新型稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)日光溫室環(huán)境及黃瓜品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

高亞新　李恭峰　馬萬(wàn)成　張振興　劉益克　李寧　李青云

摘 要：以津優(yōu)315密刺黃瓜為試驗(yàn)材料，以PO膜為對(duì)照（CK），研究稀土轉(zhuǎn)光膜（RPO）對(duì)溫室環(huán)境及黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為稀土轉(zhuǎn)光膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，在11月至翌年1月，RPO處理提高了溫室內(nèi)遠(yuǎn)紅光和可見(jiàn)光中的藍(lán)光和紅橙光比例。晴天，紅橙光、遠(yuǎn)紅光和可見(jiàn)光分別較CK提高了7.57%、9.26%和5.51%，陰天，藍(lán)光、紅橙光和可見(jiàn)光分別較CK提高了11.03%、3.93%和3.52%，降低了紫外光、紫光和綠光比例，還提高了溫室透光率，晴天透光率較CK提高了9.30%，陰天提高了13.79%;RPO處理的光照度、氣溫、地溫均高于CK，平均空氣濕度低于CK，其中1月份RPO處理的積溫、光照度增幅最大。1月份RPO處理的積溫、≥10 ℃和≥20 ℃的小時(shí)數(shù)分別較CK提高了5.27%、28.36%和34.23%;1月份RPO處理的平均、最高、最低光照度分別較CK提高了23.53%、30.06%和11.11%。 RPO處理黃瓜果實(shí)維生素C和游離氨基酸含量分別較CK提高27.41%和27.81%，產(chǎn)量提高30.01%。 綜上，稀土轉(zhuǎn)光膜可顯著提高溫室光照度、氣溫和地溫，降低空氣濕度，尤其是改善弱光期溫室的光環(huán)境、提高低溫期溫室的溫度效果更突出，進(jìn)而提高黃瓜果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：黃瓜;稀土轉(zhuǎn)光膜;溫室;品質(zhì);產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S642.2+S626 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2022）06-050-06

New rare earth light conversion film affects cucumber quality and yield in solar greenhouse

GAO Yaxin， LI Gongfeng， MA Wancheng， ZHANG Zhenxing， LIU Yike， LI Ning， LI Qingyun

（Hebei Vegetable Industry Collaborative Innovation Center/College of Horticulture， Hebei Agricultural University， Baoding 071000， Hebei， China）

Abstract： The effects of rare earth light conversion film（RPO）on greenhouse environment， cucumber yield and quality were studied using Chinese long cucumber variety Jinyou 35 and Po film as control （CK）， so as to provide a theoretical basis for the use of RPO film in agricultural production. The results showed that from November to January RPO film increased the proportion of blue light and red orange light in far red light and visible light， on a sunny day， the red-orange light， far-red light and visible light were increased by 7.57%， 9.26% and 5.51%， respectively， compared with CK.on cloudy days， the blue light， red-orange light and visible light were increased by 11.03%， 3.93% and 3.52%， respectively， compared with CK. The ratio of ultraviolet light， purple light and green light is reduced， and the light transmittance is also improved. The light transmittance in sunny days is increased by 9.30% compared with CK， and the light transmittance in cloudy days is increased by 13.79% The light intensity， air temperature and ground temperature of RPO treatment were higher than CK， and the average air humidity was lower than CK. The accumulated temperature and light intensity of RPO treatment increased the most in January. Compared with CK， the accumulated temperature， ≥10 ℃ and ≥20 ℃ hours of RPO treatment in January increased by 5.27%， 28.36% and 34.23%， respectively. The average， maximum and minimum light intensity of RPO treatment in January increased by 23.53%， 30.06% and 11.11%， respectively， compared with CK. The contents of vitamin C and free amino acids in cucumber fruit under RPO film were 27.41% and 27.81% higher than CK， and the yield was increased by 30.01%. In conclusion， RPO film can significantly improve the light intensity， air temperature and ground temperature of greenhouse， reduce air humidity， especially improve the light environment of greenhouse in low light period and the temperature of greenhouse in low temperature period， so as to improve the yield and quality of cucumber fruit.

