日光溫室番茄果實膨大期溫光需求特性研究

為研究果實膨大期番茄對溫、光環境因子的需求特性，本文以‘凱德雅麗1832’番茄為試材，分12 批次定植，利用日光溫室的自然條件為番茄生長創造不同溫、光環境，研究了其對番茄果實膨大前期和后期生長的影響。結果表明，通過構建基于生長天數的番茄果實橫徑logistic 模型，可以把番茄果實膨大期分為前期（包括漸增期和線性增長期）和后期（緩慢增長期）；基于主成分分析綜合評價果實膨大前期和后期的長勢因子，獲得各時期的溫光需求參數，果實膨大前期適宜的日均溫為19.73±2.26 ℃、晝均溫為25.39±2.51 ℃、夜均溫為16.80±2.04 ℃、光合有效輻射為543.03±153.40 μmol·m^-2·s^-1、日照時數為11.31±0.60 h·d^-1；果實膨大后期適宜的日均溫為19.27±2.30 ℃ 、晝均溫為26.13±2.90 ℃、夜均溫為15.43±1.15 ℃、光合有效輻射為542.51±155.11 μmol·m^-2·s^-1、日照時數為10.52±0.79 h·d^-1，研究結果為番茄優質高效生產溫、光環境精準調控提供了理論依據。

關鍵詞： 番茄； 果實膨大期； 溫光需求特性； Logistic模型

中圖法分類號： S641.2 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-2324（2024）01-0046-08

番茄是設施主栽蔬菜之一，2021 年我國番茄種植面積111.3 萬hm2，總產量為6 609 萬t，其中設施栽培面積占57.2%[1]。日光溫室內各種環境因素是影響番茄生長發育的關鍵因子。在番茄適宜溫度范圍內，溫度升高可促進其光合作用，但溫度過高會提高呼吸速率，導致干物質積累減少，最終影響產量和品質[2-4]。在深秋至早春的多雨天氣中，溫室中的光照難以滿足番茄生長的需求，導致其凈光合速率下降，生長發育緩慢，干物質積累量減少，坐果率降低，最終影響番茄產量和品質[5-6]。如何精準控制溫室環境來提高番茄產量和品質是當前研究熱點之一[7-8]。

Logistic 模型常用于研究作物生長發育。研究表明果實橫徑的動態變化呈“S”型，符合Logistic 生物生長函數模型[9]。前人基于Logistic模型構建了番茄株高和莖粗等指標的生長模型，探究了不同水分條件、施肥量等對番茄生長發育、產量和果實品質的影響[10-15]。

番茄果實的形成主要包括以下幾個階段：花芽形成到開花授粉（開花坐果期）、果實坐住到果實膨大完成（果實膨大期）和果實膨大完成到果實收獲（果實轉色期）[16]。在這些階段，番茄植株細胞分裂擴大、果實生長及品質的形成，均會受到環境因素的影響[17]。基于環境因子對番茄生長發育的研究主要分為兩類：一是以有效積溫、光合有效輻射（photosynthetically active radiation，PAR）等環境指標為變量，構建生長發育模型，揭示番茄生長發育的溫光需求特性[18-20]；二是設置不同的組合，探究溫、光環境耦合對番茄生長發育的影響，以獲得適宜的環境組合[21-23]。果實膨大期是番茄果實生長、品質形成的關鍵時期，了解了該時期的溫光需求參數，通過環境調控手段才能確保獲得高產和優質的番茄。然而，目前關于番茄果實膨大期的環境分段需求參數研究仍相對較少。本文在日光溫室自然環境下定植12批次番茄，創造不同的溫、光環境，研究不同溫光環境對果實膨大前期和后期的影響，以期基于Logistic 模型和主成分分析獲得果實膨大前期和后期的溫、光環境需求參數，為設施番茄標準化生產及優質高效栽培環境精準調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試番茄品種為‘凱德雅麗1832’，購自泰安市豐源種苗公司。

1.2 試驗設計

試驗于2021-2022年在山東農業大學園藝實驗站日光溫室內進行。溫室東西長42 m，內跨10.9 m，脊高5.5 m。采用基質盆栽。每批番茄定植70株，于3 葉1 心時定植，定植時間見表1。肥水管理選用山崎營養液配方[24]并采用水肥一體機定時進行滴灌。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 株高和莖粗的測定 從番茄果實膨大期開始，使用卷尺和游標卡尺每7 d 測量株高（莖基部至植株頂端生長點）和莖粗（莖基部）。

