二氧化碳與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

關(guān)鍵詞：二氧化碳； 空間電場(chǎng)； 番茄； 產(chǎn)量； 品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S626.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-8151（2023）03-0086-07

番茄是世界上栽培最為普遍的蔬菜之一，也是我國(guó)重要的蔬菜，全國(guó)各地普遍種植，且栽培面積仍在擴(kuò)大［1］。番茄含有豐富的番茄紅素、維生素等有益物質(zhì)，以其豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值深受人們的喜愛。針對(duì)如何改善設(shè)施環(huán)境中的CO₂虧缺條件，促進(jìn)植物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，前人進(jìn)行了大量研究。CO₂加富能提高番茄果實(shí)的番茄紅素、可滴定酸、抗壞血酸、可溶性糖等營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和果實(shí)的色澤、硬度等外觀品質(zhì)［2］；并能夠促進(jìn)果實(shí)中淀粉的轉(zhuǎn)化和還原糖的積累，較高濃度的CO₂能夠促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)前期合成類酶活性的增強(qiáng)和后期蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的增強(qiáng)［3］。劉漢文等［4］施用800 μmol·mol^-1的CO₂ 氣肥能顯著增加番茄產(chǎn)量，促進(jìn)N、P、K 養(yǎng)分的積累，同時(shí)對(duì)改善番茄品質(zhì)，以及提高礦質(zhì)元素的吸收利用有良好的促進(jìn)作用。郭嬌等［5］研究表明無論在什么時(shí)期增施CO₂，都可提高番茄果實(shí)品質(zhì)與產(chǎn)量，尤其是整個(gè)時(shí)期加富CO₂使番茄果實(shí)生長(zhǎng)最好。CO₂濃度增加可以促進(jìn)番茄株高、莖粗的生長(zhǎng)，CO₂ 加富對(duì)番茄光合作用產(chǎn)生了有利影響，900～1000 μmol·mol^-1 是試驗(yàn)區(qū)間內(nèi)最能夠增強(qiáng)番茄植株光合作用的CO₂ 加富濃度［6］。LED 補(bǔ)光與增施CO₂ 提高了番茄特征揮發(fā)性芳香物質(zhì)的含量，如6-甲基-5-庚烯-2 酮、β-紫羅蘭酮和己醛等，也豐富了其種類，使番茄果味香濃，香氣豐富［7］。CO₂ 施肥均能顯著地改善番茄的品質(zhì)，800 μmol·mol-1時(shí)最佳［8］；此外，還顯著增加了果實(shí)中維生素C 和類胡蘿卜素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，提高了櫻桃番茄的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)［9］。設(shè)施環(huán)境CO₂ 濃度升高可增加番茄果實(shí)數(shù)量、單果重以及番茄產(chǎn)量，CO₂富集還會(huì)提高番茄果實(shí)糖酸比，從而提高果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)［10］。

目前，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)應(yīng)用空間電場(chǎng)技術(shù)研究主要集中在作物生長(zhǎng)發(fā)育和植株生理特性提高上，空間電場(chǎng)對(duì)番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的研究較少，張佳等研究表明日光溫室內(nèi)布設(shè)空間電場(chǎng)能有效提升番茄生長(zhǎng)性能、酶活性、葉綠素含量和根系活力［11］。電場(chǎng)空間可以加快植物吸收CO₂ 和植物生長(zhǎng)的速度［12］。采用空間電場(chǎng)技術(shù)可以提高日光溫室陰天及夜晚氣溫，降低空氣相對(duì)濕度，提高光照強(qiáng)度，能夠增加番茄莖稈粗度，提高單果質(zhì)量和單株果實(shí)重量［13］?？臻g電場(chǎng)可加快植株對(duì)CO₂ 的吸收，降低二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)［14］，從而促進(jìn)了植物生長(zhǎng)發(fā)育。本研究通過不同CO₂ 濃度施肥與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)的響應(yīng)，為日后空間電場(chǎng)和CO₂ 施肥技術(shù)在日光溫室番茄栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

番茄品種‘精典1 號(hào)’（以J 表示）與‘普羅旺斯’（以P 表示），見表1。

1. 2 試驗(yàn)場(chǎng)所

試驗(yàn)于2021 年9 月-2022 年6 月在大同市大山生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司園區(qū)實(shí)施。日光溫室雙拱鋼架結(jié)構(gòu)，雙層棉被雙層膜。溫室長(zhǎng)100 m，寬12 m。利用水肥一體化滴管設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一水肥管理，每處理均采用常規(guī)栽培管理措施。