Key words： Cucumber; Rare earth light conversion film; Greenhouse; Quality; Yield

近年來(lái)，北方地區(qū)深冬季節(jié)的長(zhǎng)期連陰（霧霾）天氣頻發(fā)，使黃瓜、番茄等喜光蔬菜的生長(zhǎng)受到很大的限制[1]。黃瓜是我國(guó)設(shè)施栽培的主要蔬菜之一[2]，其生長(zhǎng)發(fā)育除受光強(qiáng)和光周期影響外，光質(zhì)也是很重要的影響因素[3]。光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成和生理代謝等方面都有很重要的調(diào)控作用[4]。設(shè)施內(nèi)光質(zhì)調(diào)控主要通過(guò)兩種途徑，即人工補(bǔ)光和覆蓋材料[5]，人工補(bǔ)光能夠?qū)Νh(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控，但成本較高;利用稀土轉(zhuǎn)光膜覆蓋進(jìn)行光質(zhì)調(diào)控成本較低且使用方便。高海榮等[6]研究表明，轉(zhuǎn)光膜可提高溫室內(nèi)空氣溫度及光照度，保溫效果優(yōu)于普通膜，最終使生菜產(chǎn)量提高8.54%[7];王玉霞等[8]研究表明，轉(zhuǎn)光膜的透光率較高，增溫效果好，轉(zhuǎn)光膜Ⅰ和轉(zhuǎn)光膜II覆蓋栽培的大白菜產(chǎn)量提高7.53%和13.70%;文蓮蓮等[9]研究表明，轉(zhuǎn)光膜的紅橙光和遠(yuǎn)紅光透過(guò)率高于對(duì)照，紅色轉(zhuǎn)光膜覆蓋生長(zhǎng)的黃瓜產(chǎn)量顯著高于對(duì)照，且果實(shí)中可溶性糖、游離氨基酸和維生素C含量顯著提高，改善了黃瓜品質(zhì)。但這些研究?jī)H限于單一氣溫、單一光譜或轉(zhuǎn)特定光（轉(zhuǎn)紅光等）對(duì)作物的影響，且對(duì)照多為EVA棚膜。聯(lián)合晴陰天光譜比例、光照度、平均溫度與積溫、平均濕度和土壤溫度且以PO膜為對(duì)照綜合分析對(duì)日光溫室環(huán)境及黃瓜品質(zhì)和產(chǎn)量影響的相關(guān)研究報(bào)道甚少。

筆者采用覆蓋內(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(chǔ)上加入了稀土轉(zhuǎn)光劑，將太陽(yáng)光中的紫外光和黃綠光轉(zhuǎn)換成對(duì)作物生長(zhǎng)有益的藍(lán)光及紅橙光。張玲玲等[10]在內(nèi)蒙古試驗(yàn)研究表明，該膜覆蓋下番茄品質(zhì)得到提升，可溶性蛋白和番茄紅素含量分別是普通膜處理的1.9倍和1.5倍。筆者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(yàn)地，以津優(yōu)315密刺黃瓜為試材，普通PO膜為對(duì)照，研究新型稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)日光溫室溫光環(huán)境及黃瓜品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，旨在為稀土轉(zhuǎn)光膜在冀中地區(qū)日光溫室果菜上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種：津優(yōu)315密刺黃瓜由天津科潤(rùn)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司選育，河北康城現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有限公司育苗。

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(duì)照棚膜為PO膜（河北康城現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有限公司提供），厚度0.1 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年9月至2021年1月在河北省保定市定興縣石象村河北康城現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有限公司基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行。溫室長(zhǎng)度 100 m，脊高 5.4 m，內(nèi)跨 11.5 m。設(shè)置2個(gè)處理，對(duì)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(duì)照溫室的中部隨機(jī)選取相鄰的12行為1個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積約80 m，3次重復(fù)。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(chóng)害防治同常規(guī)管理。植株于2020年9月25日定植，11月5日開(kāi)始采收，2021年1月6日拉秧。

自2020年11月至2021年1月連續(xù)監(jiān)測(cè)溫室的光照度、氣溫、地溫、空氣濕度，并于每個(gè)月選典型晴天和陰天測(cè)定溫室內(nèi)的光譜及其透過(guò)率。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定及方法

