CO2與空間電場互作對番茄生長的影響

孫斌，白云蕾，李靈芝，李海平，王艷芳，牛華琳，唐婷婷，王元

（山西農業大學 園藝學院，山西 晉中 030801）

番茄，喜溫作物，其果實風味獨特，營養豐富，受到廣大消費者的喜愛，是世界上栽培面積最廣的設施蔬菜之一［1］。番茄對設施環境具有很強依賴性，CO2作為植物光合作用的重要底物，對植物生長至關重要。由于設施自身密閉性的特點，導致CO2濃度經常處于虧缺狀態，這成為作物光合作用及生長發育的主要限制因素［2］。如何調控設施環境中CO2濃度，以促進植物的生長，前人進行了大量研究。CO2濃度升高可以提高作物的光合作用能力及光合產物積累量，使其生物總量增加。還可以降低葉片氣孔導度和蒸騰速率，提高作物水分利用率［3］。王萬慶［4］研究表明，在苗期增施CO2能顯著提高番茄植株莖粗，并且秧苗全期增施CO2比對照組增產41.5%。高宇等［5］研究表明，增施CO2顯著促進了番茄植株幼苗的株高、莖粗、葉面積、葉片SPAD 值的增長。CO2加富會顯著增加番茄生長時期的分枝數、葉片數、葉面積等，同時顯著提高番茄早期相對生長率、凈同化速率［6］。研究發現，CO2加富會促進植株葉片細胞擴展，增加葉片細胞數量，提高葉片細胞壁延展性，進而加快葉片生長率，增大葉面積以及葉片厚度。

自然界植物本就置于變化的大氣電場中，同光照、溫度一樣也是植物生長不可缺少的環境因子［7］。早在20 世紀60 年代，國內外學者就開始研究靜電場對植物的影響，并取得了大量的研究成果。研究表明，空間電場可改變日光溫室小氣候環境，提高溫室溫度降低濕度，促進植株生長發育［8-9］。周娜娜等［10］研究表明，空間電場促進了小白菜和小油菜的生長，對于株高、莖粗以及水分含量具有顯著提高的作用，同時地上部鮮質量均明顯高于對照，分別比對照增加了46%、65%，總產量得到顯著提高。邢恩臻等［11］研究表明，采用空間電場技術的日光溫室能使番茄植株的莖稈粗度顯著增加。張佳等［12］研究表明，空間電場處理能促進番茄初果期細胞的分裂和伸長，促進番茄植株生長，增強番茄植株生長勢，還可以促進番茄初果期的莖粗，使番茄植株健壯，增強番茄植株的抗逆性。

目前針對不同濃度CO2與空間電場互作對番茄生長的影響研究較少。有研究表明，通過施用空間電場可以顯著促進作物植株對CO2的吸收［13］。因此，本試驗研究了日光溫室不同番茄品種對空間電場與不同CO2濃度互作的響應，探明空間電場與CO2互作下對番茄生長影響的最佳效果方案，旨在為空間電場條件下施用CO2技術提供一定的理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗場所

試驗于2021 年9 月-2022 年6 月在大同市大山生態農業有限公司園區開展。日光溫室雙拱鋼架結構，雙層棉被雙層膜。溫室長100 m，寬12 m。利用水肥一體化滴管設備進行統一水肥管理，每處理均采用常規栽培管理措施。

1.2 試驗材料

供試番茄品種為‘普羅旺斯’（以P 表示）、‘精典1 號’（以J 表示）?？臻g電場，設備型號3DFC-450，由大連億佳田園環境科技有限公司提供。CO2施肥機，由三亦科技開發有限公司提供。

1.3 試驗設計

番茄植株采用移栽定植方式，選取大小長勢一致的番茄幼苗植株，整個生長周期中，于2021 年12月25 日定植。番茄植株定植株距為75 cm，一行種植約23株，一壟雙行，共46壟。

CO2濃 度 設 置 分 別 為400 μmol·mol-1（4C；CK）、600 μmol·mol-1（6C）、800 μmol·mol-1（8C）、1000 μmol·mol-1（10C）?？臻g電場設置分別為有空間電場（D）和無空間電場（無表示字母），見表1。

