弱光區提高番茄產量和品質的栽培措施

王玉琪　梁穎　張澤錦　唐麗　黃長征　楊柳永　左曉梅

摘? ? 要：為探討弱光區提高番茄產量和品質的栽培措施，以番茄品種心里紅為試驗材料，在椰糠栽培條件下設置6種不同處理，分別為對照（CK）、不同施肥水平（T1、T2和T3）、頂補光（T4）和單桿整枝（T5），研究水肥管理、補光措施、整枝方式對番茄產量和品質的影響。結果表明，番茄的單穗果質量在不同施肥處理（T1、T2和T3）下沒有顯著差異，說明氮肥和鉀肥的施用量在常規施用范圍內變化不影響番茄產量，但適宜的低施氮量時果實的糖酸比更大，口感更佳；T4、T5處理與CK處理相比番茄品質無顯著差異，但T4處理的單位面積產量（7.39 kg·m^-2）顯著高于CK處理（6.93 kg·m^-2），說明補光能有效地提高番茄產量。綜上所述，補光是弱光區栽培提高番茄產量的有效措施。

關鍵詞：弱光區；補光；養分管理；栽培模式；番茄產量；番茄品質

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2023）05-059-07

Cultivation measures to improve tomato yield and quality in low light environment

WANG Yuqi LIANG Ying ZHANG Zejin TANG Li HUANG Changzheng YANG Liuyong ZUO Xiaomei

（1. Vegetable Germplasm Innovation and Variety Improvement Key Laboratory of Sichuan Province/Horticulture Research Institute， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Chengdu 610066， Sichuan， China; 2. Sichuan Province Engineering Technology Research Center of Vegetables， Pengzhou 611934， Sichuan，China; 3. School of Geography and Resource Science， Sichuan Normal University，Chengdu 610066， Sichuan， China; 4. Administrative Committee of Minjiang Modern Agriculture Demonstration Park， Dongpo District， Meishan City， Sichuan Province， Meishan 620000， Sichuan， China; 5. Triumph Haofeng（Dezhou）Intelligence Agriculture Co.， Ltd.， Dezhou 253000， Shandong， China）

Abstract： To improve the yield and quality of tomato in low-light areas， the effect of different cultivation measures including fertilization， supplemental lighting and pruning methods were evaluated in the sunlight greenhouse of Minjiang Modern Agriculture Demonstration Park. Tomato（Solanum lycopersicum L.， cv Xinlihong） grown in the coconut bran was used as the material. Six different treatments were set up， including control （CK）， different nitrogen and potassium fertilizer application rates （T1， T2 and T3）， top supplemental lighting （T4）， and single stem pruning（T5）. The results showed that there were no significant differences in tomato per panicle fruit weight among different fertilization treatments（T1， T2 and T3）， which indicated that the variation of nitrogen and potassium application rates in the conventional application range was not the main factor affecting the yield of tomato. However， the sugar-to-acid ratio of the fruit was increased in T1 treatment， suggesting decreased the input of nitrogen could improve the favor of tomato fruit. Compared to the control（CK）， supplemental light treatment（T4） and single stem pruning treatment（T5） had? no effect on fruit quality. Fruit yield per unit area of the supplemental light treatment （T4）（7.39 kg·m^-2） was significantly higher than that of the control treatment（CK）（6.93 kg·m^-2）， indicating that supplemental light can effectively improve tomato yield. In summary， proper supplementary light during tomato growth is the most effective measure to improve tomato yield in low-light areas.

Key words： Low light environment; Supplemental light; Nutrient management; Cultivation model; Tomato yield; Tomato quality

番茄（Solanum lycopersicum L.）是一種在全球范圍內廣泛種植、消費量巨大的蔬菜作物。中國是世界最大的番茄生產和消費國家之一，根據聯合國糧農組織（FAO）統計，2020年中國番茄的種植面積達1.11×10⁶hm²，年產量6.49 ×10⁷t[1]。自20世紀80年代開始大力推廣高效節能溫室配套栽培技術以來，我國設施溫室建設不斷發展，設施溫室番茄栽培技術也不斷提高[2-3]。

番茄是一種喜肥植物，施用不同濃度的肥料會對番茄的生長發育過程產生影響，進而影響番茄的產量和品質。無土栽培中營養全部來自營養液，營養液配方中氮素和鉀素的含量對作物的產量和品質有很大影響。目前番茄無土栽培營養液配方大多改良自山崎營養液配方或者霍格蘭營養液配方，大量元素氮和鉀的用量變化較大，其中氮素的濃度范圍為6～20 mmol·L^-1，鉀素的濃度范圍為3～10 mmol·L^-1[4]。番茄生產中營養液EC（電導率）值一般控制在1.6～5.0 dS·m^-1[5]，根際EC值過高會對氣孔導度和葉面積產生負面影響，從而影響植物光合速率、水分和營養吸收、干物質積累以及果實發育和品質[6-7]。弱光條件下營養液的氮肥和鉀肥的濃度以及營養液的EC值對番茄產量和品質的影響有待進一步研究。

