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(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,山西 晉中 030801)
番茄,喜溫作物,其果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特,營(yíng)養(yǎng)豐富,受到廣大消費(fèi)者的喜愛(ài),是世界上栽培面積最廣的設(shè)施蔬菜之一[1]。番茄對(duì)設(shè)施環(huán)境具有很強(qiáng)依賴性,CO2作為植物光合作用的重要底物,對(duì)植物生長(zhǎng)至關(guān)重要。由于設(shè)施自身密閉性的特點(diǎn),導(dǎo)致CO2濃度經(jīng)常處于虧缺狀態(tài),這成為作物光合作用及生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制因素[2]。如何調(diào)控設(shè)施環(huán)境中CO2濃度,以促進(jìn)植物的生長(zhǎng),前人進(jìn)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(chǎn)物積累量,使其生物總量增加。還可以降低葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率,提高作物水分利用率[3]。王萬(wàn)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(duì)照組增產(chǎn)41.5%。高宇等[5]研究表明,增施CO2顯著促進(jìn)了番茄植株幼苗的株高、莖粗、葉面積、葉片SPAD 值的增長(zhǎng)。CO2加富會(huì)顯著增加番茄生長(zhǎng)時(shí)期的分枝數(shù)、葉片數(shù)、葉面積等,同時(shí)顯著提高番茄早期相對(duì)生長(zhǎng)率、凈同化速率[6]。研究發(fā)現(xiàn),CO2加富會(huì)促進(jìn)植株葉片細(xì)胞擴(kuò)展,增加葉片細(xì)胞數(shù)量,提高葉片細(xì)胞壁延展性,進(jìn)而加快葉片生長(zhǎng)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(chǎng)中,同光照、溫度一樣也是植物生長(zhǎng)不可缺少的環(huán)境因子[7]。早在20 世紀(jì)60 年代,國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開始研究靜電場(chǎng)對(duì)植物的影響,并取得了大量的研究成果。研究表明,空間電場(chǎng)可改變?nèi)展鉁厥倚夂颦h(huán)境,提高溫室溫度降低濕度,促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育[8-9]。周娜娜等[10]研究表明,空間電場(chǎng)促進(jìn)了小白菜和小油菜的生長(zhǎng),對(duì)于株高、莖粗以及水分含量具有顯著提高的作用,同時(shí)地上部鮮質(zhì)量均明顯高于對(duì)照,分別比對(duì)照增加了46%、65%,總產(chǎn)量得到顯著提高。邢恩臻等[11]研究表明,采用空間電場(chǎng)技術(shù)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(chǎng)處理能促進(jìn)番茄初果期細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng),促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng),增強(qiáng)番茄植株生長(zhǎng)勢(shì),還可以促進(jìn)番茄初果期的莖粗,使番茄植株健壯,增強(qiáng)番茄植株的抗逆性。
目前針對(duì)不同濃度CO2與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響研究較少。有研究表明,通過(guò)施用空間電場(chǎng)可以顯著促進(jìn)作物植株對(duì)CO2的吸收[13]。因此,本試驗(yàn)研究了日光溫室不同番茄品種對(duì)空間電場(chǎng)與不同CO2濃度互作的響應(yīng),探明空間電場(chǎng)與CO2互作下對(duì)番茄生長(zhǎng)影響的最佳效果方案,旨在為空間電場(chǎng)條件下施用CO2技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2021 年9 月-2022 年6 月在大同市大山生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司園區(qū)開展。日光溫室雙拱鋼架結(jié)構(gòu),雙層棉被雙層膜。溫室長(zhǎng)100 m,寬12 m。利用水肥一體化滴管設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一水肥管理,每處理均采用常規(guī)栽培管理措施。
供試番茄品種為‘普羅旺斯’(以P 表示)、‘精典1 號(hào)’(以J 表示)??臻g電場(chǎng),設(shè)備型號(hào)3DFC-450,由大連億佳田園環(huán)境科技有限公司提供。CO2施肥機(jī),由三亦科技開發(fā)有限公司提供。
番茄植株采用移栽定植方式,選取大小長(zhǎng)勢(shì)一致的番茄幼苗植株,整個(gè)生長(zhǎng)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(shè) 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)。空間電場(chǎng)設(shè)置分別為有空間電場(chǎng)(D)和無(wú)空間電場(chǎng)(無(wú)表示字母),見表1。
表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experimental design
