不同LED補光時間對日光溫室番茄生長發育及光合特性的影響

馬 艷，喻 晨，王 瑞，陳毅飛，吐爾遜娜依·熱依木江，馬彩雯，宋 羽

(1.新疆農業科學院農業機械化研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農業科學院農作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】設施農業是在相對可控環境條件下進行周年生產的高效農業。冬春季節溫室低溫弱光成為番茄生產的制約影響因子，光照不足使植株長勢弱、落花落果，坐果率低，果實品質差[1]。目前LED運用范圍尤其在日光溫室中可提高蔬菜作物光合產出，提高果實產量和品質，還可提高光能有效利用率。改善溫室光照環境，對提高蔬菜產出效率有實際意義?！厩叭搜芯窟M展】人工光環境調控作為設施農業生產的重要組成部分，已應用于植物光合補光、病蟲害防控等領域[2,3,4]。研究表明，冬季溫室黃瓜幼苗補光時，揭苫前3 h，或蓋苫前1和3 h補光有利于黃瓜幼苗總葉面積增加，全株干物質量的積累[5]；番茄在24 h持續光照(CL)下7周后葉片出現缺綠現象[6]；在進行番茄株間補光時，設施的補光時間為06:00～17:00[7]或06:00～22:00[8]，幾乎全天補光?！颈狙芯壳腥朦c】目前人工補光以蔬菜苗期壯苗指標、葉綠體超微結構等方面研究居多[9-12]，而LED補光時長對成株期番茄生理特性的研究還相對較少。研究補光時間對設施番茄生長生理和光合特性的影響?！緮M解決的關鍵問題】以冬春季新疆日光溫室土栽番茄為研究對象，設定不同LED補光時間組合，分析LED補光時間對日光溫室番茄生長、光合特性、果實品質和產量的影響，研究冬春季節新疆日光溫室番茄栽培適宜的LED補光時長，為日光溫室番茄高效栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年9月～2019年3月在新疆農業科學院農業機械化研究所西山科研基地日光溫室內進行。光源：實驗光源采用東莞市全智能源科技有限公司生產的果菜專用型板狀LED生長燈，規格為40 cm×40 cm，功率30 W，植物生長燈的使用環境要求相對濕度﹤85%、電壓變動﹤5%、環境溫度﹤35℃。

番茄品種為天粉1號，由新疆天地禾種業公司提供。采用穴盤基質育苗，育苗基質配比為草炭∶蛭石：珍珠巖=3∶1∶1。2018年7月20日播種，苗期采用平衡水溶肥澆灌，每10 d澆灌一次，9月10四葉一心時選擇長勢一致的幼苗定植。采用起壟覆膜大小行栽培，大行距1 m，小行距0.4 m，株距0.35 m，每壟定植40株。采用滴灌灌溉施肥，定植后20 d隨水追施NPK三元復合肥。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用完全隨機試驗設計，冬季日光溫室10：00揭開保溫被，17：30落下保溫被，以保溫被揭開和落下前后為補光基準。試驗共設7個處理，每個處理種植2壟，每壟安裝3組補光燈，各處理間用不透光薄膜隔開防止光源干擾。試驗補光時間設6個時間段(T1、T2、T3、T4、T5、T6)，以自然光照為對照(CK)，番茄從定植后30 d開始補光處理，每個處理種植一壟，補光燈懸掛于植株生長點上方20 cm處，到達番茄冠層頂部的光合量子通量為200 μmol/(m2/s)，根據番茄的生長狀況實時調節光源高度。用定時器控制補光時間。表1

表1 不同補光時間處理
Table 1 Treatment of different light supplementation time

處理Treatment補光時間(h)Light supplementation time時間段Light supplementation periodT16蓋后補2 h:18:30～20:30揭前補4 h:05:00～09:00T26蓋后補4 h:18:30～22:30揭前補2 h:07:00～09:00T36蓋后補6 h:18:30～00:30揭前不補T46蓋后不補揭前補6 h:03:00～09:00T52蓋后補2 h:18:30～20:30揭前不補T64蓋后補4 h:18:30～22:30揭前不補CK自然光

1.2.2 測定項目 1.2.2.1 形態指標

番茄開花期(即定植后30 d)，每個處理選取5株番茄植株，每隔15 d用米尺測量番茄株高，用游標卡尺測定番茄距地面1 cm處莖粗；手持式SPAD-502葉綠素儀測定番茄倒三葉葉綠素含量；番茄拉秧時測定植株地上部和地下部干物質量,同時計算根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.2.2.2 光合指標

采用LI-6400XT便攜式光合儀，于晴天11:00左右，選取結果盛期番茄頂部光合作用功能葉片測定葉片凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率。