光照是影響番茄生長發育的重要環境因子之一[8]，在四川地區，由于冬季白天日照時間短，使得番茄植株常在弱光環境下生長，導致番茄產量受到嚴重影響[9]。通過補光提升番茄產量和品質的技術措施在設施番茄種植中廣泛應用，大量研究結果表明，不同的光質、補光時間以及不同類型的光源均會影響番茄的產量和品質。陳鵬濤等[10]研究表明，弱光條件下補充不同的光對番茄幼苗生長有影響，補充紅光和藍光有助于番茄幼苗根系的生長和生物量的積累，紅藍組合補光下幼苗干物質含量最高。李軍等[11]研究發現，紅光和藍光均能抑制番茄莖伸長，促進莖增粗，使植株更加強壯，增加葉綠素含量，促進光合作用，但紅光處理下番茄總葉綠素含量顯著高于藍光處理。盧純等[12]、孫娜等[13]的研究表明，補充紅光和藍光均有助于提高番茄產量，但純紅光處理下番茄產量最高。補充紅光和藍光還可以提高番茄果實中番茄紅素、可溶性固形物、可溶性糖、有機酸、可溶性蛋白含量及糖酸比[14-16]。張洋等[17]、柳帆紅等[18]、魏守輝等[19]均對不同補光時段對番茄產量和品質的影響進行了研究，結果表明，揭簾前5 h進行補光效果最好。錢舒婷[20]研究了高壓鈉燈（HPS）、不同紅藍光配比的LED燈、熒光燈等不同類型的補光光源對設施番茄光合、生長和產量的影響，發現紅、藍光光強配比為4.9∶1的LED燈對提高番茄產量最有效果。

番茄整枝方式會影響植株的光吸收效率，進而影響植株的光合作用，最終影響番茄的產量和品質。王慧茹等[21]以不同的整枝方式進行試驗，發現五稈整枝更利于櫻桃番茄香妃3號果實產量的提高。楊圓圓等[22]、潘德懷等[23]研究表明，雙稈整枝比單稈整枝更顯著提高番茄產量。

大量研究結果表明，水肥管理[6]、補光措施[9]、整枝方式[22]均會影響番茄的產量和品質，但在弱光環境條件下何種農藝措施對番茄產量和品質的影響更為顯著還鮮有報道。因此，筆者以番茄品種心里紅為研究材料，研究四川冬季弱光條件下不同水肥管理、補光措施、整枝方式對番茄產量和品質的影響，探究提高弱光區溫室栽培番茄產量的措施，為今后弱光區溫室越冬番茄高產高質栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地點為四川省眉山岷江現代農業示范園區文洛型智慧溫室，采用椰糠條栽培。供試的番茄品種為心里紅，中型粉果，購自瑞克斯旺種子有限公司（中國）。供試的LED光源為揚州中科，高壓鈉燈光源為美光原（Megaphoton，荷蘭），補光方式為頂補光。

1.2 試驗設計

番茄的定植時間為2021年9月28日。試驗共設置6個處理：對照（CK，常規施肥）、不同施肥處理（T1、T2和T3）、頂補光處理（T4）、單稈整枝處理（T5），其中除了T5處理的整枝方式為單稈整枝，其他處理均為雙稈整枝，所有處理均采用椰糠條栽培。頂補光處理的補光方式為高壓鈉燈加紅藍LED燈（光源光譜見圖1），其中LED燈紅光和藍光的光照度比例為4∶1，補光時間為10：00—15：00，整個試驗過程的補光時間為2021年11月15日至2022年2月21日，番茄補光株間總光照度增加130 μmol·m^-2·s^-1，光合有效輻射增加100 μmol·m^-2·s^-1（表1）。營養液配方參考山崎營養液和霍格蘭營養液，大量元素配方見表2，其中CK、T4和T5為同一種營養液配方，T1、T2和T3使用不同的營養液配方（氮肥和鉀肥的施用量以及比例不同），番茄種植營養液EC值為2.0～3.0 mS·cm^-1，所有處理營養液中鐵和微量元素含量均相同，參考山崎營養液配方配制[24]，水源為雨水，使用磷酸或氫氧化鈉調節營養液pH至5.6～6.0。營養液以滴灌的形式進行灌溉，每個椰糠條（1.2 m長）布置5根滴灌頭，種植3棵番茄。營養液灌溉時間為09：00-17：00，每1 h灌溉5 min，滴頭出水量為20 mL·min^-1.

