[交流] 【美图+科学论证】光照时间和光照强度的关系探究实验

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beethovenzhang 发表于 2014-4-9 23:10:18 |只看该作者 |倒序浏览

本帖最后由 beethovenzhang 于 2014-4-9 23:17 编辑

   水草是长时间普通光照好还是短时间强光照好？
   这是个很常被人提及的问题，水草一天需要多少照明的时间？相信大部分的人会回答8-14个小时以内。那么理由为何？因为这是模拟野外的成长环境，况且水草在晚上也需要休息，如果光照时间太长的话，水草将无法获得是当的休息，那么成长也会因此不佳。程度较高的玩家或许会接着补充，光合作用分成了光反应和暗反应两个步骤。    然而事实上果真如此吗？光合作用的暗反应，使指不需有光照便能进行，并非不可有光照才能进行。那么水草真的需要在夜间休息吗？延长光照的时间对水草有何影响？这实在是个很有趣的议题。学界对于光照时间和水草成长的研究，其实并不多见。不过还是有几篇可供参考的文献，在此略做整理提供大家参考和思考。
   早在1986年Polar等人就曾经对浮萍进行了研究。他们将浮萍分成了光照18个小时和24个小时两组，进行了为期8天的实验。结果发现栽培于24个小时光照（也就是没有黑暗）组的浮萍，在八天之后的干重比18个小时光照组的浮萍，多出了44%。也就是说浮萍在连续24小时无黑夜光照下的生长，其实是更好的。不过浮萍毕竟是浮水植物，实验结果的可靠性恐怕是很受质疑的。结论：浮萍在连续24小时光照下的成长比18小时的成长来得更好。

   那么我们来看看真正的沉水植物吧。Spencer等研究学者于1986年也针对黑藻（Hydrillaverticillata）进行了实验。
   将黑藻分成了10、12、14 和16个小时等四组，在光照强度80umol/m-2/sec的环境下，总共进行了八个星期的栽培试验。结果发现黑藻不论是在12、14 或16个小时的长光照时间下，成长的速率都比只有 10个小时下高2-3倍之多，虽然随着照明时间的增加，也就是光照时间延长超过12个小时以上，黑藻的成长速率有下降的趋势，不过研究学者认为，这仍属统计学的误差范围内。但无论如何，黑藻在长光照下的成长速率，确实是比短光照的环境下来的更好。结论：黑藻的“产量”随着光照时间增加而增加。
   接着在2002年由Pilon等学者所发表的研究可又更有趣了。研究人员针对龙须草（Potamogetonpectinatus）进行了试验，龙须草是一种世界广泛分布的水草，从接近北极的格林兰到非洲的坦干伊克湖都由其踪迹。学者们挑选了分别来自俄罗斯（北纬68度）、荷兰（北纬53度）和西班牙（北纬42度）等地域型的植株，进行了强光照（350umol/m-2/sec）和较弱光照（50umol/m-2/sec）以及13小时、16小时和22小时光照时间的交叉实验，整个实验的时间也是进行了八个星期。光照强度的测量是在水面下2公分的地方，水草的种植是用园艺栽培用的黏土和水草砂以1:3比例混合，也就是类似天然水草缸的栽培方式。
   研究学者发现了很多很令人振奋的结果。首先是照明时间由13小时增加至16小时，水草的成长并未出现据统计意义的差距。这代表着若要刺激龙须草有大幅的成长，需要延长照明时间至16-22小时之间，否则的话促进效果可能有限。
   由实验的结果来看，当水草成长于照明强度较低或延长照明时间的环境下，植株的茎节间距离比较长而茎节数量也略微增加，因此整体的植株高度比较高。而茎部所占植株的整体比例也是增加的。另外在照明强度较低或缩短照明时间的环境下，水草体内的叶绿素浓度也随之增加。
光照强度与长短对水草的影响。

