賀宇，韓亞慧，張春芬，鄧舒，肖蓉，曹秋芬，孫海峰，王歡

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801；2.山西大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 果樹研究所，山西 太原 030031；4.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 太谷 030801；5.臨汾市碧豐霖農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，山西 臨汾 041000；6.臨汾市堯都區(qū)扶貧開發(fā)中心，山西 臨汾 041000）

無花果原產(chǎn)地中海沿岸，喜溫暖濕潤氣候，屬喜光性樹種，只有在良好的光照條件下，才能正常生長、開花、結(jié)果。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對于果蔬的需求日益多樣化，本土常見的果蔬已不能滿足人們對于新鮮事物的追求，這就促進(jìn)了南果北種栽培技術(shù)。在我國北方地區(qū)，由于冬天的陽光入射角度較低、植被單位面積的光能不足、日照時數(shù)較短，自然光條件無法適應(yīng)無花果生長對光照條件的需要以及遭受不良?xì)夂蛳碌沫h(huán)境條件影響，使得植物的生長發(fā)育速率過緩[1]。人們使用日光溫室、塑料大棚雖然可以解決環(huán)境溫度的問題[2]，但受溫室骨架、建筑方位、角度、覆蓋材質(zhì)等因素的影響，溫室內(nèi)光照條件已經(jīng)不適宜無花果的健壯生長，從而出現(xiàn)了坐果率、產(chǎn)量和品質(zhì)降低等問題。生產(chǎn)的大量需求有力地促進(jìn)了植物補(bǔ)光科技的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)代園藝設(shè)施中，為了實現(xiàn)作物高效優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)，各種人工光源也被大量開發(fā)利用[3]。但傳統(tǒng)光源大多為白熾燈、熒光燈和鈉燈，都是連續(xù)復(fù)合光譜，無法控制光質(zhì)比等技術(shù)參數(shù)，造成很大一部分光譜能量的浪費；且作為熱光源，無法近距離照射植物，使用過程中部分光子運動能量逸散，也不利于精確調(diào)控植物生長的環(huán)境溫度[4]。近年隨著技術(shù)的發(fā)展，LED光源憑借其照明效果好、響應(yīng)速度快、光質(zhì)純等優(yōu)勢取得了較大研究進(jìn)展。但是上述光源在技術(shù)手段上一般都是采用增大燈管的輸出功率來擴(kuò)大照射面積，所產(chǎn)生的光照對于植物的生長發(fā)育并不能達(dá)到良好的效應(yīng)，而輸出功率的增大會造成散熱問題，從而加速LED、鹵素?zé)?、熒光燈等的老化，影響植物補(bǔ)光燈的使用壽命。為克服上述植物補(bǔ)光燈存在的問題，需要一種輻照能量強(qiáng)、單盞功耗較少、單色性好、覆蓋面積廣的新型光源[1]。

激光植物生長燈是利用激光合成的植物光合作用光譜信息技術(shù)，以提高綠色植物光合作用能力的植物生長光源，具有亮度高、方向性好、射程遠(yuǎn)、方便控制等優(yōu)點[5]。植物在生長過程中使用激光生長燈，能把相應(yīng)的光子攝入植物細(xì)胞并提高植物細(xì)胞的生物能,激活植物有關(guān)光合效應(yīng)酶的生物活性并促進(jìn)植株的生理代謝[6-8]，各種波段的光通過激活相應(yīng)光受體結(jié)合，影響植株的生長發(fā)育、光合特性、形態(tài)建成、生物代謝以及產(chǎn)品品質(zhì)等[9]。而可見光中波長640～660 nm的紅光和波長430～450 nm的藍(lán)光對植株的作用效果顯著，在這2個波長范圍內(nèi)葉綠素a和葉綠素b分別有一個吸收峰值[10]，是植物光合作用的主要能量來源。植物補(bǔ)光燈的選擇應(yīng)該既可以滿足植物生長的需求，又盡可能地降低補(bǔ)光成本[11]。在設(shè)施蔬菜、果樹上研究較多的是LED燈對植物生長的影響。在植物生產(chǎn)中仍然存在耗能大、生產(chǎn)成本高的問題，影響果農(nóng)使用的積極性。作為新型的植物補(bǔ)光燈，激光植物生長燈具有許多優(yōu)良的性能：覆蓋面積廣、體積小、壽命長、功耗低、光譜更精準(zhǔn)[1]。激光植物生長燈在蔬菜上應(yīng)用已有研究報道，而在設(shè)施果樹上研究未見報道，對此，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物技術(shù)課題組連續(xù)2 a調(diào)查了溫室補(bǔ)光后無花果植株生長及果實性狀，研究激光植物生長燈對無花果生長、發(fā)育、結(jié)果的影響，為無花果設(shè)施栽培豐產(chǎn)技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試無花果品種為波姬紅，由山西省臨汾市碧豐霖農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司引進(jìn)。試驗儀器為紅嬌陽M101-G型激光植物生長燈，功率12 W，補(bǔ)光燈珠3×3陣列，藍(lán)光波長400～500 nm，紅光波長610～720 nm，紅藍(lán)光質(zhì)2∶1，西安同凱電子科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

