設施番茄產量和品質對不同濃度CO2 的響應

孫培良，馮彩波，謝志明

（1.聊城市氣象局，山東 聊城252000；2.白城師范學院，吉林 白城137000）

番茄（Solanum lycopersicum L.）是廣受各國人民歡迎的食品，是蔬菜的主要品種之一。中國的番茄生產位居全球第一[1]，是全世界最大的出口國，其中，山東省的番茄種植規模位于國內前列。夏季以露地栽培為主，冬季則以設施栽培為主。被譽為“中國蔬菜第一市”的聊城市是全國主要蔬菜生產基地，截止到2017 年，設施番茄種植面積占2 萬多公頃，總產量近1 000 萬t，位居國內第一位[2]。設施番茄的產量是穩定供求關系和價格的重要保證，需要不斷更新栽培管理技術，提高產量和品質。

大氣中所含CO2一般在350 mg/kg 左右。開放環境中CO2含量波幅較小，因而對露地作物的產量及生理影響不大，但在封閉的設施環境內卻是影響作物產量和品質的重要因素。多項研究表明在溫室中增施CO2可以有效提高番茄的產量和品質[3-7]，但不同地區、不同結構的溫室受日照時數、溫度和通風措施的影響，其內部CO2的變動規律不同，設施作物對CO2的需求規律也有差異。

相較于露地番茄，設施番茄的產量和品質除了受水肥管理和病蟲害防治水平的影響外，還與設施內的CO2濃度有密切的關系，CO2濃度的高低直接影響設施番茄的生理狀況。觀測發現，在封閉的設施環境中，CO2濃度經常處于夜晚高、白天低的波動節律中，主要原因是夜晚作物以呼吸作用為主，釋放CO2，導致設施內CO2氣體濃度不斷升高；日出后隨著作物光合作用持續增強，作物大量吸收CO2，導致CO2濃度急速下降，造成大棚內的CO2虧缺。王立革等[8]通過檢測發現，番茄定植后期（采收期），溫室內CO2濃度在09：00 后開始下降，至13：00 左右降到最低，17：00 以后開始回升，最高值與最低值相差可達2～3 倍。光合作用旺盛的時候，及時通風可以在一定程度上降低CO2虧缺程度，但恢復不到正常水平，如種植黃瓜的溫室，雖然經過完全通風，但室內的CO2濃度仍比正常值低10%以上，在不通風的情況下，CO2濃度會降至50～100 mg/kg，光合作用停止[8]。由此可見，CO2作為光合作用的主要原料，是作物生長發育過程中不可或缺的要素。日光溫室需要保溫增溫，一般只在白天天氣晴好時才通風換氣，所以室內CO2虧缺更加嚴重，從而限制了作物的光合作用，成為制約設施番茄產量提高的主要因素。

針對設施環境中CO2虧缺的現象，人工增施CO2對多果蔬都有促生、增產、提高品質的作用，如黃瓜[9]、草莓[10]、蒜薹[11]、番茄[12-13]、馬鈴薯[14]、楊梅[15]、芹菜[16]等。同時，合理使用CO2還可以提高作物對干旱、鹽脅迫等不良環境的抗逆能力[17-18]。需要指出的是，雖然CO2的促生、增產作用已經得到證實，但不同作物在設施環境中對CO2的需求規律依然不是很明確[19-20]。本文以設施番茄為材料，研究不同CO2濃度對番茄生長發育、產量和品質的影響，探究番茄對CO2的需求規律，旨在為設施番茄的增產提供科學的方法和手段。

1 材料與方法

1.1 試驗田基本情況

試驗設施采用日光溫室（115.83°E，36.13°N），位于聊城市陽谷縣谷豐源農業科技園蔬菜生產基地內，室內南北寬11 m，東西長120 m，高4.8 m，外覆蓋防雨防曬防寒防凍保溫被。試驗時用塑料布把溫室隔成12 個小間，每個小間長8 m、寬11 m，面積88 m2（溫室兩頭各留8 m、中間連接處留16 m 的保護區），每個小間釋放不同濃度的CO2氣體。天氣晴好條件下09：00—16：30 進行通風。

