不同LED補(bǔ)光時(shí)間對日光溫室番茄生長發(fā)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(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】設(shè)施農(nóng)業(yè)是在相對可控環(huán)境條件下進(jìn)行周年生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)。冬春季節(jié)溫室低溫弱光成為番茄生產(chǎn)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(shí)品質(zhì)差[1]。目前LED運(yùn)用范圍尤其在日光溫室中可提高蔬菜作物光合產(chǎn)出，提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)，還可提高光能有效利用率。改善溫室光照環(huán)境，對提高蔬菜產(chǎn)出效率有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】人工光環(huán)境調(diào)控作為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，已應(yīng)用于植物光合補(bǔ)光、病蟲害防控等領(lǐng)域[2,3,4]。研究表明，冬季溫室黃瓜幼苗補(bǔ)光時(shí)，揭苫前3 h，或蓋苫前1和3 h補(bǔ)光有利于黃瓜幼苗總?cè)~面積增加，全株干物質(zhì)量的積累[5]；番茄在24 h持續(xù)光照(CL)下7周后葉片出現(xiàn)缺綠現(xiàn)象[6]；在進(jìn)行番茄株間補(bǔ)光時(shí)，設(shè)施的補(bǔ)光時(shí)間為06:00～17:00[7]或06:00～22:00[8]，幾乎全天補(bǔ)光?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前人工補(bǔ)光以蔬菜苗期壯苗指標(biāo)、葉綠體超微結(jié)構(gòu)等方面研究居多[9-12]，而LED補(bǔ)光時(shí)長對成株期番茄生理特性的研究還相對較少。研究補(bǔ)光時(shí)間對設(shè)施番茄生長生理和光合特性的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】以冬春季新疆日光溫室土栽番茄為研究對象，設(shè)定不同LED補(bǔ)光時(shí)間組合，分析LED補(bǔ)光時(shí)間對日光溫室番茄生長、光合特性、果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，研究冬春季節(jié)新疆日光溫室番茄栽培適宜的LED補(bǔ)光時(shí)長，為日光溫室番茄高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2018年9月～2019年3月在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所西山科研基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行。光源：實(shí)驗(yàn)光源采用東莞市全智能源科技有限公司生產(chǎn)的果菜專用型板狀LED生長燈，規(guī)格為40 cm×40 cm，功率30 W，植物生長燈的使用環(huán)境要求相對濕度﹤85%、電壓變動﹤5%、環(huán)境溫度﹤35℃。

番茄品種為天粉1號，由新疆天地禾種業(yè)公司提供。采用穴盤基質(zhì)育苗，育苗基質(zhì)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(shí)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(fù)合肥。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，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(bǔ)光基準(zhǔn)。試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，每個(gè)處理種植2壟，每壟安裝3組補(bǔ)光燈，各處理間用不透光薄膜隔開防止光源干擾。試驗(yàn)補(bǔ)光時(shí)間設(shè)6個(gè)時(shí)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(bǔ)光處理，每個(gè)處理種植一壟，補(bǔ)光燈懸掛于植株生長點(diǎn)上方20 cm處，到達(dá)番茄冠層頂部的光合量子通量為200 μmol/(m2/s)，根據(jù)番茄的生長狀況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)光源高度。用定時(shí)器控制補(bǔ)光時(shí)間。表1

表1 不同補(bǔ)光時(shí)間處理
Table 1 Treatment of different light supplementation time

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

1.2.2 測定項(xiàng)目 1.2.2.1 形態(tài)指標(biāo)

番茄開花期(即定植后30 d)，每個(gè)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(biāo)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(shí)測定植株地上部和地下部干物質(zhì)量,同時(shí)計(jì)算根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.2.2.2 光合指標(biāo)

采用LI-6400XT便攜式光合儀，于晴天11:00左右，選取結(jié)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(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率。

1.2.2.3 番茄果實(shí)產(chǎn)量

番茄成熟后共計(jì)采收3次，每個(gè)處理隨機(jī)選取3株成熟度一致的番茄果實(shí)記錄稱重，統(tǒng)計(jì)3次成熟果實(shí)總重量，即為單株總產(chǎn)量。

1.2.2.4 番茄果實(shí)品質(zhì)

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

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2007軟件處理，DPS軟件進(jìn)行Duncan方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED不同補(bǔ)光時(shí)間對番茄形態(tài)指標(biāo)影響

