散射膜對(duì)設(shè)施環(huán)境與番茄栽培的影響

許寶玉，趙淑梅，宋衛(wèi)堂，董文其，張成浩*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)裝備研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部創(chuàng)意農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 320021； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，浙江 杭州 320021)

光照是蔬菜作物生長(zhǎng)發(fā)育的必要條件之一，是植物葉綠素形成的主要條件。光照條件直接影響植物的光合作用，導(dǎo)致植物生物量改變，影響蔬菜作物的產(chǎn)量。光照強(qiáng)度是影響光合作用強(qiáng)度的主要因素，在一定范圍內(nèi)，光照強(qiáng)度越大，植物光合作用越旺盛[1]。研究表明，茄子產(chǎn)量與光量成正比關(guān)系，光量減少1/2時(shí)，茄子產(chǎn)量降低到49.4%；光量減少2/3時(shí)，茄子產(chǎn)量則僅有13%。在強(qiáng)光下，植物光合系統(tǒng)會(huì)被破壞，產(chǎn)生光抑制，從而影響植物的形態(tài)生長(zhǎng)[2-3]；但在弱光下，植株的葉片數(shù)、莖粗及株高會(huì)下降[4-5]。除影響光合作用外，光照還影響作物的其他生理過(guò)程，如光照時(shí)間對(duì)植物的花芽分化、休眠等生理過(guò)程具有特殊作用[6-7]。

通常情況下，太陽(yáng)輻射是日光溫室光、熱能量的唯一來(lái)源。透光材料的輻射透過(guò)率決定著溫室內(nèi)所能獲得的輻射水平。研究表明，透過(guò)率的微小差異及不同波長(zhǎng)的輻射對(duì)作物生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生顯著的影響[8-9]。透光率和霧度是衡量農(nóng)用薄膜的2個(gè)重要指標(biāo)。然而，日光溫室、農(nóng)業(yè)大棚覆蓋材料光輻射透過(guò)性能的測(cè)試指標(biāo)、測(cè)試方法及計(jì)算方法等在學(xué)界目前還有許多爭(zhēng)議，關(guān)于反映不同溫室薄膜材料輻射透過(guò)性能的重要指標(biāo)，如太陽(yáng)直接輻射透過(guò)率、光合有效輻射透過(guò)率、遠(yuǎn)紅外輻射透過(guò)率、霧度等的系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果鮮有報(bào)道。

光散射薄膜是能把平行直射的光線轉(zhuǎn)變成各向同性的面光源或各向異性的面、線光源，擴(kuò)大光照面積的一種聚合物光散射薄膜。光散射薄膜具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)光散射膜材料開(kāi)展了大量的研究；然而，光散射薄膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用研究仍較少。Li等[10]認(rèn)為散射光增強(qiáng)作物光合作用的原因，不僅直接源于作物冠層中更均勻的垂直和水平光分布，而且還來(lái)源于作物的生理和形態(tài)適應(yīng)。散射膜具有良好的透光率和高散光率，植物可以接收全面的光照，農(nóng)戶在田間管理中不用為了擴(kuò)大農(nóng)作物底部的陽(yáng)光接收而去剪枝，從而減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人工成本。同時(shí)，使用散射膜后，棚內(nèi)早晚光照弱時(shí)透光率較高，升溫快，中午光照強(qiáng)時(shí)直射光集中度低，利于遮陽(yáng)，可減緩棚溫上升；因此，散射膜還有利于棚內(nèi)溫度穩(wěn)定，縮短作物生長(zhǎng)周期，作物產(chǎn)量可比普通膜棚內(nèi)增加10%以上[11]。范冰琳等[12]的結(jié)果表明，散射光促進(jìn)黃瓜的生長(zhǎng)，主要表現(xiàn)在表觀性狀指標(biāo)和內(nèi)在物質(zhì)積累等方面。本研究主要對(duì)比散射膜大棚和普通膜大棚小番茄生理狀態(tài)的差異，旨在為小番茄高品質(zhì)栽培提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

在浙江省農(nóng)資集團(tuán)瓶窯基地，利用浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜所育成的小番茄品種浙櫻粉1號(hào)、2號(hào)開(kāi)展光散射膜大棚與普通膜大棚的栽培對(duì)比試驗(yàn)。散射膜大棚東西長(zhǎng)20 m、南北寬8 m，覆蓋北京三力創(chuàng)公司提供的散射光薄膜(透光率85%，霧度55%)。普通膜大棚東西長(zhǎng)20 m、南北寬8 m，覆蓋北京三力創(chuàng)公司提供的聚氯乙烯(PVC)棚膜(透光率85%，霧度55%)。