試驗(yàn)溫室1/2布置有空間電場(chǎng),1/2不布置空間電場(chǎng)??臻g電場(chǎng)由控制器、絕緣子、電極線和主電源組成,工作方式為自動(dòng)間歇式循環(huán)工作。絕緣子布置為每排相距4 m,共3 排,每排10 個(gè)絕緣子,相距5 m,合計(jì)30個(gè),以確??臻g電場(chǎng)的均一性。
CO2制備機(jī),由三亦科技開發(fā)有限公司提供。CO2釋放采用GMm220 傳感器自動(dòng)控制系統(tǒng),通過(guò)管道和循流風(fēng)機(jī)均勻施氣,自動(dòng)檢測(cè)溫室內(nèi)CO2濃度,溫度、濕度。溫室分為4 個(gè)隔間,分別通入不同濃度的CO2,以CO2濃度(400±25)μmol·mol-1為對(duì)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(shí)間為每天08:00-10:30,施肥期間溫室密閉,陰雨天不補(bǔ)氣,除施用的CO2濃度不同外,每個(gè)隔間其它條件基本一致。
株高(cm):采用卷尺測(cè)量出莖基部至生長(zhǎng)點(diǎn)的高度;莖粗(mm):采用游標(biāo)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(jié)間數(shù):采用目測(cè)法(主莖上生葉或生枝的部位為節(jié),兩節(jié)之間為節(jié)間,同時(shí)基部與生長(zhǎng)點(diǎn)亦作為節(jié));平均節(jié)間長(zhǎng)度:株高÷節(jié)間數(shù);葉片數(shù):第1 片真葉至植株頂部的葉片數(shù),記錄葉長(zhǎng)≥5 cm 的葉片數(shù);葉長(zhǎng):采用直尺測(cè)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(zhǎng)×葉寬×0.234 5[14];葉面積指數(shù)(LAI):平均單葉面積×單株葉數(shù)÷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(chǎn)量:由單果重、單株果重來(lái)推算公頃產(chǎn)量。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理使用Excel 2016,方差顯著性分析使用SAS 9.2 軟件進(jìn)行,運(yùn)用單因素方差分析(ANOVA)中的最小顯著性差異(LSD)法進(jìn)行顯著性差異分析。
由2 可見,空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄株高。‘普羅旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下,P8C 處理株高最高,數(shù)值為88.83 cm,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,P10CD 處理株高最高,較P8C 處理差異顯著,數(shù)值為100.60 cm,較對(duì)照組顯著增高64.11%?!? 號(hào)’番茄品種在只增施CO2的條件下,J8C處理株高最高,數(shù)值為89.10 cm,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,J10CD 處理株高最高,較J8C 處理差異顯著,數(shù)值為102.37 cm,較對(duì)照組顯著增高49.29%。
由表2 可見,空間電場(chǎng)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(shù)值為16.67 mm,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,P8CD 處理莖粗最粗,較P8C 處理差異顯著,數(shù)值為17.43 mm,較對(duì)照組顯著增加21.89%?!? 號(hào)’番茄品種在只增施CO2的條件下,J10C處理莖粗最粗,數(shù)值為17.77 mm,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,J10CD 處理莖粗最粗,較J10C 處理差異顯著,數(shù)值為18.53 mm,較對(duì)照組顯著增加24.94%。
表2 不同濃度CO2加富與空間電場(chǎng)互作下番茄的株、莖、節(jié)Table 2 Plants,stems and nodes of tomato under the interaction of different concentrations of CO2 enrichment and space electric field
由表2 可見,空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄節(jié)間數(shù)?!樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下,P8C 處理節(jié)間數(shù)最多,數(shù)值為30,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,P8CD 及P10CD 處理節(jié)間數(shù)最多,數(shù)值為35,P8CD、P10CD 與P8C 均存在顯著差異,P8CD 處理較對(duì)照組顯著增加66.67%?!? 號(hào)’番茄品種在只增施CO2的條件下,J10C 處理節(jié)間數(shù)最多,數(shù)值為32,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,J10CD處理節(jié)間數(shù)最多,較J10C 處理差異顯著,數(shù)值為38,較對(duì)照組顯著增加65.22%。
由表2 可見,空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作均不同程度上降低了番茄平均節(jié)間長(zhǎng)度?!樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下,P8C 處理平均節(jié)間長(zhǎng)度最長(zhǎng),數(shù)值為2.96 cm,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,P8CD 處理平均節(jié)間長(zhǎng)度最短,較P8C 處理差異顯著,數(shù)值為2.66 cm,較對(duì)照組顯著降低8.90%?!? 號(hào)’番茄品種在只增施CO2的條件下,J10C 處理平均節(jié)間長(zhǎng)度最短,數(shù)值為2.76 cm,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,J10CD 處理平均節(jié)間長(zhǎng)度最短,較J10C 處理存在差異,數(shù)值為2.69 cm,較對(duì)照組顯著降低9.70%。
