符 民， 文尚勝， 陳浩偉， 馬丙戌

( 1． 華南理工大學 發(fā)光材料與器件國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640;2． 華南理工大學 材料科學與工程學院， 廣東 廣州 510640)

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基于LSD分析LED多重光質配比對蘆薈生長的影響

符 民1,2， 文尚勝1,2*， 陳浩偉2， 馬丙戌2

( 1． 華南理工大學 發(fā)光材料與器件國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640;2． 華南理工大學 材料科學與工程學院， 廣東 廣州 510640)

利用LED精量調制光源，設置紅光、藍光、紅藍1∶1、紅藍7∶1共4個不同光質配比的LED植物補光燈實驗組，以室內自然光(CK)為空白對照組，對蘆薈盆栽進行補光處理，基于SPSS軟件對實驗數據進行LSD多重方差分析，研究不同光質配比對蘆薈生長的影響。實驗結果表明：紅光能促進蘆薈葉片的伸長，藍光有利于促進蘆薈葉片厚度的增加，紅藍7∶1光處理下的蘆薈生長效果最好，是本次實驗中的最佳光質配比。

LED； 植物補光燈； 農業(yè)照明； 光色配比； LSD

1 引 言

植物的生長發(fā)育其實就是基因的表達過程，而基因的表達除了受到遺傳因素的影響外，也受到外在環(huán)境因子(溫度、光、濕度、氣體以及病原因子等)的調控。光作為環(huán)境影響因子，作為植物光合作用必須的因子，其光周期、光照強度以及光質無時無刻不在影響著植物的生長發(fā)育。光質，即光的波長，是光的重要屬性?？梢姽獾墓庾V波長是390～770 nm，而植物的主要吸收光譜為640～660 nm的紅光部分和430～450 nm藍紫光部分[1]。在自然環(huán)境中，隨著氣候的不斷變化，照射到植物表面的可見光光譜組成也是在不斷變化的[2]，這就為人工光源補光提供了可能。隨著設施農業(yè)的發(fā)展，人工光源(主要有高壓鈉燈、熒光燈、金屬鹵素燈、白熾燈等)在設施生產中己成為必要的光調控手段，但這些補光光源都具有能耗較大、運行費用高且與植物光合作用所吸收的光譜不能很好地匹配的缺點。作為新型照明光源，LED具有光電轉換效率高、節(jié)能環(huán)保、使用直流電、體積小、耗能低、波長固定等優(yōu)點[3]，很適合作為植物補光光源。1982年，日本三棱公司就有關于將波長650 nm的紅色LED光源作為溫室番茄補光光源的報道[4]。目前，LED光源已成功用于多種植物的栽培實驗，如萵苣[5-7]、甜椒[8-9]、水稻[10]、小白菜[11]、石斛[12]和草莓[13]等。

蘆薈，是一種集藥食、美容保健和觀賞于一體的重要經濟植物，生性喜陽、畏寒，冬季多用于大棚溫室培養(yǎng)[14-15]。SPSS為一款統(tǒng)計分析軟件，由美國斯坦福大學的3位研究生共同研制開發(fā)，并借助于數據管理窗口和主窗口的Data、File、Transform等菜單完成。方差分析(Analysis of variance，ANOVA)，又稱“變異數分析”或“F檢驗”，用于兩個及兩個以上樣本均數差別顯著性檢驗[16]。本實驗設置了不同光質比的LED補光光源，在模擬溫室的條件下對蘆薈盆栽進行培育，對其數據基于SPSS軟件進行LSD多重方差分析[17](P<0.05)，研究其對溫室蘆薈的生長發(fā)育的影響，從而為設施栽培中蘆薈生長發(fā)育所需的光環(huán)境提供相應的科學參考。