1. 3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

番茄植株采用移栽定植方式，選取大小長(zhǎng)勢(shì)一致的番茄幼苗植株，整個(gè)生長(zhǎng)周期中，于2021 年12 月25 定植。番茄植株定植株距為75 cm。一行種植大約23 株，一壟雙行，共46 壟。

CO₂ 濃度設(shè)置分別為400（4C）（CK）、600（6C）、800（8C）、1000 μmol·mol^-1（10C）?？臻g電場(chǎng)設(shè)置分別為有空間電場(chǎng)（D）和無空間電場(chǎng)（無表示字母），見表1。

空間電場(chǎng)，設(shè)備型號(hào)3DFC-450，由大連億佳田園環(huán)境科技有限公司提供，試驗(yàn)溫室1/2 布置有空間電場(chǎng)，1/2 不布置空間電場(chǎng)?？臻g電場(chǎng)由控制器、絕緣子、電極線和主電源組成，工作方式為自動(dòng)間歇式循環(huán)工作。絕緣子布置為每排相距4 m，共3 排，每排10 個(gè)絕緣子，相距5 m，合計(jì)30 個(gè)，以確?？臻g電場(chǎng)的均一性。

CO₂ 制備機(jī)，由三亦科技開發(fā)有限公司提供。CO₂ 釋放采用GMm220 傳感器自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過管道和循流風(fēng)機(jī)均勻施氣，自動(dòng)檢測(cè)溫室內(nèi)CO₂濃度，溫、濕度。溫室分為4 個(gè)隔間，分別通入不同濃度CO₂，以CO₂ 濃度（400±25） μmol·mol^-1 為對(duì)照（CK，4C），其它處理為（600±25） μmol·mol^-1（6C）、（800±25） μmol·mol^-1（8C）和（1000±25）μmol·mol^-1（10C）。通施時(shí)間為每天08：00-10：30，施肥期間溫室密閉，陰雨天不補(bǔ)氣。除施用的CO₂ 濃度不同外，每個(gè)隔間其它條件基本一致。

利用不同濃度CO₂ 加富與空間電場(chǎng)互作對(duì)日光溫室番茄品質(zhì)及質(zhì)量的影響，研究不同品種番茄對(duì)空間電場(chǎng)與CO₂最佳同補(bǔ)響應(yīng)情況。

1. 4 測(cè)定項(xiàng)目

產(chǎn)量由單果重、單株果實(shí)個(gè)數(shù)來估算單株果實(shí)產(chǎn)量，從而推算出產(chǎn)量，其中單果均取用成熟的第二穗果。番茄公頃產(chǎn)量=公頃株數(shù)×單株結(jié)果數(shù)×平均單果重×縮值系數(shù)（0. 9）。

待果實(shí)到達(dá)成熟期后，即果實(shí)3/4 的面積變成紅色，對(duì)不同處理下的第二穗成熟的番茄果實(shí)進(jìn)行單果重、單株果實(shí)重量測(cè)定，可溶性固形物含量：采用RHBO-90 型號(hào)手持折射儀測(cè)定，可溶性糖含量：采用PAL-BX/ACID 3 型號(hào)手持式糖－酸測(cè)定儀測(cè)定，番茄紅素含量：采用高效液相色譜法（HPLC），維生素C 含量：采用分光光度法測(cè)定。

1. 5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理使用Excel 2016，方差顯著性分析使用SPSS 軟件，運(yùn)用單因素方差分析（ANOVA）中的最小顯著性差異（LSD）法進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 CO₂與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量的影響

由表2 可以看出，不同品種番茄在CO₂與空間電場(chǎng)互作中，響應(yīng)顯著的組合分別為P8CD 與J10CD，其單果重分別為82. 2 和83. 4 g；單株果實(shí)重量分別為9. 1 和9. 2 kg；產(chǎn)量分別為290 421. 0和292 008. 0 kg·hm^-2。