供試番茄品種為“美紅2 號”，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使用方法及設計

CO2采用國盛生物肥料有限公司生產的大棚蔬菜溫室專用吊掛式二氧化碳增長劑，按產品說明混合藥劑、產氣后吊掛在番茄行內，高度1 m；CO2濃度測定采用富景天策（北京）科技有限公司的智慧園丁設施農業環境監測系統，其中CO2濃度傳感器型號：SSR-ZGB-004，保持24 h 連續觀測，根據檢測結果調節CO2袋的數量和釋放速率，使其濃度控制在（600±50）mg/kg、（900±50）mg/kg、（1 200±50）mg/kg，以自然狀況下不施用CO2氣體的處理區為對照（CO2濃度為（300±50）mg/kg）。2019 年12 月10 日現蕾前開始增施CO2，次年5 月20 日結束。實驗共設4 個處理，重復3 次。

1.3 番茄生理指標測定

1.3.1 番茄花量測定

各處理區采用對角線5 點取樣法，每點選擇2株番茄，共10 株，計數開花數量。由于CO2的作用具有延遲性，所以從實驗開始后20 d 進行統計，連續統計7 次，每次間隔10 d。

1.3.2 番茄產量測定

在統計開花量的同時，收獲定點植株上成熟番茄個數并稱重，連續收獲7 次后，累積計算平均單果重、單株果數和單株產量。

1.3.3 番茄品質的測定

番茄收獲后，每次處理隨機選取5 個果實，用TD-92 型手持水果糖度計測量糖度，用鉬藍比色法測維生素C 含量、用滴定法測定含酸量[21-22]。

1.4 數據統計和分析

所有的數據用Excel 軟件進行匯總處理后，采用DPS7.05 軟件進行單因素方差分析（P＜0.05），多重比較采用Duncan 新復極差法。

2 結果與分析

2.1 不同濃度CO2 對番茄開花數量的影響

增施CO2后，觀測發現番茄的開花數量有顯著的提升。對照區CO2的濃度最低，平均單株開花量在18～22 朵，隨著CO2濃度的升高，開花量逐漸增加，600 mg/kg 處理花量在23～27 朵，900、1 200 mg/kg處理的花量最大，在28～32 朵。方差分析結果表明，增施CO2以后，番茄的開花數量顯著高于對照處理（圖1），增幅25%～50%，差異明顯（P＜0.05）；不同CO2濃度之間進行比較，900 與1 200 mg/kg 對番茄開花的促進作用均明顯高于600 mg/kg 處理，但900與1 200 mg/kg 之間差異不明顯，說明CO2濃度在900 mg/kg 時對花量的促進作用已經達到最好，進一步提高CO2濃度意義不大。

單株花量的增加意味著在營養足夠的情況下，單株結實數量會提高，可以促進番茄的總產量。

2.2 CO2 對番茄產量的影響

增施CO2后番茄的結果個數比對照區結果數多，但存在一定的濃度差異，即較低的CO2濃度（600 mg/kg）對結果數的促進作用不明顯，只有CO2濃度達到900～1 200 mg/kg 以后，結果數量才明顯高于對照區（表1），差異顯著；對各處理的平均單果重量進行方差分析，在供試濃度范圍內，是否增施CO2對單果重沒有明顯的差異，說明番茄果實的大小與CO2濃度無關；在產量方面，補充CO2濃度后，單株產量增加28.29%～51.04%，明顯高于對照區，說明增施CO2可以增加番茄產量。

表1 不同濃度CO2 處理對番茄產量及構成要素的影響

增施CO2濃度后，可以促進番茄的開花數量，直接影響番茄的單株結果數，雖然單個果實的重量并沒有增加，但依然可以有效提高產量，說明CO2對番茄的增產效應通過提高結果數量實現（表1）。

2.3 不同濃度CO2 對番茄品質的影響

番茄口感必須在較高的含糖量基礎上有適宜酸度，高糖和低酸會令味道變淡，低糖和高酸會形成酸果。所以番茄果實的口感和品質首先決定于甜度，酸也在一定程度上影響著番茄的風味品質。

