日光温室番茄果实膨大期温光需求特性研究

为研究果实膨大期番茄对温、光环境因子的需求特性，本文以‘凯德雅丽1832’番茄为试材，分12 批次定植，利用日光温室的自然条件为番茄生长创造不同温、光环境，研究了其对番茄果实膨大前期和后期生长的影响。结果表明，通过构建基于生长天数的番茄果实横径logistic 模型，可以把番茄果实膨大期分为前期（包括渐增期和线性增长期）和后期（缓慢增长期）；基于主成分分析综合评价果实膨大前期和后期的长势因子，获得各时期的温光需求参数，果实膨大前期适宜的日均温为19.73±2.26 ℃、昼均温为25.39±2.51 ℃、夜均温为16.80±2.04 ℃、光合有效辐射为543.03±153.40 μmol·m^-2·s^-1、日照时数为11.31±0.60 h·d^-1；果实膨大后期适宜的日均温为19.27±2.30 ℃ 、昼均温为26.13±2.90 ℃、夜均温为15.43±1.15 ℃、光合有效辐射为542.51±155.11 μmol·m^-2·s^-1、日照时数为10.52±0.79 h·d^-1，研究结果为番茄优质高效生产温、光环境精准调控提供了理论依据。

关键词： 番茄； 果实膨大期； 温光需求特性； Logistic模型

中图法分类号： S641.2 文献标识码： A 文章编号： 1000-2324（2024）01-0046-08

番茄是设施主栽蔬菜之一，2021 年我国番茄种植面积111.3 万hm2，总产量为6 609 万t，其中设施栽培面积占57.2%[1]。日光温室内各种环境因素是影响番茄生长发育的关键因子。在番茄适宜温度范围内，温度升高可促进其光合作用，但温度过高会提高呼吸速率，导致干物质积累减少，最终影响产量和品质[2-4]。在深秋至早春的多雨天气中，温室中的光照难以满足番茄生长的需求，导致其净光合速率下降，生长发育缓慢，干物质积累量减少，坐果率降低，最终影响番茄产量和品质[5-6]。如何精准控制温室环境来提高番茄产量和品质是当前研究热点之一[7-8]。

Logistic 模型常用于研究作物生长发育。研究表明果实横径的动态变化呈“S”型，符合Logistic 生物生长函数模型[9]。前人基于Logistic模型构建了番茄株高和茎粗等指标的生长模型，探究了不同水分条件、施肥量等对番茄生长发育、产量和果实品质的影响[10-15]。

番茄果实的形成主要包括以下几个阶段：花芽形成到开花授粉（开花坐果期）、果实坐住到果实膨大完成（果实膨大期）和果实膨大完成到果实收获（果实转色期）[16]。在这些阶段，番茄植株细胞分裂扩大、果实生长及品质的形成，均会受到环境因素的影响[17]。基于环境因子对番茄生长发育的研究主要分为两类：一是以有效积温、光合有效辐射（photosynthetically active radiation，PAR）等环境指标为变量，构建生长发育模型，揭示番茄生长发育的温光需求特性[18-20]；二是设置不同的组合，探究温、光环境耦合对番茄生长发育的影响，以获得适宜的环境组合[21-23]。果实膨大期是番茄果实生长、品质形成的关键时期，了解了该时期的温光需求参数，通过环境调控手段才能确保获得高产和优质的番茄。然而，目前关于番茄果实膨大期的环境分段需求参数研究仍相对较少。本文在日光温室自然环境下定植12批次番茄，创造不同的温、光环境，研究不同温光环境对果实膨大前期和后期的影响，以期基于Logistic 模型和主成分分析获得果实膨大前期和后期的温、光环境需求参数，为设施番茄标准化生产及优质高效栽培环境精准调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试番茄品种为‘凯德雅丽1832’，购自泰安市丰源种苗公司。

1.2 试验设计

试验于2021-2022年在山东农业大学园艺实验站日光温室内进行。温室东西长42 m，内跨10.9 m，脊高5.5 m。采用基质盆栽。每批番茄定植70株，于3 叶1 心时定植，定植时间见表1。肥水管理选用山崎营养液配方[24]并采用水肥一体机定时进行滴灌。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 株高和茎粗的测定 从番茄果实膨大期开始，使用卷尺和游标卡尺每7 d 测量株高（茎基部至植株顶端生长点）和茎粗（茎基部）。

