不同紅藍光配比對番茄葉片和產量品質的影響

唐婷婷，呂璐平，李靈芝，李海平，王艷芳，牛華琳，孫斌

（山西農業大學 園藝學院，山西 晉中 030801）

光是影響植物生長發育的重要環境因素之一。在植物的生長發育過程中缺少光照會導致植物在生長、產量及品質上都受到影響。我國的設施農業主要類型有塑料大棚，日光溫室和植物工廠等，設施農業帶給人們許多益處同時也帶來一些弊端。設施建筑不可避免的遮擋住了太陽光光源，在原本相對光照較弱的情況下，致使光照更加不足，從而不能滿足作物的最低光照需求［1］，致使作物生長不良，作物落花落果嚴重，果實生長發育緩慢，作物產量和品質下降等。植物補光燈的應用可以有效緩解甚至解決這些問題［2］，在設施農業中起到了不可或缺的作用［3］，傳統光源存在著產熱高，能量消耗過大等各種缺點，進而在農業照明中逐漸被淘汰［4］，LED（Light-Emitting Diode，發光二極管）是新一代的照明光源，具有光質可調控、產熱低、環保等優點，同時LED 燈是冷光源，可以避免近距離照傷植物［5］，但不同波長的光均有不同的光受體與其關聯，可影響植物的生長發育，調節其生理代謝和改善果實品質。因此，利用不同光質對植物進行補光，對設施生產具有重要的指導意義，為提高蔬菜作物的產量和品質，增強和延長作物的光照強度和光照時間是一種非常有效的途徑。

目前，針對LED 不同紅藍光配比對不同植物的生態生長和品質的研究較多，季一鳴等［6］學者通過在冬季的低溫寡日照條件下對冬季水培生菜和青梗菜的增產做探究試驗，試驗結果得出紅白低藍光頂光模組和紅白中藍光頂光模組這2 種不同配比的LED 補光燈都可顯著提高生菜的葉片數；蘇志能等［7］學者在研究中發現，在室內對水培番茄進行全人工光照，試驗結果得出紅藍配比為R∶B=3∶1 的LED 燈照明處理總體比其它幾種光配比照明處理更有利于增加番茄的單株產量；高波等［8］學者通過研究發現在LED 紅藍光配比為3∶1 處理下芹菜可以有效提高維生素C（Vitamin C，Vc）的質量分數，減少纖維素質量分數，表現出良好的品質特性。通過諸多研究發現LED 紅藍光配比的不同會促進蔬菜作物的葉片發育從而提高光合作用，提高蔬菜作物的株高、莖粗、葉面積、地上和地下部的鮮重及干重、根冠比、壯苗指數、根系生長以及根系活力，最終促進植株健壯生長，還可以增加Vc、可溶性糖和還原糖的含量，以此提升蔬菜的品質，與此同時也會增加蔬菜的產量。針對LED 紅藍光對水培番茄、黃瓜、生菜、芹菜的形態生長和品質的研究較多，而探討LED 紅藍光不同配比對番茄葉片數和形態、品質以及產量的影響較少。本文在此基礎上對LED紅藍光的配比進行了調整，探究番茄葉片數量和形態、產量、品質的變化，可為番茄溫室栽培提供實際而全面的參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗場所

試驗時間：本試驗于2021年10月開始

試驗地點：大同市大山生態農業有限公司（大同市陽高縣王官屯鎮）溫室大棚

補光燈類型：LED 補光燈（由廣東照明公司提供）

1.2 試驗設計

試驗區劃分為5個區域，分別安裝以下4種類型光強為4000 lx 的LED 補光燈：紅藍補光燈R∶B=4∶1（A1），紅藍補光燈R∶B=2∶3（A2），紅藍補光燈R∶B=6∶1（A3），紅藍補光燈R∶B=7∶1（A4），以及不補光（CK），CK 與4 種不同類型的LED 補光燈進行對照。補光方式為頂面補光，植株距離光源1 m，補光燈的高度隨著番茄植株的生長逐步調節。各LED 補光燈的屬性見表1；各處理補光燈光譜圖見圖1。從番茄植株開花坐果期開始補光，截止至果實成熟采收，每天的補光光周期為5 h（16：00-21：00）。每3 畦為1 個小組，每個小組為1 個處理，每個小組用不同配比的LED 紅藍光進行補光處理，補光時間相同。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。

