高亞新，李恭峰，馬萬成，張振興，劉益克，李 寧，李青云

（河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心·河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 河北保定 071000）

番茄是設(shè)施栽培的主要蔬菜作物之一，因其豐富的營養(yǎng)和獨(dú)特的風(fēng)味而備受人們青睞[1]。番茄屬喜光植物，良好的光照條件是番茄植株正常生長的重要環(huán)境因素，光照變化主要通過光質(zhì)、光強(qiáng)和光周期3 個方面進(jìn)行調(diào)控[2]。其中，光質(zhì)對植物形態(tài)建成、生理代謝和果實(shí)品質(zhì)等方面具有明顯的調(diào)控作用[3]。設(shè)施內(nèi)光質(zhì)調(diào)控主要通過2 種途徑，即人工補(bǔ)光和覆蓋材料。人工補(bǔ)光能夠?qū)Νh(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控，但成本較高，利用轉(zhuǎn)光膜覆蓋進(jìn)行光質(zhì)調(diào)控成本較低且使用方便。因此，利用轉(zhuǎn)光膜進(jìn)行光質(zhì)調(diào)控越來越多地應(yīng)用于生產(chǎn)中。

稀土轉(zhuǎn)光膜是一種通過添加稀土轉(zhuǎn)光劑來實(shí)現(xiàn)光轉(zhuǎn)換的薄膜，它能將紫外光轉(zhuǎn)換成對作物有用的藍(lán)紫光及紅橙光，或?qū)ⅫS綠光轉(zhuǎn)換成紅橙光[4]，從而改變透過膜的光質(zhì)，使植物充分利用光能，實(shí)現(xiàn)調(diào)控植物生長發(fā)育的目的，進(jìn)而提高設(shè)施蔬菜產(chǎn)量[5-6]。涂覆型棚膜與普通棚膜相比可顯著提高透光性和保溫性，使番茄增產(chǎn)9.92%[1]。劉楊等[7]研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)光膜處理下的草莓可提前10 d 成熟，每667 m2增產(chǎn)219.90 kg。轉(zhuǎn)光膜除了增加產(chǎn)量外，還可顯著改善果實(shí)品質(zhì)，轉(zhuǎn)光膜覆蓋下甜椒果實(shí)的維生素C 含量提高了31.56%，可溶性糖和游離氨基酸含量也分別顯著提高了14.37%和15.94%[8]；轉(zhuǎn)光膜覆蓋下草莓第一茬和第二茬果實(shí)維生素C 含量比普通膜處理分別增加了16.1%、24.4%[7]。

由于轉(zhuǎn)光膜可明顯促進(jìn)園藝植物生長發(fā)育、提高產(chǎn)量及改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，因此轉(zhuǎn)光膜在生產(chǎn)應(yīng)用中受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。筆者以覆蓋內(nèi)蒙古舜明有限公司生產(chǎn)的稀土轉(zhuǎn)光膜進(jìn)行試驗(yàn)，該膜是在PO 膜的基礎(chǔ)上加入了稀土轉(zhuǎn)光劑，將太陽光中的紫外光和黃綠光轉(zhuǎn)換成對作物生長有益的藍(lán)紫光及紅橙光[4]。筆者以番茄品種佳粉802 為試材，探究了在不同棚膜下番茄生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的差異，以期為篩選適宜番茄生長的優(yōu)質(zhì)棚膜提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種：佳粉802 番茄，由河北惠優(yōu)特種業(yè)有限公司選育。供試棚膜：稀土轉(zhuǎn)光膜，由山東舜明有限公司生產(chǎn)，厚度0.1 mm，對照棚膜為PO 膜，厚度0.1 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021 年2—6 月在河北省保定市石象村河北康城現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)有限公司基地厚土墻日光溫室內(nèi)進(jìn)行。溫室長100 m，脊高5.4 m，內(nèi)跨11.5 m。前茬作物為黃瓜，2021 年1 月6 日拉秧，覆膜時(shí)間為2020 年10 月。設(shè)置2 個處理，對照溫室覆蓋PO 膜（CK），處理溫室覆蓋稀土轉(zhuǎn)光膜（RPO），在處理溫室和對照溫室的中部完全隨機(jī)選取相鄰的12 行為1 個小區(qū)，每小區(qū)面積約80 m2，3次重復(fù)。番茄于2021 年2 月8 日定植，5 月4 日開始采收，留7 穗果打頂。土壤栽培，大行距80 cm，小行距40 cm，株距35 cm，膜下溝灌，田間管理同常規(guī)生產(chǎn)。