由表3 可見,空間電場(chǎng)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(shù)值為16 390 mm2,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,P8CD 處理葉面積最大,較J8C 處理差異顯著,數(shù)值為17 650 mm2,較對(duì)照組顯著增加36.50%?!? 號(hào)’番茄品種在只增施CO2的條件下,J10C 處理葉面積最大,數(shù)值為16 735 mm2,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,J10CD 處理葉面積最大,較J10C 處理差異顯著,數(shù)值為18 105 mm2,較對(duì)照組顯著增加34.34%。
表3 不同濃度CO2加富與空間電場(chǎng)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
由表3 可見,空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄葉面積指數(shù)?!樟_旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下,P8C 處理葉面積指數(shù)最高,數(shù)值為2.91,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,P8CD 處理葉面積指數(shù)最高,與P8C 存在顯著差異,數(shù)值為3.14,較對(duì)照組顯著增加36.52%。‘精典1 號(hào)’番茄品種在只增施CO2的條件下,J10C 處理葉面積指數(shù)最高,數(shù)值為2.98,在增施CO2與空間電場(chǎng)互作的條件下,J10CD 處理葉面積指數(shù)最高,較J10C 處理存在顯著差異,數(shù)值為3.22,較對(duì)照組顯著增加34.17%。
由表3 可見,空間電場(chǎng)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(shù)值為8.21 g,在增施CO2與空間電場(chǎng)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(shù)值為8.65 g,較對(duì)照組顯著增加41.34%?!? 號(hào)’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(shù)值為8.47 g,在增施CO2與空間電場(chǎng)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(shù)值為8.80 g,較對(duì)照組顯著增加37.50%。
由表3 可見,空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄葉片含水率。‘普羅旺斯’番茄品種在只增施CO2的條件下,P10C 處理葉片含水率最高,數(shù)值為82.83%,在增施CO2與空間電場(chǎng)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(shù)值為83.43%,較對(duì)照組顯著增加5.30%?!? 號(hào)’番茄品種在只增施CO2的條件下,J10C 處理葉片含水率最高,數(shù)值為84.29%,在增施CO2與空間電場(chǎng)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(shù)值為84.63%,較對(duì)照組顯著增加5.25%。
由表4 可見,空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作均不同程度上提高了番茄的產(chǎn)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(chǎn)量最大,數(shù)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(chǎng)互作的條件下,P8CD 處理單果重、單株果重及產(chǎn)量最大,較P8C 處理差異顯著,數(shù)值分別為81.9 g、9.1 kg、288 545.2 kg·hm-2,較對(duì)照組顯著提高22.42%、33.82%、34.54%?!? 號(hào)’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(chǎn)量最大,數(shù)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(chǎng)互作的條件下,J10CD 處理單果重、單株果重及產(chǎn)量最大,較J10C 處理存在差異,數(shù)值分別為83.4 g、9.2 kg、291 182.8 kg·hm-2,較對(duì)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(chǎng)互作下番茄的產(chǎn)量Table 4 Tomato yield under the interaction of different concentrations of CO2 enrichment and space electric field