圖1 紅藍光配比光譜圖Fig.1 Spectra of red and blue light

表1 不同處理光質配比和補光時間Table1 Different treatments of light quality ratio and supplementary lighting duration

1.3 試驗指標及測定方法

形態指標測定：在定植緩苗10 d 后開始補光處理，每個處理選取5 株生長狀態大致相同的植株進行掛牌標記，主要對番茄植株的葉片數和主桿從下到上第3 葉位的葉片形態進行測量和記錄，于處理后每7 d測量記錄1次，共測量記錄5次。

產量測定：待果實成熟后，選取成熟度一致的番茄使用分析天平測定每處理的單果重，計算單株產量。

果實品質的測定：待果實成熟后選取成熟度一致的番茄果實，使用手持糖度計（PAL-1；Atago，Tokyo，日本）測定可溶性固形物含量，Vc 含量的測定采用2，6-二氯靛酚滴定法，有機酸含量測定采用酸堿滴定法，參考高俊鳳等［9］的方法。

1.4 試驗數據分析方法

采用SPSS 26.0 分析數據，使用單因素方差分析（ANOVA）中的最小顯著性差異（LSD）法進行顯著性差異分析，采用Microsoft Excel 2016 進行數據整理。

2 結果與分析

2.1 LED 紅藍光配比不同對番茄葉片數量及形態的影響

由圖2 可見，在紅藍光處理下的葉片數隨著處理時間的增長逐漸增加，在處理7 d 后，A1、A2 處理的葉片數與CK 相比未達到顯著差異水平，A3、A4處理的葉片數較大，但未達到顯著差異水平，A3 處理相比CK 達到了顯著差異水平，比CK 提高了6.6%，在處理14 d后，A4處理的葉片數與其他處理均達到了顯著差異水平，A1、A2、A3 之間無顯著差異，但均與CK 相比達到了顯著差異水平，在處理的21 d 后，A1、A2、A3、A4 處理之間不存在顯著差異，但均與對照達到了顯著差異水平，相比對照分別提高了18.46%，22.52%，18.39%，20.51%。在處理28 d 后，A3 處理的葉片數最多，為30 片，與CK、A1、A2、均存在顯著差異，與CK、A1、A2 相比分別顯著提高了28.64%，18.43%，12.52%，在處理35 d 后，A3 處理的葉片數最大，與其他處理均存在顯著差異，A1、A2、A4 處理的葉片數明顯高于CK，并達到了顯著差異水平，但A1、A2、A4 之間不存在顯著差異。

圖2 LED 紅藍光配比對番茄葉片數影響Fig.2 The effects of LED red and blue light ratio on the number of tomato leaves

綜上，紅藍光對葉片數量的增加有一定的提高作用，隨著處理時間的增長，各處理之間的葉片數差異越明顯，其中A3 處理的葉片數增長最快，其次是A4處理。

從圖3 可以看出，各處理的番茄主桿從下到上第3 葉位葉片形態和CK 相比有明顯的差異，其中，A1 的葉片顏色與CK 相比最深，葉片較窄，CK 的葉片的顏色較淺，有發黃衰老的趨勢，且葉片較薄，A2的葉片相比CK 無明顯差異，但A2 葉柄相比CK 最粗，A3 的葉片相比CK 較窄，A4 的葉柄相比CK 較長較粗，因此LED 紅藍光補光處理下可以一定程度下改變葉片的形態。

圖3 LED 紅藍光配比對番茄葉片形態影響Fig.3 Effects of LED red and blue light ratio on tomato leaf morphology

