李鵬 譚旋 唐格斯 楊帆 戴思慧 龔意輝

摘要：石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖因其具備熱轉(zhuǎn)換效率高且綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了較多應(yīng)用，然而對辣椒育苗的影響并不清楚。以湘研14號線椒為供試品種，在湘潭蔬菜種苗中心基地的大棚內(nèi)設(shè)置石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫處理，觀察石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫處理對辣椒幼苗生長發(fā)育的影響。結(jié)果表明，石墨烯板下辣椒幼苗萌芽率最高，為91.00%，對照棚內(nèi)幼苗萌芽率最低，為83.58%;石墨烯板下和對照棚苗齡期分別為72、102 d，石墨烯處理能明顯縮短苗齡期30 d左右，降低了辣椒幼苗的生產(chǎn)成本;株高、莖粗、主根長度、葉片數(shù)、地上部分干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、地下部分干質(zhì)量、鮮質(zhì)量均隨辣椒幼苗的生長發(fā)育呈現(xiàn)出增加的趨勢，并且石墨烯板下幼苗各項(xiàng)生理指標(biāo)均明顯高于石墨烯板外和對照。綜上所述，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖處理技術(shù)明顯促進(jìn)了辣椒幼苗根系和植株的生長。研究結(jié)果為推廣石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖技術(shù)在蔬菜集約化育苗中應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：辣椒;石墨烯;遠(yuǎn)紅外電暖;低溫脅迫;育苗;生長發(fā)育

中圖分類號：S641.304.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2022）11-0149-05

收稿日期：2021-08-04

基金項(xiàng)目：湖南省自然科學(xué)基金（編號：2020JJ5270）;湖南省教育廳科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（編號：20A281）。

作者簡介：李 鵬（1988—），男，湖南瀏陽人，碩士，中級農(nóng)藝師，從事蔬菜育苗技術(shù)的研究。E-mail：496741931@qq.com。

通信作者：龔意輝，博士，講師，從事蔬菜育苗技術(shù)的研究。E-mail：gyhzgh@163.com。

辣椒（Capsicum annuum L.）是茄科辣椒屬一年生草本植物，是我國栽培面積僅次于白菜的第二大蔬菜作物，栽培歷史悠久，且品種資源豐富。辣椒果實(shí)富含豐富的維生素C、蛋白質(zhì)、糖類、辣椒素等營養(yǎng)物質(zhì)，受到廣大消費(fèi)者的青睞。近年來，反季節(jié)蔬菜種植面積和產(chǎn)量呈現(xiàn)不斷升高的趨勢，給企業(yè)和種植戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。優(yōu)質(zhì)的蔬菜種苗是種植戶獲得高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的前提條件。辣椒種苗生產(chǎn)的品種、質(zhì)量、數(shù)量，以及辣椒育苗方式的不同，都將對辣椒的產(chǎn)量、品質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重大的影響。辣椒屬喜溫作物，適合在 20～30℃環(huán)境中生長，當(dāng)生長溫度長時間低于 15℃ 就會發(fā)生冷害，從而使辣椒根、莖、葉等器官的生長發(fā)育受到一定程度的抑制。

任旭琴等研究表明，低溫逆境能有效降低辣椒根系的總長度，根系直徑則表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢。梁建生等研究表明，低溫會導(dǎo)致植物根系功能異常，從而造成根系吸收水分和礦質(zhì)元素困難，植物代謝出現(xiàn)紊亂，嚴(yán)重阻礙植物根系的正常生長和發(fā)育。徐冉等研究表明，低溫減小了辣椒葉面積，且低溫時間越長，減小幅度越大。王麗萍等研究表明，低溫弱光抑制了辣椒株高和莖粗的生長，也阻礙了辣椒根系的生長。柴文臣等研究表明，辣椒株高、莖粗、葉長、干物質(zhì)積累量等生長指標(biāo)隨低溫脅迫時間的延長均呈現(xiàn)出下降的趨勢。我國南方保護(hù)地冬春茬和早春茬辣椒多在12月中旬至翌年1月底前播種，整個育苗期均處于溫度較低的環(huán)境中。當(dāng)辣椒種子萌發(fā)后，遭遇長時間的低溫脅迫，會導(dǎo)致辣椒抗凍能力減弱，同時減弱了根系吸收水分和礦質(zhì)元素的功能，從而引發(fā)辣椒幼苗病害，造成生長發(fā)育不良，最終出現(xiàn)辣椒結(jié)實(shí)率低和品質(zhì)低下的現(xiàn)象。因此，在越冬春茬和早春茬如何有效培育種苗是辣椒生產(chǎn)上亟待解決的重要問題。

