设施番茄产量和品质对不同浓度CO2 的响应

孙培良，冯彩波，谢志明

（1.聊城市气象局，山东 聊城252000；2.白城师范学院，吉林 白城137000）

番茄（Solanum lycopersicum L.）是广受各国人民欢迎的食品，是蔬菜的主要品种之一。中国的番茄生产位居全球第一[1]，是全世界最大的出口国，其中，山东省的番茄种植规模位于国内前列。夏季以露地栽培为主，冬季则以设施栽培为主。被誉为“中国蔬菜第一市”的聊城市是全国主要蔬菜生产基地，截止到2017 年，设施番茄种植面积占2 万多公顷，总产量近1 000 万t，位居国内第一位[2]。设施番茄的产量是稳定供求关系和价格的重要保证，需要不断更新栽培管理技术，提高产量和品质。

大气中所含CO2一般在350 mg/kg 左右。开放环境中CO2含量波幅较小，因而对露地作物的产量及生理影响不大，但在封闭的设施环境内却是影响作物产量和品质的重要因素。多项研究表明在温室中增施CO2可以有效提高番茄的产量和品质[3-7]，但不同地区、不同结构的温室受日照时数、温度和通风措施的影响，其内部CO2的变动规律不同，设施作物对CO2的需求规律也有差异。

相较于露地番茄，设施番茄的产量和品质除了受水肥管理和病虫害防治水平的影响外，还与设施内的CO2浓度有密切的关系，CO2浓度的高低直接影响设施番茄的生理状况。观测发现，在封闭的设施环境中，CO2浓度经常处于夜晚高、白天低的波动节律中，主要原因是夜晚作物以呼吸作用为主，释放CO2，导致设施内CO2气体浓度不断升高；日出后随着作物光合作用持续增强，作物大量吸收CO2，导致CO2浓度急速下降，造成大棚内的CO2亏缺。王立革等[8]通过检测发现，番茄定植后期（采收期），温室内CO2浓度在09：00 后开始下降，至13：00 左右降到最低，17：00 以后开始回升，最高值与最低值相差可达2～3 倍。光合作用旺盛的时候，及时通风可以在一定程度上降低CO2亏缺程度，但恢复不到正常水平，如种植黄瓜的温室，虽然经过完全通风，但室内的CO2浓度仍比正常值低10%以上，在不通风的情况下，CO2浓度会降至50～100 mg/kg，光合作用停止[8]。由此可见，CO2作为光合作用的主要原料，是作物生长发育过程中不可或缺的要素。日光温室需要保温增温，一般只在白天天气晴好时才通风换气，所以室内CO2亏缺更加严重，从而限制了作物的光合作用，成为制约设施番茄产量提高的主要因素。

针对设施环境中CO2亏缺的现象，人工增施CO2对多果蔬都有促生、增产、提高品质的作用，如黄瓜[9]、草莓[10]、蒜薹[11]、番茄[12-13]、马铃薯[14]、杨梅[15]、芹菜[16]等。同时，合理使用CO2还可以提高作物对干旱、盐胁迫等不良环境的抗逆能力[17-18]。需要指出的是，虽然CO2的促生、增产作用已经得到证实，但不同作物在设施环境中对CO2的需求规律依然不是很明确[19-20]。本文以设施番茄为材料，研究不同CO2浓度对番茄生长发育、产量和品质的影响，探究番茄对CO2的需求规律，旨在为设施番茄的增产提供科学的方法和手段。

1 材料与方法

1.1 试验田基本情况

试验设施采用日光温室（115.83°E，36.13°N），位于聊城市阳谷县谷丰源农业科技园蔬菜生产基地内，室内南北宽11 m，东西长120 m，高4.8 m，外覆盖防雨防晒防寒防冻保温被。试验时用塑料布把温室隔成12 个小间，每个小间长8 m、宽11 m，面积88 m2（温室两头各留8 m、中间连接处留16 m 的保护区），每个小间释放不同浓度的CO2气体。天气晴好条件下09：00—16：30 进行通风。