自2021 年3－5 月連續(xù)監(jiān)測溫室的光照度、氣溫、地溫，并于每個月選典型晴天和陰天測定溫室內(nèi)的光譜，計(jì)算光譜比例，同時(shí)測定溫室內(nèi)外的光照度，計(jì)算透光率。定植后17 d 開始測定植株的株高、莖粗、節(jié)間長度和葉片數(shù)，分別在每個處理下隨機(jī)測定10 株，以后每隔15 d 測定1 次，至摘心為止；分別在第2 穗果實(shí)的綠熟期（果實(shí)基本停止生長，果頂白，尚未著色）、轉(zhuǎn)色期（果頂部由綠白色轉(zhuǎn)為粉紅色）和成熟期（果實(shí)全部轉(zhuǎn)紅，肉質(zhì)較軟）測定生長點(diǎn)下第3 片完全展開葉的光合參數(shù)，果實(shí)的可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C、可滴定酸含量，分別在每個處理下選取5 株植株進(jìn)行測定，采收后記錄小區(qū)產(chǎn)量。

1.3 測試指標(biāo)和方法

1.3.1 光環(huán)境指標(biāo)測定 棚膜透射光譜的測定：采用QE65000 光譜儀（Ocean Optics 公司生產(chǎn)）在溫室內(nèi)測定中部距棚膜3.0 m 遠(yuǎn)、距地面1.5 m 高處的透射光譜，測定時(shí)間為9：00—11：00。

棚膜透光率的測定：采用QUANTUM LIGHT METER 型照度計(jì)測定溫室中部內(nèi)外距地面1.5 m高處光照度，測定3 次，取平均值，計(jì)算透光率。透光率（T）的計(jì)算：T=Ri/R0×100%，其中Ri、R0分別為溫室內(nèi)外平行于棚膜的光照度，測定時(shí)期同棚膜透射光譜的時(shí)期一致。

1.3.2 溫度指標(biāo)測定 采用杭州智拓儀器記錄溫室中部距地面1.5 m 高處的空氣溫度和光照度。采用ET60 智墑儀記錄不同土層的土壤溫度。

1.3.3 番茄植株形態(tài)指標(biāo)測定 使用卷尺測量植株株高和節(jié)間長度，株高為根莖基部到生長點(diǎn)的距離，節(jié)間長度為根基部以上第3～4 節(jié)位之間的長度；使用游標(biāo)卡尺測量莖粗，為植株子葉上方1 cm處的直徑。

1.3.4 番茄葉片光合參數(shù)的測定 用YZQ-100A便攜式動態(tài)光合儀測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci），設(shè)定光量子通量密度（PFD）為1000 μmol·m-2·s-1。

1.3.5 番茄果實(shí)品質(zhì)測定和產(chǎn)量調(diào)查 采用蒽酮比色法[9]測定可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[9]測定可溶性蛋白含量；采用2.6-二氯酚靛酚滴定法[9]測定維生素C 含量；采用氫氧化鈉滴定法[9]測定可滴定酸含量；采收期記錄單株結(jié)果數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016 軟件處理數(shù)據(jù)，SPSS 23 軟件進(jìn)行方差分析，用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 稀土轉(zhuǎn)光膜對溫室光環(huán)境的影響

2.1.1 稀土轉(zhuǎn)光膜對不同光譜透過比率和透光率的影響 由表1 對不同棚膜透過光譜（300～760 nm）進(jìn)行分析可以看出，稀土轉(zhuǎn)光膜增加了棚內(nèi)的藍(lán)光、紅橙光和遠(yuǎn)紅光，減少了紫外光、紫光和綠光。晴天，RPO 處理棚內(nèi)紫外光、紫光和綠光均顯著低于CK，較CK 分別降低10.25%、4.28%和3.44%；藍(lán)光、紅橙光和遠(yuǎn)紅光均顯著高于CK，較CK 分別提高3.93%、2.46%和8.78%。陰天，RPO處理棚內(nèi)紫外光、紫光和綠光均顯著低于CK，較CK 分別降低9.91%、3.79%和1.10%，藍(lán)光、紅橙光和遠(yuǎn)紅光均顯著高于CK，較CK 分別提高1.22%、4.34%、5.16%。結(jié)果表明，稀土轉(zhuǎn)光膜顯著減少了紫外光、紫光和綠光的比例，其中紫外光降幅最大；增加了紅橙光、藍(lán)光、遠(yuǎn)紅光比例，無論晴天還是陰天遠(yuǎn)紅光的增幅均最大。無論晴陰天，RPO 處理的透光率均顯著高于CK，晴天、陰天的透光率分別比CK 提高7.43%和9.13%，稀土轉(zhuǎn)光膜改善陰天溫室光照的效果更好。

