不同补光时长对日光温室西葫芦生长、品质及产量的影响
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作者:王舒亚 徐威 唐中祺 王鹏 景涛 刘琪 马正宇 吕剑 郁继华
摘 要： 我国西北地区冬季光照时间短，日光温室内部光照不足，严重影响设施越冬茬蔬菜的生长发育，本试验使用LED植物生长灯对日光温室西葫芦进行补光，以期筛选出西北地区设施越冬茬西葫芦栽培最佳补光时长，为日光温室补光技术的研究和应用提供理论依据。在日光温室条件下，以LED植物生长灯（红蓝7∶2）为补光光源，以不补光为对照，研究不同补光时长（1、2、3 h）对西葫芦生长发育、品质、产量及经济效益的影响。结果表明：与无补光对照相比，补光2、3 h处理显著增加西葫芦果实中维生素C含量、可溶性蛋白含量和糖酸比;补光3 h处理西葫芦的单株结果数、单果质量和产量均显著增加，增幅分别为11.9%、6.8%和11.5%，并且补光3 h处理每667 m2增加西葫芦经济收入1 307.3元。综上，补光3 h对西葫芦的果实品质改善、产量的提高及农户收入的增加效果最好。
关键词： 西葫芦;补光;日光温室;生长;品质;产量
中图分类号：S642.6 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2020）04-023-05
Abstact： The winter sunshine time in northwest China is short， and the light in solar greenhouse is insufficient， which seriously affects the growth and development of winter vegetables. LED lights were used to fill the sunlight of solar greenhouse for planting squash， in order to find out the optimal time for supplemental lighting for cultivation and provide theoretical basis for research and application. Under the normal condition of solar greenhouse， LED plant growth lamps （the ratio of red to blue light is 7∶2） were used as the complementary light source， and different light filling time （1， 2， 3 h） was used to study the growth， quality， yield and economic benefits of squash. The results showed that compared with control （no light replenishing）， the treatment of 2 h and 3h light supplementation significantly increased the vitamin C content， soluble protein content and sugar-to-acid ratio of squash fruits. The number of single plant， single fruit quality and yield of squash increased significantly by 11.99%， 6.8% and 11.5% respectively after supplemented with light for 3 h， and the economic income of squash increased by 1 307.3 yuan per 667 m2 after light supplementation for 3h. In conclusion， the supplemental light for 3 h has the maximum effect on the improvement of fruit quality， yield of squash and income.
