劉 楊劉 琪衛(wèi)慧波戴 軍何文清*

（

1 中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，農業(yè)農村部農膜污染防控重點實驗室，北京100081；

2 北京博大睿爾思發(fā)光科技有限公司，北京 100081）

光質對植物的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和果實品質改善具有重要的影響作用，太陽光到達地球的波長為290～3 000 nm，而真正能被植物吸收利用的僅占很小比例，主要集中在可見光區(qū)420～500 nm 的藍光和580～700 nm 的紅光（胡澤善 等，2008）。轉光膜是一種通過添加不同的轉光劑以改善光的透過率、轉化光波長來提高植物對光的利用效率的功能型農膜（張頌培 等，2003）。利用轉光膜可以將部分紫外光轉換為可為植物光合作用利用的藍紫光和紅橙光，將占可見光較大部分但不能被植物利用的綠光轉換為紅橙光，從而提高植物的光合作用，促進作物產(chǎn)量的增加和品質的提升（秦立潔和田巖，2002）。研究發(fā)現(xiàn)，轉光膜能夠促進菠菜、胡蘿卜、菜用大豆增產(chǎn)約10%，同時提高VC 和可溶性蛋白的含量（王玉霞，2007）；大多數(shù)轉光膜都能促進甘藍產(chǎn)量的增加，增產(chǎn)6.7%～20.0%（李紅玫 等，2011）；轉光膜能夠促進番茄的生長發(fā)育，使果實中的VC 和番茄紅素顯著增加（李巖 等，2016）。

目前，用于制備轉光膜的轉光劑多是利用稀土元素銪（Eu）、釔（Y）、鋱（Tb）、釤（Sm）等與無機基質或有機配體合成（張細和，2006；張希艷等，2007；倪亞茹 等，2010）。按配體種類的不同可分為稀土無機轉光劑和稀土有機轉光劑兩類（張茂美，2006）。無機轉光劑具有較好的發(fā)光強度，穩(wěn)定性較好，但是不容易與高分子聚合物相容，從而使轉光膜體系中的轉光劑分散不均勻，甚至容易產(chǎn)生堆積而引起濃度猝滅，降低發(fā)光性能（張優(yōu)靈，2014）。有機轉光劑與聚乙烯（PE）的相容性較好，且隨配體結構的變化可制成不同發(fā)光強度和發(fā)光效率的配合物（蘇越和白鳳華，2011）。相對于其他元素，Eu（Ⅲ）的f-f 躍遷能級在可見光譜內，激發(fā)能級與有機配體的三重態(tài)能級的匹配性更好，更易發(fā)射穩(wěn)定的熒光（王瑩，2014）。因此，以Eu（Ⅲ）為中心發(fā)光離子，探求一種能將外界能量高效傳遞給中心離子的配體成為了制備新型轉光劑的重要研究方向。本試驗以北京博大睿爾思發(fā)光科技有限公司研發(fā)的新型含銪配合物為轉光劑，利用添加該轉光劑的轉光膜在草莓生產(chǎn)上開展試驗應用研究，系統(tǒng)評價轉光膜對草莓生育期、產(chǎn)量形成及品質改善的影響，為進一步研究轉光膜對作物生長的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2017 年9 月至2018 年4 月在北京市大興區(qū)東北臺村奧肯尼克農場進行。每個處理設置1個冬暖棚，大棚長60 m，寬8 m，面積為480 m2；供試草莓品種為紅顏，種苗由奧肯尼克農場提供。2017 年9 月7 日定植，單壟雙行帶狀種植，株距18 cm，大行距90 cm，小行距20 cm。

供試棚膜為北大睿爾思發(fā)光科技有限公司提供的轉光膜，該膜中所添加的轉光劑的通式為Eu（ND）xAyLm（ND 為4-羥基-1，5-萘啶類陰離子配體，A 為其他陰離子配體，L 為中性配體），具有將部分紫外光轉化為紅光的功能（卞祖強，2012）。以普通聚烯烴膜（以下簡稱普通膜）作為對照。

試驗樣方采用等距取樣法設置。除去靠近大棚兩端的植株，連續(xù)選擇3 壟為1 個小區(qū)，并在每壟中選取雙行20 株樣本進行生育期調查以及產(chǎn)量測定。之后，每隔10 壟再設置1 個小區(qū)，共計3 個小區(qū)，3 次重復。

1.2 測定指標和方法

棚內空氣溫度：自盛花期開始（2017 年11 月20 日），用日本日置公司的HIOKI3633 溫度儀連續(xù)測定草莓棚內的空氣溫度，每20 min 測定1 次，數(shù)據(jù)由溫度儀自動記錄，每個大棚放置3個記錄儀。

