设施补光对苏州地区“秋延后”番茄生长的影响

黄志午,宋云鹏,杨决平,徐志刚*,朱为民*

(1 南京农业大学,南京 210095；2 上海市农业科学院,上海 201403；3 上海市松江区农业技术推广中心,上海 201613)

光环境对温室气候环境起主导作用。光是温室作物进行光合作用,形成温度、湿度条件的主要能源[1-3]。光照强度和光照时间不足,容易导致植株幼苗徒长、果花脱落、果实发育缓慢、病虫害增加等,从而导致作物减产[4-6]。侯兴亮等[7]研究表明,光照不足会影响植株的光合作用,导致净光合速率下降。其下降程度受CO2浓度、大气温度、相对湿度等环境因子影响,也与品种自身的生理特性有关[8]。Mohlakola等[9]、Adams 等[10]研究表明,相比弱光下,强光下的番茄果实颜色更红,类胡萝卜素含量更高。

番茄(Lycopersicon esculentumMill.)是全球产量最高的农作物之一[11],原产于南美洲,在我国栽培广泛。其菜果兼用、营养丰富、经济价值高,更是元旦-春节-元宵大节(以下简称“年宵节”)期间的必备品。每年从11月份开始,长江中下游地区霜冻、连续阴雨和低温寡照天气频发,果菜出现明显的冬季空档[12]。日光温室通过多层覆盖方式满足番茄生长发育所需的温度条件,但加剧了弱光逆境造成的危害[13]。温室内的光照度仅为露地的30%—70%[14],且冬春季光照时间缩短,番茄等蔓生果菜幼苗难以健康生长[15],严重限制了植株整体光合产物的合成和转运[3],导致成熟期的番茄植株长期处于源库不均衡状态[16-17]。

人工补光是弥补冬季自然光照不足的有效手段,补光能促进植物器官的生长,提高植株壮苗指数和抗病性[18]。研究表明,茄果类植物在温室栽培条件下,采用人工补光技术可使其成熟期提前15 d 左右,产量提高30%左右[19]。同时,农药用量大幅度减少,含糖量和维生素含量均得到一定程度的提高[20-22]。本研究以‘金陵美玉’番茄为研究对象,探讨设施补光对番茄生长发育和果实产量品质的影响,以期为构建苏州地区“秋延后”设施番茄补光栽培技术体系提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于南京农业大学昆山蔬菜研究院设施蔬菜大棚进行,试验材料为‘金陵美玉’番茄,由江苏省江蔬种苗科技有限公司提供。2017年10月29日定植于双层塑料拱棚内,内拱棚大小为8 m×40 m,番茄行株距为50 cm×30 cm。采用高垄定植保温,地膜覆盖和膜下灌溉降低空气湿度。中午高温时段通风除湿。

将点形大功率植物光源(功率:250 W,南京植生谱光电科技有限公司提供,以下简称“点光源”)固定于垄高1.75 m 处进行冠层补光；采用线形LED 植物灯管(功率:18 W,南京植生谱光电科技有限公司提供,以下简称“线光源”)进行丛间补光,将其置于垄的两侧,高度随番茄生长及采收状况进行调整。

设置3 个处理组和1 个对照组:(1)冠层设点光源10 盏,间距1.2 m,4 个侧面各用5 根长度为1.2 m的线光源,总功率为2 860 W(C1)；(2)冠层用10 根线光源,四个侧面各用5 根线光源,总功率为540 W(C2)；(3)冠层设10 盏点光源,总功率为2 500 W(C3)；(4)未补光(CK)。11月16日开始补光,补光平均时长5 h∕d。温度高于27 ℃则放风降温除湿,温度低于12 ℃则进行增温。单杆整枝、疏花疏果、病虫害防治等按传统田间管理方式统一处理,留5 穗花封顶。小区面积为54 m2,各处理小区间设空白处理,4 次重复。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 产量因素测定

分别于2018年2月8日、2月10日、2月18日、2月28日和3月7日采摘番茄成熟果实,用电子天平称量单果重和单穗产量,单株产量为10 株番茄产量的平均值,目测法计算单株有效花穗数。

1.2.2 生长指标测定

随机选取幼苗期各处理下长势一致的4 棵植株,于定植后35 d、50 d、70 d、80 d 用布条尺测量株高,用电子游标卡尺测量倒5 节茎粗。

1.2.3 叶片色素含量的测定

每处理选取番茄植株4 株,于花后50 d(即2018年1月20日),取相同部位、相同长势的叶片,放入液氮罐并用超低温冰箱保存待测。

叶绿素的测定[23]:称取叶片0.1 g,剪碎放入试管并用提取液(丙酮∶无水乙醇=1∶1,体积比)定容到10 mL,在暗处于室温下浸提材料至发白,利用分光光度计测定663 nm、645 nm、470 nm 下吸光度值。

1.3 数据统计和分析

采用Excel 2010 软件处理数据,采用SPSS 20.0 软件进行统计分析,并用Duncan’s 法分析差异显著性(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同补光处理对番茄产量的影响

2.1.1 不同补光处理对番茄总产量的影响

如表1 所示,C1 和C3 处理番茄于2月8日和2月10日进行第1 次和第2 次采摘,2月18日进行第3次采摘,C2 和CK 处理番茄未达到采摘程度。2月28日CK 的产量显著低于其他各处理。C1 和C3 处理5 次采摘总产量分别是CK 的4.1 倍和5.0 倍,说明补光能够显著增加番茄的产量,2月28日、3月7日采摘时各补光处理的产量较高,其原因可能是3月份温度上升,前期补光储藏的营养物质向果实转运速度增加所致。