供试番茄品种为“美红2 号”，于2019 年9 月25日移栽，行株距60 cm×30 cm，2020 年5 月30 日拉秧。

1.2 CO2使用方法及设计

CO2采用国盛生物肥料有限公司生产的大棚蔬菜温室专用吊挂式二氧化碳增长剂，按产品说明混合药剂、产气后吊挂在番茄行内，高度1 m；CO2浓度测定采用富景天策（北京）科技有限公司的智慧园丁设施农业环境监测系统，其中CO2浓度传感器型号：SSR-ZGB-004，保持24 h 连续观测，根据检测结果调节CO2袋的数量和释放速率，使其浓度控制在（600±50）mg/kg、（900±50）mg/kg、（1 200±50）mg/kg，以自然状况下不施用CO2气体的处理区为对照（CO2浓度为（300±50）mg/kg）。2019 年12 月10 日现蕾前开始增施CO2，次年5 月20 日结束。实验共设4 个处理，重复3 次。

1.3 番茄生理指标测定

1.3.1 番茄花量测定

各处理区采用对角线5 点取样法，每点选择2株番茄，共10 株，计数开花数量。由于CO2的作用具有延迟性，所以从实验开始后20 d 进行统计，连续统计7 次，每次间隔10 d。

1.3.2 番茄产量测定

在统计开花量的同时，收获定点植株上成熟番茄个数并称重，连续收获7 次后，累积计算平均单果重、单株果数和单株产量。

1.3.3 番茄品质的测定

番茄收获后，每次处理随机选取5 个果实，用TD-92 型手持水果糖度计测量糖度，用钼蓝比色法测维生素C 含量、用滴定法测定含酸量[21-22]。

1.4 数据统计和分析

所有的数据用Excel 软件进行汇总处理后，采用DPS7.05 软件进行单因素方差分析（P＜0.05），多重比较采用Duncan 新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同浓度CO2 对番茄开花数量的影响

增施CO2后，观测发现番茄的开花数量有显著的提升。对照区CO2的浓度最低，平均单株开花量在18～22 朵，随着CO2浓度的升高，开花量逐渐增加，600 mg/kg 处理花量在23～27 朵，900、1 200 mg/kg处理的花量最大，在28～32 朵。方差分析结果表明，增施CO2以后，番茄的开花数量显著高于对照处理（图1），增幅25%～50%，差异明显（P＜0.05）；不同CO2浓度之间进行比较，900 与1 200 mg/kg 对番茄开花的促进作用均明显高于600 mg/kg 处理，但900与1 200 mg/kg 之间差异不明显，说明CO2浓度在900 mg/kg 时对花量的促进作用已经达到最好，进一步提高CO2浓度意义不大。

单株花量的增加意味着在营养足够的情况下，单株结实数量会提高，可以促进番茄的总产量。

2.2 CO2 对番茄产量的影响

增施CO2后番茄的结果个数比对照区结果数多，但存在一定的浓度差异，即较低的CO2浓度（600 mg/kg）对结果数的促进作用不明显，只有CO2浓度达到900～1 200 mg/kg 以后，结果数量才明显高于对照区（表1），差异显著；对各处理的平均单果重量进行方差分析，在供试浓度范围内，是否增施CO2对单果重没有明显的差异，说明番茄果实的大小与CO2浓度无关；在产量方面，补充CO2浓度后，单株产量增加28.29%～51.04%，明显高于对照区，说明增施CO2可以增加番茄产量。

表1 不同浓度CO2 处理对番茄产量及构成要素的影响

增施CO2浓度后，可以促进番茄的开花数量，直接影响番茄的单株结果数，虽然单个果实的重量并没有增加，但依然可以有效提高产量，说明CO2对番茄的增产效应通过提高结果数量实现（表1）。

2.3 不同浓度CO2 对番茄品质的影响

番茄口感必须在较高的含糖量基础上有适宜酸度，高糖和低酸会令味道变淡，低糖和高酸会形成酸果。所以番茄果实的口感和品质首先决定于甜度，酸也在一定程度上影响着番茄的风味品质。