1.3.2 葉片數和葉面積的測定 每7 d測定除生長點外的所有真葉數，葉面積采用打孔稱重法測量。

1.3.3 植株干鮮重的測定 每天7 d 進行破壞性取樣，稱取各組織鮮重，然后放置于烘箱中105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒重并稱重。

1.3.4 果形指數的測定 掛牌標記不同植株6 個大小均勻的果實，每7 d 用游標卡尺分別測定果實橫徑和縱徑。

1.3.5 環境數據采集 試驗所需溫室內環境數據由山東農業大學大數據中心自主研發的“神農物聯”設備自動采集完成，均勻分布在溫室內的6個光溫傳感器每5 min自動采集上傳。

1.5 數據統計

采用Microsoft Excel 2019 對數據進行整理及繪圖，采用SPSS Statistics 23 進行主成分分析，顯著性分析采用鄧肯檢驗法（Plt;0.05）。

2 結果與分析

2.1 基于Logistic模型的番茄果實膨大期劃分

對12 批次番茄果實橫徑進行擬合分析，構建了基于生長天數的番茄果實橫徑Logistic 模型（式1），R²為0.88-0.97，表明模型具有高擬合精度（表2）。根據番茄果實膨大期參數計算結果表明，番茄果實形成過程分3 個階段：漸增期（開始坐果-t₁）、線性生長期（t₁-t₂）和緩慢增長期（t₂-果實膨大結束）。由于漸增期時間較短，因此將果實膨大期近似分成兩個時期：果實膨大前期（包括漸增期和線性增長期）和果實膨大后期（緩慢增長期）。通過統計分析獲得了各批次番茄果實膨大前期和后期溫光環境因子（表3）。

2.2 溫光環境因子對番茄生長指標的影響

果實膨大前期，T8 處理的番茄葉面積、地上部干物質積累量和果實縱徑生長速率均顯著高于其他處理（表4）；果實橫徑以T2 處理顯著高于其他處理。果實膨大后期，株高、莖粗、葉片數、果實橫徑和縱徑各處理間無顯著差異（表5）；葉面積以T7 和T3 較高，與T1、T8、T2 間無顯著差異，顯著高于其他處理；地上部干物質積累量以T7 較高，與T8、T9、T10 間無顯著差異，顯著高于其他處理。以上結果說明，在番茄生長發育和果實發育的不同階段對光溫的需求不同。

2.3 番茄果實膨大前期溫光需求特性研究

對果實膨大前期長勢因子進行主成分分析，以期獲得番茄果實膨大期前期適宜的溫光需求參數。由KMO和Bartlett 檢驗結果（表6）可知，KMO抽樣適度檢測值為0.742gt;0.5，Bartlett 球度檢驗結果近似卡方為50.816，P 值（sig=0.000）lt;0.01。綜合表明，變量之間具有相關性，可進行主成分分析。

由表7 可知，果實膨大前期提取出特征值gt;1的2個主成分，初始特征值分別為4.587和1.164，方差累積貢獻率達到82.152%（gt;75%），可以很好的概括果實膨大前期植株和果實生長信息。根據每個性狀的相關矩陣的特征向量（表7），分別得到2個主成分的函數表達式（式6和式7）。

以各主成分相對方差貢獻率為權重，對各個主成分得分和相應權重進行線性加權求和，構建果實膨大期前期生長指標綜合評價函數（式8）。計算不同定植時期番茄長勢因子綜合得分（表8），結果表明T8 綜合得分最高，這說明日均溫為19.73 ℃ 、晝均溫為25.39 ℃ 、夜均溫為16.80 ℃、光合有效輻射為543.03 μmol·m^-2·s^-1、日照時數為11.31h·d^-1是番茄果實膨大前期生長發育的最適光溫條件。

2.4 番茄果實膨大后期溫光需求特性研究

對果實膨大后期生長指標進行主成分分析，以期獲得番茄果實膨大期后期適宜的溫光需求參數。由KMO和Bartlett 檢驗結果（表9）可知，KMO抽樣適度檢測值為0.514gt;0.5，Bartlett 球度檢驗結果近似卡方為44.984，P 值（sig=0.002）lt;0.01。綜合表明，變量之間具有相關性，可進行主成分分析。