表1 不同补光处理对番茄产量的影响Table 1 The effect of different supplemental light treatment on tomato yield g

2.1.2 不同补光处理对番茄产量构成因素的影响

由表2 可知,C1 处理和C3 处理的单株有效花穗数最多,约为7 穗,与C2 存在显著性差异,CK 处理单株有效花穗数最少,约为2 穗,显著低于C1、C2 和C3。C1 和C3 处理的单株产量为1 538.49 g,C2 为840.21 g,分别是CK 的5.5 倍和3.07 倍。C1 和C3 处理的单穗果重为183.17 g,C2 处理为140.54 g,分别是CK 的3.49 倍和2.62 倍。除单果重外,C1 和C3 的各产量构成因素显著高于C2。因此,冠层采用点光源处理能够优化各产量构成因素。

表2 不同补光处理对番茄产量构成因素的影响Table 2 Effects of different light supplementation treatment on yield components of tomato

各处理间单果重没有显著差异,CK 处理单果重较大,其原因可能是花穗数少且单穗坐果数低,合成的有机物只能向仅有的几个果实输送所致。

2.2 不同补光处理对番茄生长的影响

2.2.1 不同补光处理对番茄株高和茎粗的影响

由图1 可知,定植后35 d 和50 d,C3 处理番茄株高最大,C2、C1 和CK 之间无显著差异。定植后70 d和80 d,各处理间差异不显著,C1 处理株高最高、CK 最低,且C1 处理比CK 分别高15.2%、8.1%。定植后35 d 和50 d,C3 处理的茎粗最大,CK 最小,但各处理间无显著差异。定植后70 d 和80 d,C1 处理的茎粗最大,且与对照存在显著差异。

图1 不同补光处理对番茄株高和茎粗的影响Fig.1 Effect of different supplemental light treatments on the plant height and stem thickness of tomato

2.2.2 不同补光处理对番茄叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素,对光能的吸收和利用起着重要的作用。如表3 所示,各处理叶绿素含量的大小顺序为:C3 ＞C1 ＞CK ＞C2,C1 和C3 处理间叶绿素a 含量无显著差异,都显著高于C2,各处理与CK 间无显著差异；C2 的叶绿素b 含量显著低于其他各处理；C3 的叶绿素总量显著高于CK,与C1 处理差异不显著,显著高于C2。不同处理间叶绿素a∕b 比值无显著差异,C3 最低,CK 最高。C3 处理类胡萝卜素含量最高,C1 和C3 处理间无显著差异,都显著高于C2,各处理与CK 之间无显著差异。

表3 不同补光处理对番茄叶绿素含量的影响Table 3 Effect of different Light supplement methods on chlorophyll content of tomato

3 讨论与结论

补充适宜的光照能够增加温室作物光合速率、促进植株生长、增加产量、提高果实品质[24]。闫文凯等[3]研究表明,LED 株间补光处理显著提高了番茄产量。祁娟霞等[25]研究表明,随着补光时间延长,番茄的单果重、单株产量、总产量都随之增加。阳圣莹等[26]研究发现,LED 光源更有利于提高草莓植株的净光合速率及果实的单果重,与本研究结果不一致,可能与品种不同有关。本研究结果显示,补光显著增加番茄的单株有效花穗数、单穗产量和单株产量。冠层都用点光源的情况下,丛间用线光源处理并没有显著影响番茄的各产量构成因素。C1 和C3 处理比CK 处理提前20 d 上市,C3 处理的产量高于C1 处理,可能是因为C3 处理位于棚室后部,保温效果更好所致。C1 处理位于棚室前部,受人员进出以及线光源功率小的影响,增温作用不明显。王舒雅等[2]研究表明,补光3 h,每667 m2番茄利润增加528.9 元。本研究中,补光增加了番茄的商品果数量,提高了经济效益,与前人的研究结果一致。C1 的各产量构成因素和生长都优于其他处理,而C1 处理的总功率比C3 处理高360 W,是C2 处理的5.29 倍,说明在冬季遭遇严重阴雨雪和霾的天气条件下,采用温室补光技术,能够显著促进番茄产量形成,确保番茄在春节前后上市,丰富市场供应。

冬季低温弱光环境限制番茄植株群体光合作用与产量的形成,使番茄生殖生长时期处于源库不均衡状态,导致植株生长较快,叶面积变大,节间距和相对增长速度大大高于茎节的增粗速度,最终影响果实产量和品质[25-27],本研究中,各处理株高均高于对照(图1),其原因可能是植株在严重不适宜的温度和光照下,生长出现减缓甚至停止所致。也有研究表明,生长受抑是作物对温光反应最敏感的生理过程[28]。

叶绿素a∕b 比值较低及叶绿素含量较高的植物能最大程度地利用光能,是植物适应弱光的一种自我调节方式[29-30]。刘晓英等[30]、战吉宬等[31]研究发现,弱光下光合色素积累较多,并处于过剩状态。本研究中,C1 和C3 处理增加了植物适应弱光的能力,C2 处理叶绿素含量较低,这不仅与植物遮阴强度和遮阴时间有关,还和品种本身的抗性有关[32]。同时,不同补光光源和补光方式也会导致光合色素积累的差异[33]。C2 处理叶绿素总量较低,C3 处理叶绿素a∕b 比值最小,且C3 处理的叶绿素总量最大,其次为C1处理,这种叶绿素分配比例能在一定程度上弥补强光造成的光氧化损失,保证正常的光合作用。