石墨烯是一種從石墨材料中分離出來的單層碳原子材料，是由碳原子以sp雜化方式緊密結(jié)合構(gòu)成的二維六方單層結(jié)構(gòu)，具有超強(qiáng)的導(dǎo)熱性和優(yōu)異的電學(xué)性能。石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖具有能耗低、使用壽命長、安全性高、防水、防漏電等優(yōu)點(diǎn)，能夠解決冬季燃油、燃煤、燃?xì)獾裙┡斐傻沫h(huán)境污染問題，而且有凈化空氣的功能。石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、熱轉(zhuǎn)換效率高、安裝成本低，且熱能利用率高、節(jié)能效果突出。石墨烯電熱板通電后產(chǎn)生的8～14 μm遠(yuǎn)紅外“生命光波”，容易被植物吸收并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而且種苗不需要進(jìn)行定期消毒、打藥和施肥等作業(yè)工序，降低了病蟲害防治次數(shù)和種苗生產(chǎn)成本，培育的種苗綠色環(huán)保。因此，研究和利用石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖育苗技術(shù)具有較好的生產(chǎn)應(yīng)用價值。本研究以湘研14號線椒為試驗(yàn)材料，利用石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫技術(shù)對辣椒漂浮育苗生長發(fā)育的影響，以期為縮短育苗時間、培育辣椒壯苗和高效栽培提供理論基礎(chǔ)，也為今后推廣石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫技術(shù)在蔬菜集約化育苗中的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

基質(zhì)、120孔穴盤均由湖南湘暉農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司提供，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖由湖南九朋智烯科技有限公司提供，規(guī)格為1.1 m×0.6 m，電功率為500 W，塑料大棚膜選擇聚氯乙烯無滴長壽膜，規(guī)格為35 m×8 m×0.08 mm，小拱棚膜選擇農(nóng)膜，規(guī)格為29.54 m×2 m×0.02 mm，均由湖南烯源新材科技有限公司提供。供試?yán)苯菲贩N為湘研14號線椒，由湖南湘研種業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分別于2019年12月和2020年12月在湖南省湘潭市蔬菜種苗中心基地內(nèi)進(jìn)行，重復(fù)2次。選取相鄰2間、規(guī)格為44 m×8 m的大棚，分別編號A、B，2間大棚重新蓋膜，保持大棚內(nèi)部條件基本一致。在大棚內(nèi)各修建規(guī)格為1.1 m×20 m的育苗池2個。A大棚不采用石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫，作為空白對照，B大棚安裝規(guī)格為1.1 m×0.6 m的石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖設(shè)施。在120孔穴盤中播種，播種后將穴盤置于溫室小拱棚，每個溫室小拱棚各播種10盤進(jìn)行辣椒育苗試驗(yàn)，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫控制大棚內(nèi)白天溫度為25～28℃，晚上溫度為15～18℃，進(jìn)行常規(guī)管理，待辣椒種子萌發(fā)終止后每隔1周進(jìn)行取樣，用于辣椒幼苗各項(xiàng)生理指標(biāo)的測定。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 發(fā)芽率的統(tǒng)計(jì) 辣椒種子破土而出視為種子萌發(fā)，當(dāng)連續(xù)5 d沒有新的種子破土而出即視為萌發(fā)結(jié)束。在此期間每天記錄辣椒種子的萌發(fā)數(shù)量，并匯總得出辣椒種子最終的發(fā)芽率。發(fā)芽率=（種子發(fā)芽終止在規(guī)定時間內(nèi)的全部正常發(fā)芽種子數(shù)/總播種數(shù)）×100%。

1.3.2 苗齡期的測定 辣椒壯苗標(biāo)準(zhǔn)：幼苗莖稈粗且節(jié)間短，根系發(fā)達(dá)且主根粗壯。幼苗真葉為8～12張，子葉部位莖粗為0.25～0.40 cm，株高為15～20 cm，葉片濃綠且肥大，根莖葉無病斑、無傷痕、無病蟲危害，葉柄長度適中，以幼苗達(dá)到壯苗為標(biāo)準(zhǔn)，記錄 A、B 2間大棚辣椒幼苗達(dá)到壯苗所需的時間。

