日光温室主动采光对盆栽番茄光合特性与农艺性状的影响

阿拉帕提·塔依尔江，贾 凯，张 妮，许红军,，刘 玉，高 杰

(1.新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆特色园艺作物种质资源与高效生产实验室，乌鲁木齐 830052；2.西北农林科技大学 园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室，陕西杨凌 712100；3.乌鲁木齐市米东区农业技术推广中心，乌鲁木齐 831400)

日光温室采光屋面是太阳辐射进入温室内的唯一通道，如何优化温室结构，提高采光性能是日光温室研究中一直关注的问题[1-2]。番茄有着无限生长的特性，适当的源-库比是作物高产的基础，留果穗数直接影响番茄植株的源-库比，在栽培管理中可通过调整每株的留果穗数，合理安排打顶时间，以维持适当的源-库比，提高其产量和品质[3]。

张勇等[4-10]设计并发明了可变采光倾角日光温室，高文波等[11]对此类日光温室进行了性能研究，研究表明将温室采光面的倾角从25°提高到35°时温室内光照透光率提高20.7%～22.8%。朱晋宇等[12]研究表明，番茄植株在7个果穗同时存在的情况下，从下而上每生产1个果穗的果实，各源-库生长单位的果实干物质分配率下降6%。王强等[13]研究得出在3000株/667m2的栽培密度下，保留5果穗的番茄光合速率相对较高。Kobayashi[14]在10株/m2的高密度栽培条件下，每1株番茄仅保留1穗果，‘Momotaro’品种番茄产量为7kg/m2，‘Multi-First’品种番茄产量则为10kg/m2。何娜等[15]研究得出日光温室番茄生产种植适宜模式为40500株/hm2，保留4穗果，双行种植。

新疆光热资源丰富，全年日照时数为2550～3500h[16]，日光温室主动采光可更加充分利用新疆丰富的光热资源。合理的番茄种植密度与保留果穗可有效地提高其产量及单果品质，在管理方面会节省一定的人力、物力和财力。通过研究日光温室主动采光结合番茄的种植密度、保留果穗处理，改善并提高新疆乌鲁木齐地区日光温室采光、番茄产量及品质的问题，为日光温室内种植的农作物提供适宜的光环境，为菜农增加收入。

本试验通过在2种不同采光类型的日光温室内种植番茄，并设计2种不同种植密度处理、2种不同栽培方式处理以及3种不同保留果穗处理，探究新疆乌鲁木齐地区日光温室主动采光与普通采光对其采光效率的影响，并测定2栋日光温室内番茄光合特性与农艺性状，进一步分析主动采光对日光温室作业的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在米东区蔬菜科技示范园进行，具体位置为乌鲁木齐市米东区羊毛工镇红雁湖村 (44.10°N，87.57°E)。园区内有2栋主动采光蓄热型日光温室，其长50 m，净跨度9 m，后墙高 3 m，采光前屋面可根据种植时采光的需要进行升降，后墙体为空气循环式主动蓄热型墙体。主动采光日光温室[4-10]结构简图如图1所示，普通采光日光温室是将图1中可升降采光屋面降下 即可。

1.主动采光屋面；2.固定屋架；3.主动蓄热后墙；4.电机转 动轴

1.2 试验材料

番茄(LycopersiconesculentumMill.)为茄科(Solanaceae)番茄属(Lycopersicon)一年生或多年生草本植物，原产南美洲，在中国南北有广泛栽培[17]。本试验以‘金鹏M703’为番茄供试品种。‘金鹏M703’(西安金鹏种苗有限公司)为无限生长粉红类型。植株长势较强，叶量中大，早熟。果实硬度较大，单果质量250 g以上，丰产 性好。

1.3 试验方法

1.3.1 番茄栽培装置及复合基质比例 本试验使用基质-土壤接力栽培装置进行番茄栽培[18]，其规格为35 cm×22.5 cm×30 cm(上底面直 径×下底面直径×高)；每一栽培装置根据不同密度处理定植2株或3株番茄。使用[V(草炭)∶V(蛭石)∶V(珍珠岩)=4∶1∶1]的复合基质进行番茄栽培种植[19]，草炭来自丹麦品氏托普 集团。

1.3.2 日光温室主动采光 按照园区内建有日光温室的坐落顺序，将2栋供试验用日光温室命名为日光温室Ⅱ(G2)与日光温室Ⅲ(G3)。将G2的采光前屋面升起，提高其采光面的倾角，称之为主动采光日光温室(图1)；将G3的采光前屋面降低至固定屋架处，称之为普通采光日光温室。

