新型稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

高亞新，李恭峰，馬萬成，張振興，王星龍，穆亞寧，李青云

（河北農(nóng)業(yè)大學 園藝學院/河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，河北 保定 071000）

近年來，設施農(nóng)業(yè)飛速發(fā)展，已經(jīng)成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)。光是影響設施栽培的主導因素［1-3］，設施內(nèi)光照的調(diào)控主要通過塑料薄膜進行，為此，人們通過在普通農(nóng)用棚膜中添加轉(zhuǎn)光劑的方法研制轉(zhuǎn)光膜，這種轉(zhuǎn)光膜能將太陽光中的紫外光或黃綠光轉(zhuǎn)換成對作物有益的藍光及紅橙光［4-6］，使作物充分利用光能，實現(xiàn)調(diào)控植物生長發(fā)育的目的，進而提高設施蔬菜產(chǎn)量［7］。已有研究證明，轉(zhuǎn)光膜使番茄、青椒等蔬菜作物分別增產(chǎn)21.6%、13.2%［8］；李巖等［9］在研究中提到轉(zhuǎn)光膜可提高甜椒的光合效率，促進植株生長發(fā)育，增加產(chǎn)量；胡蘿卜、毛豆在轉(zhuǎn)光膜下其株高、莖粗、葉片數(shù)等生長指標均高于普通膜處理［10］。轉(zhuǎn)光膜除了增加產(chǎn)量外，還可顯著改善果實品質(zhì)，轉(zhuǎn)光膜覆蓋下甜椒果實的Vc 含量提高了31.56%，可溶性糖和游離氨基酸含量也顯著提高了14.37%和15.94%［11］。

黃瓜是我國設施栽培的主要蔬菜之一，黃瓜光合作用對光和溫度的反應較為敏感［12-13］，相比于溫度，光環(huán)境對黃瓜光合作用的影響更大［1］。冬季設施內(nèi)不良的溫光環(huán)境條件會嚴重影響黃瓜植株的正常生長發(fā)育。轉(zhuǎn)光膜的應用可以明顯改善溫室內(nèi)的光環(huán)境。近年來，轉(zhuǎn)光膜的研究十分活躍，已成為農(nóng)用薄膜功能化技術(shù)的重要發(fā)展方向。目前有關(guān)新型棚膜對黃瓜生長發(fā)育影響的研究還相對較少。本試驗覆蓋內(nèi)蒙古舜明有限公司生產(chǎn)的稀土轉(zhuǎn)光膜，該膜是在PO 膜的基礎上加入了稀土轉(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紫光及紅橙光。張玲玲等人在內(nèi)蒙古試驗研究發(fā)現(xiàn)該膜覆蓋下西紅柿長勢增強，株高、莖粗均顯著提高；果實品質(zhì)也得到提升，可溶性蛋白和番茄紅素分別是普通膜處理的1.9 倍和1.5 倍［14］。本研究選擇冬季光照條件較差、但溫度比內(nèi)蒙古高的冀中地區(qū)作為試驗地，以‘津優(yōu)315’密刺黃瓜為試材，普通PO 膜為對照，研究新型稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜植株生長、果實品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，為稀土轉(zhuǎn)光膜在冀中地區(qū)日光溫室黃瓜上的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

供試品種：‘津優(yōu)315’密刺黃瓜。

供試棚膜：稀土轉(zhuǎn)光膜（內(nèi)蒙古舜明有限公司生產(chǎn)），厚度0.1 mm，對照棚膜為PO 膜，厚度0.1 mm。

試驗于2020 年9 月—2021 年1 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)進行，溫室長度 100 m，脊高 5.4 m，內(nèi)跨 11.5 m。設置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隨機選取相鄰的12 行為1個小區(qū)，每小區(qū)面積約 80 m2，重復3 次。土壤栽培，大行距 80 cm，小行距 40 cm，株距35 cm，覆蓋透明地膜，膜下溝灌，水肥管理和病蟲害防治同常規(guī)生產(chǎn)。黃瓜于2020 年9 月25 日定植，11 月5 日開始采收，2021 年1 月6 日拉秧。