表1 典型晴、陰天不同處理的光譜比例及透光率

2.1.2 稀土轉(zhuǎn)光膜對溫室內(nèi)光照度的影響 由表2可知，自3－5 月，溫室內(nèi)的平均光照度隨月份的增加逐漸增大，除5 月平均光照度與CK 差異不顯著外，RPO 處理的平均光照度始終顯著高于CK。與CK 相比，3 月份RPO 處理光照度平均值、最高值和最低值的增幅均為最大，分別為11.60%、4.12%和39.81%，其次是4 月份，5 月份增幅最小，分別為4.65%、2.18%和11.46%。3 種統(tǒng)計(jì)值相比，每個月份的最低光照度增幅均最大。表明稀土轉(zhuǎn)光膜提高了春季溫室內(nèi)的光照度，光照度越低，其改善光強(qiáng)的作用越大。

表2 不同處理的光照度

2.2 稀土轉(zhuǎn)光膜對溫室內(nèi)氣溫的影響

由表3 可知，3—5 月溫室的氣溫和積溫均隨月份的增加而增大，除4、5 月最高氣溫外，RPO處理的氣溫和積溫始終顯著高于CK。其中，3 月份的平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫，增幅最大，分別比CK 提高7.35%、1.91%和8.60%，其次是4月份，5 月份增幅最小，分別為2.24%、0.07%和4.14%。在氣溫統(tǒng)計(jì)值中，每個月份的最低氣溫增幅均為最大。RPO 處理3 個月的積溫始終顯著高于CK，其中3 月份的積溫增幅最大，為9.19%，其次是4 月份，5 月份增幅最小，為3.41%。表明稀土轉(zhuǎn)光膜提高了春季的溫室氣溫，氣溫越低，增溫效果越顯著。

表3 不同處理的氣溫和積溫

2.3 稀土轉(zhuǎn)光膜對土壤溫度的影響

由圖1 可知，3—5 月溫室內(nèi)0～30 cm 土層的溫度隨月份增加呈逐漸升高趨勢。除5 月份30 cm土層的溫度外，RPO 處理各月份、各土層的溫度均顯著高于CK。其中RPO 處理0 cm 土層溫度，3—5 月的平均地溫分別比CK 提高4.33%～5.97%，10、20 和30 cm 土層溫度分別提高了2.73%～3.53%、2.48%～3.12%和2.87%～3.12%。

圖1 不同處理的土壤溫度

2.4 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室番茄植株生長的影響

由表4 可以看出，與CK 相比，RPO 促進(jìn)了番茄植株的生長，除定植后32 d 外，其他時(shí)間植株的株高均顯著高于CK，RPO 處理下植株的莖粗、葉片數(shù)和節(jié)間長度均顯著高于CK。在番茄定植后17～67 d（摘心前），番茄株高提高8.57%～16.81%，莖粗提高了13.46%～18.61%，葉片數(shù)提高了15.71%～19.83%，節(jié)間長度提高了10.40%～20.57%。與對照相比，RPO 處理的番茄植株高大、粗壯、葉多，營養(yǎng)生長旺盛。

表4 稀土轉(zhuǎn)光膜對番茄形態(tài)指標(biāo)的影響

2.5 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室番茄葉片光合特性的影響

由表5 可知，在番茄果實(shí)發(fā)育期間，RPO 處理番茄葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均顯著高于CK，胞間CO2濃度與上述指標(biāo)相反，RPO 處理胞間CO2濃度始終顯著低于CK。在果實(shí)綠熟期、轉(zhuǎn)色期和成熟期，RPO 處理的凈光合速率分別比CK 提高17.00%、15.15%和27.53% ，蒸騰速率分別比CK 提高10.56% 、5.59%和13.11% ，氣孔導(dǎo)度分別比CK 提高19.78%、18.04%和22.07%，胞間CO2濃度分別比CK 降低6.15%、3.20%和5.79%。

表5 稀土轉(zhuǎn)光膜對番茄葉片光合特性的影響

2.6 稀土轉(zhuǎn)光膜對番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

由表6 可以看出，RPO 處理的番茄果實(shí)可溶性蛋白及維生素C 含量均顯著高于CK，可滴定酸含量均顯著低于CK，轉(zhuǎn)色期和成熟期RPO 處理的可溶性糖含量均顯著高于CK。綠熟期、轉(zhuǎn)色期和成熟期RPO 處理的可溶性蛋白含量分別較CK 提高了44.44%、26.47%和33.33%，維生素C 含量分別較CK提高了68.43%、23.26%和28.60%，可溶性糖含量分別較CK 提高了25.96%、44.70%和25.87%，可滴定酸含量分別較CK 降低了27.06%、19.18%和32.75%。