冠層溫度：于晴天13：00～13：30，每個小區(qū)隨機選取3 株植株，利用美國菲利爾公司的FLIR 紅外熱成像儀進行拍攝，儀器位于冠層上方1 m 左右，與地面成45°（史長麗 等，2006），3 次重復。利用QuickReport 軟件進行分析，所得數(shù)值為冠層溫度。測量時期為第1 茬果的幼苗期（2017 年10月16 日）、盛花期（2017 年11 月12 日）、盛果期（2017年12 月6 日）和采摘期（2018 年1 月8 日）。

葉綠素相對含量及光合作用測定：于晴天10：30～11：00，選取完全展開的第2 片功能葉，利用美國LI-COR 公司的LI-6400 便攜式光合儀測定其凈光合作用速率（Pn）、氣孔導度（cond）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速度（Tr）；利用日本柯尼卡美能達公司的SPAD-502 葉綠素儀測定相應葉片的葉綠素相對含量（馬釗 等，2015）；每個小區(qū)隨機選擇3 株長勢一致的植株。測量時期為第1 茬果的盛花期（2017 年11 月12 日）、盛果期（2017年12 月6 日）和采摘期（2018 年1 月8 日）。

生育期（初花期、坐果期、始熟期）觀測及產(chǎn)量和單果質量的測定：以第1 株草莓開花的時間為初花期、第1 株草莓結實的時間為坐果期、第1 顆果實成熟的時間為始熟期（萬群 等，2015）；以標記的雙行20 株樣本進行產(chǎn)量測定，記錄每次的采摘時間和采摘產(chǎn)量，利用株距、行距來進一步計算每667 m2產(chǎn)量，3 次重復；于采摘期在每個小區(qū)隨機選取20 顆果實進行單果質量測定，3 次重復。

可溶性糖和VC 含量：隨機選取1 kg 大小一致的果實作為樣品，根據(jù)GB/T 5 009.7—2016 檢測還原糖含量，GB/T 5009.86—2016 檢測VC 含量。每個處理3 次重復，分別于第1 茬果和第2 茬果的采摘盛期取樣。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007 和Origin 9.0 軟件處理數(shù)據(jù)并制圖，采用SAS 9.4 軟件進行統(tǒng)計分析，運用t 檢驗進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 轉光膜對棚內空氣溫度的影響

轉光膜棚內草莓整個生育期的積溫和日平均溫度都顯著高于普通膜（圖1）。與普通膜相比，轉光膜棚內的積溫為2 072.5 ℃，提高了75.0 ℃（P ＜0.05），大棚日平均溫度也平均提高0.39 ℃（P ＜0.01），最高可提高2.20 ℃。

2.2 轉光膜對冠層溫度的影響

不同生育期草莓冠層溫度存在差異（表1、圖2）。與普通膜相比，幼苗期轉光膜處理的草莓冠層溫度顯著提高了0.4℃；盛花期和盛果期，轉光膜處理的冠層溫度分別顯著降低了1.2 ℃和1.7 ℃；采摘期，轉光膜處理的冠層溫度提高了0.6 ℃，但差異不顯著。

2.3 轉光膜對草莓葉片葉綠素相對含量（SPAD值）的影響

植物葉片的葉綠素含量與SPAD 值成正相關（馬釗 等，2015）。由圖3 可見，轉光膜與普通膜棚內草莓葉片葉綠素含量的差異在盛花期、盛果期和采摘期表現(xiàn)不同，與普通膜相比，轉光膜處理的草莓在盛果期的SPAD 值顯著增加了14.0%；而盛花期和采摘期，二者的SPAD 值差異不顯著。

圖1 轉光膜對棚內空氣溫度的影響a，轉光膜對棚內日平均溫度的影響；b，轉光膜與普通膜棚內溫度差值。彩色圖版見《中國蔬菜》網(wǎng)站：www.cnveg.org，下圖同。

表1 轉光膜對草莓冠層溫度的影響

圖2 轉光膜對草莓冠層溫度的影響a、b，盛花期，a 為轉光膜，b 為普通膜；c、d，盛果期，c 為轉光膜，d 為普通膜。

2.4 轉光膜對草莓葉片光合特性的影響

轉光膜處理對盛果期草莓葉片的凈光合速率有顯著影響，比普通膜處理可提高14.3%（圖4-a）。氣孔導度的變化規(guī)律與凈光合速率類似（圖4-b）。轉光膜處理草莓葉片的胞間二氧化碳濃度在盛果期顯著降低，盛花期和采摘期與普通膜處理無顯著差異（圖4-c），盛花期和盛果期草莓葉片的蒸騰速率分別較普通膜處理顯著提高了11.0%和14.7%（圖4-d）。

