設(shè)施番茄產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)不同濃度CO2 的響應(yīng)

孫培良，馮彩波，謝志明

（1.聊城市氣象局，山東 聊城252000；2.白城師范學(xué)院，吉林 白城137000）

番茄（Solanum lycopersicum L.）是廣受各國人民歡迎的食品，是蔬菜的主要品種之一。中國的番茄生產(chǎn)位居全球第一[1]，是全世界最大的出口國，其中，山東省的番茄種植規(guī)模位于國內(nèi)前列。夏季以露地栽培為主，冬季則以設(shè)施栽培為主。被譽(yù)為“中國蔬菜第一市”的聊城市是全國主要蔬菜生產(chǎn)基地，截止到2017 年，設(shè)施番茄種植面積占2 萬多公頃，總產(chǎn)量近1 000 萬t，位居國內(nèi)第一位[2]。設(shè)施番茄的產(chǎn)量是穩(wěn)定供求關(guān)系和價(jià)格的重要保證，需要不斷更新栽培管理技術(shù)，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

大氣中所含CO2一般在350 mg/kg 左右。開放環(huán)境中CO2含量波幅較小，因而對(duì)露地作物的產(chǎn)量及生理影響不大，但在封閉的設(shè)施環(huán)境內(nèi)卻是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。多項(xiàng)研究表明在溫室中增施CO2可以有效提高番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)[3-7]，但不同地區(qū)、不同結(jié)構(gòu)的溫室受日照時(shí)數(shù)、溫度和通風(fēng)措施的影響，其內(nèi)部CO2的變動(dòng)規(guī)律不同，設(shè)施作物對(duì)CO2的需求規(guī)律也有差異。

相較于露地番茄，設(shè)施番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)除了受水肥管理和病蟲害防治水平的影響外，還與設(shè)施內(nèi)的CO2濃度有密切的關(guān)系，CO2濃度的高低直接影響設(shè)施番茄的生理狀況。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在封閉的設(shè)施環(huán)境中，CO2濃度經(jīng)常處于夜晚高、白天低的波動(dòng)節(jié)律中，主要原因是夜晚作物以呼吸作用為主，釋放CO2，導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)CO2氣體濃度不斷升高；日出后隨著作物光合作用持續(xù)增強(qiáng)，作物大量吸收CO2，導(dǎo)致CO2濃度急速下降，造成大棚內(nèi)的CO2虧缺。王立革等[8]通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，番茄定植后期（采收期），溫室內(nèi)CO2濃度在09：00 后開始下降，至13：00 左右降到最低，17：00 以后開始回升，最高值與最低值相差可達(dá)2～3 倍。光合作用旺盛的時(shí)候，及時(shí)通風(fēng)可以在一定程度上降低CO2虧缺程度，但恢復(fù)不到正常水平，如種植黃瓜的溫室，雖然經(jīng)過完全通風(fēng)，但室內(nèi)的CO2濃度仍比正常值低10%以上，在不通風(fēng)的情況下，CO2濃度會(huì)降至50～100 mg/kg，光合作用停止[8]。由此可見，CO2作為光合作用的主要原料，是作物生長發(fā)育過程中不可或缺的要素。日光溫室需要保溫增溫，一般只在白天天氣晴好時(shí)才通風(fēng)換氣，所以室內(nèi)CO2虧缺更加嚴(yán)重，從而限制了作物的光合作用，成為制約設(shè)施番茄產(chǎn)量提高的主要因素。