番茄播種時(shí)間為2017年3月10日，定植日期為4月11日，栽培密度為4.2株·m-2。

采用光照傳感器(S-LIA-M003，美國(guó)HOBO公司)測(cè)量冠層的光合有效光量子流密度(PPFD)。在距離地面0.2 m高度處分別放置1個(gè)傳感器，測(cè)量底部光照強(qiáng)度的變化；在距離地面2 m高度處分別放置1個(gè)傳感器，測(cè)量上部光照強(qiáng)度的變化。

利用便攜式遠(yuǎn)紅外線測(cè)溫儀(Ti50，美國(guó)Fluka公司)測(cè)定大棚的溫度分布。利用Li-6400便攜式光合測(cè)定儀測(cè)量番茄第6片真葉的光合作用，每個(gè)處理測(cè)10棵苗，取平均值。利用手持式數(shù)顯糖度計(jì)BX-1測(cè)定番茄的可溶性糖含量，每個(gè)處理測(cè)10個(gè)番茄果實(shí)，取其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 散射膜與普通膜大棚的溫度分布

2017年6月，選擇天氣晴朗、直射光較強(qiáng)的時(shí)候，利用遠(yuǎn)紅外線測(cè)溫儀測(cè)定散射膜大棚與普通膜大棚的溫度分布。結(jié)果如圖1所示，在上午11：00，普通大棚的最高溫度是46.9 ℃，平均溫度32.9 ℃，最低溫度24.0 ℃，中間部位溫度34.1 ℃；散射膜大棚的最高溫度是40.4 ℃，平均溫度29.3 ℃，最低溫度22.0 ℃，中間部位溫度32.2 ℃。比較可知，散射膜大棚的平均溫度比普通大棚低3.6 ℃。

圖1 普通膜大棚與散射膜大棚的溫度分布

2.2 散射膜與普通膜大棚的光合有效輻射量

如圖2～5所示，不論是晴天還是陰天，散射膜大棚相同部位的光合有效輻射量(PAR)均高于普通膜。

陰天，散射膜大棚上、下部的PAR分別是外面的99.0%和91.2%，而普通膜大棚上、下部的PAR分別是外面的86.9%和83.4%；晴天，散射膜大棚上、下部的PAR分別是外面的64.2%和59.4%，而普通膜大棚上、下部的PAR分別是外面的60.4%和54.4%。

圖2 陰天普通膜大棚與散射膜大棚一天不同時(shí)刻的光合有效輻射量比較

圖3 陰天不同大棚不同部位的光合有效輻射量(一天總和)

圖4 晴天普通膜大棚與散射膜大棚一天不同時(shí)刻的光合有效輻射量比較

圖5 晴天不同大棚及不同部位的光合有效輻射量(一天總和)

2.3 散射膜大棚與普通膜大棚番茄的栽培效果

凈光合作用是衡量植物生理狀態(tài)的重要指標(biāo)之一，與農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量密切相關(guān)。選擇晴朗天氣，測(cè)定2種大棚中栽培小番茄的光合作用、可溶性糖含量及產(chǎn)量。如圖6～9所示，散射膜大棚浙櫻粉1號(hào)、浙櫻粉2號(hào)的凈光合作用分別比普通大膜棚增加了8.7%和7.8%，可溶性糖含量分別增加了9.4%和8.7%，產(chǎn)量分別增加了7.8%和9.1%。散射膜增強(qiáng)了光的散射，一部分光線可以繞過(guò)棚骨架、葉片等障礙物到達(dá)作物的不同部位，從而增加了重疊葉片間的光照。而且，散射膜大棚的溫度低于普通膜大棚，而高溫會(huì)導(dǎo)致小番茄的光合作用減弱。這些因素的綜合作用可能是造成散射膜大棚栽培的番茄光合作用、可溶性糖和產(chǎn)量?jī)?yōu)于普通大棚的主要原因。

圖6 不同大棚栽培番茄的凈光合作用比較

圖7 不同大棚栽培番茄的可溶性糖含量比較

圖8 不同大棚栽培小番茄的產(chǎn)量比較

圖9 不同大棚栽培小番茄的果實(shí)數(shù)量比較

3 小結(jié)

本研究對(duì)比散射膜大棚和普通膜大棚的溫度、光合有效輻射，以及小番茄栽培的差異。結(jié)果顯示，在夏天，散射膜大棚中的溫度低于普通膜大棚。不論是晴天還是陰天，散射膜大棚相同部位的光合有效輻射量均高于普通膜。散射膜大棚栽培小番茄的凈光合作用、可溶性糖和產(chǎn)量均高于普通膜大棚栽培的小番茄。綜上，散射膜大棚比普通膜大棚在蔬菜栽培方面更具優(yōu)勢(shì)。