黃松，劉勇鵬，孫凱樂，張嬋，孫治強(qiáng)，樸鳳植，張濤

(1. 信陽農(nóng)林學(xué)院，河南信陽 464399；2. 漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南漯河 462000；3. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河南鄭州 450002)

番茄原產(chǎn)自南美洲，是世界上重要的主栽蔬菜作物，經(jīng)濟(jì)營養(yǎng)價(jià)值高，在中國南北方廣泛栽培，且已基本實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)[1]。 日光溫室具有良好的蓄熱保溫和節(jié)能高效特性，能夠延長蔬菜作物生育期，是冬季低溫蔬菜生產(chǎn)的主要栽培形式[2]。 當(dāng)前，在日光溫室番茄生產(chǎn)中越冬栽培是一個(gè)重要的生長周期，然而由于冬春季節(jié)太陽高度角的變化，日光溫室保溫墻、骨架的遮擋以及棉被的使用，再加上薄膜老化透光率降低等因素往往導(dǎo)致棚室內(nèi)溫度較低，光照強(qiáng)度及光照周期受到很大影響，尤其是近年來大氣污染加劇，連續(xù)的陰雪、霧霾等惡劣天氣增多，導(dǎo)致棚室內(nèi)光照嚴(yán)重不足，番茄的正常生長發(fā)育受到嚴(yán)重抑制[3]。 因此，在日光溫室番茄冬春生產(chǎn)中，解決光環(huán)境造成的脅迫變得日益緊迫。

近年來，隨著光源技術(shù)和光生物學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，利用人工光源在日光溫室內(nèi)補(bǔ)充光照，不僅可以提高作物的凈光合速率和產(chǎn)量，而且會(huì)促進(jìn)及協(xié)調(diào)植物器官生長，提高植株抗病性，也影響蔬菜作物品質(zhì)[4]。 LED 是一種光電轉(zhuǎn)換效率高、體積小、耗能低、光質(zhì)純凈、可控性高的冷光源，是當(dāng)前日光溫室蔬菜越冬生產(chǎn)中備受關(guān)注的一種新型補(bǔ)光光源[5]。 研究發(fā)現(xiàn)，溫室中用于補(bǔ)光照明的LED 光質(zhì)、時(shí)長、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生長發(fā)育有很大影響。 其中在補(bǔ)光光質(zhì)上，陳鵬濤等[6]研究發(fā)現(xiàn)，弱光環(huán)境下對(duì)番茄補(bǔ)充LED 紅藍(lán)組合光更有利于光化學(xué)效率的提升，植株向上生長加快、鮮重增加且健壯，同時(shí)對(duì)植物徒長也有很好的調(diào)控作用；馬肖靜等[7]發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)光(5 ∶1)共同照射下的番茄幼苗植株生物量、壯苗指數(shù)、光合速率及保護(hù)酶均顯著增加，對(duì)幼苗生長最為有利。 在補(bǔ)光時(shí)長上，王舒亞等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在日光溫室條件下，補(bǔ)光3 h 即可顯著提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)；另有研究發(fā)現(xiàn)，冬季溫室番茄補(bǔ)光6 h 能夠顯著增加可溶性糖、有機(jī)酸和可溶性固形物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，果實(shí)品質(zhì)最佳[9]。 而在光照強(qiáng)度上，研究發(fā)現(xiàn)過低的光強(qiáng)會(huì)減緩植物生長并降低果實(shí)產(chǎn)量，光強(qiáng)過強(qiáng)同樣也會(huì)抑制生長發(fā)育，出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象[10]。綜上，日光溫室越冬番茄生產(chǎn)可通過補(bǔ)充紅藍(lán)光來實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。 為此，本試驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上，設(shè)置夜間紅藍(lán)(5∶1)組合光的不同光強(qiáng)度處理實(shí)施補(bǔ)光，研究其對(duì)番茄生長、光合色素含量、光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，旨在探索弱光環(huán)境下日光溫室越冬番茄栽培穩(wěn)產(chǎn)保質(zhì)的高效人工補(bǔ)光方法，為日光溫室番茄越冬生產(chǎn)、光環(huán)境調(diào)控提供理論參考和生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與設(shè)備

