不同LED补光时间对日光温室番茄生长发育及光合特性的影响

马 艳，喻 晨，王 瑞，陈毅飞，吐尔逊娜依·热依木江，马彩雯，宋 羽

(1.新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院农作物品种资源研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】设施农业是在相对可控环境条件下进行周年生产的高效农业。冬春季节温室低温弱光成为番茄生产的制约影响因子，光照不足使植株长势弱、落花落果，坐果率低，果实品质差[1]。目前LED运用范围尤其在日光温室中可提高蔬菜作物光合产出，提高果实产量和品质，还可提高光能有效利用率。改善温室光照环境，对提高蔬菜产出效率有实际意义。【前人研究进展】人工光环境调控作为设施农业生产的重要组成部分，已应用于植物光合补光、病虫害防控等领域[2,3,4]。研究表明，冬季温室黄瓜幼苗补光时，揭苫前3 h，或盖苫前1和3 h补光有利于黄瓜幼苗总叶面积增加，全株干物质量的积累[5]；番茄在24 h持续光照(CL)下7周后叶片出现缺绿现象[6]；在进行番茄株间补光时，设施的补光时间为06:00～17:00[7]或06:00～22:00[8]，几乎全天补光。【本研究切入点】目前人工补光以蔬菜苗期壮苗指标、叶绿体超微结构等方面研究居多[9-12]，而LED补光时长对成株期番茄生理特性的研究还相对较少。研究补光时间对设施番茄生长生理和光合特性的影响。【拟解决的关键问题】以冬春季新疆日光温室土栽番茄为研究对象，设定不同LED补光时间组合，分析LED补光时间对日光温室番茄生长、光合特性、果实品质和产量的影响，研究冬春季节新疆日光温室番茄栽培适宜的LED补光时长，为日光温室番茄高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年9月～2019年3月在新疆农业科学院农业机械化研究所西山科研基地日光温室内进行。光源：实验光源采用东莞市全智能源科技有限公司生产的果菜专用型板状LED生长灯，规格为40 cm×40 cm，功率30 W，植物生长灯的使用环境要求相对湿度﹤85%、电压变动﹤5%、环境温度﹤35℃。

番茄品种为天粉1号，由新疆天地禾种业公司提供。采用穴盘基质育苗，育苗基质配比为草炭∶蛭石：珍珠岩=3∶1∶1。2018年7月20日播种，苗期采用平衡水溶肥浇灌，每10 d浇灌一次，9月10四叶一心时选择长势一致的幼苗定植。采用起垄覆膜大小行栽培，大行距1 m，小行距0.4 m，株距0.35 m，每垄定植40株。采用滴灌灌溉施肥，定植后20 d随水追施NPK三元复合肥。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用完全随机试验设计，冬季日光温室10：00揭开保温被，17：30落下保温被，以保温被揭开和落下前后为补光基准。试验共设7个处理，每个处理种植2垄，每垄安装3组补光灯，各处理间用不透光薄膜隔开防止光源干扰。试验补光时间设6个时间段(T1、T2、T3、T4、T5、T6)，以自然光照为对照(CK)，番茄从定植后30 d开始补光处理，每个处理种植一垄，补光灯悬挂于植株生长点上方20 cm处，到达番茄冠层顶部的光合量子通量为200 μmol/(m2/s)，根据番茄的生长状况实时调节光源高度。用定时器控制补光时间。表1

表1 不同补光时间处理
Table 1 Treatment of different light supplementation time

处理Treatment补光时间(h)Light supplementation time时间段Light supplementation periodT16盖后补2 h:18:30～20:30揭前补4 h:05:00～09:00T26盖后补4 h:18:30～22:30揭前补2 h:07:00～09:00T36盖后补6 h:18:30～00:30揭前不补T46盖后不补揭前补6 h:03:00～09:00T52盖后补2 h:18:30～20:30揭前不补T64盖后补4 h:18:30～22:30揭前不补CK自然光

1.2.2 测定项目 1.2.2.1 形态指标

番茄开花期(即定植后30 d)，每个处理选取5株番茄植株，每隔15 d用米尺测量番茄株高，用游标卡尺测定番茄距地面1 cm处茎粗；手持式SPAD-502叶绿素仪测定番茄倒三叶叶绿素含量；番茄拉秧时测定植株地上部和地下部干物质量,同时计算根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.2.2.2 光合指标

采用LI-6400XT便携式光合仪，于晴天11:00左右，选取结果盛期番茄顶部光合作用功能叶片测定叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率。

