增施CO2與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒光合特性及產(chǎn)量的影響

王翠麗， 鄒 蘭， 楊世梅， 張想平， 謝忠清， 陳志國(guó)， 嚴(yán)宗山， 彭 釗， 李建華

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅武威 733006；2.咸陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西咸陽(yáng) 712000)

辣椒 (L.)為茄科辣椒屬植物，喜光、喜溫，在我國(guó)及世界各地大量種植。作為我國(guó)北方設(shè)施栽培主栽品種之一，辣椒果實(shí)中含有豐富的維生素C、可溶性固形物、胡蘿卜素、辣椒素。光照在植物生長(zhǎng)中提供能量和信號(hào)來(lái)源，CO是作物光合作用的原料之一。冬春季節(jié)降雨、降雪天氣較為集中并且溫室骨架結(jié)構(gòu)、覆蓋材料等造成室內(nèi)低溫弱光嚴(yán)重；溫室是一個(gè)相對(duì)密閉的環(huán)境體系，為保證作物正常的生長(zhǎng)溫度，長(zhǎng)時(shí)間不能進(jìn)行內(nèi)外氣體交換，溫室內(nèi) CO不足，影響溫室辣椒正常的生長(zhǎng)發(fā)育，使產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。LED(發(fā)光二極管)是一種人工冷光源，具有壽命長(zhǎng)、光譜純、耗能低、波長(zhǎng)固定、體積小、可近距離照射植物并且可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行光量與光質(zhì)的分散或組合控制等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新型光源，在國(guó)內(nèi)外已普遍應(yīng)用于設(shè)施蔬菜的補(bǔ)光。因此，增施CO與LED補(bǔ)光已成為解決溫室環(huán)境的首要選擇。冬春季節(jié)，溫室植物生長(zhǎng)可以進(jìn)行補(bǔ)光，以緩解室內(nèi)光照不足的狀況，改善生長(zhǎng)的光環(huán)境，進(jìn)而改善植物品質(zhì)及產(chǎn)量；有研究表明，作物生長(zhǎng)、葉片光合色素合成、開(kāi)花及果實(shí)生長(zhǎng)都離不開(kāi)光照。有研究發(fā)現(xiàn)，彩色甜椒補(bǔ)充黃光，可培育壯苗；補(bǔ)充綠光，能有效提高萵苣株高、干質(zhì)量和鮮質(zhì)量。 LED補(bǔ)光時(shí)間不同對(duì)辣椒葉片的光合作用影響不同。紅藍(lán)光對(duì)提高辣椒葉片的光合速率、胞間CO濃度效果顯著，另外紅光 ∶藍(lán)光=8 ∶3能夠提高辣椒光合作用。CO濃度的高低也影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育，研究發(fā)現(xiàn)，增施CO能顯著促進(jìn)作物幼苗的生長(zhǎng)，提高壯苗指數(shù)，對(duì)作物的株高、葉片數(shù)、根冠比、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量都有增大的效果。潘玖琴等研究增施CO對(duì)大棚不同辣椒品種農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)增施 CO可提高不同辣椒品種的株高。魏岷等研究表明，增施CO可促進(jìn)黃瓜根系的生長(zhǎng)，且根系的吸收總面積、根系體積和根系活力均增加。我國(guó)北方地區(qū)，冬春季日照時(shí)間短，為確保室內(nèi)溫度適宜作物生長(zhǎng)，經(jīng)常09：00起簾，16：30落簾，造成溫室內(nèi)光照變?nèi)醅F(xiàn)象，嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)。另外由于溫室不能長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行空氣交換，使室內(nèi)CO濃度降低，嚴(yán)重影響辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育，因此，增施CO與LED補(bǔ)光提高設(shè)施內(nèi)CO濃度與光照環(huán)境，已成為改善溫室CO濃度與補(bǔ)光的必要條件。本試驗(yàn)通過(guò)增施CO與LED補(bǔ)光互作的方法，對(duì)辣椒進(jìn)行補(bǔ)CO與LED光，旨在探究增施CO與LED補(bǔ)光對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)的影響，以期為溫室辣椒實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年8月至2020年1月在甘肅省武威市甘肅農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試?yán)苯菲贩N為37-94(武威百利種苗有限公司)。試驗(yàn)器材有LED補(bǔ)光燈(山東貴翔光電有限公司)；植物補(bǔ)光燈(杭州臨安佳遇科技有限公司)，額定功率為36W；吊掛式CO發(fā)生劑(河南省春光農(nóng)化有限公司)，黃沙基質(zhì)栽培，2019年8月28日定植，9月20日開(kāi)始補(bǔ)光處理，增施CO于辣椒現(xiàn)門(mén)椒后進(jìn)行。共設(shè)置4個(gè)處理，分別為T(mén)1處理(LED紅光 ∶藍(lán)光=5 ∶1+CO)；T2處理(LED紅光 ∶藍(lán)光 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO)；T3處理(植物補(bǔ)光燈+CO)；對(duì)照CK：不補(bǔ)光+CO。CO濃度設(shè)置為800 μmol/mol，使用CO監(jiān)測(cè)儀測(cè)定，每個(gè)處理選取9株植株測(cè)定，每個(gè)處理重復(fù)3次，至2020年1月5日增施CO和補(bǔ)光結(jié)束。

