Progress in the application of new laser light source in rice seedling production

doi:10.12398/j.issn.2096-7217.2024.03.003

Abstract

Abstract:

Rice seedlings need sufficient light for normal growth. The increasing temperature demand of early spring seedling has promoted the development of greenhouses， greenhouses and factory facilities. However， due to the reflection and absorption of sunlight by glass and plastic， the lack of light in facility seedlings is prominent. Supplementary lighting can better solve the problem of lack of light in facility seedling， LED as the representative of the supplementary light source has been promoted and applied in facility seedling， but it still has high energy consumption problem. Laser is the only artificial light source with parallel light characteristics of sunlight， with good correlation， good monochromism， good directivity， high brightness， large energy， photoelectric conversion efficiency， energy saving and so on. Studies have shown that the special light quality of laser can effectively improve the photosynthesis efficiency of seedlings. The traditional laser light source represented by He-Ne laser is large in volume， high in cost， and difficult to be popularized. Using semiconductor laser combined with uniform light technology to develop a new laser light source， small size， low cost， can achieve a large area of uniform laser irradiation of rice seedlings， the single lamp irradiation area can reach 60-70 square meters. At the same time， the new laser light source retains the traditional laser correlation， monochromism and directivity， and also has the characteristics of high efficiency and energy saving， and the energy consumption can be only 1/30 of the traditional LED light source. The results showed that reasonable irradiation of new laser light source in the process of rice seedling cultivation can improve the quality of seedlings， fast greening after transplanting， more tillers， early heading， and finally achieve stable and increased rice yield. Since 2021， the test results in many places across the country have shown that the use of a new laser light source to irradiate rice seedlings for about 20 days before transplanting can achieve a yield increase of more than 10%. This result not only provided important technical support and guarantee for improving the quality and yield of rice in China， but also provided a new method and means for other plants to fill light at various stages.

Key words: laser light source, plant light supplement, rice seedling, weak laser, light control

CLC Number:

YANG Minglai, QIN Li, JIA Peng, LIANG Xuemei, YU Helong, BIAN Ting, MA Qiang, WANG Hui, LI Chenglong, Sicheng TIAN, WANG Ying. Progress in the application of new laser light source in rice seedling production[J]. Journal of Intelligent Agricultural Mechanization, 2024, 5(3): 22-32.

Figures/Tables 10

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	新型光源	传统光源	传统光源
特点	超低功耗，超低PPFD,显著效果	高能耗，只能局限于少数种植场景使用
类型	激光植物灯（温室优选）	高压钠灯（荷兰首选）	LED专用植物灯（国内温室用）
单灯功率/W	13~20	1 055	400
示例
功率/（kW·hm^-2）	3（150台）	690（660台）	450（1 125台）
耗电量/（kWh·hm^-2·y^-1）	8 640	1 007 400	657 000
光合光子通量PPF/(μmol·s^-1)	10~15	1 470~1 950	662~1 655
光量子通量密度PPFD /(μmol·s^-1·m^-2)	0.2~0.6	根据作物的需求计算

	新型光源	传统光源	传统光源
特点	超低功耗，超低PPFD,显著效果	高能耗，只能局限于少数种植场景使用
类型	激光植物灯（温室优选）	高压钠灯（荷兰首选）	LED专用植物灯（国内温室用）
单灯功率/W	13~20	1 055	400
示例
功率/（kW·hm^-2）	3（150台）	690（660台）	450（1 125台）
耗电量/（kWh·hm^-2·y^-1）	8 640	1 007 400	657 000
光合光子通量PPF/(μmol·s^-1)	10~15	1 470~1 950	662~1 655
光量子通量密度PPFD /(μmol·s^-1·m^-2)	0.2~0.6	根据作物的需求计算

处理	叶龄	株高 /cm	1叶 /cm	2叶 /cm	根长 /cm	根数	茎基宽 /cm	苗基宽 /cm	地上部分		地下部分
处理	叶龄	株高 /cm	1叶 /cm	2叶 /cm	根长 /cm	根数	茎基宽 /cm	苗基宽 /cm	鲜重/g	干重/g	鲜重/g	干重/g
龙粳31 光照	1.95	6.505	1.965	3.87	3.42	5.3	0.8	0.475	0.4	0.075	0.55	0.135
龙粳31 对照	1.965	7.165	1.97	4.315	4.03	5.2	0.675	0.475	0.455	0.075	0.545	0.115
松粳20 光照	1.945	7.7	2.075	4.81	5.145	5.5	0.75	0.475	0.485	0.08	0.715	0.15
松粳20 对照	1.945	7.75	2.14	4.61	5.06	5.35	0.725	0.5	0.495	0.08	0.66	0.145
航天品种光照	1.93	6.91	2.09	3.715	3.66	4.35	0.725	0.475	0.415	0.07	0.71	0.175
航天品种对照	1.98	7.335	1.615	4.245	4.915	4.25	0.7	0.475	0.435	0.07	0.685	0.14

处理	叶龄	株高 /cm	1叶 /cm	2叶 /cm	根长 /cm	根数	茎基宽 /cm	苗基宽 /cm	地上部分		地下部分
处理	叶龄	株高 /cm	1叶 /cm	2叶 /cm	根长 /cm	根数	茎基宽 /cm	苗基宽 /cm	鲜重/g	干重/g	鲜重/g	干重/g
龙粳31 光照	1.95	6.505	1.965	3.87	3.42	5.3	0.8	0.475	0.4	0.075	0.55	0.135
龙粳31 对照	1.965	7.165	1.97	4.315	4.03	5.2	0.675	0.475	0.455	0.075	0.545	0.115
松粳20 光照	1.945	7.7	2.075	4.81	5.145	5.5	0.75	0.475	0.485	0.08	0.715	0.15
松粳20 对照	1.945	7.75	2.14	4.61	5.06	5.35	0.725	0.5	0.495	0.08	0.66	0.145
航天品种光照	1.93	6.91	2.09	3.715	3.66	4.35	0.725	0.475	0.415	0.07	0.71	0.175
航天品种对照	1.98	7.335	1.615	4.245	4.915	4.25	0.7	0.475	0.435	0.07	0.685	0.14

处理	叶龄	株高 /cm	1叶 /cm	2叶 /cm	3叶 /cm	4叶 /cm	根长 /cm	根数	茎基宽/cm	苗基宽/cm	地上部分		地下部分
处理	叶龄	株高 /cm	1叶 /cm	2叶 /cm	3叶 /cm	4叶 /cm	根长 /cm	根数	茎基宽/cm	苗基宽/cm	鲜重 /g	干重 /g	鲜重 /g	干重 /g
龙粳31 光照	3.03	10.47	2.07	5.05	5.60	1.80	3.89	7.30	1.10	0.90	1.13	0.17	0.82	0.13
龙粳31 对照	3.04	10.66	2.11	5.06	6.17	2.40	3.71	6.80	1.10	0.85	1.09	0.16	0.64	0.09
松粳20 光照	3.07	9.82	1.99	5.17	5.81	1.70	4.82	8.00	1.20	1.10	1.14	0.21	1.15	0.13
松粳20 对照	3.26	9.95	2.44	5.19	5.29	2.93	3.47	7.40	1.20	1.05	1.05	0.17	0.67	0.10
航天品种光照	3.30	9.92	1.39	4.64	5.39	2.38	4.58	9.40	1.35	1.25	1.25	0.23	1.39	0.21
航天品种对照	3.07	10.80	1.83	4.53	5.57	2.82	2.96	7.80	1.15	1.05	1.23	0.15	0.90	0.09