針對(duì)設(shè)施環(huán)境中CO2虧缺的現(xiàn)象，人工增施CO2對(duì)多果蔬都有促生、增產(chǎn)、提高品質(zhì)的作用，如黃瓜[9]、草莓[10]、蒜薹[11]、番茄[12-13]、馬鈴薯[14]、楊梅[15]、芹菜[16]等。同時(shí)，合理使用CO2還可以提高作物對(duì)干旱、鹽脅迫等不良環(huán)境的抗逆能力[17-18]。需要指出的是，雖然CO2的促生、增產(chǎn)作用已經(jīng)得到證實(shí)，但不同作物在設(shè)施環(huán)境中對(duì)CO2的需求規(guī)律依然不是很明確[19-20]。本文以設(shè)施番茄為材料，研究不同CO2濃度對(duì)番茄生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，探究番茄對(duì)CO2的需求規(guī)律，旨在為設(shè)施番茄的增產(chǎn)提供科學(xué)的方法和手段。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田基本情況

試驗(yàn)設(shè)施采用日光溫室（115.83°E，36.13°N），位于聊城市陽谷縣谷豐源農(nóng)業(yè)科技園蔬菜生產(chǎn)基地內(nèi)，室內(nèi)南北寬11 m，東西長120 m，高4.8 m，外覆蓋防雨防曬防寒防凍保溫被。試驗(yàn)時(shí)用塑料布把溫室隔成12 個(gè)小間，每個(gè)小間長8 m、寬11 m，面積88 m2（溫室兩頭各留8 m、中間連接處留16 m 的保護(hù)區(qū)），每個(gè)小間釋放不同濃度的CO2氣體。天氣晴好條件下09：00—16：30 進(jìn)行通風(fēng)。

供試番茄品種為“美紅2 號(hào)”，于2019 年9 月25日移栽，行株距60 cm×30 cm，2020 年5 月30 日拉秧。

1.2 CO2使用方法及設(shè)計(jì)

CO2采用國盛生物肥料有限公司生產(chǎn)的大棚蔬菜溫室專用吊掛式二氧化碳增長劑，按產(chǎn)品說明混合藥劑、產(chǎn)氣后吊掛在番茄行內(nèi)，高度1 m；CO2濃度測(cè)定采用富景天策（北京）科技有限公司的智慧園丁設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中CO2濃度傳感器型號(hào)：SSR-ZGB-004，保持24 h 連續(xù)觀測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)節(jié)CO2袋的數(shù)量和釋放速率，使其濃度控制在（600±50）mg/kg、（900±50）mg/kg、（1 200±50）mg/kg，以自然狀況下不施用CO2氣體的處理區(qū)為對(duì)照（CO2濃度為（300±50）mg/kg）。2019 年12 月10 日現(xiàn)蕾前開始增施CO2，次年5 月20 日結(jié)束。實(shí)驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理，重復(fù)3 次。

1.3 番茄生理指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 番茄花量測(cè)定

各處理區(qū)采用對(duì)角線5 點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)選擇2株番茄，共10 株，計(jì)數(shù)開花數(shù)量。由于CO2的作用具有延遲性，所以從實(shí)驗(yàn)開始后20 d 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，連續(xù)統(tǒng)計(jì)7 次，每次間隔10 d。

1.3.2 番茄產(chǎn)量測(cè)定

在統(tǒng)計(jì)開花量的同時(shí)，收獲定點(diǎn)植株上成熟番茄個(gè)數(shù)并稱重，連續(xù)收獲7 次后，累積計(jì)算平均單果重、單株果數(shù)和單株產(chǎn)量。

1.3.3 番茄品質(zhì)的測(cè)定

番茄收獲后，每次處理隨機(jī)選取5 個(gè)果實(shí)，用TD-92 型手持水果糖度計(jì)測(cè)量糖度，用鉬藍(lán)比色法測(cè)維生素C 含量、用滴定法測(cè)定含酸量[21-22]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

所有的數(shù)據(jù)用Excel 軟件進(jìn)行匯總處理后，采用DPS7.05 軟件進(jìn)行單因素方差分析（P＜0.05），多重比較采用Duncan 新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度CO2 對(duì)番茄開花數(shù)量的影響