1.2 補(bǔ)光設(shè)置

光源設(shè)置在作物行間(壟面垂直方向)距作物頂部30 cm處，光源高度隨辣椒植株生長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，T1、T2、T3處理每壟安裝2盞補(bǔ)光燈，每個(gè)處理之間設(shè)置2壟保護(hù)行，避免處理之間相互影響。補(bǔ)光時(shí)間為18：00—22：00，補(bǔ)光燈光照度為50 μmol/(m·s)。

1.3 補(bǔ)氣設(shè)置

用透明的塑料薄膜將每個(gè)小區(qū)隔開(kāi)，補(bǔ)光燈設(shè)置在小區(qū)內(nèi)部，確保處理區(qū)之間不會(huì)有氣體擴(kuò)散，在各小區(qū)中懸掛相同數(shù)量的吊掛式CO發(fā)生劑，確保每個(gè)小區(qū)CO使用量相同。

1.4 測(cè)試指標(biāo)及測(cè)試方法

株高：用卷尺測(cè)定辣椒莖基部至生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度。莖粗：用數(shù)顯卡尺測(cè)定莖基部第1節(jié)處的莖粗。

葉長(zhǎng)和葉寬：選取生長(zhǎng)點(diǎn)向下第3張功能葉固定測(cè)量。葉綠素含量：用 SPAD-502葉綠素含量測(cè)定儀測(cè)定。

光合指標(biāo)：辣椒盛果期(11月28日)，進(jìn)行辣椒葉片光合生理指標(biāo)的測(cè)定。白天09：30—11：30，夜間19：30—21：30，用Li-6400便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定辣椒葉片凈光合速率()、胞間CO濃度()、氣孔導(dǎo)度()和蒸騰速率()等光合參數(shù)。選取自生長(zhǎng)點(diǎn)向下數(shù)第3～4張完全展開(kāi)、生長(zhǎng)良好的辣椒葉片，測(cè)定光照度為1 000 μmol/(m·s)，CO濃度為380 μmol/mol，相對(duì)濕度為75%。

產(chǎn)量：每個(gè)處理取10株長(zhǎng)勢(shì)一致的辣椒，統(tǒng)計(jì)整個(gè)生育期的果實(shí)數(shù)與產(chǎn)量，計(jì)算單果質(zhì)量、單株果數(shù)及產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，采用SPSS 19.0 軟件的Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析與差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施CO2與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒株高的影響

由表 1 可知，辣椒株高在增施CO與補(bǔ)光燈互作處理下存在顯著差異 。定植 40、120 d，T2 處理株高較 CK 顯著提高，增幅分別為14.35%、33.53%，與 T3 處理無(wú)顯著性差異。定植 80 d 時(shí)，T2 處理株高較 CK、T1、T3 處理分別提高23.00、25.33、16.66 cm。

表1 增施CO2與補(bǔ)光互作下辣椒的株高

2.2 增施CO2與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒莖粗的影響

由表2可知，隨著生育周期的延長(zhǎng)，莖粗呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。定植40、120 d時(shí)，T1、T2、T3處理之間辣椒莖粗無(wú)顯著差異。定植80 d，T2處理辣椒莖粗高于CK、T3處理，分別高1.53、1.35 cm；定植120 d時(shí)，各處理莖粗大小表現(xiàn)為T(mén)3處理>T2處理>T1處理>CK。