2 材料與方法

2.1 實驗材料與實驗設計

實驗所用植物材料為市場上購買的健康的統(tǒng)一規(guī)格的蘆薈盆栽，于2015年在自行搭建的模擬溫室平臺進行實驗。植物補光燈選用KW-ZW-14W型號的LED平板燈，工作電壓為220 V，功率為14 W。LED光處理：紅光(225顆LED紅燈珠)、藍光(225顆LED藍燈珠)、紅藍1/1(113顆紅珠和112顆藍珠)、紅藍7/1(195顆紅珠和30顆藍珠)。其中，LED紅色燈珠的峰值波長為625 nm，LED藍色燈珠的峰值波長為460 nm。其他實驗儀器還有100 mL量筒、20 cm直尺、精度為0.02 mm的游標卡尺、數字光度計MS6612及室內溫度計等。

在模擬溫室平臺下，以室內自然光為對照光源。室內溫度、照度和濕度變化如圖1所示。每組補光光源處理兩盆蘆薈盆栽，保持每組補光光源處于同一水平高度，設定補光光源時間為7:00 am～7:00 pm共11 h的補光時間。

圖1 15 d內室內溫度(a)、照度(b)和濕度(c)變化情況。

Fig.1 Changes of room temperature (a), illumination (b), and humidity (c) in 15 d, respectively.

2.2 測定項目與數據處理

測量每組蘆薈株高，并隨機選取4片正在發(fā)育中的蘆薈葉片，測量其葉長、葉寬和葉厚，每5 d測量一次，為期15 d。每次于上午10:00 am測量，數據記錄采用Excel2003，采集的數據利用origin8.5.1和SPSS19.0進行整理和分析，采用多重比較LSD法進行方差顯著性分析(P<0.05)。

3 結果與討論

3.1 不同光質對蘆薈生長的影響

蘆薈(Aloe)喜光，為多年生常綠肉質多汁草本植物。 其生長發(fā)育狀況可從其株高、葉長、葉寬和葉厚來判斷。圖2為不同光質比處理下的蘆薈各項指標的生長增長量，可以看出不同光質配比處理的蘆薈生長發(fā)育狀況是不一樣的。從總體情況來看，光質比R∶B=7∶1 的LED補光燈處理下的蘆薈各項指標最好，其他各組蘆薈的生長狀況各有不同，而空白對照組的一盆蘆薈在第10天時死亡，數據不計。

圖2 15 d內不同光質配比處理下的蘆薈株高(a)、葉長(b)、葉寬(c)和葉厚(d)增長量。

Fig.2 Height (a), leaf length (b), leaf width (c), and leaf thickness (d) of aloe under different light qualities ratio treatment in 15 d.

由圖2(a)可知，不同光質比處理下的株高的增長量分別為R∶B=7∶1組>R∶B=1∶1組>Red組>Blue組；由圖2(b)可知，葉長的增長量為R∶B=7∶1組>Red組>Blue組≈R∶B=1∶1組；由圖2(c)可以看出，除了R∶B=7∶1光處理下的蘆薈外，其余各組的蘆薈葉寬的增長量相差不大，有待進一步驗證；由圖2(d)可以看出，葉厚的增長量為R∶B=7∶1組>Blue組>Red組>R∶B=1∶1組。

3.2 LSD多重方差比較法顯著性分析

最小顯著差數(Least significant difference，LSD)是均差達到差異顯著水平的臨界值。當均差大于或等于該臨界值時，為差異顯著；小于該臨界值時，則為差異不顯著。最小顯著差數通常是在實驗結束后統(tǒng)計分析出來的[18]。或者再通過查表得到t分布雙尾概率，再用計算出的概率與顯著水平比較，如果大于顯著水平α，則說明這兩個水平間顯著差異不明顯；如果小于顯著水平α，則說明這兩個水平之間顯著差異[19]。

(1)

(2)

本實驗數據采用單因素方差分析，用1、2、3和4來代表紅光組、藍光組、紅藍1∶1組和紅藍7∶1組，基于SPSS軟件對實驗數據分別進行LSD方差多重比較顯著性分析，得到各數據的顯著性概率，以此來獲取本實驗最合適的實驗結果。

