CO2与空间电场互作对番茄生长的影响

孙斌，白云蕾，李灵芝，李海平，王艳芳，牛华琳，唐婷婷，王元

（山西农业大学 园艺学院，山西 晋中 030801）

番茄，喜温作物，其果实风味独特，营养丰富，受到广大消费者的喜爱，是世界上栽培面积最广的设施蔬菜之一［1］。番茄对设施环境具有很强依赖性，CO2作为植物光合作用的重要底物，对植物生长至关重要。由于设施自身密闭性的特点，导致CO2浓度经常处于亏缺状态，这成为作物光合作用及生长发育的主要限制因素［2］。如何调控设施环境中CO2浓度，以促进植物的生长，前人进行了大量研究。CO2浓度升高可以提高作物的光合作用能力及光合产物积累量，使其生物总量增加。还可以降低叶片气孔导度和蒸腾速率，提高作物水分利用率［3］。王万庆［4］研究表明，在苗期增施CO2能显著提高番茄植株茎粗，并且秧苗全期增施CO2比对照组增产41.5%。高宇等［5］研究表明，增施CO2显著促进了番茄植株幼苗的株高、茎粗、叶面积、叶片SPAD 值的增长。CO2加富会显著增加番茄生长时期的分枝数、叶片数、叶面积等，同时显著提高番茄早期相对生长率、净同化速率［6］。研究发现，CO2加富会促进植株叶片细胞扩展，增加叶片细胞数量，提高叶片细胞壁延展性，进而加快叶片生长率，增大叶面积以及叶片厚度。

自然界植物本就置于变化的大气电场中，同光照、温度一样也是植物生长不可缺少的环境因子［7］。早在20 世纪60 年代，国内外学者就开始研究静电场对植物的影响，并取得了大量的研究成果。研究表明，空间电场可改变日光温室小气候环境，提高温室温度降低湿度，促进植株生长发育［8-9］。周娜娜等［10］研究表明，空间电场促进了小白菜和小油菜的生长，对于株高、茎粗以及水分含量具有显著提高的作用，同时地上部鲜质量均明显高于对照，分别比对照增加了46%、65%，总产量得到显著提高。邢恩臻等［11］研究表明，采用空间电场技术的日光温室能使番茄植株的茎秆粗度显著增加。张佳等［12］研究表明，空间电场处理能促进番茄初果期细胞的分裂和伸长，促进番茄植株生长，增强番茄植株生长势，还可以促进番茄初果期的茎粗，使番茄植株健壮，增强番茄植株的抗逆性。

目前针对不同浓度CO2与空间电场互作对番茄生长的影响研究较少。有研究表明，通过施用空间电场可以显著促进作物植株对CO2的吸收［13］。因此，本试验研究了日光温室不同番茄品种对空间电场与不同CO2浓度互作的响应，探明空间电场与CO2互作下对番茄生长影响的最佳效果方案，旨在为空间电场条件下施用CO2技术提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验场所

试验于2021 年9 月-2022 年6 月在大同市大山生态农业有限公司园区开展。日光温室双拱钢架结构，双层棉被双层膜。温室长100 m，宽12 m。利用水肥一体化滴管设备进行统一水肥管理，每处理均采用常规栽培管理措施。

1.2 试验材料

供试番茄品种为‘普罗旺斯’（以P 表示）、‘精典1 号’（以J 表示）。空间电场，设备型号3DFC-450，由大连亿佳田园环境科技有限公司提供。CO2施肥机，由三亦科技开发有限公司提供。

1.3 试验设计

番茄植株采用移栽定植方式，选取大小长势一致的番茄幼苗植株，整个生长周期中，于2021 年12月25 日定植。番茄植株定植株距为75 cm，一行种植约23株，一垄双行，共46垄。

CO2浓 度 设 置 分 别 为400 μmol·mol-¹（4C；CK）、600 μmol·mol-¹（6C）、800 μmol·mol-¹（8C）、1000 μmol·mol-¹（10C）。空间电场设置分别为有空间电场（D）和无空间电场（无表示字母），见表1。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