表2 增施CO2與補(bǔ)光互作下辣椒的莖粗

2.3 增施CO2與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒葉長(zhǎng)的影響

由表3可知，整個(gè)生育期葉片葉長(zhǎng)伸長(zhǎng)表現(xiàn)為先增大后降低。定植40 d各處理之間無(wú)顯著差異；80 d時(shí)，各處理葉片葉長(zhǎng)出現(xiàn)最大值，T2處理較 T1、T3處理分別提高3.47%、11.18%；定植120 d時(shí)各處理之間無(wú)顯著差異，其中T2處理葉長(zhǎng)最長(zhǎng)，為10.00 cm。

表3 增施CO2與補(bǔ)光互作下辣椒的葉長(zhǎng)

2.4 增施CO2與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒葉寬的影響

由表4可知，增施CO與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒葉寬影響不明顯，葉寬的變化幅度為先增大后減小的趨勢(shì)，在定植 80 d時(shí)，各處理葉寬最大，分別為5.90、6.27、 6.83、6.63 cm；整個(gè)生育期均表現(xiàn)為 T2 處理葉寬高于其他處理；定植120 d時(shí)，各處理辣椒葉寬表現(xiàn)為T(mén)2處理>T3處理>T1處理>CK。

表4 增施CO2與補(bǔ)光互作下辣椒的葉寬

2.5 增施CO2與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒葉綠素含量的影響

由表5可知，定植40 d，與對(duì)照相比，T1、T2、T3處理葉綠素含量分別提高8.60、8.94、5.74 mg/g，其中 T2 處理葉綠素含量最高，為54.87 mg/g；定植 80 d 時(shí)，各處理之間無(wú)顯著差異，但各處理葉綠素含量出現(xiàn)最高值，分別為53.80、56.30、61.17、55.13 mg/g；拉秧期120 d，各處理葉綠素含量之間無(wú)差異。

表5 增施CO2與補(bǔ)光互作下辣椒的葉綠素含量

2.6 增施CO2與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒光合作用的影響

由表6可知，T2 處理葉片凈光合速率、胞間CO濃度和氣孔導(dǎo)度顯著高于其他處理(除T1與T2處理差異不顯著外)，其中較 CK分別提高 48.07%、66.67%、31.17%；與對(duì)照相比，各處理顯著影響了辣椒葉片的氣孔導(dǎo)度，T2 處理的氣孔導(dǎo)度最大，為 348.98 mmol/(m·s)，高于T1、T3 處理且T1、T3 處理之間無(wú)顯著性差異，T1、T3 處理較CK處理分別提高 17.90%、12.58%。

表6 增施CO2與補(bǔ)光互作下辣椒的光合指標(biāo)

2.7 增施CO2與補(bǔ)光互作對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響

由表7可知，不同處理下，T2處理單果質(zhì)量和單株果數(shù)均最高，較T1、T3處理分別提高21.25%、16.19%和5.55%、18.75%。其中T2處理產(chǎn)量顯著高于其他處理，較對(duì)照增加2 146.34 kg/667 m。

表7 增施CO2與補(bǔ)光互作下辣椒的產(chǎn)量

3 討論與結(jié)論

光是植物進(jìn)行光合作用的能源，光合器官的正常發(fā)育長(zhǎng)期受光調(diào)控。Cosgrove等研究發(fā)現(xiàn)紅光 ∶藍(lán)光=5 ∶1 時(shí)，可顯著提高黃瓜幼苗的根冠比，紅光 ∶藍(lán)光=3 ∶1 時(shí)，可提高黃瓜幼苗的真葉面積、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量。杜建芳等對(duì)油菜幼苗進(jìn)行補(bǔ)光處理，研究發(fā)現(xiàn)白光和紅光處理對(duì)油菜幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)效果。CO是光合作用的重要原料，影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育，濃度過(guò)高或不足都會(huì)阻礙蔬菜生長(zhǎng)。有研究表明，增施CO能顯著提高作物幼苗壯苗指數(shù)，對(duì)作物的株高、葉片數(shù)、根冠比、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量都有促進(jìn)作用。潘玖琴等研究發(fā)現(xiàn)增施 CO可以提高設(shè)施辣椒的株高。魏珉等研究表明，增施CO后，黃瓜根系的吸收總面積、根系體積和根系活力均增加。周?chē)?guó)泉等對(duì)生菜的補(bǔ)光試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紅光 ∶藍(lán)光 ∶遠(yuǎn)紅光=5 ∶1 ∶0.15 時(shí)，生菜的葉片長(zhǎng)、葉片鮮質(zhì)量、葉片數(shù)量都顯著增加。本研究發(fā)現(xiàn)增施CO和補(bǔ)光互作處理，辣椒植株的株高、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬都較對(duì)照均有所提高，其中生長(zhǎng)盛期，紅 ∶藍(lán) ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO處理下，定植80 d時(shí)辣椒株高、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬較其他處理出現(xiàn)最大值，分別為134.33、13.68、12.23、6.83 cm。

