不同補光時長對日光溫室西葫蘆生長、品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

王舒亞 徐威 唐中祺 王鵬 景濤 劉琪 馬正宇 呂劍 郁繼華

摘 要： 我國西北地區(qū)冬季光照時間短，日光溫室內(nèi)部光照不足，嚴(yán)重影響設(shè)施越冬茬蔬菜的生長發(fā)育，本試驗使用LED植物生長燈對日光溫室西葫蘆進(jìn)行補光，以期篩選出西北地區(qū)設(shè)施越冬茬西葫蘆栽培最佳補光時長，為日光溫室補光技術(shù)的研究和應(yīng)用提供理論依據(jù)。在日光溫室條件下，以LED植物生長燈（紅藍(lán)7∶2）為補光光源，以不補光為對照，研究不同補光時長（1、2、3 h）對西葫蘆生長發(fā)育、品質(zhì)、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響。結(jié)果表明：與無補光對照相比，補光2、3 h處理顯著增加西葫蘆果實中維生素C含量、可溶性蛋白含量和糖酸比;補光3 h處理西葫蘆的單株結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量和產(chǎn)量均顯著增加，增幅分別為11.9%、6.8%和11.5%，并且補光3 h處理每667 m2增加西葫蘆經(jīng)濟(jì)收入1 307.3元。綜上，補光3 h對西葫蘆的果實品質(zhì)改善、產(chǎn)量的提高及農(nóng)戶收入的增加效果最好。

關(guān)鍵詞： 西葫蘆;補光;日光溫室;生長;品質(zhì);產(chǎn)量

中圖分類號：S642.6? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號：1673-2871（2020）04-023-05

Abstact： The winter sunshine time in northwest China is short， and the light in solar greenhouse is insufficient， which seriously affects the growth and development of winter vegetables. LED lights were used to fill the sunlight of solar greenhouse for planting squash， in order to find out the optimal time for supplemental lighting for cultivation and provide theoretical basis for research and application. Under the normal condition of solar greenhouse， LED plant growth lamps （the ratio of red to blue light is 7∶2） were used as the complementary light source， and different light filling time （1， 2， 3 h） was used to study the growth， quality， yield and economic benefits of squash. The results showed that compared with control （no light replenishing）， the treatment of 2 h and 3h light supplementation significantly increased the vitamin C content， soluble protein content and sugar-to-acid ratio of squash fruits. The number of single plant， single fruit quality and yield of squash increased significantly by 11.99%， 6.8% and 11.5% respectively after supplemented with light for 3 h， and the economic income of squash increased by 1 307.3 yuan per 667 m2 after light supplementation for 3h. In conclusion， the supplemental light for 3 h has the maximum effect on the improvement of fruit quality， yield of squash and income.

Key words：Cucurbita pepo; light supplement; Greenhouse; Growth; Quality; Yield

西葫蘆又名美洲南瓜（Cucurbita pepo Linn.），葫蘆科（Cucurbitaceae）南瓜屬一年生蔓生草本植物，別名番瓜、蕁瓜、菜瓜等。原產(chǎn)北美洲南部。西葫蘆富含多種維生素、葡萄糖及礦物質(zhì)，尤其是鈣的含量極高，且西葫蘆較耐低溫、抗旱、結(jié)果早，比較適合于保護(hù)地栽培。截至2015年，我國西葫蘆的種植面積已經(jīng)超過3.33萬hm2，總產(chǎn)值持續(xù)增長，種植面積和產(chǎn)量均位居世界前列，成為了總產(chǎn)值僅次于黃瓜的主要果菜[1-5]。

光是植物生長發(fā)育過程中最重要的環(huán)境因子，同時也是植物物質(zhì)和能量代謝的基礎(chǔ)，影響著光合產(chǎn)物的積累和產(chǎn)量形成，光和激素信號、糖信號一起調(diào)節(jié)植物的一些代謝過程。光是植物光合作用的基礎(chǔ)，植物在整個生命過程中產(chǎn)生有機(jī)物的碳骨架全部來源于植物的光合作用。光可以調(diào)節(jié)植物葉片碳代謝相關(guān)酶活性、氣孔開放程度等[6-9]。我國西北地區(qū)冬季光照時間變短并伴有連續(xù)的陰雪天氣，所以因溫度低而“晚揭簾，早蓋簾”導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)日照時間縮短至僅有7 h左右，每天光照強度大于30 000 lx的平均時間僅有4.5 h，且因設(shè)施覆蓋材料棚膜、玻璃老化和覆塵等因素共同導(dǎo)致了設(shè)施內(nèi)部弱光寡照的不良光環(huán)境[10-11]。寡照會造成溫室光照不足等不利于蔬菜生長的條件，進(jìn)而引起植物幼苗徒長、落花落果、果實發(fā)育緩慢、病害和蟲害多發(fā)等問題發(fā)生，最終致使蔬菜的品質(zhì)和產(chǎn)量降低，減少農(nóng)戶收入[12-15]。