1.3 測定項目與方法

在番茄破色期或成熟期測定果實質量，番茄的第4、6、8穗果取樣時間為分別為2022年1月6日、1月24日和2月21日，每個處理每個時間點隨機選取40個果實使用游標卡尺測定橫徑和縱徑（每個處理共計120個樣本），用aHD2估測[25]番茄果實質量，其中D表示番茄果實橫徑，H表示番茄果實縱經，a為擬合系數，筆者根據實際質量進行擬合a = 0.075 2，單穗果質量用第4、6、8穗果的平均質量表示，并根據第4、6、8穗果的總質量計算單位面積產量。對第4穗番茄成熟果實進行品質（糖度和酸度）測定，每個處理6個重復，利用愛拓糖酸度計（ATAGO，PAL-BX/ACID F5，廣州）測定番茄果實的可溶性固形物、可滴定酸含量；用直尺測定果實上方的單節莖稈的長度和果柄長度，游標卡尺測定果實上方莖稈的直徑和果柄直徑。用光譜儀（Avaspec-2048-USB2-UA，Avantes B.V.，荷蘭）測定補光燈光譜，豪根道傳感器（Hoogendoorn，荷蘭）收集溫室光輻射、溫度、濕度以及CO₂濃度等環境數據。

1.4 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2010軟件整理數據，采用SPSS 26.0軟件進行相關統計分析，采用GraphPad Prism 9軟件作圖，采用Adobe Illustrator對圖片進行編輯。

2 結果與分析

2.1 番茄生長期環境數據分析

番茄生長期間溫室外光輻射，溫室內溫度、濕度和CO₂濃度如圖2所示，從2021年10月開始溫室外的輻照累計量開始降低，一直到2022年2月整個試驗結束時，輻照累計量均低于2021年9月，說明眉山市冬季的光輻射量偏低，屬于弱光區。溫室玻璃對可見光的透射率為80%左右，會進一步降低光照度。在整個試驗期內溫室內的日均溫和夜均溫均大于10 ℃，空氣相對濕度約為80%，CO₂平均質量濃度為778 μmol·mol^-1，適宜番茄的生長。

2.2 不同處理方式對番茄產量和品質的影響

2.2.1 不同施肥處理對番茄產量和品質的影響 從表3可以看出，T2處理番茄莖稈長度顯著高于CK、T1和T3處理，T1和T3處理莖稈長度與CK相比有增長的趨勢，但差異不顯著；CK處理莖稈直徑顯著高于T1、T2和T3處理；CK果柄長度大于其他3個處理，T2處理果柄最短，顯著小于CK，但與T1及T3處理無顯著差異；T2處理果柄直徑最小，4個處理無顯著差異；T3處理單穗果質量最大，T2處理單穗果質量最小，4個處理沒有顯著差異。

可溶性固形物含量、可滴定酸含量、糖酸比與CK相比均有增加，但差異不顯著；莖稈長度、單穗果質量、單位面積產量均顯著高于CK。T5處理單穗果質量、莖稈直徑、果柄長度、果柄直徑均顯著高于CK；然而單位面積產量（5.53 kg·m^-2）顯著低于CK（6.93 kg·m^-2）；可溶性固形物含量、可滴定酸含量和糖酸比與對照處理無顯著差異。以上結果表明，補光可以有效提高番茄產量，但是對番茄品質沒有顯著影響。

2.3 番茄生長性狀與果實質量的相關性分析

采用主成分分析法（PCA）研究番茄生長性狀與果實質量之間的關系及其對不同處理的響應。由圖3-A可以看出，在不同施肥處理下，PC1和PC2 兩個主成分可以解釋總方差的76.56%，且箭頭對應的原始變量投影到水平方向的值均大于投影到垂直方向的值，說明原始變量與第一主成分的相關性更強，PC1（+）主要包括果柄直徑、單穗果質量、果柄長度、莖稈直徑，PC1（-）主要包括莖稈長度，說明除莖稈長度與第一主成分呈負相關外，其余變量均與第一主成分呈正相關。以上結果表明，在不同施肥處理下，番茄單穗果質量與果柄直徑、果柄長度、莖稈直徑呈正相關，與莖稈長度呈負相關。

由圖3-B可以看出，在CK、T4和T5處理下，PC1和PC2 2個主成分可以解釋總方差的77.12%，且箭頭對應的原始變量投影到水平方向的值均大于投影到垂直方向的值，說明原始變量與第一主成分的相關性更強，PC1（+）主要包括莖稈長度，PC1（-）主要包括果柄直徑、單穗果質量、果柄長度、莖稈直徑，說明除莖稈長度與第一主成分呈正相關外，其余變量均與第一主成分呈負相關。以上結果表明，在采取補光措施和不同整枝方式下，番茄果實質量與果柄直徑、果柄長度、莖稈直徑呈正相關，與莖稈長度呈負相關。

