不同时段株间补光对日光温室番茄产量及品质的影响

张洋 郁继华 唐中祺 于健 罗石磊 王舒亚

摘要：为探究不同补光时段株间补光对冬季日光温室番茄产量及品质的影响，以番茄品种粉太郎为试验材料，通过设置CK（不补光）、T1（早晨揭帘前补光5.0 h）、T2（晚上盖帘后补光5.0 h）、T3（早晨揭帘前、晚上盖帘后各补光2.5 h）4个处理，采用方差分析法，对品质、产量进行分析，采用主成分分析法，对硬度、可溶性固形物含量等13项指标进行了综合分析。结果表明：早晨揭帘前补光5.0 h的补光效果显著优于其他处理。T1处理产量、果实硬度、单果干质量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、有机酸含量、可溶性蛋白质含量、维生素C含量、番茄红素含量显著高于CK。通过主成分分析法分析得出，T1处理综合得分最高，其次为T2、T3处理，CK得分最低。综上所述，早晨揭帘前补光5.0 h番茄的产量最高，品质最优。

关键词：番茄;日光温室;品质;产量;株间补光;补光时段

中图分类号：S641.2文献标识码：A文章编号：1000-4440（2020）02-0430-08

Abstract：In order to explore the effects of inter-lighting supplementation at different times on tomato yield and quality in solar greenhouse in winter， the tomato variety Fentailang was used as the experimental material， and four treatments were set up： CK （no supplemental light）， T1 （supplemental light for 5.0 hours before opening curtain in the morning）， T2 （supplemental light for 5.0 hours after covering curtain in the evening）， T3 （supplemental light for 2.5 hours before opening curtain in the morning and supplemental light for 2.5 hours after covering curtain in the evening）. Variance analysis method was used to analyze the quality and yield， and principal component analysis method was used to analyze 13 indices， such as hardness and soluble solid content. The results showed that the light supplementing effect of T1 treatment was significantly better than that of other treatments. The yield， fruit hardness， dry weight per fruit， soluble solids content， soluble sugar content， organic acid content， soluble protein content， vitamin C content and lycopene content of tomato in T1 treatment were significantly higher than those in the control. According to the results of principal component analysis， the comprehensive score of T1 treatment was the highest， followed by T2 treatment and T3 treatment， and the comprehensive score of CK was the lowest. In conclusion， the yield of tomato is highest， and the quality is best under T1 treatment.

Key words：tomato;solar greenhouse;quality;yield;inter-lighting supplementation;supplemental light period

在影響植物生长发育的各种环境因子中，光是影响植物生长发育及形态建成的关键环境因子之一[1]。光对植物的作用主要体现在两个方面：一是为植物的光合作用提供能量，二是作为信号物质，通过不同的光受体，来调控植物的生长发育和形态建成[2]。光是植物光合作用最重要的能量之一，不同环境下的光质是不相同的[3]，不同光质对植物生长发育的功能也不一样，主要是植物吸收的光质的波长不同，主要吸收特定波长的光，比如处于400～500 nm的蓝紫光和630～680 nm的红光[4-6]。

LED光源具有节能环保、体积小、质量轻、寿命长等特点，且光源装置多种多样，有很广泛的应用环境，同时，LED光源是一种冷光源，补光过程中可贴近植物照射不会因温度过高而引起植物灼伤。在LED光源照射条件下，一些生长空间较小的叶菜类作物可以得到有效光源，提高作物产量，空间利用率得到提升。LED光源的光谱可以根据不同植物生长发育的特性进行任意组合，满足植物光合作用以及形态建成调控的需求[7-8]。因此，LED光源己被广泛应用于生菜、油菜等叶菜类植物的工厂化生产[9-13]，在温室栽培中也被应用于萝卜、番茄、甜瓜等蔬菜作物的生产[14-17]。LED光源可以调控作物生长发育、提高作物产量及品质，这使得LED光源成为近几年人们研究设施蔬菜人工补光改善光环境的最佳光源。