試驗于2020—2021年在山西省臨汾市碧豐霖農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司日光溫室內(nèi)進(jìn)行。日光溫室東西走向，長70 m，跨度11 m，脊高4.5 m，骨架材料為直徑50 mm鋼管，覆蓋保溫材料。南北向栽植無花果，行距1.8 m，株距0.6 m，開心形樹形（圖1）。

圖1 開心形樹形Fig.1 Open heart-shaped tree

試驗設(shè)激光植物生長燈補(bǔ)光和不補(bǔ)光2個處理。激光植物生長燈可以根據(jù)植株的生長情況上下調(diào)整、360°旋轉(zhuǎn)照射，生長燈放置溫室中間（圖2），每天兩側(cè)各照射2次，每次2 h，照射時間設(shè)定為16：00—20：00和2：00—6：00這2個時間段。

圖2 置于溫室中間的激光植物生長燈Fig.2 Laser plant growth lamp placed in the middle of greenhouse

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 無花果植株生長指標(biāo)的測定 每個處理隨機(jī)選取生長良好、長勢基本一致的5株無花果植株，掛上標(biāo)簽作為測量對象，在生長期（6—10月）用卷尺測量株高、葉長、葉寬，用電子數(shù)顯千分尺測量葉片厚度；結(jié)果期調(diào)查始結(jié)果部位、單株結(jié)果數(shù)，用電子天平稱取單果質(zhì)量，用0～200 mm數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量果實縱橫徑、莖粗。

1.3.2 無花果植株生理指標(biāo)的測定 葉綠素含量使用便攜式葉綠素測定儀測定，光合指標(biāo)使用便攜式光合儀測定。

1.3.3 無花果果實品質(zhì)的測定 總糖含量用蒽酮比色法測定[12]，還原糖含量用DNS比色法測定，可滴定酸含量采用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定法測定[13]，維生素C含量采用2，6-二氯靛酚法測定[13]。鈣、鎂、鐵的分析測定采用原子吸收分光光度計，硒的測定使用熒光檢測器[14]。

1.3.4 產(chǎn)量的測定 測定補(bǔ)光組與不補(bǔ)光組的無花果質(zhì)量，直至休眠期，折合計算公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA）和最小顯著性差異分析（LSD），其他統(tǒng)計分析采用Excel 2010處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 激光植物生長燈對日光溫室栽培無花果植株生長的影響

由表1可知，安裝激光植物生長燈后，日光溫室無花果植株生長更為旺盛。2020年補(bǔ)光后株高比對照組增加41 cm，增長22.33%；葉寬增加3.68 cm，增長16.36%；葉片厚度增加0.12 mm，增長26.43%，植株株高、葉寬及葉片厚度3個指標(biāo)都極顯著高于未補(bǔ)光植株。補(bǔ)光后植株莖粗增長8.21%，葉片長度增長9.38%，平均葉面積增加3.89%，節(jié)間長度縮短5.95%，與不補(bǔ)光處理間差異不顯著。

表1 2020—2021年激光補(bǔ)光后日光溫室栽培無花果植株生長情況Tab.1 Fig plant growth in solar greenhouse after laser supplemental light in 2020-2021

2021年有補(bǔ)光處理的無花果植株株高增加26.2 cm，增長14.49%，極顯著高于對照組；補(bǔ)光處理后葉長增加0.65 cm，增長2.41%；葉寬增加0.98 cm，增長3.8%，與對照組差異不顯著。