1.3.3 番茄不同种植密度处理 试验设计 6株/m2和8株/m22种不同的种植密度处理及 2株/盆、3株/盆2种不同的栽培方式处理。具体设计为D1：6株/m2[3株/盆]；D2：6株/m2[2株/盆]；D3：8株/m2[2株/盆]。每一种植密度(栽培方式)处理重复6次，每一重复的种植区域占地6 m2。

1.3.4 番茄不同保留果穗数处理 根据不同种植密度处理设计3种不同的保留果穗处理，分别为C1：保留1穗果；C2：保留2穗果；C3：保留3穗果。每一种保留果穗处理根据种植密度处理重复2次，每一重复的种植区域占地6 m2。具体试验处理组合如表1所示。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 番茄光合指标测定 使用LI-6400XT便携式光合作用测量仪(LI-COR Biosciences)测量番茄净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)及蒸腾速率(Tr)。同一天测定2栋日光温室同一密度处理共计6个重复的番茄叶片光合指标，每一重复选取长势及伸展方向一致、无病虫害的10片叶，设5个测定时间段：Ⅰ.9:30-10:30；Ⅱ.11:30-12:30；Ⅲ.13:30-14:30；Ⅳ.15:30-16:30；Ⅴ.17:30-18:30。番茄光合指标的测定于晴天进行，需时3 d。

1.4.2 番茄农艺性状指标测定 在番茄生长发育后期测定其株高、茎粗、开花坐果数等指标；果实成熟采摘时测定其单果质量、果实纵径、果实横径、果肉厚度、果实硬度等指标。本试验使用邵氏硬度计(VICTOR LX-A-2)测定果实硬度，其单位为HA[20]。根据相对应日光温室、种植密度处理、保留果穗处理记录以上测得数据，以便进行数据分析。番茄折合单位产量是根据单果质量、植株总坐果数以及种植密度计算得出的，具体计算公式如下：

表1 试验处理组合Table 1 Combination of experimental treatments

番茄产量=单果质量/1 000×坐果数×种植密度

1.4.3 数据整理与分析 使用Microsoft Excel 2016整理数据并绘制图表；使用IBMSPSSS tatistics 19比较分析数据，显著差异水平为95%。

2 结果与分析

2.1 主动采光日光温室对不同种植密度处理番茄光合特性的影响

2.1.1 对日光温室光照度的影响 番茄光合指标测定选在晴天时进行。由图2可知，测定番茄光合指标时为晴天(Outside-Ii)。在11:00- 17:00，G2的光照度较G3高；且在这3 d内G2的光照度显著高于G3(P<0.05)。在测定番茄光合指标的3 d，G2光照度较G3分别高出 7.90%、 8.33%、8.51%。由此可知，日光温室主动采光在提高其光照度方面效果理想。

2.1.2 对番茄Pn的影响 如图3所示，3种种植密度处理番茄Pn在G2和G3内均呈现出先升后降的趋势，且在同一日光温室内番茄Pn随着种植密度的增加而增加。G2-D1的Pn在时间段Ⅰ较G3-D1低，其余4个时间段内均高于G3-D1，且在时间段Ⅲ和时间段Ⅴ内存在显著性差异(P<0.05)。G2-D2的Pn在时间段Ⅰ和时间段Ⅱ较G3-D2低，其余3个时间段均高于G3-D2，且在时间段Ⅴ内存在显著性差异(P<0.05)。G2-D3的Pn在前4个时间段内均低于G3-D3，仅在时间段Ⅴ内显著高于G3-D3(P<0.05)。由此可知，随着密度的增高，与G3番茄Pn相比，G2番茄Pn呈现降低的趋势，但其3种种植密度处理在时间段Ⅴ内的Pn均显著高于G3(P< 0.05)，G2对番茄Pn的影响主要体现在黄昏 时刻。

经计算3种种植密度处理一天内Pn的均值G2-D1较G3-D1高18.29%，G2-D2较G3-D2低4.68%，G2-D3较G3-D3低9.59%。由此可知，随着种植密度的增加，G2相比G3对其内番茄Pn的影响逐渐减弱。

2.1.3 对番茄Gs的影响 如图4所示，3种种植密度处理番茄Gs在G2、G3内均呈现出先升后降的趋势。G2-D1的Gs在5个时间段内均显著高于G3-D1(P<0.05)。G2-D2的Gs在时间段Ⅰ和时间段Ⅱ内低于G3-D2，其余3个时间段内高于G3-D2，且在时间段Ⅴ内差异显著(P< 0.05)。G2-D3的Gs在时间段Ⅳ低于G3-D3，其余4个时间段内高于G3-D3，且在时间段Ⅴ内差异显著(P<0.05)。由此可知，G2内番茄Gs在时间段Ⅲ和时间段Ⅴ均高于G3的3种密度处理，G2对番茄Gs的影响主要体现在中午、黄昏时刻。

