植物工廠內(nèi)進行。

1.2.1水培試驗水培裝置由貯液池、栽植板、充氧泵、光照控制系統(tǒng)組成。貯液池長×寬×高=100 cm×60 cm×12 cm，栽植板為聚乙烯泡沫板，泡沫板上每隔10 cm開有定植孔，營養(yǎng)水深度為6 cm。

1.2.2霧培霧培裝置由種植槽、定植板、貯液桶、營養(yǎng)液循環(huán)流動系統(tǒng)和光照控制系統(tǒng)組成。種植槽的尺寸與上述水培裝置中的貯液池尺寸一致。種植槽長×寬×高=100 cm×60 cm×12 cm。噴頭的設(shè)計及尺寸：20 m管，15個4號噴頭，微型噴嘴型號為TW4010D，孔徑0.5 mm，JD-0410配套的白晶陶瓷噴嘴孔徑0.5 mm。

1.2.3設(shè)備與基質(zhì)消毒用0.1%高錳酸鉀溶液對種植槽、栽培板、定植孔、定植海綿進行藥劑消毒，浸泡3 h以上。

1.2.4定植與管理將這些插條在清水中浸泡2 h后，再用生根粉處理10 min，把插條用定植海綿固定在定植板上。架子用遮陽網(wǎng)遮住，關(guān)閉燈光對插條進行黑暗催根處理。水培裝置貯液池和霧培裝置貯液桶中裝的都是清水，霧培噴霧流量設(shè)置：開30 s關(guān)8 min。1周后，插條上有根和芽苞冒出，此后打開燈光，每天光照14 h，黑暗10 h，以促進插條營養(yǎng)生長。培養(yǎng)間晝溫25 ℃，夜溫20 ℃。1周后，霧培、水培更換1次清水，接著培養(yǎng)1周；到6月3日，開始更換1/8體積 Hoagland營養(yǎng)液[5]，此時霧培噴霧頻率設(shè)置成開30 s關(guān)6 min；6月10日，更換1/4 體積Hoagland營養(yǎng)液，霧培頻率同上周；以后每周更換1次1/4 體積Hoagland營養(yǎng)液。

1.3取樣與測量

為了研究每種插條在不同培養(yǎng)方式下的生長情況，優(yōu)選適合插條生長的培養(yǎng)方式，從6月3日開始每隔1周測量每株插條生長旺盛枝條的生長狀況，測量其長度、葉片數(shù)、根數(shù)、生長最為旺盛的根長度及插條的成活率。試驗至6月24日截止時，除測定上述數(shù)據(jù)外，還測定每株插條上枝葉鮮質(zhì)量（指的是枝條、葉片鮮質(zhì)量）、根系鮮質(zhì)量、根系體積、枝葉干質(zhì)量、根系干質(zhì)量，獲取具有代表性的插條根系形態(tài)。其中根系體積用量筒排水法測定，干質(zhì)量在80 ℃烘箱內(nèi)烘至恒質(zhì)量稱質(zhì)量獲得。根系洗凈后分別放入盛水的根系盤內(nèi)，完全展開，通過超微立體掃描儀（EPSON Perfection V330）獲取根系圖像。每種培養(yǎng)方式選取3株長勢較好的插條，測葉綠素含量、SOD活力、根系活力。其中葉綠素、類胡蘿卜素含量均采用分光光度法測定，超氧化物歧化酶（SOD）含量用氮藍四唑（NBT）法測定，根系活力用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定[6]。

1.4統(tǒng)計與分析

每個處理取3株具有代表性的植株的葉片，利用SPSS Statistics 17.0軟件進行試驗數(shù)據(jù)的處理、分析，并進行顯著性檢驗（Duncans和LSD法，P<0.05），數(shù)據(jù)表示為“平均值±標(biāo)準差”形式。用Origin 8.0軟件進行繪圖[7]。