表1 試驗設計Table 1 Experimental design

試驗溫室1/2布置有空間電場，1/2不布置空間電場?？臻g電場由控制器、絕緣子、電極線和主電源組成，工作方式為自動間歇式循環工作。絕緣子布置為每排相距4 m，共3 排，每排10 個絕緣子，相距5 m，合計30個，以確?？臻g電場的均一性。

CO2制備機，由三亦科技開發有限公司提供。CO2釋放采用GMm220 傳感器自動控制系統，通過管道和循流風機均勻施氣，自動檢測溫室內CO2濃度，溫度、濕度。溫室分為4 個隔間，分別通入不同濃度的CO2，以CO2濃度（400±25）μmol·mol-1為對照（CK），其它處理依次為（600±25）μmol·mol-1、（800±25）μmol·mol-1和（1000±25）μmol·mol-1。通施時間為每天08：00-10：30，施肥期間溫室密閉，陰雨天不補氣，除施用的CO2濃度不同外，每個隔間其它條件基本一致。

1.4 測試項目

株高（cm）：采用卷尺測量出莖基部至生長點的高度；莖粗（mm）：采用游標卡尺在地面以上2 cm 處量取莖直徑，利用十字交叉法取平均值；節間數：采用目測法（主莖上生葉或生枝的部位為節，兩節之間為節間，同時基部與生長點亦作為節）；平均節間長度：株高÷節間數；葉片數：第1 片真葉至植株頂部的葉片數，記錄葉長≥5 cm 的葉片數；葉長：采用直尺測量葉柄基部到葉尖距離（≥5 cm）；葉寬：與主脈垂直的最大寬度；葉面積：葉長×葉寬×0.234 5［14］；葉面積指數（LAI）：平均單葉面積×單株葉數÷單株土地面積；葉片生物量積累量；葉片含水率：（葉片鮮重-葉片干重）÷葉片鮮重×100%；產量：由單果重、單株果重來推算公頃產量。

1.5 數據分析

試驗數據處理使用Excel 2016，方差顯著性分析使用SAS 9.2 軟件進行，運用單因素方差分析（ANOVA）中的最小顯著性差異（LSD）法進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄株高的影響

由2 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄株高?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P8C 處理株高最高，數值為88.83 cm，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P10CD 處理株高最高，較P8C 處理差異顯著，數值為100.60 cm，較對照組顯著增高64.11%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J8C處理株高最高，數值為89.10 cm，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD 處理株高最高，較J8C 處理差異顯著，數值為102.37 cm，較對照組顯著增高49.29%。

2.2 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄莖粗的影響

由表2 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄莖粗?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P8C 處理莖粗最粗，數值為16.67 mm，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P8CD 處理莖粗最粗，較P8C 處理差異顯著，數值為17.43 mm，較對照組顯著增加21.89%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J10C處理莖粗最粗，數值為17.77 mm，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD 處理莖粗最粗，較J10C 處理差異顯著，數值為18.53 mm，較對照組顯著增加24.94%。

表2 不同濃度CO2加富與空間電場互作下番茄的株、莖、節Table 2 Plants，stems and nodes of tomato under the interaction of different concentrations of CO2 enrichment and space electric field

2.3 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄節間數的影響

由表2 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄節間數?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P8C 處理節間數最多，數值為30，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P8CD 及P10CD 處理節間數最多，數值為35，P8CD、P10CD 與P8C 均存在顯著差異，P8CD 處理較對照組顯著增加66.67%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J10C 處理節間數最多，數值為32，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD處理節間數最多，較J10C 處理差異顯著，數值為38，較對照組顯著增加65.22%。

2.4 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄平均節間長度的影響

由表2 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上降低了番茄平均節間長度?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P8C 處理平均節間長度最長，數值為2.96 cm，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P8CD 處理平均節間長度最短，較P8C 處理差異顯著，數值為2.66 cm，較對照組顯著降低8.90%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J10C 處理平均節間長度最短，數值為2.76 cm，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD 處理平均節間長度最短，較J10C 處理存在差異，數值為2.69 cm，較對照組顯著降低9.70%。