Key words：Cucurbita pepo; light supplement; Greenhouse; Growth; Quality; Yield
西葫蘆又名美洲南瓜（Cucurbita pepo Linn.），葫芦科（Cucurbitaceae）南瓜属一年生蔓生草本植物，别名番瓜、荨瓜、菜瓜等。原产北美洲南部。西葫芦富含多种维生素、葡萄糖及矿物质，尤其是钙的含量极高，且西葫芦较耐低温、抗旱、结果早，比较适合于保护地栽培。截至2015年，我国西葫芦的种植面积已经超过3.33万hm2，总产值持续增长，种植面积和产量均位居世界前列，成为了总产值仅次于黄瓜的主要果菜[1-5]。
光是植物生长发育过程中最重要的环境因子，同时也是植物物质和能量代谢的基础，影响着光合产物的积累和产量形成，光和激素信号、糖信号一起调节植物的一些代谢过程。光是植物光合作用的基础，植物在整个生命过程中产生有机物的碳骨架全部来源于植物的光合作用。光可以调节植物叶片碳代谢相关酶活性、气孔开放程度等[6-9]。我国西北地区冬季光照时间变短并伴有连续的阴雪天气，所以因温度低而“晚揭帘，早盖帘”导致设施内日照时间缩短至仅有7 h左右，每天光照强度大于30 000 lx的平均时间仅有4.5 h，且因设施覆盖材料棚膜、玻璃老化和覆尘等因素共同导致了设施内部弱光寡照的不良光环境[10-11]。寡照会造成温室光照不足等不利于蔬菜生长的条件，进而引起植物幼苗徒长、落花落果、果实发育缓慢、病害和虫害多发等问题发生，最终致使蔬菜的品质和产量降低，减少农户收入[12-15]。 面对影响我国西北地区越冬茬蔬菜种植生产中弱光寡照的问题，人工补光是缓解冬季设施内光照强度弱和光照时间不足的有效手段。通过补光改善作物生长发育的光环境条件，可以有效促进蔬菜生长发育、改善蔬菜品质、增加产量[16-24]。而LED作为温室补光中最理想的光源，其主要优势体现在可以根据植物生长发育的需求精准地调制光强、光质和光周期。LED为冷光源，其具有环保、节能、体积小、重量轻、寿命长、光源装置多样化等优点，LED光源可贴近植物照射以提高空间利用率，并且在LED光源条件下植物可以正常完成其生长发育全过程，这些优点使得LED成为近几年人们研究设施蔬菜人工补光改善光环境的“明星”光源[25]。
本试验是在西北地区越冬茬设施蔬菜栽培弱光寡照严重的背景下提出的，前人研究发现，人工补光可有效缓解幼苗徒长、落花落果严重、果实发育缓慢、病虫害多发等情况，且不同的补光时长还可以提高作物的壮苗指数、促进植株的生长发育、改善光系统性能、提高作物干物质积累量、促使作物花期提前及提高坐果率等，进而达到改善果实风味品质、提高产量和增加经济效益的目的[26-29]。笔者以LED植物生长灯（R∶B=7∶2）为光源，研究了不同补光时长（盖帘后补光1、2、3 h）对日光温室西葫芦的生长发育、品质及产量的影响，以期筛选出西北地区设施越冬茬西葫芦栽培最佳补光时长，为日光温室补光技术的研究和应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2017年12月至2018年6月在甘肃省酒泉市肃州区总寨非耕地农业产业园区日光温室内进行。供试西葫芦品种为酒泉绿之源现代农业育苗中心提供的‘欧丽’。LED光源为深圳厚屹节能技术有限公司生产的HY-115CM-36×3W-RB型红蓝光 （R∶B=7∶2） LED植物生长灯，额定功率108 W，光照强度≤19 130 lx，光谱如图1所示。
1.2 试验设计与方法
试验栽培方式为基质槽式栽培，槽长8.5 m，宽60 cm，槽间距80 cm，西葫芦于2017年12月2日定植，株距60 cm，行距40 cm，每槽定植36株。共设置4个处理：无补光对照CK、补光1 h （BG1h）、2 h （BG2h）、3 h （BG3h），每处理6槽即6个重复，每槽按“S”形选取10株测定相关指标。本试验从2017年12月15日开始第1次形态学指标测定并进行补光处理，以后每30 d测定1次，至2018年3月20日补光结束，单因素随机区组设计。
1.3 补光设置
如图2所示，光源设置在作物行间（垄面垂直方向）距作物顶部20 cm处，光源高度随西葫芦植株生长进行调整，保证各处理西葫芦植株冠层上方的补光光强为3 400 lx，南北水平方向距南底角和后墙各1 m。BG1h、BG2h、BG3h处理每槽设光源5根，共计使用光源90根。每处理之间设置3槽保护行防止处理间相互影响。日光温室盖帘时间为17：55，补光控制系统开始补光的时间设为18：00。
1.4 测定指标与方法