圖3 轉光膜對草莓葉片葉綠素相對含量的影響圖柱上不同小寫字母表示差異顯著（P ＜0.05），下圖同。

2.5 轉光膜對草莓生育期的影響

轉光膜棚內草莓的初花期、坐果期和始熟期都早于普通膜，分別提前6、8、10 d（表2）。坐果期-始熟期觀測結果也顯示（圖5），轉光膜棚內草莓的轉色時間和始熟期均提前。

2.6 轉光膜對草莓產(chǎn)量及品質的影響

從表3 可以看出，轉光膜處理的草莓產(chǎn)量為1 009.1 kg · （667 m2）-1，每667 m2比普通膜處理增產(chǎn)219.9 kg，且單果質量顯著增加了16.4%。

轉光膜處理可以提高草莓果實的VC 含量，第1 茬和第2 茬草莓的VC 含量分別比普通膜顯著提高16.1%、24.4%，轉光膜處理對兩茬草莓果實可溶性糖含量的影響均不顯著（表3）。

圖4 轉光膜對草莓葉片光合特性的影響

表2 轉光膜對草莓生育期的影響

圖5 草莓坐果期-始熟期田間觀測結果a，普通膜；b，轉光膜。

表3 轉光膜對草莓產(chǎn)量和品質的影響

3 結論與討論

轉光膜具有增溫的作用。研究發(fā)現(xiàn)，轉光膜能顯著提高棚內日最高氣溫，平均升溫1.6 ℃，最高可達3 ℃（傅明華 等，2000）；在冬季和早春應用轉光膜能使棚溫增加1.7 ℃（蒲文宣 等，2008）；此外，轉光膜還可以增強塑棚溫室的升溫速率，提高塑棚溫室內室溫，與對照膜相比，轉光膜在單日11：00 可增溫3.9 ℃（邵毛妮 等，2017）。本試驗結果表明，轉光膜可以顯著提高棚內的日平均溫度，增加棚內積溫；這與唐顥等（2014）研究發(fā)現(xiàn)的轉光膜具有增溫效應的結論一致。轉光膜中的稀土元素受到高能量紫外光激發(fā)并發(fā)射低能量紅光的過程可產(chǎn)生斯托克斯（stokes）位移，將能量差以熱能的形式釋放，使溫室氣溫升高（寇爾豐 等，2018）。本試驗采用的含有稀土Eu 元素的轉光膜可以產(chǎn)生斯托克斯位移，使棚內日平均溫度升高，促進草莓初花期、坐果期、始熟期的提前。

冠層溫度是指作物層不同高度葉和莖表面溫度的平均值（史長麗 等，2006）。其影響因素有內因如植株的蒸騰作用、基因型等；外因如太陽輻射強度、地面輻射熱量等（任學敏 等，2015）。本試驗發(fā)現(xiàn)，雖然轉光膜棚內氣溫顯著高于普通膜，但盛花期和盛果期時的草莓冠層溫度顯著低于普通膜，其原因一方面是轉光膜棚內草莓葉片蒸騰速率較高引起葉片溫度下降；另一方面，轉光膜棚內草莓長勢優(yōu)于普通膜，而茂盛的葉片可能致使地面輻射減弱，使冠層溫度降低。

轉光膜能夠增加棚內紅光的比例，提高植物葉片葉綠素的積累，增強植物的光合能力。前人研究發(fā)現(xiàn)，紅光可以提高葉綠素含量，且紅光/藍光的比值越大，草莓葉片葉綠素含量越高（徐凱 等，2005）；紅光還能增強草莓葉片的氣孔開放程度，提高氣孔導度，增加植株的光合能力，有利于作物的生長和發(fā)育（張元梅和樊衛(wèi)國，2016）。本試驗發(fā)現(xiàn)，草莓葉片的凈光合速率和氣孔導度變化趨勢類似，且轉光膜處理的草莓盛果期葉片的凈光合速率和氣孔導度均顯著高于普通膜，胞間CO2濃度顯著低于普通膜，表明轉光膜促進了草莓葉片氣孔的開放，提高了葉肉細胞對CO2的利用效率，從而促進了草莓凈光合作用速率的增強（李巖 等，2017）。此外，相關研究還表明轉光膜被激發(fā)所產(chǎn)生的紅光有利于PS Ⅱ過程中的電子傳遞，促使CO2的固定，促進光反應的進行（Li et al.，2017）。