面對影響我國西北地區(qū)越冬茬蔬菜種植生產(chǎn)中弱光寡照的問題，人工補光是緩解冬季設(shè)施內(nèi)光照強度弱和光照時間不足的有效手段。通過補光改善作物生長發(fā)育的光環(huán)境條件，可以有效促進(jìn)蔬菜生長發(fā)育、改善蔬菜品質(zhì)、增加產(chǎn)量[16-24]。而LED作為溫室補光中最理想的光源，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在可以根據(jù)植物生長發(fā)育的需求精準(zhǔn)地調(diào)制光強、光質(zhì)和光周期。LED為冷光源，其具有環(huán)保、節(jié)能、體積小、重量輕、壽命長、光源裝置多樣化等優(yōu)點，LED光源可貼近植物照射以提高空間利用率，并且在LED光源條件下植物可以正常完成其生長發(fā)育全過程，這些優(yōu)點使得LED成為近幾年人們研究設(shè)施蔬菜人工補光改善光環(huán)境的“明星”光源[25]。

本試驗是在西北地區(qū)越冬茬設(shè)施蔬菜栽培弱光寡照嚴(yán)重的背景下提出的，前人研究發(fā)現(xiàn)，人工補光可有效緩解幼苗徒長、落花落果嚴(yán)重、果實發(fā)育緩慢、病蟲害多發(fā)等情況，且不同的補光時長還可以提高作物的壯苗指數(shù)、促進(jìn)植株的生長發(fā)育、改善光系統(tǒng)性能、提高作物干物質(zhì)積累量、促使作物花期提前及提高坐果率等，進(jìn)而達(dá)到改善果實風(fēng)味品質(zhì)、提高產(chǎn)量和增加經(jīng)濟(jì)效益的目的[26-29]。筆者以LED植物生長燈（R∶B=7∶2）為光源，研究了不同補光時長（蓋簾后補光1、2、3 h）對日光溫室西葫蘆的生長發(fā)育、品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，以期篩選出西北地區(qū)設(shè)施越冬茬西葫蘆栽培最佳補光時長，為日光溫室補光技術(shù)的研究和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2017年12月至2018年6月在甘肅省酒泉市肅州區(qū)總寨非耕地農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試西葫蘆品種為酒泉綠之源現(xiàn)代農(nóng)業(yè)育苗中心提供的‘歐麗。LED光源為深圳厚屹節(jié)能技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HY-115CM-36×3W-RB型紅藍(lán)光 （R∶B=7∶2） LED植物生長燈，額定功率108 W，光照強度≤19 130 lx，光譜如圖1所示。

1.2 試驗設(shè)計與方法

試驗栽培方式為基質(zhì)槽式栽培，槽長8.5 m，寬60 cm，槽間距80 cm，西葫蘆于2017年12月2日定植，株距60 cm，行距40 cm，每槽定植36株。共設(shè)置4個處理：無補光對照CK、補光1 h （BG1h）、2 h （BG2h）、3 h （BG3h），每處理6槽即6個重復(fù)，每槽按“S”形選取10株測定相關(guān)指標(biāo)。本試驗從2017年12月15日開始第1次形態(tài)學(xué)指標(biāo)測定并進(jìn)行補光處理，以后每30 d測定1次，至2018年3月20日補光結(jié)束，單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。

1.3 補光設(shè)置

如圖2所示，光源設(shè)置在作物行間（壟面垂直方向）距作物頂部20 cm處，光源高度隨西葫蘆植株生長進(jìn)行調(diào)整，保證各處理西葫蘆植株冠層上方的補光光強為3 400 lx，南北水平方向距南底角和后墻各1 m。BG1h、BG2h、BG3h處理每槽設(shè)光源5根，共計使用光源90根。每處理之間設(shè)置3槽保護(hù)行防止處理間相互影響。日光溫室蓋簾時間為17：55，補光控制系統(tǒng)開始補光的時間設(shè)為18：00。

1.4 測定指標(biāo)與方法

株高采用鋼卷尺測量西葫蘆莖基部至生長點之間的垂直高度。葉片數(shù)為統(tǒng)計西葫蘆植株從第一片葉算起至頂部縱徑大于5 cm的葉片數(shù)量。在結(jié)果盛期采收結(jié)果部位和大小一致的西葫蘆果實測定品質(zhì)，主要使用儀器為島津UV-1900型紫外分光光度計。維生素C含量采用二甲苯萃取比色法測定，可溶性總糖含量測定采用蒽酮比色法，有機(jī)酸含量采用酸堿滴定法，可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法。產(chǎn)量為記錄西葫蘆的成熟時期，在西葫蘆成熟后，分期收獲并使用電子秤稱量記錄各個處理小區(qū)果實的單果質(zhì)量、單株果數(shù)，最后根據(jù)小區(qū)面積折算成667 m2產(chǎn)量。經(jīng)濟(jì)效益采用LED光源耗電量用單相電子式電能表計量，并根據(jù)當(dāng)?shù)匚骱J單價和用電單價進(jìn)行計算。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 19.0及Origin 9.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析并作圖，顯著性分析采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同補光時長對西葫蘆株高的影響