由圖4 可見，葉面積指數的增長隨著處理天數的增加逐漸增大，在處理7 d 后，A1 處理相比CK 提高了45.5%，且與CK 達到顯著差異水平，A1 與A2、A3、A4 同樣達到了顯著差異水平，分別提高了43.21%，41.85%，43.42%，A2、A3、A4 無顯著差異，但A3 相比CK 顯著提高了18.18%，在處理14 d后，A1 的葉面積指數最大，為0.30，分別比CK、A2、A4 提高了87.52%，26.60%，27.31%，在處理21 d后，A1 與CK、A2、A4 達到了顯著差異水平，A2 和A4 無顯著差異，A2、A4 均與CK 達到了顯著差異水平，在處理28 d 后，A3 處理的葉面積指數最大，為0.80，與其他處理均達到了顯著差異水平，在處理35 d 后，A1 和A3 處理的葉面積指數較高，但無顯著差異，A2 處理的葉面積指數相比A1、A3、A4 最小，但與CK 達到了顯著差異水平，相比CK 顯著提高了6.22%，A1、A3、A4 與A2 存在顯著差異，相比A2分別提高了23.36%、23.32%，16.84%。綜上，紅藍組合光有利于葉面積的增長，其中，A1和A3的葉面積指數相比CK 較大。

圖4 LED 紅藍光配比對番茄葉面積指數的影響Fig.4 Effects of LED red and blue light ratio on tomato leaf area index

2.2 LED 紅藍光配比不同對番茄的產量影響

由圖5 可以看出，與對照CK 相比，其他處理的單株產量有顯著的提高，其中A3 的單株產量最高，為8.21 kg，相比對照CK 顯著提高了24.14%，A2與A3 無顯著差異，A2 與CK、A3、A4 之間存在顯著差異，A2 相比CK、A4 分別顯著提高了19.43%、9.87%，A3 處理與A4 相比存在顯著差，A3 的單株產量比A4 顯著提高了14.32%。由此可以看出，紅藍光處理下可以顯著提高番茄的單株產量，其中A3處理的紅藍組合光的單株產量最高。

2.3 LED 紅藍光配比不同對番茄的品質影響

由圖6 可以看出，與CK 相比，A1、A2、A3、A4處理的番茄的Vc 含量顯著提高，其大小順序為A3＞A2＞A1＞A4＞CK。其中，A2、A3 處理間差異不顯著，但較A1、A4 處理差異顯著，此外，A1、A2、A3、A4 分 別 較CK 處 理 高2.50%、5.66%、7.03%、3.42%，A1、A4 無顯著差異，A3 的Vc 含量相比A1、A4 分別顯著提高了4.42%、3.50%。以上可以說明LED 紅藍光配比處理番茄，可以提高番茄的Vc含量。

圖6 LED 紅藍光配比對番茄Vc 的影響Fig.6 Effects of LED red and blue light ratio on vitamin C contentin tomatoes

由圖7 可知，與CK 相比，A1、A2、A3、A4 處理的番茄的有機酸含量得到顯著提高，其大小順序為A3＞A2＞A1＞A4＞CK。其中，A1、A2、A3 處理間差異不顯著，但較A4 處理差異顯著，均顯著大于A4 處理，相比A4 分別顯著提高了10.93%、14.80%、18.12%，此外，A1、A2、A3、A4 分別較CK處理高30.42%、35.10%、38.93%、17.64%。

圖7 LED 紅藍光配比對番茄有機酸的影響Fig.7 Influence of LED red and blue light ratio on tomato organic acid content

以上可以說明LED 紅藍光配比處理番茄，可以提高番茄的有機酸含量。

由圖8 可以看出，隨著試驗紅藍光配比的變化，番茄體內可溶性糖含量呈現出先增加后降低的趨勢，A3 處理番茄可溶性糖含量最高，較CK 處理達到顯著水平，高出18.40%。A2 和A4 處理與A3 處理差異不顯著，但均顯著高于CK，分別較CK 高12.80%、14.60%。此外，A1 處理與CK 差異不顯著，但高于CK 處理，高5.74%。以上說明一定比例的LED 紅藍光配比能夠顯著提高番茄的可溶性糖含量，其中A3的可溶性糖的含量最高。

圖8 LED 紅藍光配比對番茄可溶性糖的影響Fig.8 Effect of LED red and blue light ratio on soluble sugar content in tomatoes