株高采用钢卷尺测量西葫芦茎基部至生长点之间的垂直高度。叶片数为统计西葫芦植株从第一片叶算起至顶部纵径大于5 cm的叶片数量。在结果盛期采收结果部位和大小一致的西葫芦果实测定品质，主要使用仪器为岛津UV-1900型紫外分光光度计。维生素C含量采用二甲苯萃取比色法测定，可溶性总糖含量测定采用蒽酮比色法，有机酸含量采用酸碱滴定法，可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法。产量为记录西葫芦的成熟时期，在西葫芦成熟后，分期收获并使用电子秤称量记录各个处理小区果实的单果质量、单株果数，最后根据小区面积折算成667 m2产量。经济效益采用LED光源耗电量用单相电子式电能表计量，并根据当地西葫芦单价和用电单价进行计算。
1.5 数据处理
采用Microsoft Excel 2016、SPSS 19.0及Origin 9.0 对数据进行统计分析并作图，显著性分析采用LSD法。
2 结果与分析
2.1 不同补光时长对西葫芦株高的影响
由图3可知，补光0 d时各处理之间株高无显著差异;补光30 d后，BG3h处理的株高较CK处理显著增加，增幅为19.8%;补光60 d和90 d后，BG1h处理的株高均显著高于CK处理，增幅分别为13.5%和15.3%;其余各处理之间无显著差异。
2.2 不同补光时长对西葫芦叶片数的影响
由图4可知，补光0～90 d，各处理西葫芦叶片数均无显著差异。在补光90 d时，与无补光对照相比，BG2h、BG3h处理的叶片数虽有所增加，但差异不显著。
2.3 不同补光时长对西葫芦品质的影响
由表1可知，BG3h处理维生素C含量显著高于CK和BG1h处理，增幅分别为22.0%和14.0%;BG3h处理的可溶性糖含量显著高于BG1h处理;BG3h处理和BG2h处理的可溶性蛋白含量均显著高于CK处理，增幅分别为62.5%和43.8%;BG2h处理的糖酸比显著高于CK处理和BG1h处理，增幅分别为46.8%和77.9%;BG3h处理的糖酸比显著高于CK处理和BG1h处理，增幅分别为71.5%和107.8%;各处理有机酸含量之间无显著差异。
2.4 不同补光时长对西葫芦产量的影响
由表2可知，BG3h处理单株结果数、单果质量及667 m2产量均显著高于CK处理，增幅分别为11.9%、6.8%和11.5%;BG2h处理的单果质量显著大于CK处理，增幅为6.6%;BG3h处理667 m2产量显著高于BG1h處理，增幅为10.1%。
2.5 不同补光时长对西葫芦经济效益的影响
根据各处理耗电量和当地电价0.51元/（kW·h）计算出各处理的电费，本试验中采用LED灯的理论寿命为30 000 h，结合LED灯的价格和安装人工及配件成本等计算出LED灯及劳动力成本，并根据当地西葫芦平均单价4元·kg-1计算得出：相比于CK处理，BG1h处理西葫芦每667 m2收入减少266.9元，BG2h处理西葫芦每667 m2收入增加197.4元，BG3h处理西葫芦每667 m2收入增加1 307.3元（表3）。 3 讨论与结论
光是植物生长发育过程中最重要的环境因子，同时也是植物物质和能量代谢的基础，影响着光合产物的积累和产量的形成。本试验中，在补光处理30 d后，不同补光时长对西葫芦生长发育无明显的差异，与无补光对照处理相比，各补光处理西葫芦株高均有增加，其中补光1 h处理西葫芦株高显著大于无补光对照处理，这与张红艳[30]的研究结果相似;各补光处理对西葫芦的叶片数没有明显的影响;补光3 h处理显著提高西葫蘆果实中维生素C含量和可溶性蛋白含量，这与赵玉萍[31]的研究结果一致。与无补光对照相比，补光2 h处理的西葫芦单果质量显著提高了6.6%，补光3 h处理显著提高了西葫芦的单株结果数、单果质量和产量，且增幅分别为11.9%、6.8%和11.5%，且补光2 h和补光3 h处理增加了西葫芦的经济效益，这与李海达等[32]的研究结果一致。
在本试验中，与无补光对照CK相比，补光1 h显著增加西葫芦植株的株高，补光处理对西葫芦叶片数的增加不显著;补光2 h、3 h显著增加西葫芦果实中维生素C含量、可溶性蛋白含量和糖酸比，补光2、3 h增加了西葫芦果实中可溶性糖的含量，但不明显;补光3 h显著提高西葫芦的单株结果数、单果质量和产量，且增幅分别为11.9%、6.8%和11.5%，补光2、3 h均显著增加了西葫芦的经济效益。综合来看，补光3 h显著提高西葫芦的品质和产量，且每667 m2增加收入1 307.3元。
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