黃志午,宋云鵬,楊決平,徐志剛*,朱為民*

(1 南京農業(yè)大學,南京 210095；2 上海市農業(yè)科學院,上海 201403；3 上海市松江區(qū)農業(yè)技術推廣中心,上海 201613)

光環(huán)境對溫室氣候環(huán)境起主導作用。光是溫室作物進行光合作用,形成溫度、濕度條件的主要能源[1-3]。光照強度和光照時間不足,容易導致植株幼苗徒長、果花脫落、果實發(fā)育緩慢、病蟲害增加等,從而導致作物減產(chǎn)[4-6]。侯興亮等[7]研究表明,光照不足會影響植株的光合作用,導致凈光合速率下降。其下降程度受CO2濃度、大氣溫度、相對濕度等環(huán)境因子影響,也與品種自身的生理特性有關[8]。Mohlakola等[9]、Adams 等[10]研究表明,相比弱光下,強光下的番茄果實顏色更紅,類胡蘿卜素含量更高。

番茄(Lycopersicon esculentumMill.)是全球產(chǎn)量最高的農作物之一[11],原產(chǎn)于南美洲,在我國栽培廣泛。其菜果兼用、營養(yǎng)豐富、經(jīng)濟價值高,更是元旦-春節(jié)-元宵大節(jié)(以下簡稱“年宵節(jié)”)期間的必備品。每年從11月份開始,長江中下游地區(qū)霜凍、連續(xù)陰雨和低溫寡照天氣頻發(fā),果菜出現(xiàn)明顯的冬季空檔[12]。日光溫室通過多層覆蓋方式滿足番茄生長發(fā)育所需的溫度條件,但加劇了弱光逆境造成的危害[13]。溫室內的光照度僅為露地的30%—70%[14],且冬春季光照時間縮短,番茄等蔓生果菜幼苗難以健康生長[15],嚴重限制了植株整體光合產(chǎn)物的合成和轉運[3],導致成熟期的番茄植株長期處于源庫不均衡狀態(tài)[16-17]。

人工補光是彌補冬季自然光照不足的有效手段,補光能促進植物器官的生長,提高植株壯苗指數(shù)和抗病性[18]。研究表明,茄果類植物在溫室栽培條件下,采用人工補光技術可使其成熟期提前15 d 左右,產(chǎn)量提高30%左右[19]。同時,農藥用量大幅度減少,含糖量和維生素含量均得到一定程度的提高[20-22]。本研究以‘金陵美玉’番茄為研究對象,探討設施補光對番茄生長發(fā)育和果實產(chǎn)量品質的影響,以期為構建蘇州地區(qū)“秋延后”設施番茄補光栽培技術體系提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于南京農業(yè)大學昆山蔬菜研究院設施蔬菜大棚進行,試驗材料為‘金陵美玉’番茄,由江蘇省江蔬種苗科技有限公司提供。2017年10月29日定植于雙層塑料拱棚內,內拱棚大小為8 m×40 m,番茄行株距為50 cm×30 cm。采用高壟定植保溫,地膜覆蓋和膜下灌溉降低空氣濕度。中午高溫時段通風除濕。

將點形大功率植物光源(功率:250 W,南京植生譜光電科技有限公司提供,以下簡稱“點光源”)固定于壟高1.75 m 處進行冠層補光；采用線形LED 植物燈管(功率:18 W,南京植生譜光電科技有限公司提供,以下簡稱“線光源”)進行叢間補光,將其置于壟的兩側,高度隨番茄生長及采收狀況進行調整。

設置3 個處理組和1 個對照組:(1)冠層設點光源10 盞,間距1.2 m,4 個側面各用5 根長度為1.2 m的線光源,總功率為2 860 W(C1)；(2)冠層用10 根線光源,四個側面各用5 根線光源,總功率為540 W(C2)；(3)冠層設10 盞點光源,總功率為2 500 W(C3)；(4)未補光(CK)。11月16日開始補光,補光平均時長5 h∕d。溫度高于27 ℃則放風降溫除濕,溫度低于12 ℃則進行增溫。單桿整枝、疏花疏果、病蟲害防治等按傳統(tǒng)田間管理方式統(tǒng)一處理,留5 穗花封頂。小區(qū)面積為54 m2,各處理小區(qū)間設空白處理,4 次重復。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 產(chǎn)量因素測定