2.3.1 番茄含糖量变化

增施CO2后，对不同时间段收获的番茄进行含糖量测定（图2）。20 d 后，增施600～1 200 mg/kg的CO2可以促进番茄糖分的合成，含糖量分别为5.27、5.49、5.65 g/kg，明显高于自然对照区的含糖量4.71 g/kg；40～60 d，600 mg/kg 处理的番茄含糖量降低，与对照区差异不大，但900 ～1 200 mg/kg 处理依然明显好于对照区；超过60 d，无论是对照区还是增施CO2区，番茄含糖量均下降，各处理之间差异均不显著。

图2 增施CO2 后番茄含糖量的变化

2.3.2 番茄含酸量

增施CO220 d 后，番茄果实的含酸量变化明显，600、900、1 200 mg/kg 处理的含酸量分别为2.48、2.23、2.02 g/kg，对照区含酸量为3.03 g/kg。在试验时间段内，未补充CO2的小区，番茄含酸量始终在3 g/kg 左右，显著高于增施CO2的小区，说明CO2浓度的提高抑制了酸性物质的合成。不同CO2浓度对果实含酸量的降低效果有明显的差异，增施CO220～60 d，600、900 mg/kg 处理的小区，番茄的含酸量差异不明显，但70～80 d 后600 mg/kg 处理的小区番茄含酸量明显高于900 mg/kg 处理的；高剂量1 200 mg/kg 处理对有机酸产生的抑制作用最好，番茄含酸量全程最低。无论是对照区还是增施CO2的小区，随着果实不断成熟，50 d 后含酸量逐渐小幅上升，与肥料不足有关。

2.3.3 不同浓度CO2对番茄维生素C 含量的影响

将同一天采摘的成熟番茄进行维生素含量测定，增施CO220 d 后，600、900、1 200 mg/kg 处理的含量分别为356.38、420.38、348.38 mg/kg，对照区为260.88 mg/kg，各处理的维生素CO2含量均高于自然对照区，差异显著（图3）。在整个试验过程中，自然对照区番茄的维生素C 含量约250 mg/kg，增施CO2600、1 200 mg/kg 处理的番茄维生素C 含量约350 mg/kg，900 mg/kg 处理的番茄维生素含量最高，始终高于400 mg/kg。对CO2各种处理进行方差分析，中剂量900 mg/kg 处理维生素C 含量最高，高于1 200 mg/kg 处理的维生素C 含量，说明对番茄维生素C 而言，并不是增施CO2浓度越高越好。

图3 增施CO2 后番茄维生素C 含量的变化

3 结论

试验表明，鲁西地区冬暖式日光温室中补充CO2可以有效提高番茄的花量与结果数量。

（1）设施番茄长期处于密闭状态，造成大棚内CO2的亏缺，从而限制了作物的光合作用，成为制约设施番茄产量和品质提高的重要因素。因此对设施蔬菜增施CO2能显著提高作物的光合速率[5，23]。

（2）增施600、900、1 200 mg/kg CO2主要是通过提高单株结实数量达到增产效果，整体的产量增幅明显。同时，当CO2增施量＞1 200 mg/kg 时，随着CO2浓度逐渐增大，番茄产量逐渐降低；CO2浓度达到2 000 mg/kg 时，番茄植株死亡，可见就番茄增产而言，并非CO2浓度越高增产越好[2，8-9]。

（3）增施CO2可以有效提高设施番茄糖分、维生素C 含量，降低有机酸含量，从而提高番茄的口感和品质[12，24]。从试验结果看，无论是糖度、酸度还是维生素C 含量，增施900 mg/kg 的CO2均能起到良好的效果。

综合考虑CO2对产量的增产效果及对果实品质的影响，900 mg/kg 是适宜设施番茄生长的合理浓度，不但番茄的产量有明显提升，果实的品质也最好，超出此范围对产量没有明显的促进作用，甚至会抑制作物的生长[25-26]。增施CO2要结合作物的种类、天气状况等，避免因使用不当造成作物中毒、早衰或死亡[27]。