散射膜对设施环境与番茄栽培的影响

许宝玉，赵淑梅，宋卫堂，董文其，张成浩*

(1.浙江省农业科学院农业装备研究所 农业农村部创意农业重点实验室，浙江 杭州 320021； 2.中国农业大学 农业农村部设施农业工程重点实验室，北京 100083； 3.浙江省农业科学院 蔬菜研究所，浙江 杭州 320021)

光照是蔬菜作物生长发育的必要条件之一，是植物叶绿素形成的主要条件。光照条件直接影响植物的光合作用，导致植物生物量改变，影响蔬菜作物的产量。光照强度是影响光合作用强度的主要因素，在一定范围内，光照强度越大，植物光合作用越旺盛[1]。研究表明，茄子产量与光量成正比关系，光量减少1/2时，茄子产量降低到49.4%；光量减少2/3时，茄子产量则仅有13%。在强光下，植物光合系统会被破坏，产生光抑制，从而影响植物的形态生长[2-3]；但在弱光下，植株的叶片数、茎粗及株高会下降[4-5]。除影响光合作用外，光照还影响作物的其他生理过程，如光照时间对植物的花芽分化、休眠等生理过程具有特殊作用[6-7]。

通常情况下，太阳辐射是日光温室光、热能量的唯一来源。透光材料的辐射透过率决定着温室内所能获得的辐射水平。研究表明，透过率的微小差异及不同波长的辐射对作物生长会产生显著的影响[8-9]。透光率和雾度是衡量农用薄膜的2个重要指标。然而，日光温室、农业大棚覆盖材料光辐射透过性能的测试指标、测试方法及计算方法等在学界目前还有许多争议，关于反映不同温室薄膜材料辐射透过性能的重要指标，如太阳直接辐射透过率、光合有效辐射透过率、远红外辐射透过率、雾度等的系统测试结果鲜有报道。

光散射薄膜是能把平行直射的光线转变成各向同性的面光源或各向异性的面、线光源，扩大光照面积的一种聚合物光散射薄膜。光散射薄膜具有广泛的应用前景。近年来，国内外对光散射膜材料开展了大量的研究；然而，光散射薄膜在农业生产上的应用研究仍较少。Li等[10]认为散射光增强作物光合作用的原因，不仅直接源于作物冠层中更均匀的垂直和水平光分布，而且还来源于作物的生理和形态适应。散射膜具有良好的透光率和高散光率，植物可以接收全面的光照，农户在田间管理中不用为了扩大农作物底部的阳光接收而去剪枝，从而减小了劳动强度，节省了人工成本。同时，使用散射膜后，棚内早晚光照弱时透光率较高，升温快，中午光照强时直射光集中度低，利于遮阳，可减缓棚温上升；因此，散射膜还有利于棚内温度稳定，缩短作物生长周期，作物产量可比普通膜棚内增加10%以上[11]。范冰琳等[12]的结果表明，散射光促进黄瓜的生长，主要表现在表观性状指标和内在物质积累等方面。本研究主要对比散射膜大棚和普通膜大棚小番茄生理状态的差异，旨在为小番茄高品质栽培提供实践基础。

1 材料与方法

在浙江省农资集团瓶窑基地，利用浙江省农业科学院蔬菜所育成的小番茄品种浙樱粉1号、2号开展光散射膜大棚与普通膜大棚的栽培对比试验。散射膜大棚东西长20 m、南北宽8 m，覆盖北京三力创公司提供的散射光薄膜(透光率85%，雾度55%)。普通膜大棚东西长20 m、南北宽8 m，覆盖北京三力创公司提供的聚氯乙烯(PVC)棚膜(透光率85%，雾度55%)。

番茄播种时间为2017年3月10日，定植日期为4月11日，栽培密度为4.2株·m-2。

采用光照传感器(S-LIA-M003，美国HOBO公司)测量冠层的光合有效光量子流密度(PPFD)。在距离地面0.2 m高度处分别放置1个传感器，测量底部光照强度的变化；在距离地面2 m高度处分别放置1个传感器，测量上部光照强度的变化。

利用便携式远红外线测温仪(Ti50，美国Fluka公司)测定大棚的温度分布。利用Li-6400便携式光合测定仪测量番茄第6片真叶的光合作用，每个处理测10棵苗，取平均值。利用手持式数显糖度计BX-1测定番茄的可溶性糖含量，每个处理测10个番茄果实，取其平均值。

2 结果与分析

2.1 散射膜与普通膜大棚的温度分布

2017年6月，选择天气晴朗、直射光较强的时候，利用远红外线测温仪测定散射膜大棚与普通膜大棚的温度分布。结果如图1所示，在上午11：00，普通大棚的最高温度是46.9 ℃，平均温度32.9 ℃，最低温度24.0 ℃，中间部位温度34.1 ℃；散射膜大棚的最高温度是40.4 ℃，平均温度29.3 ℃，最低温度22.0 ℃，中间部位温度32.2 ℃。比较可知，散射膜大棚的平均温度比普通大棚低3.6 ℃。

图1 普通膜大棚与散射膜大棚的温度分布

2.2 散射膜与普通膜大棚的光合有效辐射量

如图2～5所示，不论是晴天还是阴天，散射膜大棚相同部位的光合有效辐射量(PAR)均高于普通膜。

阴天，散射膜大棚上、下部的PAR分别是外面的99.0%和91.2%，而普通膜大棚上、下部的PAR分别是外面的86.9%和83.4%；晴天，散射膜大棚上、下部的PAR分别是外面的64.2%和59.4%，而普通膜大棚上、下部的PAR分别是外面的60.4%和54.4%。

图2 阴天普通膜大棚与散射膜大棚一天不同时刻的光合有效辐射量比较

图3 阴天不同大棚不同部位的光合有效辐射量(一天总和)

图4 晴天普通膜大棚与散射膜大棚一天不同时刻的光合有效辐射量比较

图5 晴天不同大棚及不同部位的光合有效辐射量(一天总和)

2.3 散射膜大棚与普通膜大棚番茄的栽培效果

净光合作用是衡量植物生理状态的重要指标之一，与农业作物产量密切相关。选择晴朗天气，测定2种大棚中栽培小番茄的光合作用、可溶性糖含量及产量。如图6～9所示，散射膜大棚浙樱粉1号、浙樱粉2号的净光合作用分别比普通大膜棚增加了8.7%和7.8%，可溶性糖含量分别增加了9.4%和8.7%，产量分别增加了7.8%和9.1%。散射膜增强了光的散射，一部分光线可以绕过棚骨架、叶片等障碍物到达作物的不同部位，从而增加了重叠叶片间的光照。而且，散射膜大棚的温度低于普通膜大棚，而高温会导致小番茄的光合作用减弱。这些因素的综合作用可能是造成散射膜大棚栽培的番茄光合作用、可溶性糖和产量优于普通大棚的主要原因。

图6 不同大棚栽培番茄的净光合作用比较

图7 不同大棚栽培番茄的可溶性糖含量比较

图8 不同大棚栽培小番茄的产量比较

图9 不同大棚栽培小番茄的果实数量比较

3 小结

本研究对比散射膜大棚和普通膜大棚的温度、光合有效辐射，以及小番茄栽培的差异。结果显示，在夏天，散射膜大棚中的温度低于普通膜大棚。不论是晴天还是阴天，散射膜大棚相同部位的光合有效辐射量均高于普通膜。散射膜大棚栽培小番茄的净光合作用、可溶性糖和产量均高于普通膜大棚栽培的小番茄。综上，散射膜大棚比普通膜大棚在蔬菜栽培方面更具优势。