供試番茄品種為酸甜果101，由河南豫藝種業(yè)科技發(fā)展有限公司提供。

試驗(yàn)所用的LED 補(bǔ)光燈由河南智圣普電子技術(shù)有限公司提供，紅光R(峰值波長660 nm)∶藍(lán)光B(峰值波長440 nm)＝5∶1，功率75 W。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在河南市駐馬店市汝南縣番順農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施溫室中進(jìn)行。 日光溫室東西長100 m，南北寬10 m。 2021 年8 月10 日將番茄種子播種于72 孔穴盤中，9 月10 日幼苗移栽。試驗(yàn)小區(qū)總面積:10 m×72 m ＝720 m2。 小區(qū)面積:10 m×6 m＝60 m2。 高壟栽培，每小區(qū)4 壟，壟寬1.5 m，每壟雙行定植。 株距40 cm，行距30 cm。 每小區(qū)栽種192 株。

試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)不同光照處理，以不補(bǔ)光為對(duì)照(CK)，共計(jì)4 個(gè)處理(表1)。 隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次。 11 月4 日開始對(duì)棚室內(nèi)番茄進(jìn)行補(bǔ)光，補(bǔ)光時(shí)間為早晚開棚前3 h 和閉棚后3 h，合計(jì)補(bǔ)光時(shí)長為6 h。 補(bǔ)光燈懸吊于溫室內(nèi)，3 個(gè)不同光照處理小區(qū)分別安裝16、12、8 盞燈，通過上下調(diào)節(jié)光源與植株頂端的垂直距離，使各處理到達(dá)幼苗冠層的光量子通量密度相等，分別為300、200、100 μmol/(m2·s)， 并根據(jù)植株生長高度適時(shí)調(diào)整光源位置。 不同處理小區(qū)間用遮光布進(jìn)行隔離。 補(bǔ)光時(shí)間由定時(shí)器控制。

表1 不同處理光照強(qiáng)度、燈盞數(shù)與處理方式

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

從補(bǔ)光之日起，分別在補(bǔ)光10、20、30、40 d時(shí)，每處理隨機(jī)選擇番茄20 株，測(cè)定株高、莖粗等生長形態(tài)指標(biāo)，在補(bǔ)光30、60 d 時(shí)測(cè)定葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素(a＋b)含量，同時(shí)測(cè)定其凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率各光合生理指標(biāo)。 采收期各處理進(jìn)行番茄果實(shí)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，并取樣測(cè)定VC、可溶性糖、有機(jī)酸、番茄紅素含量等品質(zhì)指標(biāo)。

1.3.1 生長指標(biāo) 株高:用卷尺測(cè)量番茄地上部高度；莖粗:用游標(biāo)卡尺測(cè)量；葉片數(shù):直接觀察法數(shù)取。

1.3.2 葉片葉綠素含量 采用無水乙醇＋丙酮溶液(體積比1∶1)提取測(cè)定[11]。

1.3.3 光合生理指標(biāo) 采用北京力高泰科技有限公司生產(chǎn)的光合測(cè)定儀LI－6400XT 測(cè)定凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率。

1.3.4 果實(shí)產(chǎn)量 從收獲日始累計(jì)記錄各處理小區(qū)的果實(shí)數(shù)量、產(chǎn)量、單果重，最后計(jì)算總產(chǎn)量，并折算出相應(yīng)的公頃產(chǎn)量。

1.3.5 果實(shí)品質(zhì) 收獲第3、第4 穗果時(shí)，各處理抽取多個(gè)成熟度相同并具有代表性的果實(shí)分析番茄果實(shí)品質(zhì)。 VC 含量用2，6－二氯酚靛酚滴定法測(cè)定，番茄紅素含量用甲苯浸提法測(cè)定，可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定，可溶性糖含量用蒽酮比色法測(cè)定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用WPS 統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)及作圖，用SPSS 24.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄株高、莖粗的影響

由圖1 可知，補(bǔ)光10 d 和20 d 時(shí)，不同處理番茄株高沒有顯著性差異；30 d 時(shí)T3、T1 處理株高比CK 分別顯著增加11.28%和6.22%，T2 與CK 差異不顯著；40 d 時(shí)，3 個(gè)處理株高與CK 均差異顯著，以T3 最高，比CK 增加10.09%，T1 和T2 處理比CK 分別增加5.10%和7.97%，T2 與T3差異不顯著。