由表10 可知，果實膨大后期提取出特征值gt;1 的2 個主成分，初始特征值分別為3.968 和1.412，方差累積貢獻率達到76.856%（gt;75%），可以很好的概括果實膨大后期植株和果實生長信息。依照每個性狀的相關矩陣的特征向量，分別得到前2個主成分的函數表達式（式9和式10）。

以各主成分相對方差貢獻率為權重，對各個主成分得分和相應權重進行線性加權求和，構建果實膨大期生長指標綜合評價函數（式11），計算主成分得分（表11），結果表明T8 綜合得分最高，這說明日均溫為19.27±2.30 ℃、晝均溫為26.13±2.90 ℃、夜均溫為15.43±1.15 ℃、光合有效輻射為542.51±155.11 μmol·m^-2·s^-1、日照時數為10.52±0.79 h·d^-1 是番茄果實膨大后期生長發育的最適光溫條件。

3討論

日光溫室相對封閉，生態因子變化關系密切，環境因子間存在耦合性和復雜性[21]。其中，溫度和光照是影響設施番茄生長發育最重要的環境因素[25]。因此，明確果實膨大期溫光需求特性對設施番茄優質高產具有重要意義。

本試驗結果表明，番茄果實橫徑呈S 型變化曲線，符合Logistic 生物生長函數模型（表2）。前人研究表明Logistic回歸模型呈前期緩慢、中間迅速和后期增速降緩三個階段[9，14]。本試驗基于Logistic 模型特點，將果實膨大期分成兩個時期：果實膨大前期（包括漸增期和線性增長期）和果實膨大后期（緩慢增長期）。結果表明果實膨大期不同溫光環境條件下番茄生長指標并不一致（表4 和表5）。蘇春杰[26]研究表明番茄生長生理指標的最適環境存在差異，選取單一的生長指標作為目標值調控溫室環境得到的評價結果并不準確。本試驗通過對不同定植時期果實膨大前期和后期番茄生長因子分別進行主成分分析，計算不同溫光環境下各處理番茄綜合得分，進而獲得果實膨大期番茄各階段適宜的溫光需求參數。結果表明，日均溫為19.73±2.26 ℃、晝均溫為25.39±2.51 ℃、夜均溫為16.80±2.04 ℃是番茄果實膨大前期生長發育的最適溫度條件；日均溫19.27±2.30 ℃、晝均溫為26.13±2.90 ℃、夜均溫為15.43±1.15 ℃是番茄果實膨大后期生長發育的最適溫度條件。李莉等[27]研究表明生殖生長期適宜的晝夜溫差高于營養生長期，苗期為6-8 ℃，開花坐果期和結果期為8-10 ℃，這與本研究結果基本一致。適宜的晝溫會增加有機物質合成，適宜的夜溫有利于有機物質運輸。溫度升高通常導致果實的生長速度提高，但也會加速果實成熟，導致果實變小[28-29]。低溫可直接影響植株干物質分配，增加向葉片分配比例[30]。本試驗結果還表明，果實膨大前期晝平均光合有效輻射為543.03±153.40 μmol·m^-2·s^-1，果實膨大后期晝平均光合有效輻射為542.51±155.11 μmol·m^-2·s^-1。一般認為番茄的光飽和點為600^-1 400 μmol·m^-2·s^-1，而本試驗光合有效輻射為自然環境下自動采集的光照強度平均值，因此結果偏低。楊延杰等[31]研究表明，相比于光照強度950^-1 120 μmol·m^-2·s^-1環境下，晴天正午平均光照強度為710-874 μmol·m^-2·s^-1時番茄植株生長更健壯，根系活力更高。

4 結論

本研究基于Logistic 模型將番茄果實膨大期劃分兩個時期。果實膨大前期適宜的日均溫為19.73±2.26 ℃、晝均溫為25.39±2.51 ℃、夜均溫為16.80±2.04 ℃ 、光合有效輻射為543.03±153.40 μmol·m^-2·s^-1、日照時數為11.31±0.60 h·d^-1；果實膨大后期適宜番茄生長的日均溫19.27±2.30 ℃、晝均溫為26.13±2.90 ℃、夜均溫為15.43±1.15 ℃、光合有效輻射為542.51±155.11 μmol·m^-2·s^-1、日照時數為10.52±0.79 h·d^-1。