由圖3可知，補光0 d時各處理之間株高無顯著差異;補光30 d后，BG3h處理的株高較CK處理顯著增加，增幅為19.8%;補光60 d和90 d后，BG1h處理的株高均顯著高于CK處理，增幅分別為13.5%和15.3%;其余各處理之間無顯著差異。

2.2 不同補光時長對西葫蘆葉片數(shù)的影響

由圖4可知，補光0～90 d，各處理西葫蘆葉片數(shù)均無顯著差異。在補光90 d時，與無補光對照相比，BG2h、BG3h處理的葉片數(shù)雖有所增加，但差異不顯著。

2.3 不同補光時長對西葫蘆品質(zhì)的影響

由表1可知，BG3h處理維生素C含量顯著高于CK和BG1h處理，增幅分別為22.0%和14.0%;BG3h處理的可溶性糖含量顯著高于BG1h處理;BG3h處理和BG2h處理的可溶性蛋白含量均顯著高于CK處理，增幅分別為62.5%和43.8%;BG2h處理的糖酸比顯著高于CK處理和BG1h處理，增幅分別為46.8%和77.9%;BG3h處理的糖酸比顯著高于CK處理和BG1h處理，增幅分別為71.5%和107.8%;各處理有機(jī)酸含量之間無顯著差異。

2.4 不同補光時長對西葫蘆產(chǎn)量的影響

由表2可知，BG3h處理單株結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量及667 m2產(chǎn)量均顯著高于CK處理，增幅分別為11.9%、6.8%和11.5%;BG2h處理的單果質(zhì)量顯著大于CK處理，增幅為6.6%;BG3h處理667 m2產(chǎn)量顯著高于BG1h處理，增幅為10.1%。

2.5 不同補光時長對西葫蘆經(jīng)濟(jì)效益的影響

根據(jù)各處理耗電量和當(dāng)?shù)仉妰r0.51元/（kW·h）計算出各處理的電費，本試驗中采用LED燈的理論壽命為30 000 h，結(jié)合LED燈的價格和安裝人工及配件成本等計算出LED燈及勞動力成本，并根據(jù)當(dāng)?shù)匚骱J平均單價4元·kg-1計算得出：相比于CK處理，BG1h處理西葫蘆每667 m2收入減少266.9元，BG2h處理西葫蘆每667 m2收入增加197.4元，BG3h處理西葫蘆每667 m2收入增加1 307.3元（表3）。

3 討論與結(jié)論

光是植物生長發(fā)育過程中最重要的環(huán)境因子，同時也是植物物質(zhì)和能量代謝的基礎(chǔ)，影響著光合產(chǎn)物的積累和產(chǎn)量的形成。本試驗中，在補光處理30 d后，不同補光時長對西葫蘆生長發(fā)育無明顯的差異，與無補光對照處理相比，各補光處理西葫蘆株高均有增加，其中補光1 h處理西葫蘆株高顯著大于無補光對照處理，這與張紅艷[30]的研究結(jié)果相似;各補光處理對西葫蘆的葉片數(shù)沒有明顯的影響;補光3 h處理顯著提高西葫蘆果實中維生素C含量和可溶性蛋白含量，這與趙玉萍[31]的研究結(jié)果一致。與無補光對照相比，補光2 h處理的西葫蘆單果質(zhì)量顯著提高了6.6%，補光3 h處理顯著提高了西葫蘆的單株結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量和產(chǎn)量，且增幅分別為11.9%、6.8%和11.5%，且補光2 h和補光3 h處理增加了西葫蘆的經(jīng)濟(jì)效益，這與李海達(dá)等[32]的研究結(jié)果一致。

在本試驗中，與無補光對照CK相比，補光1 h顯著增加西葫蘆植株的株高，補光處理對西葫蘆葉片數(shù)的增加不顯著;補光2 h、3 h顯著增加西葫蘆果實中維生素C含量、可溶性蛋白含量和糖酸比，補光2、3 h增加了西葫蘆果實中可溶性糖的含量，但不明顯;補光3 h顯著提高西葫蘆的單株結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量和產(chǎn)量，且增幅分別為11.9%、6.8%和11.5%，補光2、3 h均顯著增加了西葫蘆的經(jīng)濟(jì)效益。綜合來看，補光3 h顯著提高西葫蘆的品質(zhì)和產(chǎn)量，且每667 m2增加收入1 307.3元。

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