研究表明，不同補(bǔ)光時(shí)間處理番茄生育期內(nèi)株高和莖粗生長趨勢呈現(xiàn)先增加后趨于平穩(wěn)(摘心后)的趨勢。定植后1個(gè)月，以處理TI、T2、T3的番茄株高顯著高于CK及其他3個(gè)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(jié)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(gè)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(nèi)，處理T2的莖粗比對照分別高16.52%、14.52%和23.82%，在越冬季節(jié)進(jìn)行LED補(bǔ)光處理有利于番茄株高和莖粗增長。圖1

圖1 不同補(bǔ)光時(shí)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(bǔ)光時(shí)間對番茄葉片葉綠素含量影響

研究表明，不同補(bǔ)光時(shí)間處理番茄葉片Spad值變化呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，保溫被蓋后補(bǔ)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(bǔ)光處理(T4)，番茄葉片葉綠素含量變化表現(xiàn)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(bǔ)光時(shí)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(dǎo)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(bǔ)光有助于番茄葉片光合能力的提升，這也與補(bǔ)光時(shí)間處理對番茄果實(shí)產(chǎn)量增加影響相一致。表2

圖2 不同補(bǔ)光時(shí)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(bǔ)光時(shí)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(dǎo)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(bǔ)光時(shí)間對番茄地上部、地下部生物量和產(chǎn)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(bǔ)光處理番茄果實(shí)產(chǎn)量均大于對照，以處理T2、T3、T5果實(shí)產(chǎn)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(bǔ)光時(shí)間下番茄地上部、地下部生物量和產(chǎn)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(chǎn)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(bǔ)光時(shí)間對番茄果實(shí)品質(zhì)影響

研究表明，不同補(bǔ)光時(shí)間處理對番茄果實(shí)品質(zhì)的影響不同。T1處理的番茄果實(shí)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(shí)VC含量最低(12.9 mg/100 g)，各處理果實(shí)VC含量大小為T1>T6>T3>T5>T2>>T4>CK；各處理果實(shí)可溶性固形物含量在5.0%～6.7%，T6處理果實(shí)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(shí)番茄紅素含量在6.0～9.8 mg/100 g，其中處理T3果實(shí)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(shí)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(bǔ)光時(shí)間下番茄果實(shí)品質(zhì)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(qiáng)對植物的生長發(fā)育與形態(tài)建成具有重要的調(diào)控作用，光能影響幼苗的株高、莖粗、光合作用等[10]。試驗(yàn)以冬季日光溫室保溫被揭蓋時(shí)間為補(bǔ)光基點(diǎn)，可以看出，不同時(shí)長補(bǔ)光均有利于番茄株高、莖粗的增加，尤其以保溫被蓋后補(bǔ)4 h處理的番茄莖粗顯著增加。研究表明，適宜的紅藍(lán)光可以改善葉肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)域葉綠體超微結(jié)構(gòu)，使葉片的光合能力更強(qiáng)[13]，提高作物的光合速率以及干物質(zhì)的積累[14]，試驗(yàn)采用紅藍(lán)光=8∶2的比例，番茄定植后從植株形態(tài)指標(biāo)和光合特性都有明顯的提高，尤其是延長光照時(shí)長后，對番茄的干物質(zhì)積累和果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)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(huán)境下，隨著光照時(shí)間增長，利于增加果實(shí)產(chǎn)量，光周期增加超過14 h則對番茄生長和產(chǎn)量增加效果不明顯[6]，試驗(yàn)基于前人研究，將光周期最長延長至14 h，發(fā)現(xiàn)延長光周期12～14 h，相同管理方式下，番茄植株指標(biāo)優(yōu)于自然光處理，對冬季日光溫室番茄補(bǔ)光時(shí)間具有參考依據(jù)。

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

4 結(jié) 論

冬季日光溫室保溫被揭蓋前后進(jìn)行番茄LED補(bǔ)光有利于植株生長發(fā)育及果實(shí)產(chǎn)量形成。保溫被蓋后/揭前補(bǔ)光2 h/4 h(T1)、4 h/2 h(T2)、6 h/0 h(T3)以及蓋后/揭前補(bǔ)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(bǔ)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(qiáng)，番茄地上部干鮮重顯著增加，這也使得其番茄果實(shí)產(chǎn)量(1.81～1.84 kg/株)顯著高于對照(1.68 kg/株)；但基于番茄果實(shí)品質(zhì)分析，果實(shí)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(qū)日光溫室越冬茬番茄適宜的LED補(bǔ)光時(shí)間為保溫被蓋后/揭前補(bǔ)光4～6/0 h。