補(bǔ)光10 d 時(shí)，各處理番茄莖粗沒有顯著性差異；20、30 d 時(shí)，T1 處理莖最粗，與其它處理均差異顯著，而T2、T3 與對(duì)照無顯著差異；40 d 時(shí)，T1與T2 差異不顯著，比CK 分別顯著增加13.60%和11.37%，T3 與CK 差異不顯著，僅增5.74%。

綜上可知，隨著補(bǔ)光時(shí)間的延長，不同LED光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄株高、莖粗均有一定的促進(jìn)作用。 隨著光照強(qiáng)度增大，莖逐漸增粗，株高卻逐漸降低，整體以T1 處理最有利于番茄生長發(fā)育。

2.2 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄光合色素含量的影響

由表2 可知，補(bǔ)光30 d 時(shí)，T1 與T2 處理番茄葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、葉綠素(a＋b)含量與CK 相比均差異顯著。 其中，葉綠素a、葉綠素(a＋b) 含量以T1 最高，比CK 分別高出31.71%和44.62%；葉綠素b 含量以T2 最高，其次是T1，兩者之間無顯著性差異，比CK 分別高出1.59 倍和1.41 倍；類胡蘿卜素含量仍以T1 最高，但3 個(gè)處理間無顯著差異，比CK 分別高26.83%、14.63%和14.63%。

表2 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理的番茄光合色素含量(mg/g)

補(bǔ)光60 d 時(shí)，除葉綠素b 外，各處理葉綠素a、類胡蘿卜素、葉綠素(a＋b) 含量與CK 相比均顯著增加。 其中葉綠素a、類胡蘿卜素、葉綠素(a＋b) 含量均以T1 最高，且T1 顯著高于T2、T3，T2 與T3 無顯著差異，三者葉綠素a 含量比CK 分別增加18.84%、5.31%和3.38%，類胡蘿卜素含量比CK 分別增加36.36%、25.00%和22.72%，葉綠素(a＋b)含量比CK 分別增加8.93%、2.23%和0.75%；而葉綠素b 含量以CK 最高，T1 最低，T1、T2 顯著低于CK，其它處理間無顯著性差異。

綜上可知，不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄光合色素含量均有一定的影響，且隨著光強(qiáng)的增加，葉綠素a、類胡蘿卜素、葉綠素(a＋b)含量也逐漸升高，而葉綠素b 含量卻出現(xiàn)降低趨勢(shì)，整體上仍以T1 處理最有利于番茄光合色素的積累。

2.3 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄光合特性的影響

由表3 可知，補(bǔ)光30 d 時(shí)，不同處理番茄的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率與CK 相比均有一定的增強(qiáng)。 其中，T1、T2 處理番茄凈光合速率比CK 分別顯著提高93.69%和57.44%，T3 與CK無顯著差異，僅高21.84%。 各處理番茄氣孔導(dǎo)度與CK 相比均差異顯著，但各處理間無顯著差異，以T1 最高，比CK 高81.25%，其次是T2，比CK高62.50%。 各處理番茄蒸騰速率均顯著高于CK，且T1 顯著高于T2、T3，T2 與T3 無顯著差異。胞間CO2濃度，T1、T2 處理顯著低于CK，T3 與CK差異不顯著，以T1 胞間CO2濃度最低。

表3 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理的番茄光合特性

補(bǔ)光60 d 時(shí)，各處理番茄在凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率上與CK 相比均存在顯著差異。 其中，T1 處理番茄凈光合速率最高，其次是T2、T3，比CK 分別高52.71%、30.10%和12.78%，且3 個(gè)處理之間均差異顯著。 各處理氣孔導(dǎo)度與CK 相比均差異顯著，仍以T1 最高，其次是T2、T3。 胞間CO2濃度以T1 處理最低，顯著低于CK、T3，與T2 差異不顯著。 T1 處理番茄蒸騰速率最高，比CK 高76.10%，其次是T2、T3，比CK 分別高44.06%和41.85%。

綜合分析可知，不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均有一定的增強(qiáng)作用，也能有效降低胞間CO2濃度，且隨著光強(qiáng)增加和補(bǔ)光時(shí)間延長，其作用也越來越明顯，整體上T1 處理對(duì)光合特性的增強(qiáng)效果最為明顯。