1.2.2.3 番茄果實產量

番茄成熟后共計采收3次，每個處理隨機選取3株成熟度一致的番茄果實記錄稱重，統計3次成熟果實總重量，即為單株總產量。

1.2.2.4 番茄果實品質

VC含量用鉬藍比色法測定；可溶性固形物含量采用手持折光計法測定；番茄紅素采用紫外可見分光光度法測定。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel2007軟件處理，DPS軟件進行Duncan方差分析。

2 結果與分析

2.1 LED不同補光時間對番茄形態指標影響

研究表明，不同補光時間處理番茄生育期內株高和莖粗生長趨勢呈現先增加后趨于平穩(摘心后)的趨勢。定植后1個月，以處理TI、T2、T3的番茄株高顯著高于CK及其他3個處理，其中，處理TI、T2、T3番茄株高分別比對照高41.54%、44.09%、26.46%；在番茄結果期(11月24日)，處理T1和處理T2的株高分別比對照高48.1%和34.76%，其他處理間差異不顯著，但都顯著高于對照。各處理番茄莖粗在整個生育期以處理T1、T2、T3、T6顯著高于對照，其他處理間差異不顯著。在11月6日～12月12日生長期內，處理T2的莖粗比對照分別高16.52%、14.52%和23.82%，在越冬季節進行LED補光處理有利于番茄株高和莖粗增長。圖1

圖1 不同補光時間下番茄株高和莖粗變化
Fig.1 Effect of different light supplementation on plant height and stem diameter of tomato

2.2 LED不同補光時間對番茄葉片葉綠素含量影響

研究表明，不同補光時間處理番茄葉片Spad值變化呈現先上升后下降的趨勢，保溫被蓋后補光4～6 h處理(T2、T3、T6)的番茄葉片Spad值顯著高于對照和保溫被揭前補光處理(T4)，番茄葉片葉綠素含量變化表現為T2>T3>T6>T5>T1>T4>CK。在番茄生長盛期11.6～11.24，處理T2、T3和T6葉片Spad值分別比對照高17.89%、14.60%、10.07%和15.39%、17.39%、17.12%。圖2

2.3 LED不同補光時間對番茄葉片光合特性影響

研究表明，番茄葉片光合速率以在14.538～23.601 μmol/(cm2·s)，處理T2的葉片光合速率高于對照，且顯著高于處理T4，其他處理間差異不顯著；各處理葉片氣孔導度以處理T3最高，為0.570 μmol/(cm2·s)，顯著高于對照和處理T2；各處理胞間CO2濃度以處理T2、T3顯著高于對照，其他處理間差異不顯著。冬季保溫被蓋后補光有助于番茄葉片光合能力的提升，這也與補光時間處理對番茄果實產量增加影響相一致。表2

圖2 不同補光時間下番茄葉片Spad值變化
Fig.2 Effect of different light supplementation on leaf Spad

表2 不同補光時間下番茄光合特性變化
Table 2 Effect of different light supplementation on photosynthesis of tomato

處理Treatment光合速率Photosynthesis rate(μmol/(cm2·s))蒸騰速率Evapotranspiration rate(mmol/(m2·s))氣孔導度Stomatal conductance (μmol/(cm2·s))CO2濃度CO2 content of cell(μmol/mol)T119.215ab5.641ab0.541ab415.745bcT223.601a5.929a0.533ab488.873aT320.680ab5.806ab 0.570a 481.641abT414.538c5.378ab0.555ab457.766abcT520.812ab5.643ab 0.547ab 400.546bcT621.016ab5.674ab0.543ab440.898abcCK19.555ab5.725ab0.532ab371.088c

2.4 LED不同補光時間對番茄地上部、地下部生物量和產量影響

研究表明，各處理番茄地上部鮮重和地上部干重除處理T4外，其他處理均顯著高于對照，其中處理T1、T2、T3、T5、T6地上部鮮重和干重分別比對照高4.07%、5.95%、6.86%、2.77%、3.41%和4.39%、4.81%、5.03%、1.73%、2.61%。各補光處理番茄果實產量均大于對照，以處理T2、T3、T5果實產量顯著高于對照，分別比對照高7.74%、9.52%和8.33%。表3

表3 不同補光時間下番茄地上部、地下部生物量和產量變化
Table 3 Effect of different light supplementation on biology mass accumulation of the above-ground and under-ground and fruit yield of Tomato