图2 日光温室主动采光处理光照度Fig.2 Intensity of illumination under active daylighting solar greenhouse

图3 2栋日光温室内不同种植密度处理番茄净光合速率日变化Fig.3 Diurnal variation of net photosyntheticrate of tomato in two solar greenhouses under treatments of different planting densities

图4 2栋日光温室内不同种植密度处理番茄气孔导度日变化Fig.4 Diurnal variation of stomatal conductance of tomato in two solar greenhouses under treatments of different planting densities

由图4可知，3种种植密度处理一天内Gs的均值G2-D1较G3-D1高44.73%，G2-D2较G3-D2高0.02%，G2-D3较G3-D3高7.00%。由此可知，随着种植密度的增加，G2对其内番茄Gs的影响逐渐减弱。D2处理，G2与G3番茄Gs相差无几。

2.1.4 对番茄Ci的影响 如图5所示，2栋日光温室D1的Ci呈现先降后升的趋势，D3的变化趋势相同，但上升幅度不大；D2则呈现下降后趋于平缓的趋势。G2-D1的Ci在时间段Ⅲ低于G3-D1，其余4个时间段高于G3-D1，且在时间段Ⅰ、时间段Ⅱ、时间段Ⅳ内差异显著(P<0.05)。G2-D2的Ci在5个时间段内均高于G3-D2，且在时间段Ⅰ、时间段Ⅱ内差异显著(P<0.05)。G2-D3的Ci在时间段Ⅰ、时间段Ⅱ显著高于G3-D3(P<0.05)，其余3个时间段内均低于G3-D3。由此可知，G2内番茄3种种植密度处理的Ci在时间段Ⅰ、时间段Ⅱ均显著高于G3(P<0.05)，G2对番茄Ci的影响主要体现在早上。

图5 2栋日光温室内不同种植密度处理番茄胞间CO2浓度日变化Fig.5 Diurnal variation of inter cellular CO2concentration of tomato in two solar greenhouses under treatments of different planting densities

经计算3种种植密度处理一天内Ci的均值，G2-D1较G3-D1高 13.32%,G2-D2较G3-D2高6.08%，G2-D3较G3-D3高5.49%。由此可知，随着种植密度的增加，G2对其内的番茄Ci的影响逐渐减弱。

2.1.5 对番茄Tr的影响 如图6所示，3种种植密度处理番茄Tr在G2、G3内均呈现先升后降的趋势，番茄Tr在G3随着种植密度的增加而增加。G2-D1的Tr在前4个时间段均低于G3-D1，且在时间段Ⅰ、时间段Ⅲ内差异显著(P<0.05)。G2-D2、G2-D3的Tr在前4个时间段均显著低于G3-D2、G3-D3(P<0.05)。G2的3种种植密度处理番茄Tr仅在时间段Ⅳ高于G3，G2-D1、G2-D2与G3-D1、G3-D2之间存在显著性差异(P<0.05)，G2-D3与G3-D3之间无显著性差异(P>0.05)。由此可知，G2内3种种植密度处理番茄Tr在前4个时间段内均低于G3，G2对番茄Tr的影响主要体现在中午时刻，有效地降低番茄叶片水分的蒸腾。

3种种植密度处理一天内Tr的均值，G2-D1较G3-D1低3.91%；G2-D2较G3-D2低15.77%；G2-D3较G3-D3低25.54%。由此可知，随着种植密度的增加，G2相比G3对其内番茄Tr的影响逐渐增强。

图6 2栋日光温室内不同种植密度处理番茄蒸腾速率日变化Fig.6 Diurnal variation of transpiration rate of tomato in two solar greenhouses under treatments of different planting densities

2.2 主动采光日光温室对不同种植密度及保留果穗数处理番茄农艺性状的影响

2.2.1 对番茄株高和茎粗的影响 由表2可知，C1处理番茄，2栋日光温室D1与D3株高之间无显著性差异(P>0.05)，D1与D2株高之间差异显著(P<0.05)，且G2-D2-C1达到了69.10 cm。C2、C3处理番茄，2栋日光温室D1、D2、D3株高之间均无显著性差异(P>0.05)，其中G2-C3处理番茄株高均达到103 cm以上。G2-C1、G2-C2、G2-C3的番茄株高较G3-C1、G3-C2、G3-C3分别高出4.05 cm、0.06 cm、4.32 cm。由此可知，G2对番茄株高有一定的影响，但较G3无显著性 差异。