在中国北方地区，冬季日光温室蔬菜栽培生产中由于白天光照时间短以及保温覆盖材料的污浊、损坏等，使得植株常常会受到弱光寡照环境的影响，致使蔬菜的产量和品质受到严重影响。如今，在冬季设施生产过程中，一些研究者利用LED光源进行人工补光，以此探究LED补光对日光温室冬季茄果类蔬菜生长、生理等方面的影响。LED补光处理根据光源设置位置不同，主要有顶部补光和株间补光。株间补光可以使光源散发出的光直接照射到植株的功能叶，较顶部补光可以促进光能的利用，所以可以更加有效地促进光合作用，促进光合产物的形成与积累。马艳等[18-20]研究发现，株间LED红蓝光补光可以显著增加番茄果实可溶性固形物、可溶性蛋白、VC含量，提高番茄产量。不同的补光时长对于番茄的产量和品质有不同的影响，王舒亚等[21]研究发现，在日光温室条件下，补光3 h可以显著提高番茄的产量和品质。李蔚等[22]的研究结果表明，补光7 h对番茄形态指标影响最大，补光9 h可以提升果实品质，增产效果明显。

关于番茄补光方式、补光位置、补光时段以及不同补光时长的研究结果分别已有报道，但对于番茄补光的综合研究却很少。为了探究番茄补光这一综合问题，本试验以番茄品种粉太郎为研究材料，在日光温室条件下采用LED灯作为补光光源，通过不同时段株间补光处理番茄植株，探究不同时段株间补光处理对日光温室番茄品质和产量的影响，以得出在日光温室番茄生产中进行株间一定时长补光对番茄生长发育的适宜补光时段，为今后北方地区冬季日光温室越冬番茄高品质栽培提供理论基础。

1材料与方法

1.1试验设计

试验于2018年10月至2019年6月在甘肃省榆中县榆兴农庄日光温室中进行，该温室长60 m，跨度为10 m。采用槽式栽培，槽长宽深为9.00 m×0.40 m×0.25 m，每槽填充基质（购自甘肃省绿能农业科技股份有限公司）1 m3，共37槽，株距为0.45 m，灌溉方式为膜下滴灌。供试番茄品种为粉太郎（日本）。供试LED光源为深圳厚屹节能技术有限公司生产的 HY-115CM-36×3 W-RB型红蓝光（红光∶蓝光=7∶2） LED植物生长灯，额定功率为108 W。

采用基质栽培，日光温室开帘时间为9∶30，关帘时间为16∶30，日照时间为7 h。随着日照时间的变化，开关帘的时间随之调整。育苗时间为2018年10月8日，幼苗长至3叶1心时进行定植，定植时间为11月24日，12月18日开始进行补光处理。本试验采用完全随机设计的试验方法，并对获得的结果进行方差分析。本试验共设置4个处理：不补光（CK）;早晨揭帘前补光5.0 h（T1）;晚上盖帘后补光5.0 h（T2）;早晨揭帘前、晚上揭帘后各补光2.5 h（T3）。

每个处理设置3次重复，按“Z”型取样标记10株番茄植株并测定相关指标。每个重复5组LED灯，共计90根灯管。每组垂直方向2根LED灯，2根LED灯以互相垂直的形式连接在一起，灯管与竖直方向呈45°夹角，光源照射区域为茎尖生长点以下的功能叶，随植株生长，光源位置也按需求上升。利用全自动定时补光控制系统控制LED灯的开关。每处理间设置2槽保护行以避免互相干扰。补光设计图见图1。

1.2测定项目及方法

待番茄成熟后，分批次进行采收，称量记录每处理单果质量，单株果数、亩产量。在番茄盛果期，对相同穗数且成熟度一致的番茄进行取样，并对相关指标进行测定。使用GY-4 数显式水果硬度计测定果实硬度。使用万分之一电子天平称量番茄果实鲜质量;用 DGG-9140B 型恒温鼓风干燥机（上海森信实验仪器有限公司产品）105 ℃杀青15 min 后，80 ℃烘干至恒质量，用万分之一电子天平称量番茄果实干质量;使用游标卡尺测量果实横径、纵径，以此来计算果形指数，果形指数为纵横径之比。