分別在根瓜期（2020 年11 月5 日）、盛瓜期（2020年12 月4 日）和衰老期（2021 年1 月5 日）測定植株生長指標、葉片葉綠素含量和光合參數(shù)，每小區(qū)選取6 株測定；自采收開始記錄小區(qū)黃瓜產(chǎn)量，分別測定3 個時期（根瓜期：花后9 d，盛瓜期：花后8 d，衰老期：花后10 d）商品果的果實品質(zhì)，每小區(qū)測定6 個果實。

1.2 測試指標和方法

1.2.1 黃瓜植株形態(tài)指標測定 測定黃瓜株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積和節(jié)間長度。葉面積=葉長×葉寬/1.19，其中1.19 為根據(jù)實測面積計算出的系數(shù)；莖粗和節(jié)間長度測定第3 片真葉和第4 片真葉之間的莖蔓。

1.2.2 黃瓜葉片葉綠素含量的測定 選取植株從頂部向下數(shù)第3 片完全展開葉進行測定，使用80%丙酮提取法，在波長470、645、663 nm 下計算葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素含量［15］。

1.2.3 黃瓜葉片光合參數(shù)的測定 用 YZQ-100A 便攜式動態(tài)光合儀測定植株頂部向下數(shù)第3 片功能葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci），測定時設定光量子通量密度（PFD）為1 000 μmol/(m2·s)。

1.2.4 黃瓜果實品質(zhì)的測定 采用ATAGO（株式會社ATAGO·日本）手持式數(shù)顯糖量計測定可溶性固形物含量；采用高效液相色譜法測定果實糖含量［16-17］，采用Shodex Asahipak NH2P-50 4E 色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μL），柱溫32 ℃，流動相乙腈∶水（75∶25），流速 0.8 mL/min，進樣量5 μL，檢測器 視差折光檢測器，保留時間20 min。采用Agilent 1200 高效液相色譜儀測定。

考馬斯亮藍G-250 染色法測定可溶性蛋白含量［18］；2.6-二氯酚靛酚滴定法測定Vc 含量［19］；氫氧化鈉滴定法測定可滴定酸含量［18］；茚三酮比色法測定游離氨基酸的含量［18］。

1.2.5 黃瓜產(chǎn)量的測定 自根瓜采收期開始記錄單株結(jié)果數(shù)和產(chǎn)量，分別在根瓜期、盛瓜期、衰老期期測定單果重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016 軟件處理數(shù)據(jù)，SPSS 23 軟件統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜植株生長的影響

由表1 可知， 根瓜期RPO 處理黃瓜植株的株高、莖粗、葉面積均顯著高于CK，分別比CK 提高了10.36%、13.85%、4.15%。盛瓜期RPO 處理黃瓜植株的株高、莖粗顯著高于CK 5.26%、7.08%。衰老期RPO 處理的莖粗較CK 提高了9.00%。在黃瓜整個生長周期內(nèi)黃瓜植株葉片數(shù)和節(jié)間長度雖然差異不顯著（P＜0.05），但RPO 處理下黃瓜的葉片數(shù)和節(jié)間長度始終高于CK。由此可以看出，稀土轉(zhuǎn)光膜顯著促進莖的伸長和加粗生長，在一定程度上促進葉片增大。

表1 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜生長指標的影響Table 1 Effect of rare earth light conversion film on cucumber growth index in solar greenhouse

2.2 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜葉片光合色素的影響

在黃瓜根瓜期和盛瓜期，RPO 處理黃瓜葉片的葉綠素a 含量和葉綠素b 含量顯著高于CK（表2），根瓜期葉綠素a 和葉綠素b 含量較CK 提高31.26%和22.97%；盛瓜期葉綠素a 和葉綠素b 含量達到最高，分別為24.57、5.70 mg/g，較CK 提高了19.85%、25%。衰老期黃瓜葉片的光合色素含量以及3 個時期的類胡蘿卜素含量在2 個處理下均無顯著性差異。綜上，稀土轉(zhuǎn)光膜顯著提高了黃瓜葉片葉綠素a 和葉綠素b 含量，這是提高葉片光合能力的基礎。

表2 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室內(nèi)黃瓜葉片光合色素的影響Table 2 Effect of rare earth light conversion film on photosynthetic pigments of cucumber leaves in solar greenhouse mg/g FW