1.2.2.3 番茄果实产量

番茄成熟后共计采收3次，每个处理随机选取3株成熟度一致的番茄果实记录称重，统计3次成熟果实总重量，即为单株总产量。

1.2.2.4 番茄果实品质

VC含量用钼蓝比色法测定；可溶性固形物含量采用手持折光计法测定；番茄红素采用紫外可见分光光度法测定。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel2007软件处理，DPS软件进行Duncan方差分析。

2 结果与分析

2.1 LED不同补光时间对番茄形态指标影响

研究表明，不同补光时间处理番茄生育期内株高和茎粗生长趋势呈现先增加后趋于平稳(摘心后)的趋势。定植后1个月，以处理TI、T2、T3的番茄株高显著高于CK及其他3个处理，其中，处理TI、T2、T3番茄株高分别比对照高41.54%、44.09%、26.46%；在番茄结果期(11月24日)，处理T1和处理T2的株高分别比对照高48.1%和34.76%，其他处理间差异不显著，但都显著高于对照。各处理番茄茎粗在整个生育期以处理T1、T2、T3、T6显著高于对照，其他处理间差异不显著。在11月6日～12月12日生长期内，处理T2的茎粗比对照分别高16.52%、14.52%和23.82%，在越冬季节进行LED补光处理有利于番茄株高和茎粗增长。图1

图1 不同补光时间下番茄株高和茎粗变化
Fig.1 Effect of different light supplementation on plant height and stem diameter of tomato

2.2 LED不同补光时间对番茄叶片叶绿素含量影响

研究表明，不同补光时间处理番茄叶片Spad值变化呈现先上升后下降的趋势，保温被盖后补光4～6 h处理(T2、T3、T6)的番茄叶片Spad值显著高于对照和保温被揭前补光处理(T4)，番茄叶片叶绿素含量变化表现为T2>T3>T6>T5>T1>T4>CK。在番茄生长盛期11.6～11.24，处理T2、T3和T6叶片Spad值分别比对照高17.89%、14.60%、10.07%和15.39%、17.39%、17.12%。图2

2.3 LED不同补光时间对番茄叶片光合特性影响

研究表明，番茄叶片光合速率以在14.538～23.601 μmol/(cm2·s)，处理T2的叶片光合速率高于对照，且显著高于处理T4，其他处理间差异不显著；各处理叶片气孔导度以处理T3最高，为0.570 μmol/(cm2·s)，显著高于对照和处理T2；各处理胞间CO2浓度以处理T2、T3显著高于对照，其他处理间差异不显著。冬季保温被盖后补光有助于番茄叶片光合能力的提升，这也与补光时间处理对番茄果实产量增加影响相一致。表2

图2 不同补光时间下番茄叶片Spad值变化
Fig.2 Effect of different light supplementation on leaf Spad

表2 不同补光时间下番茄光合特性变化
Table 2 Effect of different light supplementation on photosynthesis of tomato

处理Treatment光合速率Photosynthesis rate(μmol/(cm2·s))蒸腾速率Evapotranspiration rate(mmol/(m2·s))气孔导度Stomatal conductance (μmol/(cm2·s))CO2浓度CO2 content of cell(μmol/mol)T119.215ab5.641ab0.541ab415.745bcT223.601a5.929a0.533ab488.873aT320.680ab5.806ab 0.570a 481.641abT414.538c5.378ab0.555ab457.766abcT520.812ab5.643ab 0.547ab 400.546bcT621.016ab5.674ab0.543ab440.898abcCK19.555ab5.725ab0.532ab371.088c

2.4 LED不同补光时间对番茄地上部、地下部生物量和产量影响

研究表明，各处理番茄地上部鲜重和地上部干重除处理T4外，其他处理均显著高于对照，其中处理T1、T2、T3、T5、T6地上部鲜重和干重分别比对照高4.07%、5.95%、6.86%、2.77%、3.41%和4.39%、4.81%、5.03%、1.73%、2.61%。各补光处理番茄果实产量均大于对照，以处理T2、T3、T5果实产量显著高于对照，分别比对照高7.74%、9.52%和8.33%。表3

表3 不同补光时间下番茄地上部、地下部生物量和产量变化
Table 3 Effect of different light supplementation on biology mass accumulation of the above-ground and under-ground and fruit yield of Tomato