使用PAL-1手持式折射计测定可溶性固形物含量，VC含量使用2，6-二氯酚靛酚钠法测定 [23]，并略有改動， 可溶性蛋白质含量用考马斯亮蓝法测定[23]，硝酸盐含量用水杨酸法测定[23];有机酸含量用碱液滴定法测定;可溶性糖含量用蒽酮比色法测定[23]，糖酸比，即可溶性糖含量与有机酸含量之比。番茄红素的提取参照T/CCCMHPIE1.28—2018的方法，稍加改动，使用高效液相色谱（HPLC）法测定。

1.3数据处理及分析

用 Microsoft Word 2016与Microsoft Excel 2016软件处理数据和作图，数据分析用SPSS 20.0软件，并运用LSD和Duncans检验法对显著性差异（P<0.05）进行多重比较、描述，应用主成分分析法对测定指标进行综合分析。

2结果与分析

2.1不同时段株间补光对番茄产量的影响

由表1可以看出，不同时段株间补光对番茄产量有显著差异。各补光处理产量均显著高于CK，排序为T1>T3>T2>CK。T1处理单株果数和产量均显著高于CK。T2、T3处理间在单果鲜质量、单株果数、产量上无差异。

2.2不同时段株间补光对番茄外观品质的影响

从表2可以看出，番茄硬度在5.12～7.95，各处理的番茄果实硬度均显著高于CK。T1处理番茄果实硬度最高，达到7.95 kg/cm2，较CK高55.27%，T2处理与T3处理间无显著差异。单果鲜质量是体现果实发育的一个重要指标。番茄果实单果鲜质量各处理之间无差异。单果干质量是体现果实干物质积累的指标之一。T1处理番茄单果干质量最大，达到13.43 g，与CK差异显著。CK的单果干质量最低，为10.58 g，T2、T3处理间单果干质量无差异。果实含水率各处理间无差异，均在89%以上。各处理间果形指数无显著差异，T2、T3处理的番茄果实属于扁圆形，CK和T1处理的番茄果实属于圆形或经圆形。

2.3不同时段株间补光对番茄内在品质的影响

由表3可知，各补光处理的番茄可溶性固形物含量显著高于CK。T1处理的番茄可溶性固形物含量最高，达到10.44%，T2、T3处理间番茄可溶性固形物含量无显著差异，CK可溶性固形物含量最低，仅为7.78%。可溶性糖含量和有机酸含量的变化规律和可溶性固形物一致。T1处理的番茄可溶性糖和有机酸均显著高于CK， T2、T3处理间可溶性糖含量无显著差异。CK有机酸含量最低，T1、T2、T3处理间有机酸含量无显著差异。各处理间糖酸比无显著差异。各处理番茄果实VC含量依次为T1>T2>T3>CK，T1处理番茄果实VC含量最高，且显著高于CK、T3处理，T2、T3、CK间无显著差异。与CK相比，各补光处理均提高番茄可溶性蛋白质含量，其中T1处理番茄可溶性蛋白质含量最高，显著高于其他处理，达到0.52 mg/g，较CK提高642.86%，T2处理与CK间无显著差异。T1处理的番茄红素含量显著高于其他处理，其次为T3处理，T2处理与CK无显著差异。各补光处理间硝酸盐含量无差异。