處理Treatment地上部(g)Above-ground地下部(g)Under-ground鮮重 FW干重 DW鮮重 FW干重 DW根冠比R/S單株總產量(kg)Fruit weight per plantT11 223.56ab96.82ab11.18bc3.79ab0.0391.72bcT21 245.68ab97.21ab12.00ab3.98a0.0411.81abT31 256.38a97.42a12.06a3.92ab0.0401.84aT41 187.01b92.59b11.38bc3.81ab0.0411.70bcT51 208.23ab94.35ab11.40b3.84ab0.0411.82abT61 215.72ab95.17ab11.91ab3.92ab0.0411.76abCK1175.64b92.75b11.03c3.72b0.0401.68c

注：鮮重FW: fresh weight ;干重DW: dry weight;根冠比r/s: root shoot ratio ,下同

Note: FW: fresh weight ;DW: dry weight; r/s: root shoot ratio; the same as balow

2.5 LED不同補光時間對番茄果實品質影響

研究表明，不同補光時間處理對番茄果實品質的影響不同。T1處理的番茄果實VC含量(27.2 mg/100 g)顯著高于對照和處理T2、T4、T5，處理T1和T6之間差異不顯著，處理T4果實VC含量最低(12.9 mg/100 g)，各處理果實VC含量大小為T1>T6>T3>T5>T2>>T4>CK；各處理果實可溶性固形物含量在5.0%～6.7%，T6處理果實可溶性固形物含量與對照差異不顯著，但顯著高于處理T2、T3、T4；各處理果實番茄紅素含量在6.0～9.8 mg/100 g，其中處理T3果實番茄紅素含量(9.8 mg/100 g)顯著高于對照及處理T1、T2、T4，處理3果實番茄紅素含量比對照和處理T1、T2、T4分別高46.27%、63.33%、48.48%、36.11%。表4

表4 不同補光時間下番茄果實品質變化
Table 4 Effect of different light supplementation on fruit quality of Tomato

處理TreatmentVC(mg/100 g)可溶性固形物Soluble solids content(%)番茄紅素Lyconepe content (mg/100 gFW)T127.2a6.2ab6.0cT213.8c5.0b6.6bcT318.8bc5.8ab9.8aT412.9c5.5b7.2abcT516.0bc6.0ab7.5abcT622.8ab6.7a8.6abCK16.5bc6.4ab6.7bc

3 討 論

光強對植物的生長發育與形態建成具有重要的調控作用，光能影響幼苗的株高、莖粗、光合作用等[10]。試驗以冬季日光溫室保溫被揭蓋時間為補光基點，可以看出，不同時長補光均有利于番茄株高、莖粗的增加，尤其以保溫被蓋后補4 h處理的番茄莖粗顯著增加。研究表明，適宜的紅藍光可以改善葉肉細胞結構域葉綠體超微結構，使葉片的光合能力更強[13]，提高作物的光合速率以及干物質的積累[14]，試驗采用紅藍光=8∶2的比例，番茄定植后從植株形態指標和光合特性都有明顯的提高，尤其是延長光照時長后，對番茄的干物質積累和果實品質和產量都有提升。

番茄生長在自然光或延長光周期14、16、20和24 h的環境下，隨著光照時間增長，利于增加果實產量，光周期增加超過14 h則對番茄生長和產量增加效果不明顯[6]，試驗基于前人研究，將光周期最長延長至14 h，發現延長光周期12～14 h，相同管理方式下，番茄植株指標優于自然光處理，對冬季日光溫室番茄補光時間具有參考依據。

株間LED紅藍光補光可顯著增加番茄果實可溶性固形物含量、糖酸比、VC含量等，在試驗中，延長補光時間4～6 h均提高了番茄果實VC和番茄紅素含量，而在保溫被蓋/揭后補光4 h/2 h(T2)處理的番茄果實品質與對照間差異不顯著，可能是由于在番茄結果期日出前溫室內溫度較低，影響營養物質合成，因此，對于冬季日光溫室補光時長的具體劃分還有待進一步研究。

4 結 論

冬季日光溫室保溫被揭蓋前后進行番茄LED補光有利于植株生長發育及果實產量形成。保溫被蓋后/揭前補光2 h/4 h(T1)、4 h/2 h(T2)、6 h/0 h(T3)以及蓋后/揭前補4 h/0 h(T6)有利于番茄株高和莖粗(T2)生長；在番茄生長盛期，補光T2、T3、T6處理有利于葉片Spad值增加，且T2、T3處理葉片光合特性明顯增強，番茄地上部干鮮重顯著增加，這也使得其番茄果實產量(1.81～1.84 kg/株)顯著高于對照(1.68 kg/株)；但基于番茄果實品質分析，果實VC和番茄紅素含量以蓋后/揭前6 h/0 h(T3)和蓋后/揭前4 h/0 h(T6)為最佳。

新疆烏魯木齊周邊地區日光溫室越冬茬番茄適宜的LED補光時間為保溫被蓋后/揭前補光4～6/0 h。