1.3.1 光環(huán)境的測(cè)定 棚膜透射光譜的測(cè)定：使用Ocean Optics生產(chǎn)的QE65000光譜儀與透射積分球用光纖連接測(cè)定不同棚膜的透射光譜，在每塊棚膜的中央處進(jìn)行測(cè)定。自2020年10月1日開(kāi)始測(cè)定，每月選擇典型的晴天和陰天進(jìn)行測(cè)定，共測(cè)定8次，取平均值，計(jì)算各個(gè)波段光的透過(guò)率。

棚膜透光率的測(cè)定：采用QUANTUM LIGHT METER型照度計(jì)測(cè)定大棚內(nèi)外的光照度，調(diào)節(jié)高度使其探頭距地面1.5 m處，且使儀器處于棚膜中央，讀取實(shí)時(shí)光照度，每個(gè)處理下測(cè)定 3 次取平均值計(jì)算透光率，測(cè)定時(shí)間為09：00—11：00。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(cè)定時(shí)期同棚膜透射光譜的時(shí)期一致。

1.3.2 溫室內(nèi)環(huán)境的測(cè)定 空氣溫度、空氣濕度和光照度：采用杭州智拓儀器記錄CK和RPO處理的空氣溫度、濕度以及光照度。

土壤溫度：采用ET60智墑儀記錄CK和RPO處理的土壤溫度，平均值為日均地溫。

1.3.3 果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量的測(cè)定 自采收開(kāi)始記錄小區(qū)黃瓜產(chǎn)量，測(cè)定黃瓜品質(zhì)，每小區(qū)測(cè)定6個(gè)果實(shí)。自第1個(gè)果采收期開(kāi)始記錄單果質(zhì)量和產(chǎn)量。采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定可溶性蛋白含量;采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定維生素C含量;采用茚三酮比色法測(cè)定游離氨基酸含量[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

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

2 結(jié)果與分析

2.1 稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)溫室光環(huán)境的影響

2.1.1 稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)不同光譜透過(guò)率的影響 由表1～2可以看出，不同棚膜透過(guò)光譜（300～760 nm）分析顯示，晴天和陰天稀土轉(zhuǎn)光膜均可以增加遠(yuǎn)紅光和可見(jiàn)光中的藍(lán)光和紅橙光，減少紫外光、紫光和綠光。晴天，RPO處理的紫外光、紫光和綠光均顯著低于CK，分別較CK降低了16.39%、6.02%和2.73%;紅橙光、遠(yuǎn)紅光和可見(jiàn)光均顯著高于CK，分別較CK提高了7.57%、9.26%和5.51%;RPO處理和CK藍(lán)光雖差異不顯著，但RPO處理較CK提高了5.53%。陰天，RPO處理的紫外光和綠光均顯著低于CK，分別較CK降低了16.87%和3.90%;藍(lán)光、紅橙光和可見(jiàn)光均顯著高于CK，分別較CK提高了11.03%、3.93%和3.52%，RPO處理和CK遠(yuǎn)紅光差異不顯著，但RPO處理的遠(yuǎn)紅光較CK提高了 7.19%。結(jié)果表明，稀土轉(zhuǎn)光膜減少了紫外光、紫光和綠光比例，其中紫外光降幅最大;通過(guò)增加紅橙光、藍(lán)光，提高了可見(jiàn)光比例，并提高遠(yuǎn)紅光比例，其中晴天的遠(yuǎn)紅光、陰天的藍(lán)光增幅均最大。

2.1.2 稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)典型晴天和陰天透光率的影響 從圖1可以看出，無(wú)論是晴天還是陰天RPO處理的透光率均顯著高于CK。在晴天時(shí)，RPO處理的透光率較CK提高了9.30%;在陰天時(shí)，RPO的透光率較CK提高了13.79%;說(shuō)明RPO處理的透光率在陰天提高效果更好。

2.1.3 稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)溫室內(nèi)光照度的影響 由表3可知， 11月至翌年1月，RPO處理較CK的平均光照度提高5.88%～23.53%，最高光照度提高了26.75%～30.86%，最低光照度提高了11.11%～18.75%。在光照度最低的1月份，2個(gè)處理平均光照度和最高光照度差異最大，結(jié)果表明，光照度越低，稀土轉(zhuǎn)光膜改善光照度的作用越明顯。