2.4不同时段株间补光处理间番茄品质的相关性分析

本试验研究了不同时段株间补光对番茄果实的影响，并对其13个品质指标进行了相关性分析（表4）。硬度与单果干质量呈极显著正相关（P<0.01），相关系数为0.999，与可溶性固形物含量呈显著正相关（P<0.05），相关系数为0.975;单果鲜质量与可溶性固形物含量、番茄红素含量呈显著正相关（P<0.05），相关系数分别为0.952、0.985;与有机酸含量和可溶性蛋白质含量呈极显著正相关（P<0.01），相关系数分别为0.992、0.996;单果干质量与可溶性固形物含量呈显著正相关（P<0.05），相关系数为0.964;可溶性糖含量与有机酸含量、VC含量呈顯著正相关（P<0.05），相关系数分别为0.971、0.988;有机酸含量和可溶性蛋白质含量、番茄红素含量呈显著正相关（P<0.05），相关系数分别为0.982、0.961;可溶性蛋白质含量与番茄红素含量呈极显著相关（P<0.01），相关系数为0.996。由此分析可得，番茄的各项品质指标间存在一定的相关性和依存关系。

2.5不同时段株间补光处理间番茄果实品质的主成分分析

主成分分析是利用降维的思想，通过对指标体系内部结构关系的研究，将多个指标转化为相互独立的综合指标。新的综合变量可以反映原始变量提供的主要信息，从而简化数据结构并找到变量之间的关系[24]。影响瓜菜品质的因素有许多，仅靠其中的几个指标难以说明整个处理效果。本试验通过对硬度、单果鲜质量、单果干质量、含水率等13项指标进行主成分分析，综合评价番茄各项品质指标对番茄品质的影响。

通过主成分分析得到主成分特征值、贡献率和累计贡献率。本研究中按照累计贡献率大于99%的原则选择主要成分。由表5可得，第一主成分的特征值为9.504，代表本试验4个处理13项品质指标73.106%的信息。第二主成分的特征值为3.109，代表本试验4个处理13项品质指标23.914%的信息。第三主成分的特征值为0.387，代表本试验4个处理13项品质指标2.98%的信息。前3个主成分可以反映13项品质指标100%的综合性状。说明这3个主成分反映了原始变量的100%的信息。因此提取前3个主成分替代原13项品质指标评价番茄品质。对番茄品质评价由原来的13个方面降为3个彼此不相关的主成分，达到了降维的目的。

3讨论

番茄为喜光植物，同时是北方地区日光温室主栽的蔬菜品种之一。在番茄的生长发育过程中，植株所处的光环境是影响其光合作用、果实产量、品质的关键因子[25]。LED补光技术可以解决冬季日光温室光照不足的问题，并能够使黄瓜果实的商品外观和营养品质有一定程度的改善，也可以提高果实质量、单株结果数与产量，对其干物质的积累有良好的作用[3，26]。

在本研究中，番茄植株经过不同时段株间补光处理后，T1处理番茄的产量最高，显著高于CK，其他补光处理也高于CK，这与林婧[27]、王舒亚等[21]、钱舒婷[28]、崔晓辉[29]在番茄和薄皮甜瓜上的研究结果相符，说明不同时段LED株间补光处理能够延长植株的光合作用，促进有机物积累，进一步提高番茄产量。孙天宇等[30]研究发现，LED红蓝光处理下，可以提高薄皮甜瓜硬度，在本试验中T1处理番茄的硬度最高，显著高于CK，说明补光处理可能通过提高番茄果皮中的纤维素及果胶含量，进一步提高硬度，提高果品贮藏性能方便长距离运输。杨俊伟等[15]使用LED红蓝光处理番茄，发现可以促进植株的干物质积累。刘福霞等[31]的研究结果表明，LED补光可以促进生菜干物质的积累。在对番茄进行不同时段株间补光后，T1处理番茄单果干质量最大，说明早晨对番茄进行补光处理可以促进番茄果实干物质的积累，这与本研究结果相同。各处理下番茄含水率及果形指数没有显著差异，说明补光处理对番茄果形没有显著的影响。番茄果实中可溶性固形物含量、VC含量、糖酸比是检测番茄果实品质的重要指标[32]。本研究结果表明，早晨补光可以提高番茄可溶性固形物含量、VC含量、有机酸含量及可溶性糖含量，这与刘露[33]、刘晓英[34]、孙娜[35]、钱舒婷[28]在番茄，苏立芳[26]、祁娟霞等[36]在黄瓜上的研究结果相同，说明早晨揭帘前对番茄进行LED株间补光处理可以提高番茄的风味，营养价值更高。如今许多番茄已经没有明显的风味，使用LED光源补光处理则使番茄发挥出其原有的风味品质。可溶性蛋白质是重要的渗透调节物质和营养物质，植物体内的可溶性蛋白质大多参与各种酶类代谢，同时易于人体吸收，参与调节生理功能并为人体提供能量[37]。在进行不同时段株间LED补光后，各处理的可溶性蛋白质含量均高于CK，其中T1处理可溶性蛋白质含量最高，说明LED补光处理可以提高可溶性蛋白质含量，这与刘露[33]、李海达等[38]、在番茄上的研究结果一致。