‘普羅旺斯’在空間電場(chǎng)與CO₂互作中，當(dāng)CO2濃度達(dá)到800 μmol·mol^-1 時(shí)，其產(chǎn)量達(dá)到最大值，后產(chǎn)量隨著CO₂ 濃度的增加而減少。由表2 可知單果重從大到小依次為P8CDgt;P10CDgt;P8Cgt;P6CDgt;P10Cgt;P6Cgt;P4CDgt;P4C。在增加空間電場(chǎng)時(shí)，P8CD、P10CD、P6CD 的單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量均高于P4CD，其中P8CD 這3 項(xiàng)指標(biāo)最大并分別為82. 2 g、9. 2 kg、290 421. 0 kg·hm^-2，相比于單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量分別為70. 6 g、7. 5 kg、238 050. 0 kg·hm^-2 的P4CD 分別增加了16. 4%、22. 7%、22. 0%。在無空間電場(chǎng)時(shí)，P8C、P10C、P6C 的單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量均高于P4C，其中P8C 這3 項(xiàng)指標(biāo)最大并分別為79. 5 g、8. 9 kg、282 486. 0 kg·hm^-2，相比于單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量分別為67. 2 g、6. 8 kg、215 832. 0kg·hm^-2 的P4C 分別增加了18. 3%、30. 9%、30. 9%。在CO₂ 濃度相同時(shí)，P8CD 的單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量相比于P8C 增加了3. 4%、3. 4%、2. 8%。

‘精典1 號(hào)’番茄品種在對(duì)空間電場(chǎng)與不同濃度CO₂ 互作的響應(yīng)中，由表2 可知其單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量依次均為J10CDgt;J8CDgt;J10Cgt;J8Cgt;J6CDgt;J6Cgt;J4CDgt;J4C。在增加空間電場(chǎng)時(shí)，J10CD、J8CD、J6CD 的單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量顯著高于J4CD，其中J10CD 這3 項(xiàng)指標(biāo)最大并分別為83. 4 g、9. 2 kg、292 008. 0 kg·hm^-2，相比于單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量分別為75. 5 g、7. 2 kg、257 094. 0 kg·hm^-2 的J4CD 分別增加了10. 5%、13. 5%、13. 6%。在無空間電場(chǎng)時(shí)，隨著CO₂濃度的增加而增加，J10C、J8C、J6C 的單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量顯著超過J4C，其中J10C 這3項(xiàng)指標(biāo)最大并分別為81. 6 g、8. 77 kg、278 359. 5kg·hm^-2，相比于單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量分別為72. 3 g、7. 2 kg、228 528. 0 kg·hm^-2的J4C 分別增加了12. 9%、21. 8%、21. 9%。在CO₂ 濃度相同時(shí)，J10CD 的單果重、單株果實(shí)重量、產(chǎn)量相比于J10C 增加了2. 2%、4. 9%、4. 9%。

2. 2 CO₂與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄可溶性糖的影響

由表3 可以看出，‘普羅旺斯’番茄品種可溶性糖含量P8CD 最高，為3. 15 mg·g^-1。當(dāng)增加空間電場(chǎng)時(shí)，P8CD、P10CD、P6CD 的可溶性糖含量遠(yuǎn)超P4CD，其最大值為3. 15 mg·g^-1，比P4CD 可溶性糖含量2. 74 mg·g^-1 增加了15. 0%；當(dāng)無空間電場(chǎng)時(shí)，P8C、P10C、P6C 的可溶性糖含量遠(yuǎn)超于P4C，其最大值為3. 02 mg·g^-1，比P4C 可溶性糖含量2. 56 mg·g^-1 增加了17. 9%。在CO₂ 濃度相同時(shí)，P8CD 的可溶性糖含量相比于P8C 增加了4. 3%。

‘ 精典1 號(hào)’可溶性糖含量中，J8CD、J10C 與J10CD 是最高的，分別為3. 15 mg·g^-1、3. 15 mg·g^-1、3. 17 mg·g^-1。由表3 可知‘精典1 號(hào)’品種在對(duì)空間電場(chǎng)與不同濃度CO₂互作的響應(yīng)中，可溶性糖含量依次為J10CDgt;J10C=J8CDgt;J8Cgt;J6CDgt;J6Cgt;J4CDgt;J4C。當(dāng)增加空間電場(chǎng)時(shí)，J10CD、J8CD、J6CD 的可溶性糖含量均高于J4CD，其最大值為3. 17 mg·g^-1，比J4CD 可溶性糖含量2. 79 mg·g^-1 增加了13. 6%；當(dāng)無空間電場(chǎng)時(shí)，J10C、J8C、J6C 的可溶性糖含量遠(yuǎn)超于J4C，其最大值為3. 15 mg·g^-1，比J4C 可溶性糖含量2. 62 mg·g^-1 增加了20. 2%。在CO₂ 濃度相同時(shí)，J10CD 的可溶性糖含量相比于J10C 增加了0. 6%。