葉綠素在辣椒光合過(guò)程中可以捕獲光信號(hào)，其含量多少影響光合能力的大小。任桂萍等發(fā)現(xiàn)通過(guò)不同LED光源照射蝴蝶蘭的組培苗，結(jié)果表明，紅色LED 光照射對(duì)于葉綠素含量的增長(zhǎng)沒(méi)有明顯的效果，藍(lán)色光源可以促進(jìn)葉綠素等光合色素的積累；曲溪等研究表明，LED補(bǔ)光可以顯著提高番茄中的葉綠素含量。Cosgrove等研究不同LED光對(duì)黃瓜幼苗的補(bǔ)光發(fā)現(xiàn)，紅光 ∶藍(lán)光=3 ∶1時(shí)番茄的蒸騰速率出現(xiàn)不同程度的提高。Matsuda等在紅光的基礎(chǔ)上補(bǔ)充藍(lán)光可顯著地增大作物的凈光合速率。CO濃度影響著作物的光合、蒸騰和光呼吸效率。張麗紅等研究表明，蔬菜在高濃度CO的環(huán)境下，能在較短的時(shí)間顯著提高作物光合速率，但是長(zhǎng)時(shí)間在高濃度CO下，會(huì)抑制光合速率的增加；李清明等研究發(fā)現(xiàn)，隨著 CO濃度的增加黃瓜葉片的凈光合速率增加，蒸騰速率降低；趙天宏等研究表明，隨著CO含量的升高，可以提高植物光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)活性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，紅光 ∶藍(lán)光 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO處理下，辣椒葉片葉綠素含量升高，說(shuō)明紅光 ∶藍(lán)光 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO可促進(jìn)辣椒葉片葉綠素含量的增加。辣椒生長(zhǎng)盛期，與對(duì)照相比，紅光 ∶藍(lán)光 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO處理下，辣椒葉片、、顯著提高，表明增施CO與補(bǔ)光可提高辣椒光合作用。

單果質(zhì)量和單株果數(shù)是構(gòu)成產(chǎn)量的因素，在蔬菜生長(zhǎng)過(guò)程中光、溫、水、肥等多種因素可以影響蔬菜產(chǎn)量的高低。吳家森等使用 LED光對(duì)蘿卜補(bǔ)光，結(jié)果表明，補(bǔ)光蘿卜肉質(zhì)根、鮮質(zhì)量均有較大增加。另有研究表明，CO富集對(duì)設(shè)施作物果實(shí)產(chǎn)量具有顯著影響。本試驗(yàn)中，紅光 ∶藍(lán)光+CO=5 ∶1+CO、紅光 ∶藍(lán)光 ∶白光+CO=3 ∶1 ∶1+CO、植物補(bǔ)光燈+CO處理均能提高辣椒單果質(zhì)量和單株果數(shù)；紅光 ∶藍(lán)光 ∶白光+CO=3 ∶1 ∶1+CO處理下辣椒產(chǎn)量顯著提高，增產(chǎn)率最大，說(shuō)明CO與補(bǔ)光互作可有效提高辣椒產(chǎn)量。

綜上所述，紅光 ∶藍(lán)光 ∶白光+CO=3 ∶1 ∶1+CO處理下辣椒植株的株高、莖粗、葉綠素含量、葉片長(zhǎng)度和葉片寬度均增大，光合速率提高，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累，進(jìn)而提高辣椒果實(shí)產(chǎn)量。