光质对北方地区全封闭阳台种植蔬菜植株形态建成的影响

摘要 从到达地球表面的太阳辐射、光与植物的形态建成、窗玻璃对透过其光照的影响、全封闭阳台特有的小气候效应等方面对北方全封闭阳台种植蔬菜的光形态建成作了细致的分析，阐明了蔬菜在此特殊小气候条件下容易徒长的根本原因，主要是封闭阳台的窗玻璃阻隔了大部分太阳光谱中的紫外线，尤其是具有使植株变矮效应的中波紫外线UV-B。

关键词 光质；阳台种菜；光形态建成；UV-B；北方地区

中图分类号 S68；TU226 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）19-0059-02

如今蔬菜生产中，农药、化肥滥用，加上污水灌溉，导致蔬菜中农药残留、硝酸盐和重金属含量超标，蔬菜安全问题日益严重，许多市民纷纷选择在自家阳台上种植蔬菜。我国南方的气候温暖，阳台多为开放式的，采光和通风条件比较好，比较适合蔬菜的生长，种植也容易成功；北方特别是东北地区气候寒冷，阳台多为全封闭式的，采光和通风都受到玻璃窗的影响，直接影响到所种蔬菜植株的形态建成。现将北方地区全封闭阳台种植蔬菜的光形态建成分析如下，以供参考。

1 到达地球表面的太阳辐射

光质是指植物所受光照的光谱组成，各个光谱波段对植物的影响不同。

到达地球表面的太阳辐射大致可以分为3个部分，即紫外辐射、可见光及红外辐射，就其最主要的作用而言是产生光合效应、光的形态效应和热效应。太阳光光谱组成绝大部分在300～2 600 nm，对植物而言，只有波长在400～700 nm之间的光可用于光合作用，称为光合有效辐射（PAR）；波长小于400 nm的紫外光以及波长700～800 nm的远红光虽不能直接作用于光合，却作为环境信号调节植物生长发育进程及代谢，而波长800 nm以上的光多以热辐射的形式耗散。

紫外（UV）辐射在太阳辐射光谱中的谱区范围是在100～400 nm，其能量仅占太阳辐射总量的8%，按照不同波长紫外线所起的生物作用，可分为3个部分：紫外线A段（UV-A），又称为长波黑斑效应紫外线，波长320～400 nm，约占太阳辐射总量的6%，日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面；紫外线B段（UV-B），波长280～320 nm，约占太阳辐射总量的1.5%，又称为中波红斑效应紫外线，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面；紫外线C段（UV-C），又称为短波灭菌紫外线，波长100～280 nm，约占太阳辐射总量的0.5%，日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收而不能到达地面[1]。各种辐射光谱区对植物生命活动的重要性见表1。

2 光与植物的形态建成

植物依赖光控制细胞的分化、结构和功能的改变，最终汇集成组织和器官的建成，就称为植物的光形态建成（photo morphogenesis），亦即光控制发育的过程。相反，暗中生长的植物表现出各种黄化特征，茎细而长，顶端呈钩状弯曲，叶片小而呈黄白色，此种现象称为暗形态建成（skoto morphogenesis）。

在光形态建成过程中，光只作为一种信号去激发受体，推动细胞内一系列反应，最终表现为形态结构的变化。植物在长期的进化中，发展起完善的光受体系统，来感受不同波长、光强和方向的光，以便更好地适应环境。植物体内至少存在3种不同的光受体系统，较早发现的2种分别为红光/远红光受体，又称光敏色素（phytochrome），感受红光和远红光区域的光；蓝光和长波紫外线（UV-A）受体，又称隐花色素（cryptochrome），感受蓝光和UV-A。此外，近年研究显示可能存在尚未被鉴定的吸收UV-B短波紫外线（UV-B）受体，感受UV-B[2-3]。