试验温室1/2布置有空间电场，1/2不布置空间电场。空间电场由控制器、绝缘子、电极线和主电源组成，工作方式为自动间歇式循环工作。绝缘子布置为每排相距4 m，共3 排，每排10 个绝缘子，相距5 m，合计30个，以确保空间电场的均一性。

CO2制备机，由三亦科技开发有限公司提供。CO2释放采用GMm220 传感器自动控制系统，通过管道和循流风机均匀施气，自动检测温室内CO2浓度，温度、湿度。温室分为4 个隔间，分别通入不同浓度的CO2，以CO2浓度（400±25）μmol·mol-1为对照（CK），其它处理依次为（600±25）μmol·mol-1、（800±25）μmol·mol-1和（1000±25）μmol·mol-1。通施时间为每天08：00-10：30，施肥期间温室密闭，阴雨天不补气，除施用的CO2浓度不同外，每个隔间其它条件基本一致。

1.4 测试项目

株高（cm）：采用卷尺测量出茎基部至生长点的高度；茎粗（mm）：采用游标卡尺在地面以上2 cm 处量取茎直径，利用十字交叉法取平均值；节间数：采用目测法（主茎上生叶或生枝的部位为节，两节之间为节间，同时基部与生长点亦作为节）；平均节间长度：株高÷节间数；叶片数：第1 片真叶至植株顶部的叶片数，记录叶长≥5 cm 的叶片数；叶长：采用直尺测量叶柄基部到叶尖距离（≥5 cm）；叶宽：与主脉垂直的最大宽度；叶面积：叶长×叶宽×0.234 5［14］；叶面积指数（LAI）：平均单叶面积×单株叶数÷单株土地面积；叶片生物量积累量；叶片含水率：（叶片鲜重-叶片干重）÷叶片鲜重×100%；产量：由单果重、单株果重来推算公顷产量。

1.5 数据分析

试验数据处理使用Excel 2016，方差显著性分析使用SAS 9.2 软件进行，运用单因素方差分析（ANOVA）中的最小显著性差异（LSD）法进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄株高的影响

由2 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上提高了番茄株高。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P8C 处理株高最高，数值为88.83 cm，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P10CD 处理株高最高，较P8C 处理差异显著，数值为100.60 cm，较对照组显著增高64.11%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J8C处理株高最高，数值为89.10 cm，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD 处理株高最高，较J8C 处理差异显著，数值为102.37 cm，较对照组显著增高49.29%。

2.2 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄茎粗的影响

由表2 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上提高了番茄茎粗。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P8C 处理茎粗最粗，数值为16.67 mm，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P8CD 处理茎粗最粗，较P8C 处理差异显著，数值为17.43 mm，较对照组显著增加21.89%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J10C处理茎粗最粗，数值为17.77 mm，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD 处理茎粗最粗，较J10C 处理差异显著，数值为18.53 mm，较对照组显著增加24.94%。

表2 不同浓度CO2加富与空间电场互作下番茄的株、茎、节Table 2 Plants，stems and nodes of tomato under the interaction of different concentrations of CO2 enrichment and space electric field

2.3 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄节间数的影响

由表2 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上提高了番茄节间数。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P8C 处理节间数最多，数值为30，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P8CD 及P10CD 处理节间数最多，数值为35，P8CD、P10CD 与P8C 均存在显著差异，P8CD 处理较对照组显著增加66.67%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J10C 处理节间数最多，数值为32，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD处理节间数最多，较J10C 处理差异显著，数值为38，较对照组显著增加65.22%。

2.4 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄平均节间长度的影响

由表2 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上降低了番茄平均节间长度。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P8C 处理平均节间长度最长，数值为2.96 cm，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P8CD 处理平均节间长度最短，较P8C 处理差异显著，数值为2.66 cm，较对照组显著降低8.90%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J10C 处理平均节间长度最短，数值为2.76 cm，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD 处理平均节间长度最短，较J10C 处理存在差异，数值为2.69 cm，较对照组显著降低9.70%。