3 討論與結論

番茄是一種喜水喜肥的蔬菜作物，施肥量不足會影響番茄的正常生長發育，而過量施肥亦會降低肥料利用率，并且降低番茄果實品質[26-27]。氮素和鉀素是調控番茄產量和品質的主要營養元素[28]，在筆者的研究中，不同施肥處理（T1、T2和T3）番茄植株長勢良好，單穗果質量與CK相比沒有顯著的差異。與對照相比，降低氮肥投入41%（T1），營養液EC值降低、磷鉀比例增加，果實質量并沒有顯著下降，說明弱光條件下適當減少氮肥的施用量并不會對番茄產量造成明顯影響，是減少肥料投入量、增加肥料利用效率的有效措施[29]。

光合作用是植物生產力的基礎，受到諸多生物因素和非生物因素的限制，在影響植物光合作用的各種非生物因素中，光是驅動植物碳代謝、支持地球生命的重要因素。光質、光強和光周期會引起植物生理和生化水平的變化，從而影響植物形態和功能。四川盆地冬季弱光，2021年10月至2022年2月，溫室外太陽的輻射值低于1000 J·cm^-2，而番茄栽培高產實踐證明，外界太陽輻射值應在1000 J·cm^-2以上才能滿足番茄植株的正常生長。當光照不足的情況下，采取補光措施能夠有效降低光照對植物的脅迫[30-31]。高壓鈉燈（HPS）是第3代照明光源，以高壓鈉燈作為光源對植物進行補光，能促進植物的光合作用，從而提高果實品質和產量[32-33]。葉綠素、類胡蘿卜素和花青素是高等植物中3種主要的光吸收色素，主要吸收紅光（600～700 nm）和藍光（400～500 nm），紅光和藍光對植物種子的萌發、開花、葉片生長以及體內化合物的生物合成等各方面都有重要的作用[34-35]。前人研究發現，紅光可以提高番茄果實產量，藍光可以提升番茄果實品質，紅光和藍光的組合可以提高氮代謝相關酶的轉錄水平和該途徑中一些關鍵酶的活性，促進總碳水化合物、淀粉和蔗糖的積累從而提升番茄產量[36-38]。HPS的光譜主要集中在可見光的長波光（500～700 nm）區域，光合利用效率較低，而LED技術的發展實現了通過操縱光特性實現光合優化和植物生理的調節，因此紅藍LED作為有效的光源在園藝研究中被廣泛使用[39-40]。前人的研究結果表明，溫室大棚中使用LED紅藍光光源補光，可以顯著提升番茄產量[41-42]。雖然LED相比于高壓鈉燈具有光譜可調性、不會大量發熱影響棚內溫度、安全性高的優點，但是其使用成本高的缺點亦需要在實際生產中考慮。HPS和LED配合使用是當前最為經濟有效的補光方式[43]，大量研究結果表明，HPS與LED混合補光可以顯著提高番茄和黃瓜的產量[44-46]。在筆者試驗中采用HPS+LED混合補光的補光措施來對番茄進行頂部光處理，試驗結果表明，頂補光處理（T4）在與CK相同的施肥水平下，番茄的單位面積產量顯著提高，與前人的研究結果一致，說明在弱光區采用HPS+LED混合補光的方式，可以有效提高番茄產量。

整枝方式對番茄的產量和生長性狀也會產生影響，筆者研究中除T5為單稈整枝外，其余處理均為雙稈整枝，單稈整枝處理（T5）與對照處理（CK）相比，單穗果質量、莖稈直徑、果柄長度和果柄直徑均顯著提高，但是單位面積產量顯著降低，表明單稈整枝比雙稈整枝更有利于番茄植株的生長，番茄單穗果產量顯著提升，而番茄單位面積產量會受到影響。上述結果與馬國治等[47]、賀雪峰等[48]的研究結論一致，可能是由于單稈整枝番茄植株的生長空間大，得到的光照更加充足，養分供應充足，所以莖稈較粗、果實更重、果柄更長、果柄直徑更大，但是在種植密度相同的情況下，雙稈整枝在單位土地面積上的有效結果枝稈更多，單株的果穗數也更多，因此雙稈整枝的單位面積產量更高，相應地總產量也提高[49-51]。

此外，果實質量與果柄直徑、果柄長度、莖稈直徑呈正相關，與莖稈長度呈負相關，原因可能是莖稈在自身伸長生長的過程中，與果實存在養分競爭，果實生長受限導致果實質量減小，研究結果可為實際生產中種植者通過測定莖稈直徑和長度等指標來推斷番茄產量提供依據。在四川地區，在冬季弱光生長環境下，適當減少番茄氮肥投入、增加鉀肥和磷肥的比例對番茄果實產量沒有顯著影響，但番茄口感可以得到明顯的提升，HPS+LED補光措施可以顯著提高該地區冬季番茄產量。

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