C1、C3处理番茄，2栋日光温室D1、D2、D3基部茎粗、茎尖茎粗之间无显著性差异(P> 0.05)，C2处理番茄，G2-D1基部茎粗与对应处理之间差异显著(P<0.05)，G2-D3的基部茎粗、茎尖茎粗与对应处理之间差异显著(P<0.05)。C1、C2、C3处理番茄，2栋日光温室D1、D2、D3第1花序节位之间均无显著性差异(P>0.05)，但G3-D1、G3-D2、G3-D3的第1花序节位茎粗较G2-D1、G2-D2、G2-D3粗。C2、C3处理番茄，G3-D2第2花序节位茎粗与相对应处理之间差异显著(P<0.05)，除了G2-D1-C2第2花序节位较G3-D1-C2粗，G2其余处理的第2花序节位较G3细。C3处理番茄，G3-D2、G3-D3第3花序节位茎粗与相对应处理之间差异显著(P<0.05)，且G3内3种密度处理番茄的第3花序节位较G2的粗。G2的番茄基部茎粗较G3的粗 0.12 mm，其余茎尖、第1花序、第2花序、第3花序部位茎粗，G2较G3分别细0.70 mm、0.29 mm、1.14 mm、1.61 mm。由此可知，G2在番茄植株茎粗方面并未起到理想的效果，可总结为G2番茄高而细，G3番茄矮而粗，但是差异不显著。

表2 不同种植密度及保留果穗数处理番茄的株高和茎粗Table 2 Planth height and stem diameter of tomato treated with different planting densities and retaining fruit cluster

2.2.2 对番茄果实品质的影响 由表3可知，C1处理番茄，G2-D3的果实纵径、横径与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)，其余G2-D1、G2-D2与相对应处理番茄之间则无显著性差异(P>0.05)；C2处理番茄，G2-D1的果实纵径、横径与对应处理番茄之间存在显著差异(P< 0.05)，G2-D2的果实纵径、横径与对应处理番茄之间无显著性差异(P>0.05)，G3-D3的果实纵径与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)，果实横径则无显著性差异(P>0.05)。C3处理番茄，G2-D1、G2-D2的果实纵径与对应番茄之间差异显著(P<0.05)，果实横径则无显著性差异(P> 0.05)；G2-D3的果实纵径、横径与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)。总体上，G2的番茄果实纵径、横径较G3稍大。G2各处理番茄果实的果形指数与相对应G3各处理番茄之间均无显著性差异(P>0.05)，但G2的果形指数较G3稍大。就番茄果实纵径、果实横径及果形指数，G2-C1较G3-C1分别高出1.50 mm、0.88 mm、 0.009；G2-C2较G3-C2分别高出了5.28 mm、 5.14 mm、0.013；G2-C3较G3-C3分别高出了 3.79 mm、2.94 mm、0.017。由此可知，G2对番茄果实纵径、果实横径以及果形指数的提高有较好的影响。

C1、C3处理番茄，G2-D1、G2-D2、G2-D3的果肉厚度与对应处理番茄之间无显著性差异 (P>0.05)。C2处理番茄，G2-D1、G2-D2的果肉厚度与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)，G2-D3与G3-D3之间无显著性差异(P>0.05)。G2-C1、G2-C2、G2-C3的果肉厚度较G3-C1、G3-C2、G3-C3分别厚0.26 mm、0.57 mm、 0.12 mm。可见，G2对番茄果肉厚度具有较好的影响。

C1处理番茄，G3-D1、G3-D2的果实硬度与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)；C2处理番茄，G3-D1、G3-D2、G3-D3的果实硬度均与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)；C3处理番茄，G3-D1与G2-D1之间差异显著(P<0.05)。G3-C1、G3-C2、G3-C3的果实硬度较G2-C1、G2-C2、G2-C3分别提高5.66HA、5.81HA、 4.76HA。由此可知，G2对番茄果实硬度并未起到理想的效果，这对于G2番茄的长时间储存及长距离运输不利。

表3 不同种植密度及保留果穗数处理番茄果实品质Table 3 Fruit quality of tomato treated with different planting densities and retaining fruit cluster