其次是光照强度虽然增加了六倍（由50增加至350umol/m-2/sec），不过在13小时的照明下，水草的成长只增加了85.85%；在22小时的照明下，更只增加了31.65%。这种现象最有可能的解读是，龙须草的光饱和点较低，因此给予太强的照明其实都浪费掉了。当然了实验过程中营养供应不及水草的需求，也是可能的因素之一。
此外研究学者还发现，龙须草在较低光照下，不论是叶片面积、茎的长度和光合作用效率，都有明显的增加。照明时间同样是由13小时增加至22小时，在50umol/m-2/sec较低光照下，水草的平均干重增加增进了105.66%；而在350umol/m-2/sec的强光照下，水草的平均干重增加只增进了45.69%。其中以俄罗斯的植株增加最高，在50umol/m-2/sec较低光照下，照明时间若由13小时增加至22小时，也就是增加了9个小时或 69%的照明暴露，水草的干重由增加20mg变成了增加67mg，也就是大幅增加了235%。算起来可说是投资报酬率最高的做法。结论：龙须草在长时间低光照强度下的“产值”最佳。

研究学者王祎等人也在2007年针对穗花狐尾藻或聚藻（Myriophyllumspicatum）进行了试验。实验的光照长短分成了8、14、16和24小时等四组，试验进行了十周以后也获得了一些很值得参考的成果。每日照明8个小时这一组可说是水草成长最差的一组，而16个小时的这一组则是成长最佳的一组。值得注意的是，在24小时照明条件下，植株长度和分枝树量虽然都不如14时这组，但干重却是增加了 35%，研究人员发现这和24小时这组的茎部较硬且木质化程度较高有关。

聚藻相较于许多沉水植物，可说是光补偿点和光饱和点较高的水草，因此其结果算是比较接近我们常栽培的水草。不过可惜的是，中国大陆的研究学者对于水草的种植，是采取 5 公分塘泥的栽培方式，也就是类似天然水草缸的栽培方式。因此我们不清楚如果采用了EI各种营养和碳元素吃到饱的方式，结果是否会有所改变，尤其是24小时的这一组。无论如何，每日连续照明24小时下的水草成长，显然要比只照明8小时来得好得多了。结论：聚藻在每日16小时的照明下，可获得最大的产值。

虽然仅有四篇针对水草的研究文献，而且也未必适用至所有的水草，不过我们还是能归纳出一些看法。就水草的生长而言，长时间的照明显然来得比短时间照明更佳，虽然每日连续24小时的照明未必比较好，但显然还是优于只有8个小时的照明。这也是对植物光合作用「暗反应」的另一种批注方式，
即暗反应是指“不需”而非“不可”有光之下的反应。水草要在夜间休息的说法，也受到了挑战。
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不过我们也要很小心的解读，不可很单纯的认为增加光照总剂量（不论是强度或时间），就一定会增加水草的成长速率，因为由Spencer等学者所做的黑藻研究来看，某些水草在超过了某个光照总剂量后，成长速率便不再增加了。而由王祎等学者的聚藻研究来看，某些水草在24小时的连续光照下，甚至可能会出现成长减缓的现象，但是就算是有减缓的情形，水草的成长还是比只照明8小时来得好多了。

此外对某些水草而言，延长照明时间来促进生长的做法，似乎存在着诱发点或临界点，也就是要超过某个时间后，才能促进大幅的成长速率。以黑藻为例，当照明时间由10小时延长至 12 小时，便能大幅促进水草的成长，而当光照时间由12小时继续增加时，则看不见这样的效果。照明时间长短与强弱对水草成长的影响。

同样的，龙须草的研究中也发现了，当照明时间由13小时增加至16小时的时候，尚看不出明显的水草成长速率变化，要将照明时间延长至22小时以后，就能看得出变化了。这样的诱发点或临界点，或许与植物体内的荷尔蒙有关，而且每一种水草都不尽相同，不过实际上的解答如何，就有待专家学者的进一步研究了。

无论如何，对于想要快速成景或收割水草的玩家来说，或者对于要增加水草贩卖产量的业者而言，增加光照的时间可说是可行的方法，延长照明时间所带来的“效益”可说是最高的，尤其是在较低照明强度下，更是投资报酬率最好的做法。而对于不热爱修剪水草的玩家来说，每天照明8个小时也的确足够水草活下去了啦。

不管怎么说，看完了学界的几篇研究以后，延长照明时间对水草有害的说法，恐怕有待做进一步的研究查证。

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