增施CO2后，觀測(cè)發(fā)現(xiàn)番茄的開花數(shù)量有顯著的提升。對(duì)照區(qū)CO2的濃度最低，平均單株開花量在18～22 朵，隨著CO2濃度的升高，開花量逐漸增加，600 mg/kg 處理花量在23～27 朵，900、1 200 mg/kg處理的花量最大，在28～32 朵。方差分析結(jié)果表明，增施CO2以后，番茄的開花數(shù)量顯著高于對(duì)照處理（圖1），增幅25%～50%，差異明顯（P＜0.05）；不同CO2濃度之間進(jìn)行比較，900 與1 200 mg/kg 對(duì)番茄開花的促進(jìn)作用均明顯高于600 mg/kg 處理，但900與1 200 mg/kg 之間差異不明顯，說明CO2濃度在900 mg/kg 時(shí)對(duì)花量的促進(jìn)作用已經(jīng)達(dá)到最好，進(jìn)一步提高CO2濃度意義不大。

單株花量的增加意味著在營養(yǎng)足夠的情況下，單株結(jié)實(shí)數(shù)量會(huì)提高，可以促進(jìn)番茄的總產(chǎn)量。

2.2 CO2 對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

增施CO2后番茄的結(jié)果個(gè)數(shù)比對(duì)照區(qū)結(jié)果數(shù)多，但存在一定的濃度差異，即較低的CO2濃度（600 mg/kg）對(duì)結(jié)果數(shù)的促進(jìn)作用不明顯，只有CO2濃度達(dá)到900～1 200 mg/kg 以后，結(jié)果數(shù)量才明顯高于對(duì)照區(qū)（表1），差異顯著；對(duì)各處理的平均單果重量進(jìn)行方差分析，在供試濃度范圍內(nèi)，是否增施CO2對(duì)單果重沒有明顯的差異，說明番茄果實(shí)的大小與CO2濃度無關(guān)；在產(chǎn)量方面，補(bǔ)充CO2濃度后，單株產(chǎn)量增加28.29%～51.04%，明顯高于對(duì)照區(qū)，說明增施CO2可以增加番茄產(chǎn)量。

表1 不同濃度CO2 處理對(duì)番茄產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

增施CO2濃度后，可以促進(jìn)番茄的開花數(shù)量，直接影響番茄的單株結(jié)果數(shù)，雖然單個(gè)果實(shí)的重量并沒有增加，但依然可以有效提高產(chǎn)量，說明CO2對(duì)番茄的增產(chǎn)效應(yīng)通過提高結(jié)果數(shù)量實(shí)現(xiàn)（表1）。

2.3 不同濃度CO2 對(duì)番茄品質(zhì)的影響

番茄口感必須在較高的含糖量基礎(chǔ)上有適宜酸度，高糖和低酸會(huì)令味道變淡，低糖和高酸會(huì)形成酸果。所以番茄果實(shí)的口感和品質(zhì)首先決定于甜度，酸也在一定程度上影響著番茄的風(fēng)味品質(zhì)。

2.3.1 番茄含糖量變化

增施CO2后，對(duì)不同時(shí)間段收獲的番茄進(jìn)行含糖量測(cè)定（圖2）。20 d 后，增施600～1 200 mg/kg的CO2可以促進(jìn)番茄糖分的合成，含糖量分別為5.27、5.49、5.65 g/kg，明顯高于自然對(duì)照區(qū)的含糖量4.71 g/kg；40～60 d，600 mg/kg 處理的番茄含糖量降低，與對(duì)照區(qū)差異不大，但900 ～1 200 mg/kg 處理依然明顯好于對(duì)照區(qū)；超過60 d，無論是對(duì)照區(qū)還是增施CO2區(qū)，番茄含糖量均下降，各處理之間差異均不顯著。