2. 3 CO₂與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄果實(shí)可溶性固形物的影響

由表3 可以看出，‘精典1 號(hào)’番茄品種J10CD可溶性固形物含量最高為5. 80 mg·g^-1。在增加空間電場(chǎng)時(shí)，J10CD、J8CD、J6CD 的可溶性固形物含量遠(yuǎn)超于J4CD，其最大值為5. 80 mg·g^-1，比J4CD可溶性固形物含量4. 23 mg·g^-1 增加了37. 1%；當(dāng)無空間電場(chǎng)時(shí)，J10C、J8C、J6C 的可溶性固形物含量遠(yuǎn)高于J4C，其最大值為5. 40 mg·g^-1，比J4C 可溶性固形物含量3. 87 mg·g^-1 增加了39. 5%。在CO₂ 濃度相同時(shí)，P8CD 的可溶性固形物含量相比于P8C 增加了7. 9%。

‘ 普羅旺斯’番茄品種可溶性固形物含量P8CD 最高為5. 60 mg·g^-1。由表3 可知，當(dāng)有空間電場(chǎng)時(shí)，P8CD、P10CD、P6CD 的可溶性固形物含量遠(yuǎn)超于P4CD，其最大值為5. 60 mg·g^-1，比P4CD 可溶性固形物含量4. 10 mg·g^-1 增加了36. 6%；當(dāng)無空間電場(chǎng)時(shí)，P8C、P10C、P6C 的可溶性固形物含量遠(yuǎn)超于P4C，其最大值為5. 20 mg·g^-1，比P4C 可溶性固形物含量3. 65 mg·g^-1 增加了42. 4%。在CO₂濃度相同時(shí)，J10CD 的可溶性固形物含量相比于J10C 增加了7. 4%。

2. 4 CO₂與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄果實(shí)的番茄紅素的影響由表3 可以看出，‘普羅旺斯’番茄品種P8CD與P10CD 番茄紅素最高，其含量分別為1. 65 mg·kg^-1、1. 63 mg·kg^-1。由表3 可知，當(dāng)有空間電場(chǎng)時(shí)，P8CD、P10CD、P6CD 的番茄紅素含量顯著高于P4CD，其最大值為1. 65 mg·kg^-1，比P4CD 番茄紅素含量1. 12 mg·kg^-1 增加了47. 3%；當(dāng)無空間電場(chǎng)時(shí)，P8C、P10C、P6C 的番茄紅素含量高于P4C，其最大值為1. 53 mg·kg^-1，比P4C 番茄紅素含量0. 89 mg·kg^-1 增加了71. 9%。在CO₂濃度相同時(shí)，P8CD 的番茄紅素含量相比P8C 增加7. 8%。

‘精典1 號(hào)’番茄品種番茄紅素J10CD 最高為1. 62 mg·kg^-1。當(dāng)有空間電場(chǎng)時(shí)，J10CD、J8CD、J6CD 番茄紅素含量高于J4CD，其最大值為1. 62 mg·kg^-1，比J4CD 番茄紅素含量1. 26 mg·kg^-1增加了28. 6%；當(dāng)無空間電場(chǎng)時(shí)，J10C、J8C、J6C番茄紅素含量顯著高于J4C，其最大值為1. 58 mg·kg^-1，比J4C 番茄紅素含量0. 96 mg·kg^-1增加了64. 6%。在CO₂ 濃度相同時(shí)，J10CD 的番茄紅素含量相比J10C 增加了2. 5%。

2. 5 CO₂與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄果實(shí)維生素C 含量的影響

由表3 可以看出，‘普羅旺斯’P8CD 維生素C含量最高為1. 72 mg·kg^-1。由表3 可知，當(dāng)有空間電場(chǎng)時(shí)，P8CD、P10CD、P6CD 維生素C 含量高于P4CD，其最大值為1. 72 mg·kg^-1，比P4CD 維生素C 含量1. 29 mg·kg^-1 增加了33. 3%；當(dāng)無空間電場(chǎng)時(shí)，P8C、P10C、P6C 的維生素C 含量顯著高于P4C，其中最大值為1. 64 mg·kg^-1，比P4C 維生素C含量1. 2 mg·kg^-1增加了36. 7%。在CO₂濃度相同時(shí)，P8CD 的維生素C 含量相比于P8C 增加了4. 9%。