轉光膜能夠促進果實提前成熟和產(chǎn)量增加。張旭等（1998）研究發(fā)現(xiàn)，轉光膜使番茄、青椒、黃瓜、茄子等蔬菜作物分別增產(chǎn)21.6%、13.2%、17.6%、24.5%；陸國軍和俞剛翔（2007）研究發(fā)現(xiàn)，轉光膜使葡萄整個生育期縮短2～3 d，增產(chǎn)6.6%左右；李強等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，與普通棚膜相比，轉光膜可以促進芥菜、普通白菜、菜薹（菜心）的地上生物量分別增加20.53%～23.40%、20.13%～32.62%、16.43%～20.30%。本試驗發(fā)現(xiàn)，轉光膜處理下的草莓可提前10 d 成熟，每667 m2增產(chǎn)219.9 kg，這與寇爾豐等（2018）的轉光膜具有增產(chǎn)作用的研究結論一致。轉光膜促進果實提前成熟和增產(chǎn)的原因可能有3 方面：第一，轉光膜在低溫時的保溫效果較好，且草莓盛花期、盛果期的凈光合速率較強；第二，轉光膜棚內草莓盛花期和盛果期的冠層溫度較低，葉綠素含量較高，衰老慢，有利于光合能力和作物產(chǎn)量的提高（鄧強輝 等，2009）；第三，光譜中遠紅光與紅光的比例可以影響光敏色素控制的光合產(chǎn)物的分配，使其更多地將產(chǎn)物分配給果實（Kasperbauer，2000），轉光膜增加了紅光的量，使遠紅光與紅光的比例正好處在這一個范圍內。

轉光膜可以改善果實的品質。植物的品質受光質的影響（許大全 等，2015），藍光使普通白菜粗蛋白含量明顯提高，且與紅光以1∶6 的比例混合時能使普通白菜中磷、鉀含量提高，生物量和干質量明顯增加，亞硝酸鹽含量降低（樊小雪 等，2016）；紅光（665 nm）能顯著提高萵苣的葉面積、鮮質量和干質量（王瑞楠 等，2017）；低劑量的UV-B（280～320 nm）則能促進植物體內次生代謝物質硫代葡萄糖苷、酚類物質的積累，從而改善作物品質（Schreiner et al.，2012）。作為衡量作物品質的重要指標，VC 和可溶性糖含量的高低將直接影響到作物的食用價值。研究表明，轉光膜使甜椒的VC 含量顯著提高31.56%（吉家曾 等，2013）；轉光膜處理的春大白菜中VC 含量顯著高于普通膜（王玉霞 等，2006）。本試驗發(fā)現(xiàn)，轉光膜棚內草莓VC 含量較高，這可能與VC 合成相關的半乳糖內脂脫氫酶（GaILDH）以及可以氧化VC 的抗壞血酸氧化酶（AAO）、抗壞血酸過氧化物酶（AAP）對光比較敏感有關（劉慶 等，2015），紅光比例的提高可能增加了GaILDH 的合成，導致AAO 及AAP 含量的降低，但具體機理還需進一步研究。此外，轉光膜對于可溶性糖含量的影響作用因作物種類而不同。轉光膜處理的菠菜、番茄的可溶性糖含量顯著提高（王玉霞，2007；李巖 等，2016），而黃瓜的可溶性糖含量卻略低于對照膜（秦立潔和田巖，2002）。本試驗發(fā)現(xiàn)，轉光膜處理兩次采摘的草莓果實可溶性糖含量與普通膜差異不顯著，可能是因為不同作物對光的敏感程度不同（蒲文宣等，2008）。

從成本和收益方面分析，轉光膜在草莓種植上的應用具有廣闊前景。本試驗中轉光劑的市場售價約為2 000 元 · kg-1，其在轉光膜中添加量僅為1‰～2‰（廉世勛 等，2002；張細和，2006），可一定程度限制其成本的提高；此外，轉光膜能夠促進草莓提前10 d 成熟，每667 m2增產(chǎn)219.9 kg，能進一步提高大棚的經(jīng)濟效益。而在未來轉光膜的發(fā)展歷程中，轉光劑的成本還可以通過降低Eu3+的含量或引入價格低廉的配體實現(xiàn)。如：于含銪轉光體系中摻雜適量Y+以減少高價格的Eu3+的比例，利用新型配體碳點（CDs）和聚乙烯醇（PVA）與Eu3+結合以取代高成本的有機配體等（張細和，2006；He et al.，2016）。

綜上，轉光膜對溫室草莓的生長具有促進作用。第一，轉光膜具有顯著增溫效果。與普通膜相比，轉光膜棚內的積溫顯著增加75.0 ℃，日平均溫度極顯著升高0.39 ℃。第二，轉光膜具有促進草莓生長發(fā)育的作用。轉光膜棚內盛果期草莓的葉綠素含量和凈光合速率可顯著提高14.0%和14.3%；轉光膜可使草莓提前10 d 左右采摘，每667 m2增產(chǎn)219.9 kg。第三，轉光膜具有改善草莓品質的作用。轉光膜處理兩次采摘的草莓VC 含量都顯著高于普通膜，但果實可溶性糖含量差異不顯著。