1.3.3 幼苗生長指標(biāo)的測定 從石墨烯板下（石墨烯板正下方的幼苗）、石墨烯板外（石墨烯板旁邊的幼苗）、對照組隨機(jī)各取5株進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測定。用卷尺測定辣椒幼苗基部到生長點(diǎn)的高度，即為辣椒株高;用游標(biāo)卡尺測定辣椒子葉上方莖稈的粗度即為莖粗;采用觀察法統(tǒng)計(jì)辣椒幼苗的葉片數(shù);用清水將根系洗干凈，用直尺測量幼苗的主根長度，并記錄幼苗的胚根數(shù)，以子葉為界，使用百分之一天平測定辣椒幼苗地上部分和地下部分的鮮質(zhì)量，然后將辣椒鮮樣置于115℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，使用千分之一天平稱量辣椒地上部分和地下部分樣品的干質(zhì)量。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析 采用 Excel 2010、Sigmaplot 12.5軟件對2020年12月育苗所測定的生理數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖對辣椒幼苗發(fā)芽率的影響

由圖1可知，石墨烯板下辣椒種子發(fā)芽率最高，為91.00%，石墨烯板外辣椒種子發(fā)芽率次之，為88.00%，對照棚內(nèi)辣椒種子發(fā)芽率最低，為83.58%。結(jié)果表明，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖技術(shù)在一定程度上提高了辣椒種子的發(fā)芽率。

2.2 石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖對辣椒苗齡期的影響

由圖2、圖3可知，苗齡期是指從辣椒萌發(fā)結(jié)束時間開始達(dá)到壯苗所需的時間。石墨烯板下辣椒苗齡期最短，為72 d;石墨烯板外辣椒的苗齡期次之，為77 d，而對照棚內(nèi)辣椒的苗齡期最長，為 102 d;石墨烯材料處理能縮短辣椒苗齡期30 d左右。結(jié)果表明，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖處理能縮短辣椒幼苗的苗齡期。

2.3 石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖對辣椒幼苗生長勢的影響

2.3.1 對辣椒幼苗株高的影響 由圖4可知，辣椒株高隨著幼苗的生長發(fā)育呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。在辣椒萌發(fā)結(jié)束42 d后，石墨烯板下幼苗的株高最高，石墨烯板外幼苗株高次之，對照棚內(nèi)幼苗株高最低。結(jié)果表明，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖處理明顯促進(jìn)了辣椒幼苗的生長。

2.3.2 對辣椒幼苗莖粗的影響 由圖5可知，辣椒幼苗的莖粗隨著幼苗生長發(fā)育時間的延長呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。石墨烯板下幼苗的莖粗最粗，石墨烯板外幼苗莖粗次之，對照棚內(nèi)幼苗莖粗最細(xì)。結(jié)果表明，石墨烯處理在一定程度上促進(jìn)了辣椒幼苗莖粗的生長。

2.3.3 對辣椒幼苗葉片的影響 由圖6可知，葉片隨著辣椒幼苗的生長發(fā)育呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。石墨烯板下幼苗的葉片數(shù)最多，石墨烯板外幼苗葉

片數(shù)次之，對照棚內(nèi)幼苗葉片數(shù)最少。結(jié)果表明，石墨烯處理在一定程度上加速了辣椒幼苗葉片的生長。

2.4 石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖對辣椒幼苗根系的影響

2.4.1 對辣椒幼苗主根長度的影響 由圖7可知，辣椒幼苗的主根長度隨著幼苗的生長與發(fā)育呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。石墨烯板下幼苗主根最長，石墨烯板外幼苗主根次之，對照棚內(nèi)幼苗主根最短。結(jié)果表明，石墨烯處理明顯促進(jìn)了辣椒幼苗主根長度的生長，有助于培養(yǎng)辣椒壯苗。

2.4.2 對辣椒幼苗胚根的影響 由圖8可知，辣椒幼苗胚根數(shù)量隨著幼苗的生長與發(fā)育大體呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。石墨烯板下幼苗胚根數(shù)最多，石墨烯板外幼苗胚根數(shù)次之，對照棚內(nèi)幼苗胚根數(shù)最少。結(jié)果表明，石墨烯處理明顯促進(jìn)了辣椒幼苗側(cè)根的生長。

