散射膜對設施環境與番茄栽培的影響

許寶玉，趙淑梅，宋衛堂，董文其，張成浩*

(1.浙江省農業科學院農業裝備研究所 農業農村部創意農業重點實驗室，浙江 杭州 320021； 2.中國農業大學 農業農村部設施農業工程重點實驗室，北京 100083； 3.浙江省農業科學院 蔬菜研究所，浙江 杭州 320021)

光照是蔬菜作物生長發育的必要條件之一，是植物葉綠素形成的主要條件。光照條件直接影響植物的光合作用，導致植物生物量改變，影響蔬菜作物的產量。光照強度是影響光合作用強度的主要因素，在一定范圍內，光照強度越大，植物光合作用越旺盛[1]。研究表明，茄子產量與光量成正比關系，光量減少1/2時，茄子產量降低到49.4%；光量減少2/3時，茄子產量則僅有13%。在強光下，植物光合系統會被破壞，產生光抑制，從而影響植物的形態生長[2-3]；但在弱光下，植株的葉片數、莖粗及株高會下降[4-5]。除影響光合作用外，光照還影響作物的其他生理過程，如光照時間對植物的花芽分化、休眠等生理過程具有特殊作用[6-7]。

通常情況下，太陽輻射是日光溫室光、熱能量的唯一來源。透光材料的輻射透過率決定著溫室內所能獲得的輻射水平。研究表明，透過率的微小差異及不同波長的輻射對作物生長會產生顯著的影響[8-9]。透光率和霧度是衡量農用薄膜的2個重要指標。然而，日光溫室、農業大棚覆蓋材料光輻射透過性能的測試指標、測試方法及計算方法等在學界目前還有許多爭議，關于反映不同溫室薄膜材料輻射透過性能的重要指標，如太陽直接輻射透過率、光合有效輻射透過率、遠紅外輻射透過率、霧度等的系統測試結果鮮有報道。

光散射薄膜是能把平行直射的光線轉變成各向同性的面光源或各向異性的面、線光源，擴大光照面積的一種聚合物光散射薄膜。光散射薄膜具有廣泛的應用前景。近年來，國內外對光散射膜材料開展了大量的研究；然而，光散射薄膜在農業生產上的應用研究仍較少。Li等[10]認為散射光增強作物光合作用的原因，不僅直接源于作物冠層中更均勻的垂直和水平光分布，而且還來源于作物的生理和形態適應。散射膜具有良好的透光率和高散光率，植物可以接收全面的光照，農戶在田間管理中不用為了擴大農作物底部的陽光接收而去剪枝，從而減小了勞動強度，節省了人工成本。同時，使用散射膜后，棚內早晚光照弱時透光率較高，升溫快，中午光照強時直射光集中度低，利于遮陽，可減緩棚溫上升；因此，散射膜還有利于棚內溫度穩定，縮短作物生長周期，作物產量可比普通膜棚內增加10%以上[11]。范冰琳等[12]的結果表明，散射光促進黃瓜的生長，主要表現在表觀性狀指標和內在物質積累等方面。本研究主要對比散射膜大棚和普通膜大棚小番茄生理狀態的差異，旨在為小番茄高品質栽培提供實踐基礎。

1 材料與方法

在浙江省農資集團瓶窯基地，利用浙江省農業科學院蔬菜所育成的小番茄品種浙櫻粉1號、2號開展光散射膜大棚與普通膜大棚的栽培對比試驗。散射膜大棚東西長20 m、南北寬8 m，覆蓋北京三力創公司提供的散射光薄膜(透光率85%，霧度55%)。普通膜大棚東西長20 m、南北寬8 m，覆蓋北京三力創公司提供的聚氯乙烯(PVC)棚膜(透光率85%，霧度55%)。