表6 稀土轉(zhuǎn)光膜對番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

2.7 稀土轉(zhuǎn)光膜對番茄果實(shí)產(chǎn)量的影響

由表7 可知，稀土轉(zhuǎn)光膜可顯著促進(jìn)溫室番茄坐果和果實(shí)生長，RPO 處理的番茄果實(shí)縱徑、橫徑和單株果數(shù)均顯著高于CK，增幅分別為18.16%、17.97%、和13.54%，RPO 處理的番茄折合667 m2產(chǎn)量為8 425.50 kg，比CK 高2 086.00 kg，顯著增產(chǎn)32.90%。

表7 稀土轉(zhuǎn)光膜對番茄果實(shí)產(chǎn)量的影響

3 討論與結(jié)論

稀土轉(zhuǎn)光膜具有對溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)控的作用。筆者研究發(fā)現(xiàn)，稀土轉(zhuǎn)光膜可以提高溫室內(nèi)遠(yuǎn)紅光和可見光中藍(lán)光和紅橙光的比例，降低紫外光、紫光和綠光的比例，提高溫室透光率，尤其在陰天表現(xiàn)更為明顯。李巖等[8]在研究中表明，紅色轉(zhuǎn)光膜顯著提高了紅橙光和遠(yuǎn)紅光的投射比率，降低了紫光、藍(lán)光，特別是綠光的投射比率，這與筆者試驗(yàn)結(jié)果不完全相同，可能是加入的轉(zhuǎn)光劑不同所導(dǎo)致。文蓮蓮等[1]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，覆蓋添加轉(zhuǎn)光劑的棚膜下透光率明顯提高，這與筆者試驗(yàn)結(jié)果一致。

稀土轉(zhuǎn)光膜可以提高溫室內(nèi)空氣溫度及土壤溫度。筆者研究發(fā)現(xiàn)，稀土轉(zhuǎn)光膜溫室溫度、積溫及土壤溫度都有所提高。唐顥等[10]研究表明，轉(zhuǎn)光膜的保溫效果優(yōu)于普通膜。王玉霞[11]研究表明，轉(zhuǎn)光膜增溫效果好，同時(shí)具備調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度的作用。傅明華等[12]研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)光膜可顯著提高棚內(nèi)日最高氣溫。蒲文宣等[13]研究發(fā)現(xiàn)冬季和早春應(yīng)用轉(zhuǎn)光膜使棚內(nèi)增加1.7 ℃，這與筆者研究結(jié)果類似。對大多數(shù)作物來說，隨著土壤溫度的增高，生長速度加快，根系呼吸作用和吸收作用加強(qiáng)，物質(zhì)運(yùn)輸加快，間接影響植物生長。稀土轉(zhuǎn)光膜可以將太陽光中的高能短波轉(zhuǎn)換成低能量級長波和中長波，調(diào)整太陽光譜，中間能量差以熱的形式散發(fā)出來，進(jìn)而提高溫室溫度。地面只能以紅外波段向外釋放能量，轉(zhuǎn)光膜可以有效反射這部分紅外波段的能量，提高土壤溫度[14]。

稀土轉(zhuǎn)光膜可以促進(jìn)番茄植株的生長發(fā)育。前人研究表明，轉(zhuǎn)光膜條件下胡蘿卜、毛豆植株的株高、莖粗、葉片數(shù)以及產(chǎn)品器官鮮質(zhì)量等生長指標(biāo)均高于普通膜下生長的植株[11]。文蓮蓮等[1]也在研究中表明KMN-2 轉(zhuǎn)光棚膜下黃瓜株高、莖粗、葉片縱徑、葉片橫徑、結(jié)果數(shù)等都有不同程度的提高。筆者同樣發(fā)現(xiàn)，除定植后32 d 外，RPO 處理下其他時(shí)間植株的株高均顯著高于CK，RPO 處理下植株的莖粗、葉片數(shù)和節(jié)間長度均顯著高于CK。可能是因?yàn)橄⊥赁D(zhuǎn)光膜內(nèi)添加稀土轉(zhuǎn)光劑，提高了溫室內(nèi)紅橙光的比率，從而導(dǎo)致節(jié)間長度的增加，進(jìn)一步提高了番茄的株高。郭林鑫等[15]研究表明，單色紅光處理下，南瓜幼苗的株高、莖長、根數(shù)和地上鮮質(zhì)量、葉面積和碳氮比均最大，因此促進(jìn)了植株的生長。張謹(jǐn)薇等[16]在研究中指出，在光強(qiáng)為100 μmol·m-2·s-1+光質(zhì)配比為紅光∶藍(lán)光=5∶1 時(shí)為最佳，辣椒幼苗的株高、莖粗、葉面積均達(dá)最大。