2.5 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄叶面积的影响

由表3 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上提高了番茄叶面积。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P8C 处理叶面积最大，数值为16 390 mm2，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P8CD 处理叶面积最大，较J8C 处理差异显著，数值为17 650 mm2，较对照组显著增加36.50%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J10C 处理叶面积最大，数值为16 735 mm2，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD 处理叶面积最大，较J10C 处理差异显著，数值为18 105 mm2，较对照组显著增加34.34%。

表3 不同浓度CO2加富与空间电场互作下番茄的叶Table 3 Leaves of tomato under the interaction of different concentrations of CO2 enrichment and space electric field

2.6 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄叶面积指数的影响

由表3 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上提高了番茄叶面积指数。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P8C 处理叶面积指数最高，数值为2.91，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P8CD 处理叶面积指数最高，与P8C 存在显著差异，数值为3.14，较对照组显著增加36.52%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J10C 处理叶面积指数最高，数值为2.98，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD 处理叶面积指数最高，较J10C 处理存在显著差异，数值为3.22，较对照组显著增加34.17%。

2.7 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄叶片生物量积累量的影响

由表3 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上提高了番茄叶片生物量积累量。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P8C 处理叶片生物量积累量最大，数值为8.21 g，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P10CD 处理叶片生物量积累量最大，较P8C 处理存在差异，数值为8.65 g，较对照组显著增加41.34%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J10C 处理叶片生物量积累量最大，数值为8.47 g，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD 处理叶片生物量积累量最大，较J10C 处理存在差异，数值为8.80 g，较对照组显著增加37.50%。

2.8 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄叶片含水率的影响

由表3 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上提高了番茄叶片含水率。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P10C 处理叶片含水率最高，数值为82.83%，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P10CD 处理叶片含水率最高，较P10C处理差异显著，数值为83.43%，较对照组显著增加5.30%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J10C 处理叶片含水率最高，数值为84.29%，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD 处理叶片含水率最高，与J10C 不存在显著差异，数值为84.63%，较对照组显著增加5.25%。

2.9 不同浓度CO2加富与空间电场互作对番茄产量的影响

由表4 可见，空间电场与不同浓度CO2互作均不同程度上提高了番茄的产量。‘普罗旺斯’番茄品种在只增施CO2的条件下，P8C 处理单果重、单株果重及产量最大，数值分别为79.2 g、8.9 kg、281 546.5 kg·hm-2，在增施CO2与空间电场互作的条件下，P8CD 处理单果重、单株果重及产量最大，较P8C 处理差异显著，数值分别为81.9 g、9.1 kg、288 545.2 kg·hm-2，较对照组显著提高22.42%、33.82%、34.54%。‘精典1 号’番茄品种在只增施CO2的条件下，J10C 处理单果重、单株果重及产量最大，数值分别为81.3 g、8.7 kg、276 109.4 kg·hm-2，在增施CO2与空间电场互作的条件下，J10CD 处理单果重、单株果重及产量最大，较J10C 处理存在差异，数值分别为83.4 g、9.2 kg、291 182.8 kg·hm-2，较对照组显著提高16.00%、29.58%、28.88%。

表4 不同浓度CO2加富与空间电场互作下番茄的产量Table 4 Tomato yield under the interaction of different concentrations of CO2 enrichment and space electric field

3 讨论

CO2作为植物光合作用的底物，对番茄生长至关重要。在日光温室内，随着植株光合能力的增强，CO2浓度逐渐降低，造成严重亏缺，因此，补充CO2是必要的［15-16］。陶丽等［17］研究结果表明，增施CO2气肥可促进番茄植株株高升高、茎粗增加、叶面积增加、产量提高等。在本试验中，通过补充CO2，在一定范围内，光合作用强度随之增强，进而促进植株株高、茎粗、叶面积及产量的增加，这与陶丽的研究结果一致。有研究表明，在一定CO2浓度范围内，随CO2浓度升高，各组织器官干重显著增高，且CO2浓度越高，增加幅度越大［18］。本试验中，高CO2浓度条件下，植株光合作用加强，能够合成更多的有机物，进而可增加叶片干重以及产量，与其研究结果基本一致。另外，在本试验中，番茄品种‘普罗旺斯’和‘精典1 号’分别在800 μmol·mol-1CO2浓度和1000 μmol·mol-1CO2浓度条件下，番茄植株生长效果最佳，说明增施高浓度CO2能促进番茄植株的生长，另外，2 个品种间生长最适CO2浓度存在差异且番茄品种‘普罗旺斯’的响应更加敏感，可能是不同品种对增施CO2浓度的响应程度不一样导致的，还需进一步研究。