分別于2018年2月8日、2月10日、2月18日、2月28日和3月7日采摘番茄成熟果實,用電子天平稱量單果重和單穗產(chǎn)量,單株產(chǎn)量為10 株番茄產(chǎn)量的平均值,目測法計算單株有效花穗數(shù)。

1.2.2 生長指標測定

隨機選取幼苗期各處理下長勢一致的4 棵植株,于定植后35 d、50 d、70 d、80 d 用布條尺測量株高,用電子游標卡尺測量倒5 節(jié)莖粗。

1.2.3 葉片色素含量的測定

每處理選取番茄植株4 株,于花后50 d(即2018年1月20日),取相同部位、相同長勢的葉片,放入液氮罐并用超低溫冰箱保存待測。

葉綠素的測定[23]:稱取葉片0.1 g,剪碎放入試管并用提取液(丙酮∶無水乙醇=1∶1,體積比)定容到10 mL,在暗處于室溫下浸提材料至發(fā)白,利用分光光度計測定663 nm、645 nm、470 nm 下吸光度值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

采用Excel 2010 軟件處理數(shù)據(jù),采用SPSS 20.0 軟件進行統(tǒng)計分析,并用Duncan’s 法分析差異顯著性(P＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同補光處理對番茄產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同補光處理對番茄總產(chǎn)量的影響

如表1 所示,C1 和C3 處理番茄于2月8日和2月10日進行第1 次和第2 次采摘,2月18日進行第3次采摘,C2 和CK 處理番茄未達到采摘程度。2月28日CK 的產(chǎn)量顯著低于其他各處理。C1 和C3 處理5 次采摘總產(chǎn)量分別是CK 的4.1 倍和5.0 倍,說明補光能夠顯著增加番茄的產(chǎn)量,2月28日、3月7日采摘時各補光處理的產(chǎn)量較高,其原因可能是3月份溫度上升,前期補光儲藏的營養(yǎng)物質向果實轉運速度增加所致。

表1 不同補光處理對番茄產(chǎn)量的影響Table 1 The effect of different supplemental light treatment on tomato yield g

2.1.2 不同補光處理對番茄產(chǎn)量構成因素的影響

由表2 可知,C1 處理和C3 處理的單株有效花穗數(shù)最多,約為7 穗,與C2 存在顯著性差異,CK 處理單株有效花穗數(shù)最少,約為2 穗,顯著低于C1、C2 和C3。C1 和C3 處理的單株產(chǎn)量為1 538.49 g,C2 為840.21 g,分別是CK 的5.5 倍和3.07 倍。C1 和C3 處理的單穗果重為183.17 g,C2 處理為140.54 g,分別是CK 的3.49 倍和2.62 倍。除單果重外,C1 和C3 的各產(chǎn)量構成因素顯著高于C2。因此,冠層采用點光源處理能夠優(yōu)化各產(chǎn)量構成因素。

表2 不同補光處理對番茄產(chǎn)量構成因素的影響Table 2 Effects of different light supplementation treatment on yield components of tomato

各處理間單果重沒有顯著差異,CK 處理單果重較大,其原因可能是花穗數(shù)少且單穗坐果數(shù)低,合成的有機物只能向僅有的幾個果實輸送所致。

2.2 不同補光處理對番茄生長的影響

2.2.1 不同補光處理對番茄株高和莖粗的影響

由圖1 可知,定植后35 d 和50 d,C3 處理番茄株高最大,C2、C1 和CK 之間無顯著差異。定植后70 d和80 d,各處理間差異不顯著,C1 處理株高最高、CK 最低,且C1 處理比CK 分別高15.2%、8.1%。定植后35 d 和50 d,C3 處理的莖粗最大,CK 最小,但各處理間無顯著差異。定植后70 d 和80 d,C1 處理的莖粗最大,且與對照存在顯著差異。

圖1 不同補光處理對番茄株高和莖粗的影響Fig.1 Effect of different supplemental light treatments on the plant height and stem thickness of tomato