光是植物進(jìn)行光合作用的源動力和生長發(fā)育最重要的環(huán)境因素[17-18]，不同作物由于其葉片中光合作用色素含量分布不同，進(jìn)行光合作用所需的光質(zhì)也不同。轉(zhuǎn)光膜調(diào)節(jié)光比例后可促進(jìn)植物葉片葉綠素積累，增強(qiáng)光合能力。張?jiān)返萚19]在研究中表明，紅光能擴(kuò)大草莓葉片的氣孔開放程度，提高氣孔導(dǎo)度，增強(qiáng)植株的光合能力。劉楊等[7]在轉(zhuǎn)光膜對草莓影響的研究中也得到類似趨勢。筆者試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，除綠熟期RPO 處理番茄葉片氣孔導(dǎo)度與CK 差異不顯著外，其他時(shí)期氣孔導(dǎo)度均顯著高于CK，RPO 處理番茄葉片凈光合速率、蒸騰速率均顯著高于CK，胞間CO2濃度均顯著低于CK。表明轉(zhuǎn)光膜促進(jìn)番茄葉片氣孔開放，提高了葉肉細(xì)胞對CO2的利用率，從而提高了葉片的凈光合速率[8]。

稀土轉(zhuǎn)光膜可以改善果實(shí)品質(zhì)。藍(lán)光使普通白菜粗蛋白含量增加，且與紅光1∶6 的比例混合時(shí)能使普通白菜中磷、鉀含量提高，亞硝酸鹽含量降低[20]。吉家曾等[21]也在研究中表明，轉(zhuǎn)光膜使甜椒的維生素C 含量顯著提高31.26%。紅色轉(zhuǎn)光膜覆蓋生長的黃瓜果實(shí)中可溶性糖、游離氨基酸和維生素C 含量較對照顯著提高[1]。筆者試驗(yàn)中，在番茄第2 穗果實(shí)整個生長過程中，RPO 處理的可溶性蛋白及維生素C 含量均顯著高于CK，可滴定酸含量均顯著低于CK。除綠熟期可溶性糖含量差異不顯著外，轉(zhuǎn)色期和成熟期RPO 處理的可溶性糖含量均顯著高于CK。果實(shí)品質(zhì)的提高可能是因?yàn)檗D(zhuǎn)光膜中添加了適宜的轉(zhuǎn)光劑，增加了投射光中紅橙光及藍(lán)紫光的比例，從而提高番茄果實(shí)的品質(zhì)。

稀土轉(zhuǎn)光膜可以提高果實(shí)產(chǎn)量。前人研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)光膜可以使草莓成熟期提前且產(chǎn)量較普通膜提高27.86%[7]，轉(zhuǎn)光膜可以分別增加芥菜、普通白菜、菜 心 的 生 物 量20.53%～23.40% 、20.13%～32.63%、16.43%～20.30%[22]。高海榮等[14]也在研究中指出，使用轉(zhuǎn)光膜較普通膜增產(chǎn)8.54%。筆者研究表明，RPO 處理的番茄果實(shí)縱徑、橫徑和單株果數(shù)分別較CK 顯著提高了18.16%、17.97%、13.54%，RPO 處理的番茄折合667 m2產(chǎn)量為8 425.50 kg，較CK 顯著提高了32.90%。

綜上所述，溫室內(nèi)光譜透過率、光照度、溫度等各種要素共同作用影響番茄植株的生長和番茄果實(shí)的品質(zhì)及產(chǎn)量。稀土轉(zhuǎn)光膜降低了紫外光、紫光和綠光的透過率，提高藍(lán)光、紅橙光和遠(yuǎn)紅光的透過率，以能量差的形式提高溫室內(nèi)溫度，進(jìn)而促進(jìn)植株生長，提高果實(shí)產(chǎn)量。與普通膜相比，應(yīng)用稀土轉(zhuǎn)光膜果實(shí)產(chǎn)量提高了32.90%。稀土轉(zhuǎn)光膜作為一種改性材料在溫室番茄的栽培上具有提高光能利用效率、促進(jìn)作物生長的有益作用。