由圖9 可知，紅藍光配比處理番茄，可以顯著提高番茄的可溶性固形物含量，與CK 相比所有處理的可溶性固形物含量均得到顯著提高，A1、A2、A3、A4 處理分別較CK 高60.46%、68.82%、59.87%、26.16%。此外，A1、A2、A3 處理間相比差異不顯著，但A2 處理可溶性固形物含量最高。A4 處理雖然顯著高于CK，但較A1、A2、A3 處理相比，均顯著小于A1、A2、A3處理。

圖9 LED 紅藍光配比對番茄可溶性固形物的影響Fig.9 Influence of LED red and blue light ratio on soluble solid content in tomatoes

3 討論

通過大量的研究發現LED 紅藍光配比不同對番茄幼苗株高、莖粗、光合作用等有顯著的影響［10-12］，本試驗結果發現，紅藍光（6∶1）處理下的葉片數最多；從葉片形態上可以看出，LED 紅藍光處理下的葉片與自然光照相比有明顯差異，其中紅藍光（4∶1）處理下的葉片較窄，但顏色相比其他處理下的葉片要深。本試驗結果與高波等［8］研究結果一致，藍光有利于芹菜葉柄的橫向生長和莖粗的增加，紅光可以促進葉片數和莖粗的增加。同時有研究表明，紅光可以提高番茄果實可溶性固形物以及有機酸的含量［13］，藍光可以提番茄果實的Vc 含量［14］，試驗中，紅藍光配比（6∶1）處理下的番茄果實的Vc、有機酸以及可溶性糖的含量最高。與該研究結果一致。同時在本試驗中，紅藍光配比 （6∶1）可以顯著提高番茄的產量和品質，其中包括了番茄的單果重、單株產量以及Vc、可溶性固形物、有機酸、可溶性糖含量，與凌丹丹等［15］學者的紅藍組合光促進了番茄的開花結果，進而促進了果實的品質以及產量的試驗結果一致。

本試驗結果表明，在紅藍光（4∶1）、紅藍光（2∶3）、紅藍光（6∶1）、紅藍光（7∶1）這4 種不同配比的光組合處理下，紅藍光配比為6∶1 處理的葉片數增長最好，增長數量為30 片，與其他3 組光均存在顯著差異，分別顯著提高了28.6%，18.4%，12.5%，從葉片形態上可以看出，LED 紅藍光處理下的葉片與自然光照相比有明顯差異，其中紅藍光（4∶1）處理下的葉片較窄，但顏色相比其他處理下的葉片要深；在產量品質方面，與對照自然光相比，其他處理的單株產量有顯著的提高，其中紅藍光（6∶1）的單株產量最高，為8.21 kg，相比對照自然光顯著提高了24.14%。果實Vc 含量在紅藍光（6∶1）處理下相比紅藍光（4∶1）和紅藍光（7∶1）別顯著提高了4.42%、3.50%，與自然光相比，4 種不同紅藍光配比處理的番茄有機酸含量得到顯著提高，其大小順序為紅藍光（6∶1）＞紅藍光（2∶3）＞紅藍光（4∶1）＞紅藍光（7∶1）＞自然光，果實可溶性固形物在紅藍光（2∶3）處理下含量最高，較自然光達到最佳水平，高出68.82%，紅藍光（6∶1）處理下番茄可溶性糖含量最高，較自然光處理達到顯著水平，高出18.40%。本研究與蘇志能等［7］和高波等［8］的研究結果是一致的，在LED 紅藍光配比不同時對番茄的生長形態、產量和品質都有所影響。

4 結論

綜上所述，LED 紅藍光配比（6∶1）下番茄葉片、產量及品質都有所提高。當然在本次研究的過程中還有許多未完善的內容，在研究番茄各項指標的變化時沒有測試LED 紅藍光配比的閾值對番茄葉片數和形態、果實產量及品質的影響。在溫室中使用LED 紅藍光配比（6∶1）對番茄進行補光時能夠有效的增加番茄葉片數，改變葉片形態以及提高番茄的產量和品質，為溫室番茄栽培中進行LED 紅藍光補光提供了一定的理論依據。