2.4 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

由表4 可知，不同處理番茄產(chǎn)量與CK 相比均差異顯著，各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為:T1＞T2＞T3＞CK。其中，T1 產(chǎn)量為67 526.40 kg/hm2，較CK 增產(chǎn)19.86%；T2 較CK 增產(chǎn)10.41%。 不同處理對(duì)番茄單果重也有一定影響:T1 處理單果重最大，達(dá)到88.39 g，顯著高于T2、T3 和CK，較CK 增加15.68%；其次是T2，比CK 增加7.55%；T3 與CK差異不顯著，僅增加3.70%。

表4 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理的番茄產(chǎn)量

2.5 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄品質(zhì)的影響

由表5 可知，各處理間的番茄VC 含量與CK相比均差異顯著，以T1 處理VC 含量最高，其次是T2，比CK 分別提高80.17%和60.70%。 T1 處理果實(shí)番茄紅素含量最高，達(dá)156.90 mg/kg，比CK 提高84.31%，顯著高于其它處理；其次為T2，顯著高于T3 與CK，比CK 提高45.74%；T3 與CK無顯著差異。 T2 處理番茄可溶性蛋白含量最高，與T1 差異不顯著，但顯著高于其它處理，T2、T1比CK 分別提高22.81%和21.05%；T3 可溶性蛋白含量雖高于CK(0.87%)，但差異不顯著。 各處理間有機(jī)酸含量與CK 相比均存在顯著性差異，其含量依次為CK＞T3＞T2＞T1，其中T1 處理最低，較CK 降低28.24%。 各處理番茄可溶性糖含量均顯著高于CK，以T1 最高，比CK 提高22.04%，T1 與T2 無顯著差異，與T3 差異顯著。 糖酸比表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞CK，其中T1 處理達(dá)到8.21，較CK 增加65.52%。

表5 不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理的番茄營養(yǎng)品質(zhì)

整體分析可知，不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄營養(yǎng)品質(zhì)均有很好的改善作用，尤其在VC、番茄紅素、有機(jī)酸含量上，隨著光強(qiáng)增加，改善效果也越來越明顯。 番茄整體品質(zhì)以T1 處理效果更佳。

3 討論與結(jié)論

光是植物進(jìn)行光合作用的源動(dòng)力，是植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因素之一。 番茄生產(chǎn)過程中，所在光環(huán)境是影響其光合作用、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因子[13，14]。 在日光溫室冬季番茄生產(chǎn)中，常用LED 光源進(jìn)行人工補(bǔ)光來緩解栽培中出現(xiàn)的低溫、光照不足問題，調(diào)控溫室光環(huán)境，促進(jìn)植物生理代謝，以期實(shí)現(xiàn)番茄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗病的目的[15]。

本試驗(yàn)選用紅藍(lán)光比例為5∶1 的組合光質(zhì)，設(shè)置100、200、300 μmol/(m2·s)共3 種光照強(qiáng)度，于冬季日光溫室開棚前3 h 和閉棚后3 h 進(jìn)行補(bǔ)光，結(jié)果表明:不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄株高、莖粗、光合色素含量、光合特性及產(chǎn)量品質(zhì)均有一定的促進(jìn)作用，整體以300 μmol/(m2·s)光強(qiáng)處理最有利于番茄生長發(fā)育和品質(zhì)改善。 其中，隨著補(bǔ)光時(shí)間增加和光照強(qiáng)度增大，莖逐漸增粗，株高卻逐漸降低，這與王婷婷等[16]的研究結(jié)果(低光強(qiáng)可顯著促進(jìn)植物生長)、陳鵬濤等[6]的研究結(jié)果(弱光環(huán)境下番茄補(bǔ)充紅藍(lán)組合光，調(diào)控徒長效果較明顯)一致。