2結(jié)果與分析

2.1不同的培養(yǎng)方式對插條生長狀況的比較

2.1.1不同插條的根數(shù)、葉片數(shù)、成活率表1數(shù)據(jù)為最后1周試驗統(tǒng)計結(jié)果，通過橫向、縱向比較不難看出，所有的竹柳插條成活率為100%；旱柳插條除了LED燈霧培為90%，其余的培養(yǎng)方式均為100%；意楊的成活率偏低，只有60%的LED燈水培法、40%的熒光燈水培法成活，其余成活率為0；白楊插條LED燈水培法、熒光燈霧培法、熒光燈水培法的成活率分別為 60%、60%、30%。

由表1還可看出，根系的生長情況各不相同，竹柳插條根數(shù)在熒光燈霧培條件下最多，為16條；旱柳插條根數(shù)最多的培養(yǎng)方式也是熒光燈霧培，為19條；熒光燈水培意楊的根數(shù)為5.7條，要多于LED燈水培的根數(shù)；白楊插條中熒光燈霧培方式的根數(shù)最多，為8.7條。竹柳葉片數(shù)最多的培養(yǎng)方式是LED燈水培，為60張；熒光燈霧培旱柳的葉片數(shù)為48.2張，是旱柳插條中葉片數(shù)最多的；熒光燈水培意楊和LED燈水培意楊的葉片數(shù)相近，均為5張；白楊插條中熒光燈霧培的葉片數(shù)最多，為10.0張。觀察發(fā)現(xiàn)，柳樹2個品種比楊樹的2個品種生長茂盛。

2.1.2不同插條的枝條生長狀況為了優(yōu)選適合插條生長的培養(yǎng)方式，測量每株插條生長旺盛枝條的生長狀況。由圖1可見，培養(yǎng)4周時，熒光燈霧培竹柳插條生長旺盛枝條的長度比其他培養(yǎng)方式竹柳插條生長旺盛枝條長度都要長；旱柳插條中，熒光燈霧培插條生長旺盛枝條長度也是所有旱柳插條生長旺盛枝條中長度最長的；培養(yǎng)4周時，熒光燈水培意楊生長旺盛枝條的長度要長于熒光燈霧培意楊的；培養(yǎng)4周時，熒光燈霧培白楊生長旺盛枝條的長度是所有白楊插條生長旺盛枝條中最長的。熒光燈水培白楊開始時迅速生長，生長旺盛枝條長度從培養(yǎng)2周開始下降后停止生長，可能原因是熒光燈水培白楊的成活率最低，只有30%；從培養(yǎng)2周開始，長勢良好的插條開始枯死。楊樹水培不易生根，新生的枝條和葉片維持生長一段時間后便開始衰弱死亡，這種現(xiàn)象是插條的假活，假活時間不長，才導(dǎo)致插條呈現(xiàn)如此狀態(tài)。LED燈水培白楊的插條生長旺盛枝條長度在培養(yǎng)3至4周開始停止生長，處于假活狀態(tài)。

2.1.3不同插條的根系生長情況圖2為不同插條生長旺盛根系長度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可見不同插條生長旺盛的根系長度基本隨時間推移而呈增長趨勢。竹柳、旱柳插條中生長旺盛根系長度都是熒光燈霧培方式最長；LED燈水培意楊生長旺盛根系長度>熒光燈水培意楊生長旺盛根系長度；白楊插條中熒光燈霧培白楊生長旺盛根系長度基本是所有白楊插條生

長旺盛根系長度中最長的。綜合可見，霧培插條根系數(shù)目多、長度長，須根數(shù)目多。

2.2不同的培養(yǎng)方式對插條生物量及根冠比的影響

表2試驗結(jié)果表明，LED燈霧培竹柳根鮮質(zhì)量、枝葉鮮質(zhì)量最大；旱柳插條則是LED燈霧培枝葉鮮質(zhì)量最大，熒光燈霧培旱柳根系鮮質(zhì)量最大；熒光燈水培意楊插條的枝葉鮮質(zhì)量、根系鮮質(zhì)量稍高于LED燈水培意楊；LED燈水培白楊枝葉鮮質(zhì)量最大，熒光燈霧培白楊根系鮮質(zhì)量最大。根冠比反映了植株地下部分與地上部分的相關(guān)性，由表2可見，竹柳插條中LED燈霧培根冠比最大；旱柳插條是熒光燈霧培根冠比最大；LED燈水培意楊根冠比>熒光燈水培意楊根冠比；熒光燈霧培白楊根冠比也稍高于其他的白楊插條。