2.5 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄葉面積的影響

由表3 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄葉面積?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P8C 處理葉面積最大，數值為16 390 mm2，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P8CD 處理葉面積最大，較J8C 處理差異顯著，數值為17 650 mm2，較對照組顯著增加36.50%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J10C 處理葉面積最大，數值為16 735 mm2，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD 處理葉面積最大，較J10C 處理差異顯著，數值為18 105 mm2，較對照組顯著增加34.34%。

表3 不同濃度CO2加富與空間電場互作下番茄的葉Table 3 Leaves of tomato under the interaction of different concentrations of CO2 enrichment and space electric field

2.6 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄葉面積指數的影響

由表3 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄葉面積指數?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P8C 處理葉面積指數最高，數值為2.91，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P8CD 處理葉面積指數最高，與P8C 存在顯著差異，數值為3.14，較對照組顯著增加36.52%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J10C 處理葉面積指數最高，數值為2.98，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD 處理葉面積指數最高，較J10C 處理存在顯著差異，數值為3.22，較對照組顯著增加34.17%。

2.7 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄葉片生物量積累量的影響

由表3 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄葉片生物量積累量?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P8C 處理葉片生物量積累量最大，數值為8.21 g，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P10CD 處理葉片生物量積累量最大，較P8C 處理存在差異，數值為8.65 g，較對照組顯著增加41.34%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J10C 處理葉片生物量積累量最大，數值為8.47 g，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD 處理葉片生物量積累量最大，較J10C 處理存在差異，數值為8.80 g，較對照組顯著增加37.50%。

2.8 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄葉片含水率的影響

由表3 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄葉片含水率?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P10C 處理葉片含水率最高，數值為82.83%，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P10CD 處理葉片含水率最高，較P10C處理差異顯著，數值為83.43%，較對照組顯著增加5.30%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J10C 處理葉片含水率最高，數值為84.29%，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD 處理葉片含水率最高，與J10C 不存在顯著差異，數值為84.63%，較對照組顯著增加5.25%。

2.9 不同濃度CO2加富與空間電場互作對番茄產量的影響

由表4 可見，空間電場與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄的產量?！樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下，P8C 處理單果重、單株果重及產量最大，數值分別為79.2 g、8.9 kg、281 546.5 kg·hm-2，在增施CO2與空間電場互作的條件下，P8CD 處理單果重、單株果重及產量最大，較P8C 處理差異顯著，數值分別為81.9 g、9.1 kg、288 545.2 kg·hm-2，較對照組顯著提高22.42%、33.82%、34.54%?！? 號’番茄品種在只增施CO2的條件下，J10C 處理單果重、單株果重及產量最大，數值分別為81.3 g、8.7 kg、276 109.4 kg·hm-2，在增施CO2與空間電場互作的條件下，J10CD 處理單果重、單株果重及產量最大，較J10C 處理存在差異，數值分別為83.4 g、9.2 kg、291 182.8 kg·hm-2，較對照組顯著提高16.00%、29.58%、28.88%。

表4 不同濃度CO2加富與空間電場互作下番茄的產量Table 4 Tomato yield under the interaction of different concentrations of CO2 enrichment and space electric field

3 討論

CO2作為植物光合作用的底物，對番茄生長至關重要。在日光溫室內，隨著植株光合能力的增強，CO2濃度逐漸降低，造成嚴重虧缺，因此，補充CO2是必要的［15-16］。陶麗等［17］研究結果表明，增施CO2氣肥可促進番茄植株株高升高、莖粗增加、葉面積增加、產量提高等。在本試驗中，通過補充CO2，在一定范圍內，光合作用強度隨之增強，進而促進植株株高、莖粗、葉面積及產量的增加，這與陶麗的研究結果一致。有研究表明，在一定CO2濃度范圍內，隨CO2濃度升高，各組織器官干重顯著增高，且CO2濃度越高，增加幅度越大［18］。本試驗中，高CO2濃度條件下，植株光合作用加強，能夠合成更多的有機物，進而可增加葉片干重以及產量，與其研究結果基本一致。另外，在本試驗中，番茄品種‘普羅旺斯’和‘精典1 號’分別在800 μmol·mol-1CO2濃度和1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下，番茄植株生長效果最佳，說明增施高濃度CO2能促進番茄植株的生長，另外，2 個品種間生長最適CO2濃度存在差異且番茄品種‘普羅旺斯’的響應更加敏感，可能是不同品種對增施CO2濃度的響應程度不一樣導致的，還需進一步研究。