研究發(fā)現(xiàn)，光照強(qiáng)弱直接影響著植物光形態(tài)的建成和葉綠素含量[17]。 Kang 等[18]研究表明，高光照強(qiáng)度對(duì)番茄的葉綠素含量有顯著影響；劉文海等[19]研究表明，葉綠素含量的提高可以增加用于吸收光能的集光色素蛋白的相對(duì)含量，從而提高光能利用率。 本研究發(fā)現(xiàn)，不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄光合色素含量均有一定的影響，且隨著光強(qiáng)增加，葉綠素a、類胡蘿卜素、葉綠素(a＋b)含量也逐漸升高，而葉綠素b 含量卻隨著光強(qiáng)增加出現(xiàn)降低趨勢(shì)，且隨著補(bǔ)光時(shí)間延長降低越來越明顯。 這與任旭妍等[20]的研究結(jié)果(一定范圍內(nèi)隨著光強(qiáng)降低，葉綠素b 含量的增加有助于增強(qiáng)紫葉生菜對(duì)弱光環(huán)境的適應(yīng)能力)、蘇立芳[21]的研究結(jié)果(補(bǔ)光處理顯著提高黃瓜葉片的葉綠素含量)一致。

光合作用是影響植物生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，植物生命活動(dòng)的有機(jī)物質(zhì)都來源于光合作用，而光強(qiáng)影響植物的光合機(jī)構(gòu)，進(jìn)而影響光合作用[22]。 研究發(fā)現(xiàn)，在自然光照強(qiáng)度下，光合作用隨光照強(qiáng)度的增加而增加[23]。 也有研究顯示，葉片表面的氣孔是光合反應(yīng)中氣體交換的通道，直接影響植物的光合效率[24]。 本研究發(fā)現(xiàn)，不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率均有一定的增強(qiáng)作用，也能有效降低胞間CO2濃度，且隨著光強(qiáng)增加和補(bǔ)光時(shí)間延長，其作用也越來越明顯，進(jìn)而說明溫室補(bǔ)光過程中適當(dāng)增加光照強(qiáng)度有利于番茄的光合作用。 這與Fan 等[14]的研究結(jié)果(氣孔導(dǎo)度和氣孔頻度都隨光強(qiáng)的增加而增加)、倪秀珍[25]的研究結(jié)果(增加光照強(qiáng)度會(huì)提高蘿卜的光飽和點(diǎn)，有利于蘿卜的光合作用)、Yoneda 等[26]的研究結(jié)果(提高甜葉菊的環(huán)境光強(qiáng)，能提高光合作用，從而提高甜葉菊葉片的生物量)一致。

果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)是其生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的指標(biāo)，對(duì)蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著決定性作用。 研究發(fā)現(xiàn)，光照條件對(duì)番茄產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)(糖類、有機(jī)酸、蛋白及番茄紅素)也有顯著影響[27]。 閆文凱[3]研究發(fā)現(xiàn)，采用紅藍(lán)LED 光源對(duì)溫室番茄進(jìn)行補(bǔ)光，能提高植株光合能力，增產(chǎn)達(dá)到25%以上；趙玉萍等[28]研究發(fā)現(xiàn)，增加環(huán)境光強(qiáng)能顯著提高番茄果實(shí)的可溶性糖、抗壞血酸、氨基酸含量及糖酸比；陽圣瑩等[29]研究表明，補(bǔ)光光強(qiáng)在一定范圍內(nèi)，隨光照強(qiáng)度的增加“紅頰”草莓果實(shí)可溶性固形物及維生素C 含量持續(xù)增加。 本研究表明，不同LED 光強(qiáng)補(bǔ)光處理對(duì)番茄果實(shí)VC、番茄紅素、有機(jī)酸含量均有很好的改善作用，且隨著光強(qiáng)增加糖酸比逐漸提高，改善效果也越明顯；整體以高光強(qiáng)T1 處理番茄品質(zhì)最好，且比CK 增產(chǎn)19.86%。 這與Tamaoki 等[30]的研究結(jié)果(適當(dāng)增加光照強(qiáng)度，有利于維生素C 的合成)、Mikulic－Petkovsek 等[31]的研究結(jié)果(高光強(qiáng)下，由于光合活性的提高及初級(jí)代謝產(chǎn)物的積累，果實(shí)糖酸比顯著提高)、毛金柱等[32]的研究結(jié)果(一定范圍內(nèi)，維生素C 含量隨光照強(qiáng)度提高而增加)相一致。

綜上，不同LED 光照強(qiáng)度夜間補(bǔ)光對(duì)越冬日光溫室番茄的生長發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)均有很好的促進(jìn)作用，且適當(dāng)增加光照強(qiáng)度的效果更明顯，整體以300 μmol/(m2·s)光強(qiáng)處理最有利于番茄的越冬生產(chǎn)。