2.3 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室內(nèi)黃瓜葉片光合參數(shù)的影響

由表3 可以看出，在黃瓜整個生育周期內(nèi)，RPO 處理黃瓜葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度均顯著高于CK。其中，盛瓜期黃瓜葉片的光合參數(shù)達到最大，RPO 處理較CK 增加了30.08%、25.72%、28.49%，胞間CO2濃度的變化趨勢正好與凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度相反，RPO 處理黃瓜葉片的胞間CO2濃度較CK 降低3.20%。

表3 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室內(nèi)黃瓜葉片光合參數(shù)的影響Table 3 Effect of rare earth light conversion film on photosynthetic parameters of cucumber leaves in solar greenhouse

2.4 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜果實品質(zhì)的影響

在黃瓜整個生育期內(nèi)，RPO 處理的游離氨基酸含量始終高于CK，可滴定酸含量始終低于CK（表4）。盛瓜期游離氨基酸含量達到最高，較CK 提高了27.81%。根瓜期RPO 處理的可溶性蛋白顯著高于CK，較CK 提高24.72%；盛瓜期RPO 處理的VC含量顯著高于CK，較CK 提高27.40%。根瓜期可滴定酸的含量最高，較CK 降低18.18%，其次是衰老期，較CK 降低20.00%，含量最低的是盛瓜期，較CK 降低35.00%。

表4 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜果實品質(zhì)的影響Table 4 Effect of rare earth light conversion film on cucumber fruit quality in solar greenhouse

從表5 中可以看出，黃瓜整個生育周期內(nèi)，RPO 處理果實的葡萄糖和蔗糖含量均顯著高于CK，兩物質(zhì)含量也在盛瓜期均達到最高，分別較CK 提高31.15%、12.05%；根瓜期和盛瓜期，RPO處理的可溶性固形物含量顯著高于CK，分別較CK提高6.09%、7.44%；盛瓜期和衰老期，RPO 處理的果糖含量顯著高于CK，分別較CK 提高32.52%、26.70%。

表5 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜糖組分的影響Table 5 Effect of rare earth light conversion film on sugar composition of cucumber in solar greenhouse

2.5 稀土轉(zhuǎn)光膜對日光溫室黃瓜產(chǎn)量的影響

由表6 可知，在黃瓜整個生育周期內(nèi)RPO 處理的平均單果質(zhì)量和單株果數(shù)均顯著高于CK，較CK分別增加了18.96%、9.33%、19.41% 和21.48%；RPO 處理的黃瓜折合畝產(chǎn)量為5 068.78 kg，顯著高于CK，較CK 提高了30.01%。

表6 稀土轉(zhuǎn)光膜對黃瓜果實產(chǎn)量的影響Table 6 Effect of rare earth light conversion film on cucumber fruit yield

3 討論與結(jié)論

轉(zhuǎn)光棚膜對日光溫室內(nèi)黃瓜植株的生長發(fā)育有明顯的促進作用。克列什寧［20］研究發(fā)現(xiàn)，在同樣的輻射強度和適宜的日照長度下，紅橙光下生長的植物生長發(fā)育最快；蔣學勤［21］的研究表明轉(zhuǎn)光膜日光溫室的番茄株高、莖粗均優(yōu)于PO 膜處理；本研究同樣發(fā)現(xiàn)RPO 處理黃瓜的株高、莖粗顯著高于PO 處理。可能與轉(zhuǎn)光膜添加稀土轉(zhuǎn)光劑后提高了入射光中紅橙光的比例，因此促進了植株的生長。

轉(zhuǎn)光膜可促進植物葉片葉綠素的積累，增強光合能力。前人研究發(fā)現(xiàn)，紅光可以提高草莓葉綠素含量，且紅光/藍光的比值越大，葉片葉綠素含量越高［22］；張元梅等［23］研究發(fā)現(xiàn)，紅光還能提高氣孔導度，增強植株的光合能力，有利于作物的生長發(fā)育。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，在黃瓜整個生育周期中RPO 處理黃瓜葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度均顯著高于CK，胞間CO2濃度顯著低于CK，表明轉(zhuǎn)光膜促進黃瓜氣孔開放，提高了葉肉細胞對CO2的利用效率，從而提高了葉片的凈光合速率［9］。與此同時，葉片的蒸騰速率加大，在一定程度上促進了水分吸收與運輸，可能同時促進礦質(zhì)養(yǎng)分吸收［24］，進而促進植株光合作用和生長發(fā)育。