1.3.2 叶片数和叶面积的测定 每7 d测定除生长点外的所有真叶数，叶面积采用打孔称重法测量。

1.3.3 植株干鲜重的测定 每天7 d 进行破坏性取样，称取各组织鲜重，然后放置于烘箱中105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒重并称重。

1.3.4 果形指数的测定 挂牌标记不同植株6 个大小均匀的果实，每7 d 用游标卡尺分别测定果实横径和纵径。

1.3.5 环境数据采集 试验所需温室内环境数据由山东农业大学大数据中心自主研发的“神农物联”设备自动采集完成，均匀分布在温室内的6个光温传感器每5 min自动采集上传。

1.5 数据统计

采用Microsoft Excel 2019 对数据进行整理及绘图，采用SPSS Statistics 23 进行主成分分析，显著性分析采用邓肯检验法（Plt;0.05）。

2 结果与分析

2.1 基于Logistic模型的番茄果实膨大期划分

对12 批次番茄果实横径进行拟合分析，构建了基于生长天数的番茄果实横径Logistic 模型（式1），R²为0.88-0.97，表明模型具有高拟合精度（表2）。根据番茄果实膨大期参数计算结果表明，番茄果实形成过程分3 个阶段：渐增期（开始坐果-t₁）、线性生长期（t₁-t₂）和缓慢增长期（t₂-果实膨大结束）。由于渐增期时间较短，因此将果实膨大期近似分成两个时期：果实膨大前期（包括渐增期和线性增长期）和果实膨大后期（缓慢增长期）。通过统计分析获得了各批次番茄果实膨大前期和后期温光环境因子（表3）。

2.2 温光环境因子对番茄生长指标的影响

果实膨大前期，T8 处理的番茄叶面积、地上部干物质积累量和果实纵径生长速率均显著高于其他处理（表4）；果实横径以T2 处理显著高于其他处理。果实膨大后期，株高、茎粗、叶片数、果实横径和纵径各处理间无显著差异（表5）；叶面积以T7 和T3 较高，与T1、T8、T2 间无显著差异，显著高于其他处理；地上部干物质积累量以T7 较高，与T8、T9、T10 间无显著差异，显著高于其他处理。以上结果说明，在番茄生长发育和果实发育的不同阶段对光温的需求不同。

2.3 番茄果实膨大前期温光需求特性研究

对果实膨大前期长势因子进行主成分分析，以期获得番茄果实膨大期前期适宜的温光需求参数。由KMO和Bartlett 检验结果（表6）可知，KMO抽样适度检测值为0.742gt;0.5，Bartlett 球度检验结果近似卡方为50.816，P 值（sig=0.000）lt;0.01。综合表明，变量之间具有相关性，可进行主成分分析。

由表7 可知，果实膨大前期提取出特征值gt;1的2个主成分，初始特征值分别为4.587和1.164，方差累积贡献率达到82.152%（gt;75%），可以很好的概括果实膨大前期植株和果实生长信息。根据每个性状的相关矩阵的特征向量（表7），分别得到2个主成分的函数表达式（式6和式7）。

以各主成分相对方差贡献率为权重，对各个主成分得分和相应权重进行线性加权求和，构建果实膨大期前期生长指标综合评价函数（式8）。计算不同定植时期番茄长势因子综合得分（表8），结果表明T8 综合得分最高，这说明日均温为19.73 ℃ 、昼均温为25.39 ℃ 、夜均温为16.80 ℃、光合有效辐射为543.03 μmol·m^-2·s^-1、日照时数为11.31h·d^-1是番茄果实膨大前期生长发育的最适光温条件。

2.4 番茄果实膨大后期温光需求特性研究

对果实膨大后期生长指标进行主成分分析，以期获得番茄果实膨大期后期适宜的温光需求参数。由KMO和Bartlett 检验结果（表9）可知，KMO抽样适度检测值为0.514gt;0.5，Bartlett 球度检验结果近似卡方为44.984，P 值（sig=0.002）lt;0.01。综合表明，变量之间具有相关性，可进行主成分分析。