2.3.1 番茄含糖量變化

增施CO2后，對不同時間段收獲的番茄進行含糖量測定（圖2）。20 d 后，增施600～1 200 mg/kg的CO2可以促進番茄糖分的合成，含糖量分別為5.27、5.49、5.65 g/kg，明顯高于自然對照區的含糖量4.71 g/kg；40～60 d，600 mg/kg 處理的番茄含糖量降低，與對照區差異不大，但900 ～1 200 mg/kg 處理依然明顯好于對照區；超過60 d，無論是對照區還是增施CO2區，番茄含糖量均下降，各處理之間差異均不顯著。

圖2 增施CO2 后番茄含糖量的變化

2.3.2 番茄含酸量

增施CO220 d 后，番茄果實的含酸量變化明顯，600、900、1 200 mg/kg 處理的含酸量分別為2.48、2.23、2.02 g/kg，對照區含酸量為3.03 g/kg。在試驗時間段內，未補充CO2的小區，番茄含酸量始終在3 g/kg 左右，顯著高于增施CO2的小區，說明CO2濃度的提高抑制了酸性物質的合成。不同CO2濃度對果實含酸量的降低效果有明顯的差異，增施CO220～60 d，600、900 mg/kg 處理的小區，番茄的含酸量差異不明顯，但70～80 d 后600 mg/kg 處理的小區番茄含酸量明顯高于900 mg/kg 處理的；高劑量1 200 mg/kg 處理對有機酸產生的抑制作用最好，番茄含酸量全程最低。無論是對照區還是增施CO2的小區，隨著果實不斷成熟，50 d 后含酸量逐漸小幅上升，與肥料不足有關。

2.3.3 不同濃度CO2對番茄維生素C 含量的影響

將同一天采摘的成熟番茄進行維生素含量測定，增施CO220 d 后，600、900、1 200 mg/kg 處理的含量分別為356.38、420.38、348.38 mg/kg，對照區為260.88 mg/kg，各處理的維生素CO2含量均高于自然對照區，差異顯著（圖3）。在整個試驗過程中，自然對照區番茄的維生素C 含量約250 mg/kg，增施CO2600、1 200 mg/kg 處理的番茄維生素C 含量約350 mg/kg，900 mg/kg 處理的番茄維生素含量最高，始終高于400 mg/kg。對CO2各種處理進行方差分析，中劑量900 mg/kg 處理維生素C 含量最高，高于1 200 mg/kg 處理的維生素C 含量，說明對番茄維生素C 而言，并不是增施CO2濃度越高越好。

圖3 增施CO2 后番茄維生素C 含量的變化

3 結論

試驗表明，魯西地區冬暖式日光溫室中補充CO2可以有效提高番茄的花量與結果數量。

（1）設施番茄長期處于密閉狀態，造成大棚內CO2的虧缺，從而限制了作物的光合作用，成為制約設施番茄產量和品質提高的重要因素。因此對設施蔬菜增施CO2能顯著提高作物的光合速率[5，23]。

（2）增施600、900、1 200 mg/kg CO2主要是通過提高單株結實數量達到增產效果，整體的產量增幅明顯。同時，當CO2增施量＞1 200 mg/kg 時，隨著CO2濃度逐漸增大，番茄產量逐漸降低；CO2濃度達到2 000 mg/kg 時，番茄植株死亡，可見就番茄增產而言，并非CO2濃度越高增產越好[2，8-9]。

（3）增施CO2可以有效提高設施番茄糖分、維生素C 含量，降低有機酸含量，從而提高番茄的口感和品質[12，24]。從試驗結果看，無論是糖度、酸度還是維生素C 含量，增施900 mg/kg 的CO2均能起到良好的效果。

綜合考慮CO2對產量的增產效果及對果實品質的影響，900 mg/kg 是適宜設施番茄生長的合理濃度，不但番茄的產量有明顯提升，果實的品質也最好，超出此范圍對產量沒有明顯的促進作用，甚至會抑制作物的生長[25-26]。增施CO2要結合作物的種類、天氣狀況等，避免因使用不當造成作物中毒、早衰或死亡[27]。