轉(zhuǎn)光膜可以改善果實品質(zhì)。文蓮蓮等［1］在研究中指出紅色轉(zhuǎn)光膜覆蓋生長的黃瓜可溶性糖、游離氨基酸和Vc 含量明顯提高。與普通膜相比，添加GTR-Ⅱ轉(zhuǎn)光劑，明顯提高番茄果實中的糖酸比、番茄紅素、可溶性糖和VC含量［25］。本試驗中，在黃瓜生長的全生育期，RPO 處理顯著提高了果實游離氨基酸、葡萄糖、蔗糖、果糖（根瓜期除外）和可溶性固形物（衰老期除外）含量，降低了可滴定酸含量，而果實可溶性蛋白在根瓜期，Vc 含量在盛瓜期顯著高于CK。果實品質(zhì)的提高可能是因為透射光中紅橙光比例的增加，紅光比例的提高可能增加了半乳糖內(nèi)脂脫氫酶（CaILDH）的合成，導致抗壞血酸氧化酶（AAO）及抗壞血酸過氧化物酶（AAP）含量的降低，但具體機理還需要進一步研究［26］。

轉(zhuǎn)光膜能夠促進果實產(chǎn)量增加。陸國軍和俞剛翔［27］研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜使葡萄增產(chǎn)6.6%左右；李強等［28］研究發(fā)現(xiàn)，與普通棚膜相比，轉(zhuǎn)光膜可以促進芥菜、普通白菜、菜薹（菜心）的地上生物量增加20.53 %～23.40%、20.13 %～32.62%、16.43 %～20.30%。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，RPO 處理溫室的黃瓜單果重為267.01 g，較PO 處理增加了41.29%，雖然單株果數(shù)僅增加了1.36 個，但由于單果重增加比例較大，且全棚總的采果數(shù)量多，因此折合畝產(chǎn)增加了30.01%。

綜上，轉(zhuǎn)光膜促進黃瓜生長和果實品質(zhì)產(chǎn)量提高的原因可能有2 大方面：第一，溫度的影響，傅明華等［29］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［6］測得在冬季和早春應用轉(zhuǎn)光膜能使棚溫增加1.7 ℃；劉楊［30］和唐顥等［31］則發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)光膜可顯著提高棚內(nèi)日平均溫度，促進草莓花期提前［30］和明前茶(清明節(jié)以前出產(chǎn)的春茶)產(chǎn)量提高［31］。土壤溫度也是影響植物生長發(fā)育的一個重要條件，對大多數(shù)植物來說，隨著土壤溫度增高，生長也加快，根系吸收作用和呼吸作用加強，物質(zhì)運輸加快，因而細胞分裂和伸長的速度也隨之而增快，間接影響植物的生長［32］。第二 ，光環(huán)境的影響，光環(huán)境主要包括光強、光周期以及光質(zhì)，李文秀等［33］研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)光膜可以改善溫室內(nèi)光照條件，進而有效提高空氣溫度和土壤溫度，間接促進黃瓜的生長發(fā)育。光質(zhì)對植株的形態(tài)建成、生理代謝和果實品質(zhì)等方面具有明顯的調(diào)控作用［1-3］。徐凱等曾在研究中表明，紅光/藍光的比值越大，草莓葉片葉綠素含量越高，紅藍光比例可以影響光合產(chǎn)物的分配，使果實產(chǎn)量增加［22］。

本試驗同時測定了稀土轉(zhuǎn)光膜的溫光環(huán)境，表明冬季平均氣溫、有效積溫和10 cm 土層平均地溫分布分別比CK 高6.11%、4.26%、13.79%，轉(zhuǎn)光膜光譜中紅橙光比例提高1.25%（相關(guān)論文整理中）。結(jié)果表明溫光環(huán)境改善是稀土轉(zhuǎn)光膜促進日光溫室黃瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎，在冬季溫光條件不太突出的冀中地區(qū)及相近的區(qū)域，應用稀土轉(zhuǎn)光膜是黃瓜增產(chǎn)提質(zhì)的有效途徑。