2.2.2 不同補光處理對番茄葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素,對光能的吸收和利用起著重要的作用。如表3 所示,各處理葉綠素含量的大小順序為:C3 ＞C1 ＞CK ＞C2,C1 和C3 處理間葉綠素a 含量無顯著差異,都顯著高于C2,各處理與CK 間無顯著差異；C2 的葉綠素b 含量顯著低于其他各處理；C3 的葉綠素總量顯著高于CK,與C1 處理差異不顯著,顯著高于C2。不同處理間葉綠素a∕b 比值無顯著差異,C3 最低,CK 最高。C3 處理類胡蘿卜素含量最高,C1 和C3 處理間無顯著差異,都顯著高于C2,各處理與CK 之間無顯著差異。

表3 不同補光處理對番茄葉綠素含量的影響Table 3 Effect of different Light supplement methods on chlorophyll content of tomato

3 討論與結論

補充適宜的光照能夠增加溫室作物光合速率、促進植株生長、增加產(chǎn)量、提高果實品質[24]。閆文凱等[3]研究表明,LED 株間補光處理顯著提高了番茄產(chǎn)量。祁娟霞等[25]研究表明,隨著補光時間延長,番茄的單果重、單株產(chǎn)量、總產(chǎn)量都隨之增加。陽圣瑩等[26]研究發(fā)現(xiàn),LED 光源更有利于提高草莓植株的凈光合速率及果實的單果重,與本研究結果不一致,可能與品種不同有關。本研究結果顯示,補光顯著增加番茄的單株有效花穗數(shù)、單穗產(chǎn)量和單株產(chǎn)量。冠層都用點光源的情況下,叢間用線光源處理并沒有顯著影響番茄的各產(chǎn)量構成因素。C1 和C3 處理比CK 處理提前20 d 上市,C3 處理的產(chǎn)量高于C1 處理,可能是因為C3 處理位于棚室后部,保溫效果更好所致。C1 處理位于棚室前部,受人員進出以及線光源功率小的影響,增溫作用不明顯。王舒雅等[2]研究表明,補光3 h,每667 m2番茄利潤增加528.9 元。本研究中,補光增加了番茄的商品果數(shù)量,提高了經(jīng)濟效益,與前人的研究結果一致。C1 的各產(chǎn)量構成因素和生長都優(yōu)于其他處理,而C1 處理的總功率比C3 處理高360 W,是C2 處理的5.29 倍,說明在冬季遭遇嚴重陰雨雪和霾的天氣條件下,采用溫室補光技術,能夠顯著促進番茄產(chǎn)量形成,確保番茄在春節(jié)前后上市,豐富市場供應。

冬季低溫弱光環(huán)境限制番茄植株群體光合作用與產(chǎn)量的形成,使番茄生殖生長時期處于源庫不均衡狀態(tài),導致植株生長較快,葉面積變大,節(jié)間距和相對增長速度大大高于莖節(jié)的增粗速度,最終影響果實產(chǎn)量和品質[25-27],本研究中,各處理株高均高于對照(圖1),其原因可能是植株在嚴重不適宜的溫度和光照下,生長出現(xiàn)減緩甚至停止所致。也有研究表明,生長受抑是作物對溫光反應最敏感的生理過程[28]。

葉綠素a∕b 比值較低及葉綠素含量較高的植物能最大程度地利用光能,是植物適應弱光的一種自我調節(jié)方式[29-30]。劉曉英等[30]、戰(zhàn)吉宬等[31]研究發(fā)現(xiàn),弱光下光合色素積累較多,并處于過剩狀態(tài)。本研究中,C1 和C3 處理增加了植物適應弱光的能力,C2 處理葉綠素含量較低,這不僅與植物遮陰強度和遮陰時間有關,還和品種本身的抗性有關[32]。同時,不同補光光源和補光方式也會導致光合色素積累的差異[33]。C2 處理葉綠素總量較低,C3 處理葉綠素a∕b 比值最小,且C3 處理的葉綠素總量最大,其次為C1處理,這種葉綠素分配比例能在一定程度上彌補強光造成的光氧化損失,保證正常的光合作用。