綜合2 a的生長情況看，安裝激光植物生長燈后，無花果植株長勢更為健壯，而沒有進(jìn)行激光補(bǔ)光的無花果植株明顯長勢較弱，因此，激光植物生長燈處理能有效促進(jìn)無花果的株高、葉片等的生長，對日光溫室栽培無花果植株生長有明顯的促進(jìn)作用。

由表2可知，補(bǔ)光后無花果植株葉綠素含量增長4.1%，光合速率提高5.46%，這2項指標(biāo)都顯著高于未補(bǔ)光植株。

表2 2020年激光補(bǔ)光后日光溫室栽培無花果植株光合參數(shù)Tab.2 Fig plant photosynthetic parameters in solar greenhouse after laser supplemental light in 2020

2.2 激光植物生長燈對日光溫室栽培無花果坐果及產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，安裝激光植物生長燈后，無花果產(chǎn)量明顯增加。2020年無花果植株節(jié)間數(shù)極顯著高于不補(bǔ)光植株，結(jié)果部位平均降低3節(jié)，平均每枝坐果數(shù)增加8個，果實縱橫徑、單果質(zhì)量等指標(biāo)均高于未補(bǔ)光無花果植株。2020年補(bǔ)光后的日光溫室產(chǎn)量為60 736.57 kg/hm2，對照溫室產(chǎn)量為32 127.91 kg/hm2，增產(chǎn)89.05%。2021年補(bǔ)光后無花果植株節(jié)間數(shù)平均增多2節(jié)，結(jié)果部位降低4～5節(jié)，平均每枝結(jié)果數(shù)量增多6個。2021年補(bǔ)光后的日光溫室產(chǎn)量為44 341.94 kg/hm2，不補(bǔ)光溫室產(chǎn)量為25 689.25 kg/hm2，增產(chǎn)幅度達(dá)到42.07%。

表3 2020—2021年激光補(bǔ)光后日光溫室栽培無花果坐果率和產(chǎn)量分析Tab.3 Analysis of fruit setting rate and yield of fig cultivated in solar greenhouse after laser supplemental light in 2020-2021

連續(xù)2 a的試驗均表明，增加激光植物生長燈可以增多節(jié)間數(shù)，降低結(jié)果部位，增大單果質(zhì)量，能顯著增加日光溫室產(chǎn)量。

2.3 激光植物生長燈對日光溫室栽培無花果果實商品品質(zhì)的影響

由表4可知，2 a間激光補(bǔ)光后的無花果在總糖、還原糖、維生素C含量上均不同程度低于未補(bǔ)光無花果植株，但可滴定酸含量升高，微量元素差異不大。試驗結(jié)果表明，補(bǔ)光后的無花果口感偏酸，影響果實品質(zhì)。2 a的數(shù)據(jù)說明，激光植物生長燈由于增加了無花果的產(chǎn)量，但是在一定程度上會影響果實的品質(zhì)。

表4 2020—2021年激光補(bǔ)光后日光溫室栽培無花果果實品質(zhì)分析Tab.4 Fruit quality analysis of fig cultivated in solar greenhouse after laser supplemental light in 2020-2021

3 結(jié)論與討論

許多研究成果指出，相比于單色光而言，紅藍(lán)光同時作用于植株能更有效促進(jìn)光合作用[15]。林婧[16]在研究不同紅藍(lán)光比例對櫻桃番茄幼苗生長的影響中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)藍(lán)光與紅光比例區(qū)間為1∶1～3∶2時最有利于幼苗生長，此時的葉面積雖小但厚，莖干較粗，養(yǎng)分積蓄量最高。陳心源[3]在研究不同配比紅藍(lán)光補(bǔ)光對火龍果成花和果實品質(zhì)的影響中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)藍(lán)光與紅光比例為1∶4時，結(jié)果產(chǎn)出最大。王濤等[17]在研究不同紅藍(lán)光比例對生菜生長的影響中發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)比例為6∶3時，生菜的株高增加、開展度更好。在本試驗中，激光植物生長燈紅藍(lán)光比例為2∶1，無花果株高、葉片厚度顯著增大，葉面積、莖粗、單枝坐果數(shù)和單果質(zhì)量不同程度增加，產(chǎn)量明顯提高，說明紅藍(lán)光組合的激光植物生長燈能有效促進(jìn)無花果的生長和增產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益，與上述學(xué)者研究結(jié)果一致。植物的生物學(xué)效應(yīng)會因為其種類、品種不同而表現(xiàn)出一定的差異性，在本試驗中，激光植物生長燈由紅藍(lán)光組合作用于植株，表現(xiàn)出促進(jìn)植株生長、增加產(chǎn)量的積極影響。