2.2.3 对番茄果实产量的影响 由表4可知，C1、C2、C3处理番茄，G2与G3的番茄开花数、坐果数之间均无显著性差异(P>0.05)。C1处理番茄，G2-D1、G2-D2的单果质量、番茄产量与对应处理番茄之间无显著性差异(P>0.05)，G2-D3与G3-D3之间则差异显著(P<0.05)；C2处理番茄，G2-D1的单果质量、番茄产量与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)，G2-D2、G2-D3与G3-D2、G3-D3之间则无显著性差异(P>0.05)；C3处理番茄，G2-D1的单果质量、番茄产量与对应处理番茄之间无显著性差异(P>0.05)，G2-D3的单果质量、番茄产量与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)，G2-D2的单果质量与对应处理番茄之间差异显著(P<0.05)，番茄产量之间则无显著性差异(P>0.05)。番茄单果质量与单位产量，G2-C1较G3-C1分别高14.11 g、359.94 kg/667m2，G2-C2较G3-C2分别高44.25 g、 1 221.48 kg/667m2，G2-C3较G3-C3分别高 25.28 g、1 475.55 kg/667m2。可见，G2对单果质量及番茄产量的提高起到理想的作用。

G2在番茄早熟方面也起到了理想的效果，试验期间，2栋日光温室番茄是在2019-02-18播种育苗，2019-03-28定植；G2番茄采摘期为2019-06-17，G3番茄采摘期为2019-06-25。即是在大致50%的番茄成熟时进行采摘。

表4 不同种植密度、保留果穗数处理番茄产量Table 4 Yield of tomato treated with different planting densities and retaining fruit cluster

3 讨 论

光是植物进行光合作用必不可少的元素之一，充足的光照有利于植物的生长及其光合作用，番茄植株的光合特性及农艺性状受日光温室内光照强度、不同的种植方式等因素共同影响。本试验通过对乌鲁木齐市米东区蔬菜科技示范园日光温室内外光照强度的数据分析可知，日光温室主动采光在提高其光照强度方面起到了良好的作用，且效果显著，这与张勇等[8-10]、高文波等[11]、王晨晨等[21]、鲍恩财等[22]的研究结果一致，G2采光效率显著高于G3(P<0.05)。由本试验测定的番茄光合数据可知，就2栋日光温室而言，G2对低密度种植的番茄Pn起到了提高作用，G2高密度番茄的Pn低于对应G3的，G2对番茄Gs、Ci和Tr起到提高的作用，但Gs和Ci却随着种植密度的增加呈现减弱的趋势，Tr则呈现增加的趋势；番茄光合日变化方面，G2在傍晚时刻对番茄的光合作用起到显著提高的作用。在午间太阳高度角达到最大值时，G2内番茄Tr低于G3番茄的，这减少植物的蒸腾，对植株保持体内水分起到理想的效果。

番茄植株个体的长势对生产栽培管理方面起着至关重要的作用，G2的番茄高而细，G3的番茄矮而粗，但是差异不显著。原因是G2光照强度显著高于G3(P<0.05)，G2番茄垂直方向生长较快，因此其内的番茄植株长势较好，随着保留果穗数的增加植株有增高的趋势。就果实纵径、横径而言，G2的番茄较G3的稍大，但两者果形指数之间无显著差异(P>0.05)。G2的番茄果肉厚度相比G3的稍厚，但G2的番茄果实硬度较G3软，这不利于番茄果实的长时间储存以及长距离运输。

合理的种植密度、栽培方式以及保留果穗数是保证番茄产量的关键所在。G2与G3番茄植株开花、坐果之间并无显著性差异(P>0.05)，因此其产量的异同主要取决于种植密度、栽培方式、保留果穗个数以及单果质量。密度越大、保留果穗数越多其产量相对应就越高，这与李扬丹等[23]的研究结果较为接近。G2的每一种种植密度、保留果穗处理组合的番茄产量较G3的相对应处理组合的番茄产量要高，且成熟时间提前了7～10 d，其中G2-D3-C3的折合亩产量达到 14 625.79 kg/667m2。

4 结 论

通过对日光温室光照强度、盆栽番茄光合特性以及农艺性状的综合分析比较，得出主动采光日光温室对其室内光照强度起到了显著提高作用，在番茄光合指标测定期间，G2的光照度较G3高7.90%、8.33%和8.51%；并对其内种植的番茄Gs、Ci、Tr起到了提高作用，对低密度种植的番茄Pn起到了提高作用。G2的番茄植株高而细，G3的番茄植株矮而粗；G2的番茄果实纵径、果实横径、果形指数较G3的番茄的稍大，且番茄果肉厚，不过果实硬度小于G3的番茄果实硬度，这不利于番茄果实的长时间储存及长距离运输；G2的每1种种植密度、保留果穗处理组合番茄产量较G3的相对应处理组合番茄产量有所提高，且其成熟期提前7～10 d，说明G2有利于番茄的盛产及提早上市，提高菜农的经济收入。因此，主动采光日光温室在乌鲁木齐地区具有广泛的推广利用价值。