番茄红素是一种富含在番茄中，也存在于多种蔬菜水果中的类胡萝卜素[39]，多项研究结果表明它是一种重要的抗氧化物质[40]，是评价番茄品质的一项重要指标。孙娜等[41]、Xie等[42]研究发现，LED红蓝配比光可以提高番茄果实中番茄红素含量，补充蓝光和红光可以诱导番茄红素的合成，提高番茄果实中番茄红素的含量，经过补光处理后，相对于对照，早晨揭帘前补光5 h番茄中的番茄红素含量均显著高于其他补光处理，这与前人的研究结果相同。果实中过多的硝酸盐不仅危害人体健康， 也对生态环境构成一定威胁[43]。经过试验测定，各补光处理番茄果实硝酸盐含量无显著差异。程瑞峰等[44]在黄瓜补光研究中发现，早晨进行补光时温室内CO2浓度高，为叶片的光合作用提供了充足的碳源，相对湿度也较夜间大，叶肉阻力小，此时进行补光相比夜间补光效果更佳，另外在白天黄瓜持续进行光合作用，积累了大量有机物，由于这些光合产物没有及时输出，抑制了夜间补光时的光合作用。杨振华[45]经过研究发现，在冬季日光温室条件下，设施草莓应用红蓝配比LED植物补光灯进行早晨补光处理后，草莓植株的生长受到显著促进，品质及产量相对夜间补光明显提高，所以较晚上盖帘后补光，早晨揭帘前补光效果更好，可以使叶片更好地进行光合作用，积累有机物，从而改善果实品质，提高产量。

经过对不同时段株间补光处理番茄果实的13个品质指标进行相关分析，可得出以下结果：果皮硬度和单果干质量呈极显著正相关，与可溶性固形物含量呈显著正相关;单果鲜质量与可溶性固形物含量、番茄红素含量呈显著正相关，与有机酸含量和可溶性蛋白质含量呈极显著正相关;单果干质量含量与可溶性固形物含量呈显著正相关;可溶性糖含量与有机酸含量、VC含量呈显著正相关;有机酸含量与可溶性蛋白质含量、番茄红素含量呈显著正相关;可溶性蛋白质含量与番茄红素含量呈极显著相关。由分析可得，番茄的品质指标之间存在着密切的相关性，共同决定番茄的品质。

采用主成分分析方法对不同时段株间补光处理与番茄果实品质指标的关系进行综合评价。此方法较其他分析比较方法，更加全面、直观地揭示番茄各项品质指标之间对番茄品质整体的一个贡献程度，此分析方法得出的结果更具说服力。根据主成分综合的得分模型，结果显示：T1处理的得分最高，其次为T2、T3处理，得分最低的为CK。

本试验在总结前人研究的基础上，在补光时长一定的条件下，探究了使用LED光源，在不同时段株间补光对日光温室番茄品质和产量的影响，一定程度上说明了不同时段株间LED补光对日光温室番茄产量和品质的影响，但本研究在补光时长方面未作进一步探究，对于不同时段条件下最佳的补光时长还需进一步研究。综上所述，结合对番茄果实品质、产量的对比分析，本试验认为冬季早晨揭帘前补光5 h可以提高冬季日光温室番茄的品质和产量。

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（责任编辑：陈海霞）