空间电场技术作为一种新兴技术手段，对作物生长环境调控具有显著效果，已逐步应用于设施蔬菜栽培中。研究表明，空间电场处理可改变日光温室小气候环境，提高温室温度，降低湿度，促进作物生长发育。郭光照等［19］研究表明，空间电场处理能使番茄植株株高和茎粗都有不同程度的增加，促进番茄生长及增产。本试验中，在施加空间电场的情况下，番茄植株在株高、茎粗及产量方面均得到了显著的提高，这与郭光照等的研究结果一致。蒋耀庭等［20］研究结果表明，静电调节可促使植株细胞膜兴奋，改变水生理特性，加快物质交换速率，促进细胞合成ATP，从而加快植株生长发育。本试验中，在空间电场的处理下，番茄品种‘普罗旺斯’和‘精典1 号’均在植株株高、茎粗以及叶片含水率等指标上表现出显著的提高，与蒋耀庭等人的研究结果基本一致，说明空间电场处理能明显促进番茄植株的生长，至于详细的机理，仍需进一步的探索。

空间电场与高CO2浓度配合施用比单独使用任一种技术获得效果都要显著。李旭英等［13］研究表明，空间电场能够加快蕹菜对CO2的吸收和转化，提高光合作用效率，对植物的生长起着促进作用，使蕹菜大幅度增产，并且空间电场与高浓度的CO2相结合远比单独增施同样浓度的CO2对蕹菜产量增加的促进幅度大，而且CO2浓度愈高，空间电场的促进作用愈显著。在本试验中，番茄品种‘普罗旺斯’和‘精典1 号’分别在有空间电场、800 μmol·mol-1CO2浓度和有空间电场、1000 μmol·mol-1CO2浓度条件下，综合效果达到最佳。在无空间电场条件下，番茄品种‘普罗旺斯’在800 μmol·mol-1CO2浓度条件下相较于1000 μmol·mol-1CO2浓度条件下，其各项生长指标及产量更优，可能是受到日光温室其它环境因素限制，需要进一步的研究；在施加空间电场条件下，番茄品种‘普罗旺斯’在800 μmol·mol-1CO2浓度条件下相较于1000 μmol·mol-1CO2浓度条件下，其各项指标差异不大，说明相比单独施用CO2气肥，增加空间电场显著促进了番茄植株对CO2的吸收，加快了番茄植株的生长及产量的提高，这与李旭英等人研究结果基本一致，同时本研究结果表明，在综合考虑日光温室各环境因素与条件下，番茄品种‘普罗旺斯’对空间电场与800 μmol·mol-1CO2浓度条件下互作的响应更优，较‘精典1 号’对空间电场与不同浓度CO2互作的响应更敏感。本试验中CO2浓度最高设为1000 μmol·mol-1，对于‘精典1 号’，可能在有空间电场、高于1000 μmol·mol-1CO2浓度条件下互作的响应更优，另外，不同的番茄品种对于空间电场与不同浓度CO2互作的响应差异性仍需进一步的研究。

4 结论

番茄品种‘普罗旺斯’和‘精典1 号’分别在有空间电场、800 μmol·mol-1CO2浓度和有空间电场、1000 μmol·mol-1CO2浓度条件下，综合效果达到最佳，且番茄品种‘普罗旺斯’较‘精典1 号’对空间电场与不同浓度CO2互作的响应更敏感。相较于单施CO2或空间电场，较高浓度的CO2与空间电场互作对番茄生长及产量的促进效果显著，能为空间电场与CO2同补施用技术提供一定的理论依据。