2.5 石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖對辣椒幼苗生長質(zhì)量的影響

由圖9可知，辣椒幼苗地上部分和地下部分的鮮質(zhì)量以及干質(zhì)量隨著辣椒幼苗的生長進(jìn)程呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。石墨烯板下辣椒生物量積累最多，石墨烯板外辣椒生物量積累次之，對照棚內(nèi)辣椒生物量積累最少。結(jié)果表明，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖處理明顯促進(jìn)了辣椒幼苗干物質(zhì)的積累。

2.6 辣椒石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫育苗效益分析

由圖2可知，辣椒經(jīng)石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫處理后可縮短苗齡期30 d左右。按目前市場人工勞務(wù)費(fèi)150元/（人·d）計(jì)算，大約節(jié)省4 500元的人工勞務(wù)費(fèi)。此外，石墨烯材料的功率約為 500 W/塊，可育苗8～9盤（每穴盤為 120株），保護(hù)地按種植 3 600株/667 m 辣椒計(jì)算，需30穴盤苗及4塊石墨烯加溫42 d，石墨烯材料費(fèi)為 800元/塊，一般使用8年/塊，石墨烯材料加溫電費(fèi)按加熱時間平均12 h/d，電費(fèi)以0.58元/（kW·h）計(jì)算，500÷1 000×0.58×42×4×12+800×4÷8=984.64元。因此，應(yīng)用石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫育苗技術(shù)能有效降低辣椒育苗生產(chǎn)成本。同時，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫育苗能促進(jìn)辣椒提前成苗和定植，有利于辣椒果實(shí)的提早上市，給農(nóng)戶帶來了更高的經(jīng)濟(jì)收益。

3 討論與結(jié)論

在辣椒反季節(jié)栽培過程中，容易遭受低溫脅迫而給辣椒的生長發(fā)育帶來不利的影響。低溫脅迫易使辣椒徒長、花芽結(jié)實(shí)率低、根系生長緩慢而導(dǎo)致吸收礦質(zhì)營養(yǎng)元素障礙，從而引發(fā)辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)明顯下降的現(xiàn)象。目前，我國常采用煤油燃燒、熱風(fēng)爐、鍋爐暖氣、電暖風(fēng)等加溫方式進(jìn)行冬季蔬菜育苗，但這些傳統(tǒng)的加溫方式易產(chǎn)生熱轉(zhuǎn)換效率低、加熱不均勻、生產(chǎn)成本高、作業(yè)流程繁瑣且易污染環(huán)境等諸多實(shí)際問題，這些傳統(tǒng)加溫育苗效果難以令人滿意，并且不符合低碳環(huán)保的生產(chǎn)要求。

本研究結(jié)果表明，在溫室低溫逆境條件下，石墨烯遠(yuǎn)紅外加溫處理明顯縮短辣椒苗齡30 d左右，石墨烯加溫處理在一定程度上能提高辣椒萌發(fā)率、幼苗株高、莖粗、主根長度、胚根數(shù)、地上部分鮮質(zhì)量和干質(zhì)量、地下部分鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，加速了辣椒幼苗植株的生長和根系的發(fā)育，有利于培養(yǎng)辣椒壯苗。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)用石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫育苗技術(shù)能大大提早辣椒幼苗上市時間，節(jié)約育苗生產(chǎn)成本，其后續(xù)辣椒移栽、定植和果實(shí)收獲等生產(chǎn)環(huán)節(jié)均能有效提前，給農(nóng)戶和企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時也為推廣石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖在蔬菜集約化育苗中的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

綜上所述，應(yīng)用石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫設(shè)施育苗技術(shù)明顯促進(jìn)了辣椒幼苗根系和植株的快速生長，有效提早幼苗的上市時間，并且能使企業(yè)和農(nóng)業(yè)種植戶獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)技術(shù)屬于我國高科技綠色環(huán)保新能源技術(shù)，具有安全性高、綠色環(huán)保、風(fēng)險小、電熱轉(zhuǎn)換效率高且發(fā)熱穩(wěn)定等優(yōu)勢，符合我國大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)要求，并且在蔬菜育苗中的應(yīng)用可為企業(yè)和種植戶帶來顯著的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，石墨烯遠(yuǎn)紅外電暖加溫設(shè)施在今后蔬菜集約化和規(guī)模化育苗中的應(yīng)用前景十分光明。

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