CO2作為植物光合作用的底物,對(duì)番茄生長(zhǎng)至關(guān)重要。在日光溫室內(nèi),隨著植株光合能力的增強(qiáng),CO2濃度逐漸降低,造成嚴(yán)重虧缺,因此,補(bǔ)充CO2是必要的[15-16]。陶麗等[17]研究結(jié)果表明,增施CO2氣肥可促進(jìn)番茄植株株高升高、莖粗增加、葉面積增加、產(chǎn)量提高等。在本試驗(yàn)中,通過(guò)補(bǔ)充CO2,在一定范圍內(nèi),光合作用強(qiáng)度隨之增強(qiáng),進(jìn)而促進(jìn)植株株高、莖粗、葉面積及產(chǎn)量的增加,這與陶麗的研究結(jié)果一致。有研究表明,在一定CO2濃度范圍內(nèi),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(yàn)中,高CO2濃度條件下,植株光合作用加強(qiáng),能夠合成更多的有機(jī)物,進(jìn)而可增加葉片干重以及產(chǎn)量,與其研究結(jié)果基本一致。另外,在本試驗(yàn)中,番茄品種‘普羅旺斯’和‘精典1 號(hào)’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(zhǎng)效果最佳,說(shuō)明增施高濃度CO2能促進(jìn)番茄植株的生長(zhǎng),另外,2 個(gè)品種間生長(zhǎng)最適CO2濃度存在差異且番茄品種‘普羅旺斯’的響應(yīng)更加敏感,可能是不同品種對(duì)增施CO2濃度的響應(yīng)程度不一樣導(dǎo)致的,還需進(jìn)一步研究。
空間電場(chǎng)技術(shù)作為一種新興技術(shù)手段,對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境調(diào)控具有顯著效果,已逐步應(yīng)用于設(shè)施蔬菜栽培中。研究表明,空間電場(chǎng)處理可改變?nèi)展鉁厥倚夂颦h(huán)境,提高溫室溫度,降低濕度,促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。郭光照等[19]研究表明,空間電場(chǎng)處理能使番茄植株株高和莖粗都有不同程度的增加,促進(jìn)番茄生長(zhǎng)及增產(chǎn)。本試驗(yàn)中,在施加空間電場(chǎng)的情況下,番茄植株在株高、莖粗及產(chǎn)量方面均得到了顯著的提高,這與郭光照等的研究結(jié)果一致。蔣耀庭等[20]研究結(jié)果表明,靜電調(diào)節(jié)可促使植株細(xì)胞膜興奮,改變水生理特性,加快物質(zhì)交換速率,促進(jìn)細(xì)胞合成ATP,從而加快植株生長(zhǎng)發(fā)育。本試驗(yàn)中,在空間電場(chǎng)的處理下,番茄品種‘普羅旺斯’和‘精典1 號(hào)’均在植株株高、莖粗以及葉片含水率等指標(biāo)上表現(xiàn)出顯著的提高,與蔣耀庭等人的研究結(jié)果基本一致,說(shuō)明空間電場(chǎng)處理能明顯促進(jìn)番茄植株的生長(zhǎng),至于詳細(xì)的機(jī)理,仍需進(jìn)一步的探索。
空間電場(chǎng)與高CO2濃度配合施用比單獨(dú)使用任一種技術(shù)獲得效果都要顯著。李旭英等[13]研究表明,空間電場(chǎng)能夠加快蕹菜對(duì)CO2的吸收和轉(zhuǎn)化,提高光合作用效率,對(duì)植物的生長(zhǎng)起著促進(jìn)作用,使蕹菜大幅度增產(chǎn),并且空間電場(chǎng)與高濃度的CO2相結(jié)合遠(yuǎn)比單獨(dú)增施同樣濃度的CO2對(duì)蕹菜產(chǎn)量增加的促進(jìn)幅度大,而且CO2濃度愈高,空間電場(chǎng)的促進(jìn)作用愈顯著。在本試驗(yàn)中,番茄品種‘普羅旺斯’和‘精典1 號(hào)’分別在有空間電場(chǎng)、800 μmol·mol-1CO2濃度和有空間電場(chǎng)、1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下,綜合效果達(dá)到最佳。在無(wú)空間電場(chǎng)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(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量更優(yōu),可能是受到日光溫室其它環(huán)境因素限制,需要進(jìn)一步的研究;在施加空間電場(chǎng)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(xiàng)指標(biāo)差異不大,說(shuō)明相比單獨(dú)施用CO2氣肥,增加空間電場(chǎng)顯著促進(jìn)了番茄植株對(duì)CO2的吸收,加快了番茄植株的生長(zhǎng)及產(chǎn)量的提高,這與李旭英等人研究結(jié)果基本一致,同時(shí)本研究結(jié)果表明,在綜合考慮日光溫室各環(huán)境因素與條件下,番茄品種‘普羅旺斯’對(duì)空間電場(chǎng)與800 μmol·mol-1CO2濃度條件下互作的響應(yīng)更優(yōu),較‘精典1 號(hào)’對(duì)空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作的響應(yīng)更敏感。本試驗(yàn)中CO2濃度最高設(shè)為1000 μmol·mol-1,對(duì)于‘精典1 號(hào)’,可能在有空間電場(chǎng)、高于1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下互作的響應(yīng)更優(yōu),另外,不同的番茄品種對(duì)于空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作的響應(yīng)差異性仍需進(jìn)一步的研究。
番茄品種‘普羅旺斯’和‘精典1 號(hào)’分別在有空間電場(chǎng)、800 μmol·mol-1CO2濃度和有空間電場(chǎng)、1000 μmol·mol-1CO2濃度條件下,綜合效果達(dá)到最佳,且番茄品種‘普羅旺斯’較‘精典1 號(hào)’對(duì)空間電場(chǎng)與不同濃度CO2互作的響應(yīng)更敏感。相較于單施CO2或空間電場(chǎng),較高濃度的CO2與空間電場(chǎng)互作對(duì)番茄生長(zhǎng)及產(chǎn)量的促進(jìn)效果顯著,能為空間電場(chǎng)與CO2同補(bǔ)施用技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。