番茄播種時間為2017年3月10日，定植日期為4月11日，栽培密度為4.2株·m-2。

采用光照傳感器(S-LIA-M003，美國HOBO公司)測量冠層的光合有效光量子流密度(PPFD)。在距離地面0.2 m高度處分別放置1個傳感器，測量底部光照強度的變化；在距離地面2 m高度處分別放置1個傳感器，測量上部光照強度的變化。

利用便攜式遠紅外線測溫儀(Ti50，美國Fluka公司)測定大棚的溫度分布。利用Li-6400便攜式光合測定儀測量番茄第6片真葉的光合作用，每個處理測10棵苗，取平均值。利用手持式數顯糖度計BX-1測定番茄的可溶性糖含量，每個處理測10個番茄果實，取其平均值。

2 結果與分析

2.1 散射膜與普通膜大棚的溫度分布

2017年6月，選擇天氣晴朗、直射光較強的時候，利用遠紅外線測溫儀測定散射膜大棚與普通膜大棚的溫度分布。結果如圖1所示，在上午11：00，普通大棚的最高溫度是46.9 ℃，平均溫度32.9 ℃，最低溫度24.0 ℃，中間部位溫度34.1 ℃；散射膜大棚的最高溫度是40.4 ℃，平均溫度29.3 ℃，最低溫度22.0 ℃，中間部位溫度32.2 ℃。比較可知，散射膜大棚的平均溫度比普通大棚低3.6 ℃。

圖1 普通膜大棚與散射膜大棚的溫度分布

2.2 散射膜與普通膜大棚的光合有效輻射量

如圖2～5所示，不論是晴天還是陰天，散射膜大棚相同部位的光合有效輻射量(PAR)均高于普通膜。

陰天，散射膜大棚上、下部的PAR分別是外面的99.0%和91.2%，而普通膜大棚上、下部的PAR分別是外面的86.9%和83.4%；晴天，散射膜大棚上、下部的PAR分別是外面的64.2%和59.4%，而普通膜大棚上、下部的PAR分別是外面的60.4%和54.4%。

圖2 陰天普通膜大棚與散射膜大棚一天不同時刻的光合有效輻射量比較

圖3 陰天不同大棚不同部位的光合有效輻射量(一天總和)

圖4 晴天普通膜大棚與散射膜大棚一天不同時刻的光合有效輻射量比較

圖5 晴天不同大棚及不同部位的光合有效輻射量(一天總和)

2.3 散射膜大棚與普通膜大棚番茄的栽培效果

凈光合作用是衡量植物生理狀態的重要指標之一，與農業作物產量密切相關。選擇晴朗天氣，測定2種大棚中栽培小番茄的光合作用、可溶性糖含量及產量。如圖6～9所示，散射膜大棚浙櫻粉1號、浙櫻粉2號的凈光合作用分別比普通大膜棚增加了8.7%和7.8%，可溶性糖含量分別增加了9.4%和8.7%，產量分別增加了7.8%和9.1%。散射膜增強了光的散射，一部分光線可以繞過棚骨架、葉片等障礙物到達作物的不同部位，從而增加了重疊葉片間的光照。而且，散射膜大棚的溫度低于普通膜大棚，而高溫會導致小番茄的光合作用減弱。這些因素的綜合作用可能是造成散射膜大棚栽培的番茄光合作用、可溶性糖和產量優于普通大棚的主要原因。

圖6 不同大棚栽培番茄的凈光合作用比較

圖7 不同大棚栽培番茄的可溶性糖含量比較

圖8 不同大棚栽培小番茄的產量比較

圖9 不同大棚栽培小番茄的果實數量比較

3 小結

本研究對比散射膜大棚和普通膜大棚的溫度、光合有效輻射，以及小番茄栽培的差異。結果顯示，在夏天，散射膜大棚中的溫度低于普通膜大棚。不論是晴天還是陰天，散射膜大棚相同部位的光合有效輻射量均高于普通膜。散射膜大棚栽培小番茄的凈光合作用、可溶性糖和產量均高于普通膜大棚栽培的小番茄。綜上，散射膜大棚比普通膜大棚在蔬菜栽培方面更具優勢。