2.3不同插條生理特性比較

由圖3-a可見，不同培養(yǎng)方式的葉綠素含量差異較大。

由圖3-b可見，同種培養(yǎng)方式下，竹柳插條葉片SOD活力要明顯高于旱柳，意楊高于白楊。竹柳、旱柳、白楊葉片SOD活力最高的培養(yǎng)方式是熒光燈霧培，意楊最高的培養(yǎng)方式是LED燈水培。

由圖3-c可見，竹柳根活力最高的是LED燈霧培方式插條，熒光燈霧培方式次之。旱柳插條則為熒光燈霧培方式根系活力最高；LED水培意楊根系活力>熒光燈水培意楊根系活力；熒光燈霧培白楊根系活力為白楊插條中最高的。

3討論

本研究的各項結(jié)果顯示：柳樹插條的成活率明顯高于楊樹，除了與楊樹比柳樹需水量更多、耐水性更強、易于成活有關(guān)之外，也說明這些培養(yǎng)方式更適合柳樹。杜克兵等研究認為，淹水脅迫對楊樹葉片的超微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯傷害，且隨脅迫程度的加重和淹水時間的延長而嚴重[8]。封華的研究表明，竹柳喜水，只要不長期淹在水中，在生長過程中土壤濕度保持在60%以上，就能保證快速生長，特別是扦插初期和幼苗期，必須保持苗床濕潤[9]。意楊培養(yǎng)至3周，霧培的意楊均停止生長甚至死亡，因此表明楊樹更加適合有土培養(yǎng)，就無土栽培方式而言，水培比霧培更適合意楊。此外，白楊的成活率要高于意楊。對竹柳、旱柳和白楊而言，霧培方式比水培方式生長情況好。

在竹柳插條中，LED燈霧培竹柳根系活力旺盛，具有較大的根長、根質(zhì)量、根冠比，利于根系對水分和各種營養(yǎng)的吸收，進而使地上部生長迅速。LED燈霧培竹柳葉片葉綠素含量較高，葉片鮮質(zhì)量最高。熒光燈霧培竹柳葉片有最大的

SOD活力，插條抗逆性較強。這些結(jié)果表明，紅藍白LED燈是促進植物生長的最好光源之一。後藤英司等認為，紅藍白LED燈除了給植物在缺光時間里得到補光外，還使植物在生長過程中促進側(cè)枝多發(fā)和芽的分化，加快根莖葉生長及植物碳水化合物的合成和維生素的合成，縮短了生長周期[10]，所以枝葉生長繁茂。

旱柳插條中，除了LED燈霧培旱柳插條有最大的枝葉干、鮮質(zhì)量外，其他指標(biāo)較優(yōu)秀的還有熒光燈霧培。熒光燈霧培旱柳插條根系環(huán)境含氧量高、根系活力高、抗逆性強，促使根系吸收營養(yǎng)快、生長旺盛。其最大葉片SOD活力使插條葉片存在活躍的活性氧代謝[11-12]，紅藍白熒光燈光波長類型豐富，正好與竹柳植物光合成和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合。葉片中的葉綠素很好地吸收紅藍白混合熒光燈燈光，旱柳插條葉片產(chǎn)生最佳的光合作用，植物得到最佳的生長狀態(tài)。