2.2 稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)溫室內(nèi)氣溫和空氣濕度的影響

由表4可以看出，在11月至翌年1月，CK和RPO處理的氣溫逐漸降低，RPO處理的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均始終高于CK，平均氣溫較CK提高5.45%～6.76%，最高氣溫較CK提高0.52%～1.08%，最低氣溫較CK提高12.50%～18.18%，其中，1月份最高、最低氣溫增幅最大。11月、12月和翌年1月，RPO處理的平均空氣濕度分別比CK降低了10.15%、9.09%、4.81%，表明稀土轉(zhuǎn)光膜可有效降低空氣相對(duì)濕度，在溫度較高的11月效果最明顯。

由表5可以看出，RPO處理的積溫、≥10 ℃的小時(shí)數(shù)和≥20 ℃的小時(shí)數(shù)均高于CK，RPO處理的積溫較CK高3.49%～5.27%，≥10 ℃的小時(shí)數(shù)較CK高8.02%～28.36%，≥20 ℃的小時(shí)數(shù)較CK高10.10%～34.23%，其中1月份3種積溫的增幅均為最大。結(jié)果表明，稀土轉(zhuǎn)光膜可提高溫室平均溫度和積溫，外界氣溫最低的1月份增幅最大。

2.3 稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)土壤溫度的影響

由圖2可知，11月至翌年1月，0～30 cm的土層內(nèi)RPO處理的土壤溫度均顯著高于CK。RPO處理的最高和最低土壤溫度始終高于CK，各個(gè)不同深度的土壤溫度均隨月份增加逐漸降低。在土壤表層，11月至翌年1月RPO處理平均土壤溫度較CK分別提高20.01%、5.97%、12.13%，最高土壤溫度分別提高了11.75%、5.86%、4.14%，最低土壤溫度分別提高了0.59%、1.11%、13.8%。在10 cm土層，11月至翌年1月RPO處理平均土壤溫度較CK分別提高22.46%、7.60%、11.31%，最高土壤溫度分別提高了4.92%、3.86%、8.82%，最低土壤溫度分別提高了8.16%、6.00%、8.52%。在地下20 cm土層，11月至翌年1月RPO處理平均土壤溫度較CK分別提高18.33%、5.92%、15.23%，最高土壤溫度分別提高了2.14%、2.92%、8.35%，最低土壤溫度分別提高了2.65%、1.61%和6.18%。在地下30 cm土層，11月至翌年1月RPO處理平均土壤溫度較CK分別提高14.50%、15.22%、14.79%，最高土壤溫度分別提高了22.22%、8.26%、12.65%，最低土壤溫度分別提高了3.66%、3.99%、6.62%。由于稀土轉(zhuǎn)光膜提高了地溫，可促進(jìn)蔬菜根系生長(zhǎng)，有利于蔬菜吸收養(yǎng)分。

2.4 稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)黃瓜品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

從表6中可以看出，RPO處理的黃瓜單果質(zhì)量比CK增加了9.33%，667 m2產(chǎn)量為5 068.78 kg，比CK提高了30.01%。稀土轉(zhuǎn)光膜顯著提高了黃瓜果實(shí)的維生素C和游離氨基酸含量，RPO處理的維生素C和游離氨基酸含量分別較CK提高了27.41%和27.81%?？扇苄缘鞍缀侩m差異不顯著，但RPO處理較CK提高了17.08%。