‘精典1 號(hào)’番茄品種J10CD 維生素C 含量最高為1. 75 mg·kg^-1。當(dāng)有空間電場(chǎng)時(shí)，J10CD、J8CD、J6CD 維生素C 含量高于J4CD，其最大值為1. 75 mg·kg^-1，比J4CD 維生素C 含量1. 34 mg·kg^-1增加了30. 6%；當(dāng)無空間電場(chǎng)時(shí)，J10C、J8C、J6C的維生素C 含量遠(yuǎn)高于J4C，其最大值為1. 68 mg·kg^-1，比J4C 維生素C 含量1. 26 mg·kg^-1增加了33. 3%。在CO₂ 濃度相同時(shí)，J10CD 的維生素C 含量相比于J10C 增加了4. 7%。

3 討論

本試驗(yàn)研究了在日光溫室增施CO₂ 與增加電場(chǎng)對(duì)番茄產(chǎn)量及品種的影響。其中CO₂ 是植物光合原料，對(duì)日光溫室的番茄增施CO₂可以促進(jìn)其光合作用，對(duì)番茄的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的提高有利［15］。郭嬌試驗(yàn)表明［5］無論在什么時(shí)期增施CO₂，都可提高番茄果實(shí)品質(zhì)與產(chǎn)量，尤其是整個(gè)時(shí)期加富CO₂使番茄果實(shí)生長(zhǎng)最好，同時(shí)CO₂施肥能顯著促進(jìn)櫻桃番茄果實(shí)縱徑和橫徑的發(fā)育，增加單果質(zhì)量［8］，而空間電場(chǎng)能夠促進(jìn)蔬菜的生長(zhǎng)，提高果實(shí)的單果重、產(chǎn)量及商品率［16-17］。試驗(yàn)中增施CO₂，可對(duì)番茄品質(zhì)有影響，隨著CO₂濃度的增加，使‘普羅旺斯’和‘精典1 號(hào)’番茄品種的可溶性糖、可溶性固形物、番茄紅素、維生素C 的含量增加進(jìn)而提高了番茄的口感與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。而番茄單果重的增加促使產(chǎn)量顯著提高，提升了番茄的商品率，其中‘ 普羅旺斯’與‘精典1 號(hào)’番茄品種分別在CO₂濃度為800 和1000 μmol·mol^-1 時(shí)，其產(chǎn)量及品質(zhì)達(dá)到最大值。

在有空間電場(chǎng)的條件下，增施CO₂能顯著的提高番茄品質(zhì)及產(chǎn)量，這可能是增加CO₂與空間電場(chǎng)相互作用的結(jié)果，本試驗(yàn)中增加空間電場(chǎng)，可以使‘普羅旺斯’和‘精典1 號(hào)’番茄品單果重、單株產(chǎn)量和可溶性糖、可溶性固形物、番茄紅素、維生素C的含量進(jìn)一步提高，與李靖［16］、郭光照［17］、孫濱洪［18］的研究結(jié)果基本一致，說明空間電場(chǎng)能顯著促進(jìn)番茄對(duì)CO₂的吸收，空間電場(chǎng)與足量的CO₂濃度互作能大幅度提高番茄生長(zhǎng)速度，故空間電場(chǎng)可增加番茄結(jié)果期的單果重量、增加番茄結(jié)果期的總產(chǎn)量、提高番茄的果實(shí)品質(zhì)，使作物產(chǎn)量倍增，以后的研究中，應(yīng)該對(duì)空間電場(chǎng)的磁場(chǎng)大小進(jìn)行控制，探究不同空間電場(chǎng)對(duì)番茄的品質(zhì)及影響。

4 結(jié)論

綜上所述，空間電場(chǎng)與CO₂互作可顯著提高番茄的產(chǎn)量及品質(zhì)?！樟_旺斯’和‘精典1 號(hào)’番茄品種分別在有空間電場(chǎng)、800 μmol·mol^-1 CO₂ 濃度和有空間電場(chǎng)、1000 μmol·mol^-1 CO₂ 濃度條件下，綜合效果達(dá)到最佳，且番茄品種‘普羅旺斯’比‘精典1 號(hào)’對(duì)空間電場(chǎng)與不同濃度CO₂ 的響應(yīng)更敏感。相比于僅有CO₂加富或僅有空間電場(chǎng)時(shí)，空間電場(chǎng)與CO₂互作對(duì)番茄果實(shí)和品質(zhì)的增加更加顯著，能為空間電場(chǎng)與CO₂ 同補(bǔ)施用技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。