处理Treatment地上部(g)Above-ground地下部(g)Under-ground鲜重 FW干重 DW鲜重 FW干重 DW根冠比R/S单株总产量(kg)Fruit weight per plantT11 223.56ab96.82ab11.18bc3.79ab0.0391.72bcT21 245.68ab97.21ab12.00ab3.98a0.0411.81abT31 256.38a97.42a12.06a3.92ab0.0401.84aT41 187.01b92.59b11.38bc3.81ab0.0411.70bcT51 208.23ab94.35ab11.40b3.84ab0.0411.82abT61 215.72ab95.17ab11.91ab3.92ab0.0411.76abCK1175.64b92.75b11.03c3.72b0.0401.68c

注：鲜重FW: fresh weight ;干重DW: dry weight;根冠比r/s: root shoot ratio ,下同

Note: FW: fresh weight ;DW: dry weight; r/s: root shoot ratio; the same as balow

2.5 LED不同补光时间对番茄果实品质影响

研究表明，不同补光时间处理对番茄果实品质的影响不同。T1处理的番茄果实VC含量(27.2 mg/100 g)显著高于对照和处理T2、T4、T5，处理T1和T6之间差异不显著，处理T4果实VC含量最低(12.9 mg/100 g)，各处理果实VC含量大小为T1>T6>T3>T5>T2>>T4>CK；各处理果实可溶性固形物含量在5.0%～6.7%，T6处理果实可溶性固形物含量与对照差异不显著，但显著高于处理T2、T3、T4；各处理果实番茄红素含量在6.0～9.8 mg/100 g，其中处理T3果实番茄红素含量(9.8 mg/100 g)显著高于对照及处理T1、T2、T4，处理3果实番茄红素含量比对照和处理T1、T2、T4分别高46.27%、63.33%、48.48%、36.11%。表4

表4 不同补光时间下番茄果实品质变化
Table 4 Effect of different light supplementation on fruit quality of Tomato

处理TreatmentVC(mg/100 g)可溶性固形物Soluble solids content(%)番茄红素Lyconepe content (mg/100 gFW)T127.2a6.2ab6.0cT213.8c5.0b6.6bcT318.8bc5.8ab9.8aT412.9c5.5b7.2abcT516.0bc6.0ab7.5abcT622.8ab6.7a8.6abCK16.5bc6.4ab6.7bc

3 讨 论

光强对植物的生长发育与形态建成具有重要的调控作用，光能影响幼苗的株高、茎粗、光合作用等[10]。试验以冬季日光温室保温被揭盖时间为补光基点，可以看出，不同时长补光均有利于番茄株高、茎粗的增加，尤其以保温被盖后补4 h处理的番茄茎粗显著增加。研究表明，适宜的红蓝光可以改善叶肉细胞结构域叶绿体超微结构，使叶片的光合能力更强[13]，提高作物的光合速率以及干物质的积累[14]，试验采用红蓝光=8∶2的比例，番茄定植后从植株形态指标和光合特性都有明显的提高，尤其是延长光照时长后，对番茄的干物质积累和果实品质和产量都有提升。

番茄生长在自然光或延长光周期14、16、20和24 h的环境下，随着光照时间增长，利于增加果实产量，光周期增加超过14 h则对番茄生长和产量增加效果不明显[6]，试验基于前人研究，将光周期最长延长至14 h，发现延长光周期12～14 h，相同管理方式下，番茄植株指标优于自然光处理，对冬季日光温室番茄补光时间具有参考依据。

株间LED红蓝光补光可显著增加番茄果实可溶性固形物含量、糖酸比、VC含量等，在试验中，延长补光时间4～6 h均提高了番茄果实VC和番茄红素含量，而在保温被盖/揭后补光4 h/2 h(T2)处理的番茄果实品质与对照间差异不显著，可能是由于在番茄结果期日出前温室内温度较低，影响营养物质合成，因此，对于冬季日光温室补光时长的具体划分还有待进一步研究。

4 结 论

冬季日光温室保温被揭盖前后进行番茄LED补光有利于植株生长发育及果实产量形成。保温被盖后/揭前补光2 h/4 h(T1)、4 h/2 h(T2)、6 h/0 h(T3)以及盖后/揭前补4 h/0 h(T6)有利于番茄株高和茎粗(T2)生长；在番茄生长盛期，补光T2、T3、T6处理有利于叶片Spad值增加，且T2、T3处理叶片光合特性明显增强，番茄地上部干鲜重显著增加，这也使得其番茄果实产量(1.81～1.84 kg/株)显著高于对照(1.68 kg/株)；但基于番茄果实品质分析，果实VC和番茄红素含量以盖后/揭前6 h/0 h(T3)和盖后/揭前4 h/0 h(T6)为最佳。

新疆乌鲁木齐周边地区日光温室越冬茬番茄适宜的LED补光时间为保温被盖后/揭前补光4～6/0 h。