对光下生长的植物来说，光敏色素还作为环境中红光与远红光比率的感受器传递不同光质、不同光照时间的信息，调节植物的发育。例如，植物叶片含有叶绿素而吸收红光，透过或反射远红光。当植物受到周围植物遮荫时，由于红光被叶片吸收而使红光/远红光比例降低，此种变化作为一种信号，刺激植株伸长从而有机会获得更多的光能[4-5]，这就叫做避阴反应（shade avoidance response）。

UV-A占总紫外发射光谱发射量的90%以上，占到达地表太阳总辐射光谱的5%。关于UV-A对植物形态建成的研究比较少。李倩在研究光质对生菜生长的影响时发现补充UV-A后生菜茎长显著减少了16%[6]，杨志敏等研究了在自然条件下增加UV-A辐射剂量对小麦全生育期的影响，发现增加UV-A辐射能抑制小麦植株纵向生长，抑制效应随UV-A辐射强度增大而加大，且在生育前期易受影响[7]。

在大田和实验室中的试验表明，UV-B辐射使绝大多数受试植物表现出植株矮化、节间缩短[8-9]、叶面积减小、叶片增厚[10]、叶面积指数（LAI）降低[11]。UV-B辐射所导致的这些现象是植物的适应性保护机制，在较低的辐射剂量下对植物有益，有利于形成壮苗，只有当辐射超过一定的阈值时才出现一些受害症状。这里需要指出的是：不同物种对UV-B辐射的响应差异很大，同一物种的此种响应也会因栽培品种的不同而变化。

3 窗玻璃对透过其光照的影响

在所有的玻璃产品中，除了石英玻璃（石英玻璃是二氧化硅单一成分的非晶态材料，其微观结构是由[SiO4]四面体为结构单元组成的网络骨架结构，结构紧密，具有非常独特的优异性能，尤其是透明石英玻璃的光学性能非常优异，单质SiO2玻璃的紫外透过截止波长是160 nm，具有很高的紫外透过率[12]）可以完全透过紫外线（200～400 nm）外，几乎所有的普通钠硅玻璃（主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2）对紫外线都有较强的吸收作用。UV-A有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃，UV-B中等穿透力，相当大的部分会被透明玻璃吸收。也就是说，普通玻璃对于UV-A（320～400 nm）有部分阻挡作用，能有效阻挡绝大部分的UV-B（280～320 nm）。

4 全封闭阳台特有的小气候效应

北方地区由于冬季气候寒冷，为了保暖，阳台多采用塑钢玻璃窗做成全封闭阳台，特别是在东北地区，为了提高保暖效果，多采用双层玻璃。由于玻璃对紫外线的吸收作用，造成透射到阳台上的紫外线大幅减少，又由于紫外线特别是UV-B具有能够使植物植株矮化、节间缩短的生物学效应，因此在全封闭阳台上所种的蔬菜就极易徒长，这已经成为制约北方阳台蔬菜生产的瓶颈。

另外，阳台朝向的不同，所接受到的光照时间和强度有所差异。即使是南向阳台种植的蔬菜也无法接受到全日照，接受直射光的时间要比露地栽培短，其余的时间只有在散射光和黑暗中度过，由于受避阴反应的影响，蔬菜会加快伸长生长，以寻求更多的阳光，这也是阳台种菜徒长的原因之一。

当然，不同植物对紫外线的反应不同，植物种间、品种间、基因型或生态型之间对UV-B辐射的敏感性差异很大。在1项对200多种植物的试验研究中，发现其中20%对UV-B敏感，50%中等程度敏感和耐受，30%完全不敏感[13]。植物对UV-B的敏感性还受到生长条件的影响，一般来说大田栽培的敏感性比温室和培养箱中的低[14-20]。因此，在全封闭阳台上种菜时一定要选好种类和品种。阳台种菜在我国是最近几年才出现的新生事物，相关技术的研究也很少，尤其是在全封闭阳台上种菜，选什么样的种类和品种没有现成的经验，还需要在实践中摸索。另外，育种专家也应该根据阳台特别是全封闭阳台特殊的小气候，加强配套蔬菜品种的选育工作，以更好地满足阳台特别是全封闭阳台种菜的需求。

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