3 討論與結(jié)論

稀土轉(zhuǎn)光膜對(duì)溫室環(huán)境具有調(diào)控作用。本研究結(jié)果表明，稀土轉(zhuǎn)光膜溫室的空氣溫度、光照度較普通膜有很大提高。高海榮等[6]研究表明，轉(zhuǎn)光膜可有效提高溫室溫度;傅明華等[12]研究表明，轉(zhuǎn)光膜能顯著提高棚內(nèi)日最高氣溫;蒲文宣等[13]指出，在冬季和早春應(yīng)用轉(zhuǎn)光膜能使棚溫增加1.7 ℃;王玉霞等[8]研究表明，轉(zhuǎn)光膜的透光率較高，增溫效果較好，同時(shí)具有調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度的作用，這與本研究結(jié)果類似。轉(zhuǎn)光膜調(diào)控溫室環(huán)境的一般原理為其能夠吸收高能量的紫外光和黃綠光，發(fā)射低能量的藍(lán)紫光和紅橙光，將太陽(yáng)光中能量相對(duì)較大的紫外線轉(zhuǎn)換成能量較小的光，能量以熱的形式釋放出來(lái)，提高了溫室升溫速度、升降溫速比和積溫，形成有利于植物光合作用的可見(jiàn)光，改善低溫寡照天氣對(duì)光合作用的影響[14]。本研究結(jié)果表明，稀土轉(zhuǎn)光膜增加了溫室內(nèi)遠(yuǎn)紅光和可見(jiàn)光中的藍(lán)光和紅橙光比例，降低了紫外光、紫光和綠光比例，驗(yàn)證了轉(zhuǎn)光膜改善溫室光環(huán)境的效果。與此同時(shí)，筆者研究發(fā)現(xiàn)，稀土轉(zhuǎn)光膜在光照度較弱的1月份和典型陰天，提高透光率、改善溫室內(nèi)光照度的效果最顯著，且1月份稀土轉(zhuǎn)光膜溫室內(nèi)≥10 ℃和≥20 ℃的小時(shí)數(shù)增幅均最大。因此，稀土轉(zhuǎn)光膜在低溫弱光期改善溫光環(huán)境的效果最顯著，更適合在日光溫室中應(yīng)用推廣。

土壤溫度對(duì)作物根系的影響很大，其影響根系的生長(zhǎng)、呼吸和吸收能力。高海榮等[6]在試驗(yàn)研究中得出結(jié)論，覆蓋轉(zhuǎn)光膜的溫室內(nèi)平均土壤溫度、最高土壤溫度以及最低土壤溫度都有提高，這與本研究結(jié)果類似。李文秀等[15]也得出同樣結(jié)果。對(duì)大多數(shù)植物來(lái)說(shuō)，在一定溫度范圍內(nèi)，隨著土壤溫度增高，生長(zhǎng)也加快，根系吸收作用和呼吸作用加強(qiáng)，物質(zhì)運(yùn)輸加快，因而細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)的速度也隨之增加，間接影響植物的生長(zhǎng)。轉(zhuǎn)光膜可將太陽(yáng)光中的高能短波轉(zhuǎn)換成低能量級(jí)長(zhǎng)波和中長(zhǎng)波，調(diào)整太陽(yáng)光譜，將對(duì)作物光合作用不利的紫外光等轉(zhuǎn)換成作物需要的藍(lán)紫光和紅橙光。地面只能以紅外波段向外釋放熱量，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。

轉(zhuǎn)光膜具有改善果實(shí)品質(zhì)的作用。徐凱等[16]研究表明，藍(lán)光下的草莓果實(shí)含糖量、可溶性固形物含量和抗壞血酸含量均最高。陳強(qiáng)等[17]研究表明，紅光和紅藍(lán)組合光處理能夠顯著提高番茄果實(shí)糖、酸含量;紅光和藍(lán)光是影響番茄果實(shí)轉(zhuǎn)色期品質(zhì)變化的主要光質(zhì)。眾多研究表明，藍(lán)光可通過(guò)促進(jìn)果實(shí)中游離氨基酸、可溶性蛋白、維生素C的積累，進(jìn)而改善果實(shí)品質(zhì)[18]。本研究結(jié)果表明，稀土轉(zhuǎn)光膜可顯著提高黃瓜果實(shí)中維生素C和游離氨基酸含量，這與該處理提高溫室內(nèi)藍(lán)光比例密切相關(guān)。

溫室內(nèi)溫度、濕度、光照度以及土壤溫度和土壤水分等各種要素共同作用影響黃瓜等蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育。稀土轉(zhuǎn)光膜溫室空氣溫度、光照度、土壤溫度、土壤水分等溫光指標(biāo)均優(yōu)于普通PO膜溫室，黃瓜果實(shí)的維生素C含量和游離氨基酸含量分別提高了27.41%和27.81%，平均單果質(zhì)量和產(chǎn)量分別提高了9.33%和30.01%，可在設(shè)施生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

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