空間電場技術作為一種新興技術手段，對作物生長環境調控具有顯著效果，已逐步應用于設施蔬菜栽培中。研究表明，空間電場處理可改變日光溫室小氣候環境，提高溫室溫度，降低濕度，促進作物生長發育。郭光照等［19］研究表明，空間電場處理能使番茄植株株高和莖粗都有不同程度的增加，促進番茄生長及增產。本試驗中，在施加空間電場的情況下，番茄植株在株高、莖粗及產量方面均得到了顯著的提高，這與郭光照等的研究結果一致。蔣耀庭等［20］研究結果表明，靜電調節可促使植株細胞膜興奮，改變水生理特性，加快物質交換速率，促進細胞合成ATP，從而加快植株生長發育。本試驗中，在空間電場的處理下，番茄品種‘普羅旺斯’和‘精典1 號’均在植株株高、莖粗以及葉片含水率等指標上表現出顯著的提高，與蔣耀庭等人的研究結果基本一致，說明空間電場處理能明顯促進番茄植株的生長，至于詳細的機理，仍需進一步的探索。

空間電場與高CO2濃度配合施用比單獨使用任一種技術獲得效果都要顯著。李旭英等［13］研究表明，空間電場能夠加快蕹菜對CO2的吸收和轉化，提高光合作用效率，對植物的生長起著促進作用，使蕹菜大幅度增產，并且空間電場與高濃度的CO2相結合遠比單獨增施同樣濃度的CO2對蕹菜產量增加的促進幅度大，而且CO2濃度愈高，空間電場的促進作用愈顯著。在本試驗中，番茄品種‘普羅旺斯’和‘精典1 號’分別在有空間電場、800 μmol·mol-1CO2濃度和有空間電場、1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下，綜合效果達到最佳。在無空間電場條件下，番茄品種‘普羅旺斯’在800 μmol·mol-1CO2濃度條件下相較于1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下，其各項生長指標及產量更優，可能是受到日光溫室其它環境因素限制，需要進一步的研究；在施加空間電場條件下，番茄品種‘普羅旺斯’在800 μmol·mol-1CO2濃度條件下相較于1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下，其各項指標差異不大，說明相比單獨施用CO2氣肥，增加空間電場顯著促進了番茄植株對CO2的吸收，加快了番茄植株的生長及產量的提高，這與李旭英等人研究結果基本一致，同時本研究結果表明，在綜合考慮日光溫室各環境因素與條件下，番茄品種‘普羅旺斯’對空間電場與800 μmol·mol-1CO2濃度條件下互作的響應更優，較‘精典1 號’對空間電場與不同濃度CO2互作的響應更敏感。本試驗中CO2濃度最高設為1000 μmol·mol-1，對于‘精典1 號’，可能在有空間電場、高于1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下互作的響應更優，另外，不同的番茄品種對于空間電場與不同濃度CO2互作的響應差異性仍需進一步的研究。

4 結論

番茄品種‘普羅旺斯’和‘精典1 號’分別在有空間電場、800 μmol·mol-1CO2濃度和有空間電場、1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下，綜合效果達到最佳，且番茄品種‘普羅旺斯’較‘精典1 號’對空間電場與不同濃度CO2互作的響應更敏感。相較于單施CO2或空間電場，較高濃度的CO2與空間電場互作對番茄生長及產量的促進效果顯著，能為空間電場與CO2同補施用技術提供一定的理論依據。