實驗數據經過處理后，可得到表1和表2。由表1 可以看出各組水平之間的顯著性概率都大于0.05，即組間的差異性不顯著，也即是不同光質配比處理下的蘆薈株高和葉長的增長量差異不顯著。但是從均值來看，4代表的紅藍7∶1組最大，所以在表1中我們還是將增長量均值最大的紅藍7∶1組作為最佳組。由表2葉寬數據可知，只有水平4與其他水平的顯著性概率小于0.05，即水平4與其他水平差異顯著；而且水平4的增長量均值最大，即紅藍7∶1處理下的蘆薈葉寬增長量相對于其他光處理增長量差異最顯著。而由表2葉厚數據可知，水平4只相對于水平3差異顯著，即紅藍7∶1處理下的蘆薈葉厚增長量效果比紅藍1∶1處理下的要好，而且差異很大。而且，水平4的蘆薈葉厚增長量均值為最大。所以我們仍選取4為最佳組。綜上，水平4(即R∶B=7∶1)為本實驗的最佳光質配比。

表1 LSD處理下的株高、葉長均值差值和顯著性

表2 LSD處理下的葉寬、葉厚均值差值和顯著性

*以上表格均值差的顯著性水平為 0.05。

4 結 論

在單色光質中，紅光(Red)能促進蘆薈葉片的伸長，藍光(Blue)有利于促進蘆薈葉片厚度的增加。從復合光質的角度來看，選取合適的紅藍光質配比對蘆薈的生長影響很大，需要選取合適的比例，即紅光比例要多于藍光。紅藍(R∶B=7∶1)復合光色配比處理下的蘆薈的各項指標增長量最大，對蘆薈生長影響最大。不同的光質通過觸發(fā)植物不同的光受體，來影響植物的光合特性、生長發(fā)育等，而蘆薈的生長發(fā)育的過程與光質比沒有嚴格的函數關系，所以研究不同補光光質比對蘆薈生長的影響是相對復雜漫長而又繁瑣的過程。本實驗得到的利于蘆薈生長的紅藍(R∶B=7∶1)復合光色配比也只是相對較好的一種，是為促進蘆薈補光栽培技術所提供的技術理論依據，今后尚需進一步完善以達到更適合蘆薈的生長發(fā)育所需要的補光光質配比。

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LSD Analysis Based on Multiple LED Light Quality Ratio on Growth of Aloe

FU Min1,2, WEN Shang-sheng1,2*, CHEN Hao-wei2, MA Bing-xu2

(1.StateKeyLaboratoryofLuminescenceMaterialsandDevices,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China;2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China)
*CorrespondingAuthor,E-mail:shshwen@scut.edu.cn

Red, blue, R∶B=1∶1, R∶B=7∶1 total 4 different light quality of LED plant lights were set as supplement light sources for potted aloe, and the influence of different light quality on the growth of aloe was researched using the indoor natural light as the blank control group. SPSS software was used for LSD multiple analysis of variance of the data. The results show that the red light source can promote aloe leaf elongation, the blue light source can promote the aloe leaf thickening, and the composite optical quality R∶B=7∶1 is the optimum light quality ratio with the best aloe growth effect.

light-emitting diode; plant light supplement lamp; agricultural lighting; light quality ratio; least significant difference

符民(1993-)，男，湖南常德人，碩士研究生，2015年于安徽大學獲得學士學位，主要從事LED農業(yè)照明方面的研究。

E-mail： fmscut@163.com

文尚勝(1964-)，男，湖北黃岡人，博士，教授，2001年于華南師范大學獲得博士學位，主要從事有機及無機半導體材料與器件方面的研究。

E-mail： shshwen@scut.edu.cn

1000-7032(2016)03-0366-06

2015-11-16；

2015-12-20

廣州市科技計劃(2013J4300021)資助項目

S567.2

A

10.3788/fgxb20163703.0366