圖2 增施CO2 后番茄含糖量的變化

2.3.2 番茄含酸量

增施CO220 d 后，番茄果實(shí)的含酸量變化明顯，600、900、1 200 mg/kg 處理的含酸量分別為2.48、2.23、2.02 g/kg，對(duì)照區(qū)含酸量為3.03 g/kg。在試驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)，未補(bǔ)充CO2的小區(qū)，番茄含酸量始終在3 g/kg 左右，顯著高于增施CO2的小區(qū)，說明CO2濃度的提高抑制了酸性物質(zhì)的合成。不同CO2濃度對(duì)果實(shí)含酸量的降低效果有明顯的差異，增施CO220～60 d，600、900 mg/kg 處理的小區(qū)，番茄的含酸量差異不明顯，但70～80 d 后600 mg/kg 處理的小區(qū)番茄含酸量明顯高于900 mg/kg 處理的；高劑量1 200 mg/kg 處理對(duì)有機(jī)酸產(chǎn)生的抑制作用最好，番茄含酸量全程最低。無論是對(duì)照區(qū)還是增施CO2的小區(qū)，隨著果實(shí)不斷成熟，50 d 后含酸量逐漸小幅上升，與肥料不足有關(guān)。

2.3.3 不同濃度CO2對(duì)番茄維生素C 含量的影響

將同一天采摘的成熟番茄進(jìn)行維生素含量測(cè)定，增施CO220 d 后，600、900、1 200 mg/kg 處理的含量分別為356.38、420.38、348.38 mg/kg，對(duì)照區(qū)為260.88 mg/kg，各處理的維生素CO2含量均高于自然對(duì)照區(qū)，差異顯著（圖3）。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，自然對(duì)照區(qū)番茄的維生素C 含量約250 mg/kg，增施CO2600、1 200 mg/kg 處理的番茄維生素C 含量約350 mg/kg，900 mg/kg 處理的番茄維生素含量最高，始終高于400 mg/kg。對(duì)CO2各種處理進(jìn)行方差分析，中劑量900 mg/kg 處理維生素C 含量最高，高于1 200 mg/kg 處理的維生素C 含量，說明對(duì)番茄維生素C 而言，并不是增施CO2濃度越高越好。

圖3 增施CO2 后番茄維生素C 含量的變化

3 結(jié)論

試驗(yàn)表明，魯西地區(qū)冬暖式日光溫室中補(bǔ)充CO2可以有效提高番茄的花量與結(jié)果數(shù)量。

（1）設(shè)施番茄長期處于密閉狀態(tài)，造成大棚內(nèi)CO2的虧缺，從而限制了作物的光合作用，成為制約設(shè)施番茄產(chǎn)量和品質(zhì)提高的重要因素。因此對(duì)設(shè)施蔬菜增施CO2能顯著提高作物的光合速率[5，23]。

（2）增施600、900、1 200 mg/kg CO2主要是通過提高單株結(jié)實(shí)數(shù)量達(dá)到增產(chǎn)效果，整體的產(chǎn)量增幅明顯。同時(shí)，當(dāng)CO2增施量＞1 200 mg/kg 時(shí)，隨著CO2濃度逐漸增大，番茄產(chǎn)量逐漸降低；CO2濃度達(dá)到2 000 mg/kg 時(shí)，番茄植株死亡，可見就番茄增產(chǎn)而言，并非CO2濃度越高增產(chǎn)越好[2，8-9]。

（3）增施CO2可以有效提高設(shè)施番茄糖分、維生素C 含量，降低有機(jī)酸含量，從而提高番茄的口感和品質(zhì)[12，24]。從試驗(yàn)結(jié)果看，無論是糖度、酸度還是維生素C 含量，增施900 mg/kg 的CO2均能起到良好的效果。

綜合考慮CO2對(duì)產(chǎn)量的增產(chǎn)效果及對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響，900 mg/kg 是適宜設(shè)施番茄生長的合理濃度，不但番茄的產(chǎn)量有明顯提升，果實(shí)的品質(zhì)也最好，超出此范圍對(duì)產(chǎn)量沒有明顯的促進(jìn)作用，甚至?xí)种谱魑锏纳L[25-26]。增施CO2要結(jié)合作物的種類、天氣狀況等，避免因使用不當(dāng)造成作物中毒、早衰或死亡[27]。