在植物光生物學(xué)研究領(lǐng)域，許多學(xué)者將激光應(yīng)用于生菜、辣椒、豆角等蔬菜作物及水稻等糧食作物，均發(fā)現(xiàn)了激光補(bǔ)光對植物的生長發(fā)育及生物量積累的積極影響。MURASE[18]將激光補(bǔ)光作用于生菜苗期，并結(jié)合生菜感光細(xì)胞的特性調(diào)設(shè)特定激光光源脈寬，發(fā)現(xiàn)與黑暗處理相比，此條件下幼苗的株高、鮮質(zhì)量均顯著提高；趙定杰等[5]研究發(fā)現(xiàn)，激光植物生長燈補(bǔ)光可以使辣椒的現(xiàn)蕾期、始花期、始收期提前4～7 d，縮短其生長周期，還能矮化辣椒苗、增加莖粗，提高現(xiàn)蕾率、增加苗期鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，使辣椒產(chǎn)量顯著提高19.0%。國信農(nóng)業(yè)將CXL1-X0210-00激光補(bǔ)光燈作用于有機(jī)果蔬大棚中，梁雪梅等[19]研究發(fā)現(xiàn)，處于生長期的草莓，激光補(bǔ)光后的植株株高和葉長比對照組增加5%；生長期的豆角補(bǔ)光后的株莖長和葉長與對照組相差約10%，豆角的厚和寬相差約15%，長度相差大于20%；補(bǔ)光區(qū)中生長期的黃瓜藤蔓高度與未補(bǔ)光黃瓜藤蔓相差10%。王昊等[20]在研究激光植物生長燈對冬季設(shè)施辣椒生長發(fā)育的影響時發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)光處理后辣椒的始花期可以提前3 d，坐果期能提前6 d，并且能促進(jìn)株高、莖粗和葉片的生長發(fā)育，產(chǎn)量比未補(bǔ)光辣椒增加2 935.5 kg/hm2。本試驗表明，在光照弱、光照時間短的環(huán)境中，有激光植物生長燈補(bǔ)光的無花果植株可以提前25 d結(jié)果，始結(jié)果部位降低，節(jié)間長度縮短，單枝坐果量增大，產(chǎn)量明顯增多。激光燈補(bǔ)光可以促進(jìn)無花果植株的形態(tài)建成、增加生物量、提高產(chǎn)量，實現(xiàn)了生長發(fā)育的正向調(diào)控。

近年來，由于激光輻射對植物生理的影響利用價值被不斷發(fā)掘，用于激光照射的作物種類和生理指標(biāo)的研究范圍不斷擴(kuò)大。錢舒婷[11]在探索不同類型補(bǔ)光燈對草莓光合特性的影響時發(fā)現(xiàn)，激光生長燈在草莓葉片光合色素含量、Vc含量指標(biāo)上表現(xiàn)不理想，但在可溶性固形物含量、可溶性糖含量方面表現(xiàn)不錯。此試驗中，由于補(bǔ)光燈延長了無花果光合作用的時間，提高了光合效率，增加了有機(jī)物的積累，從而使無花果植株長勢快、坐果率高、單果質(zhì)量增大，提高了無花果的產(chǎn)量，但同時由于產(chǎn)量的大幅增大，水肥供應(yīng)不足，在一定程度上影響了果實甜度。因此，在使用激光補(bǔ)光時，要適當(dāng)調(diào)節(jié)水分和肥料供給，幫助補(bǔ)充因植物快速生長而大量消耗的養(yǎng)分和水分[21]，實現(xiàn)增收增質(zhì)增產(chǎn)的目的。在今后的栽培模式中，要合理運用激光燈，實現(xiàn)植物光環(huán)境的智能調(diào)控，促進(jìn)植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量積累。此外，在試驗中，激光處理對光合特性影響不顯著，結(jié)合前人研究綜合考慮可能是光信號誘導(dǎo)成花，在后續(xù)的研究中，還應(yīng)繼續(xù)探討激光植物生長燈的作用原理以及照射時間對無花果生長、結(jié)果的影響。