由表10 可知，果实膨大后期提取出特征值gt;1 的2 个主成分，初始特征值分别为3.968 和1.412，方差累积贡献率达到76.856%（gt;75%），可以很好的概括果实膨大后期植株和果实生长信息。依照每个性状的相关矩阵的特征向量，分别得到前2个主成分的函数表达式（式9和式10）。

以各主成分相对方差贡献率为权重，对各个主成分得分和相应权重进行线性加权求和，构建果实膨大期生长指标综合评价函数（式11），计算主成分得分（表11），结果表明T8 综合得分最高，这说明日均温为19.27±2.30 ℃、昼均温为26.13±2.90 ℃、夜均温为15.43±1.15 ℃、光合有效辐射为542.51±155.11 μmol·m^-2·s^-1、日照时数为10.52±0.79 h·d^-1 是番茄果实膨大后期生长发育的最适光温条件。

3讨论

日光温室相对封闭，生态因子变化关系密切，环境因子间存在耦合性和复杂性[21]。其中，温度和光照是影响设施番茄生长发育最重要的环境因素[25]。因此，明确果实膨大期温光需求特性对设施番茄优质高产具有重要意义。

本试验结果表明，番茄果实横径呈S 型变化曲线，符合Logistic 生物生长函数模型（表2）。前人研究表明Logistic回归模型呈前期缓慢、中间迅速和后期增速降缓三个阶段[9，14]。本试验基于Logistic 模型特点，将果实膨大期分成两个时期：果实膨大前期（包括渐增期和线性增长期）和果实膨大后期（缓慢增长期）。结果表明果实膨大期不同温光环境条件下番茄生长指标并不一致（表4 和表5）。苏春杰[26]研究表明番茄生长生理指标的最适环境存在差异，选取单一的生长指标作为目标值调控温室环境得到的评价结果并不准确。本试验通过对不同定植时期果实膨大前期和后期番茄生长因子分别进行主成分分析，计算不同温光环境下各处理番茄综合得分，进而获得果实膨大期番茄各阶段适宜的温光需求参数。结果表明，日均温为19.73±2.26 ℃、昼均温为25.39±2.51 ℃、夜均温为16.80±2.04 ℃是番茄果实膨大前期生长发育的最适温度条件；日均温19.27±2.30 ℃、昼均温为26.13±2.90 ℃、夜均温为15.43±1.15 ℃是番茄果实膨大后期生长发育的最适温度条件。李莉等[27]研究表明生殖生长期适宜的昼夜温差高于营养生长期，苗期为6-8 ℃，开花坐果期和结果期为8-10 ℃，这与本研究结果基本一致。适宜的昼温会增加有机物质合成，适宜的夜温有利于有机物质运输。温度升高通常导致果实的生长速度提高，但也会加速果实成熟，导致果实变小[28-29]。低温可直接影响植株干物质分配，增加向叶片分配比例[30]。本试验结果还表明，果实膨大前期昼平均光合有效辐射为543.03±153.40 μmol·m^-2·s^-1，果实膨大后期昼平均光合有效辐射为542.51±155.11 μmol·m^-2·s^-1。一般认为番茄的光饱和点为600^-1 400 μmol·m^-2·s^-1，而本试验光合有效辐射为自然环境下自动采集的光照强度平均值，因此结果偏低。杨延杰等[31]研究表明，相比于光照强度950^-1 120 μmol·m^-2·s^-1环境下，晴天正午平均光照强度为710-874 μmol·m^-2·s^-1时番茄植株生长更健壮，根系活力更高。

4 结论

本研究基于Logistic 模型将番茄果实膨大期划分两个时期。果实膨大前期适宜的日均温为19.73±2.26 ℃、昼均温为25.39±2.51 ℃、夜均温为16.80±2.04 ℃ 、光合有效辐射为543.03±153.40 μmol·m^-2·s^-1、日照时数为11.31±0.60 h·d^-1；果实膨大后期适宜番茄生长的日均温19.27±2.30 ℃、昼均温为26.13±2.90 ℃、夜均温为15.43±1.15 ℃、光合有效辐射为542.51±155.11 μmol·m^-2·s^-1、日照时数为10.52±0.79 h·d^-1。