在楊樹插條的培養(yǎng)中，LED燈水培意楊相對于熒光燈水培意楊來說生長能力更強。熒光燈水培意楊插條葉片的葉綠素含量較高，推測LED燈光更利于意楊進行光合作用，但熒光燈水培意楊的枝葉鮮質(zhì)量比LED燈水培意楊的高。LED燈水培意楊根系活力較大，有最大的根冠比，葉片中的高SOD活力也促使其進行高效的光合作用。LED燈水培白楊的葉綠素含量不是最高的，但枝葉鮮質(zhì)量最高，說明白楊吸收利用紅藍白混合LED燈光后光合作用比較強。雖然熒光燈霧培白楊枝葉鮮質(zhì)量不是最高的，但根冠比及其他指標(biāo)比較優(yōu)異。白楊葉綠素含量較高，對熒光燈燈光的利用效率沒有LED燈光強，不過這些并不影響其活躍的根系活力和SOD活力，促使植株長勢較佳。

柳樹、楊樹都是易成活的傳統(tǒng)土培綠化樹種，因其防風(fēng)固沙能力強而成為世界上廣泛栽培的重要造林植物[13-14]。相對而言，柳樹更加適合無土的水培和霧陪。而楊樹在水培、霧陪條件下生長狀況不好，不適合無土栽培。本研究表明，柳樹苗木的批量工廠化育苗可以通過水培和霧陪的方式進行。水培和霧培木本植物由于沒有土，無土栽培的植物放在室內(nèi)可以凈化空氣、美化環(huán)境。本試驗用的培養(yǎng)架成功培養(yǎng)了近108株插條，節(jié)省了空間資源。

綜上所述，就無土栽培方式而言，除了意楊插條，其余品種插條霧培生長狀況比水培的要好；竹柳插條生長狀況最好的培養(yǎng)方式是LED燈霧培；最適合旱柳、白楊插條生長的培養(yǎng)方式是熒光燈霧培；意楊生長狀況較好的則為LED燈水培。當(dāng)然，目前霧培技術(shù)尚處于探索階段，尚存在很多問題有待進一步解決，也是我們繼續(xù)研究的方向。

參考文獻：

[1] Christie C B，Nichols M A. Aeroponics-a production system and research tool[J]. Acta Horticulturae，2004，648：185-190.

[2]Hayden A L，Yokelsen T N，Giacomelli G A，et al. Aeroponics： an alternative production system for high-value root crops[J]. Acta Horticulturae，2004，629：207-213.

[3]Nichols M A. Aeroponics and potatoes[J]. Acta Horticulturae，2005，670：201-206.

[4]劉士哲. 現(xiàn)代實用無土栽培技術(shù)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001.

[5]Epstein E，Bloom A. Mineral nutrition of plants： Principles and perspectives[M]. Sunderland： Sinauar Associates，2004：30-33.

[6]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000：119-195.

[7]賈中民，王力，魏虹，等. 垂柳和旱柳對鎘的積累及生長光合響應(yīng)比較分析[J]. 林業(yè)科學(xué)，2013，49（11）：51-59.

[8]杜克兵，許林，涂炳坤，等. 淹水脅迫對2種楊樹1年生苗葉片超微結(jié)構(gòu)和光合特性的影響[J]. 林業(yè)科學(xué)，2010（6）：58-64，183.

[9]封華. 竹柳扦插育苗技術(shù)[J]. 山西林業(yè)，2014（1）：25-26.

[10]後藤英司，夏晨.人工光源在植物生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 中國照明電器，2014（2）：40-44.

[11]黎瑞珍，楊慶建，陳貽銳，等. 超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定及其應(yīng)用研究[J]. 瓊州大學(xué)學(xué)報，2004（5）：34-36.

[12]Shalata A，Neumann P M. Exogenous ascorbic acid （vitamin C） increases resistance to salt stress and reduces lipid peroxidation[J]. Journal of Experimental Botany，2001，52（364）： 2207-2211.

[13]姚麗，禹婷，秦剛，等. 轉(zhuǎn)雙抗蟲基因741楊樹對節(jié)肢動物群落食物網(wǎng)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：299-301.

[14]蔡桂榮. 遼西北半干旱地區(qū)旱柳規(guī)范化扦插育苗技術(shù)[J]. 防護林科技，2014（1）：124-125.楊寶林，劉海洋，王媛花. 波斯菊與觀賞向日葵輪作栽培技術(shù)及觀賞性研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11

：260-262.