不同红蓝光配比对番茄叶片和产量品质的影响

唐婷婷，吕璐平，李灵芝，李海平，王艳芳，牛华琳，孙斌

（山西农业大学 园艺学院，山西 晋中 030801）

光是影响植物生长发育的重要环境因素之一。在植物的生长发育过程中缺少光照会导致植物在生长、产量及品质上都受到影响。我国的设施农业主要类型有塑料大棚，日光温室和植物工厂等，设施农业带给人们许多益处同时也带来一些弊端。设施建筑不可避免的遮挡住了太阳光光源，在原本相对光照较弱的情况下，致使光照更加不足，从而不能满足作物的最低光照需求［1］，致使作物生长不良，作物落花落果严重，果实生长发育缓慢，作物产量和品质下降等。植物补光灯的应用可以有效缓解甚至解决这些问题［2］，在设施农业中起到了不可或缺的作用［3］，传统光源存在着产热高，能量消耗过大等各种缺点，进而在农业照明中逐渐被淘汰［4］，LED（Light-Emitting Diode，发光二极管）是新一代的照明光源，具有光质可调控、产热低、环保等优点，同时LED 灯是冷光源，可以避免近距离照伤植物［5］，但不同波长的光均有不同的光受体与其关联，可影响植物的生长发育，调节其生理代谢和改善果实品质。因此，利用不同光质对植物进行补光，对设施生产具有重要的指导意义，为提高蔬菜作物的产量和品质，增强和延长作物的光照强度和光照时间是一种非常有效的途径。

目前，针对LED 不同红蓝光配比对不同植物的生态生长和品质的研究较多，季一鸣等［6］学者通过在冬季的低温寡日照条件下对冬季水培生菜和青梗菜的增产做探究试验，试验结果得出红白低蓝光顶光模组和红白中蓝光顶光模组这2 种不同配比的LED 补光灯都可显著提高生菜的叶片数；苏志能等［7］学者在研究中发现，在室内对水培番茄进行全人工光照，试验结果得出红蓝配比为R∶B=3∶1 的LED 灯照明处理总体比其它几种光配比照明处理更有利于增加番茄的单株产量；高波等［8］学者通过研究发现在LED 红蓝光配比为3∶1 处理下芹菜可以有效提高维生素C（Vitamin C，Vc）的质量分数，减少纤维素质量分数，表现出良好的品质特性。通过诸多研究发现LED 红蓝光配比的不同会促进蔬菜作物的叶片发育从而提高光合作用，提高蔬菜作物的株高、茎粗、叶面积、地上和地下部的鲜重及干重、根冠比、壮苗指数、根系生长以及根系活力，最终促进植株健壮生长，还可以增加Vc、可溶性糖和还原糖的含量，以此提升蔬菜的品质，与此同时也会增加蔬菜的产量。针对LED 红蓝光对水培番茄、黄瓜、生菜、芹菜的形态生长和品质的研究较多，而探讨LED 红蓝光不同配比对番茄叶片数和形态、品质以及产量的影响较少。本文在此基础上对LED红蓝光的配比进行了调整，探究番茄叶片数量和形态、产量、品质的变化，可为番茄温室栽培提供实际而全面的参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验场所

试验时间：本试验于2021年10月开始

试验地点：大同市大山生态农业有限公司（大同市阳高县王官屯镇）温室大棚

补光灯类型：LED 补光灯（由广东照明公司提供）

1.2 试验设计

试验区划分为5个区域，分别安装以下4种类型光强为4000 lx 的LED 补光灯：红蓝补光灯R∶B=4∶1（A1），红蓝补光灯R∶B=2∶3（A2），红蓝补光灯R∶B=6∶1（A3），红蓝补光灯R∶B=7∶1（A4），以及不补光（CK），CK 与4 种不同类型的LED 补光灯进行对照。补光方式为顶面补光，植株距离光源1 m，补光灯的高度随着番茄植株的生长逐步调节。各LED 补光灯的属性见表1；各处理补光灯光谱图见图1。从番茄植株开花坐果期开始补光，截止至果实成熟采收，每天的补光光周期为5 h（16：00-21：00）。每3 畦为1 个小组，每个小组为1 个处理，每个小组用不同配比的LED 红蓝光进行补光处理，补光时间相同。利用水肥一体化滴管设备进行统一水肥管理，每处理均采用常规栽培管理措施。

图1 红蓝光配比光谱图Fig.1 Spectra of red and blue light

表1 不同处理光质配比和补光时间Table1 Different treatments of light quality ratio and supplementary lighting duration

1.3 试验指标及测定方法

形态指标测定：在定植缓苗10 d 后开始补光处理，每个处理选取5 株生长状态大致相同的植株进行挂牌标记，主要对番茄植株的叶片数和主杆从下到上第3 叶位的叶片形态进行测量和记录，于处理后每7 d测量记录1次，共测量记录5次。

产量测定：待果实成熟后，选取成熟度一致的番茄使用分析天平测定每处理的单果重，计算单株产量。

果实品质的测定：待果实成熟后选取成熟度一致的番茄果实，使用手持糖度计（PAL-1；Atago，Tokyo，日本）测定可溶性固形物含量，Vc 含量的测定采用2，6-二氯靛酚滴定法，有机酸含量测定采用酸碱滴定法，参考高俊凤等［9］的方法。

1.4 试验数据分析方法

采用SPSS 26.0 分析数据，使用单因素方差分析（ANOVA）中的最小显著性差异（LSD）法进行显著性差异分析，采用Microsoft Excel 2016 进行数据整理。

2 结果与分析

2.1 LED 红蓝光配比不同对番茄叶片数量及形态的影响

由图2 可见，在红蓝光处理下的叶片数随着处理时间的增长逐渐增加，在处理7 d 后，A1、A2 处理的叶片数与CK 相比未达到显著差异水平，A3、A4处理的叶片数较大，但未达到显著差异水平，A3 处理相比CK 达到了显著差异水平，比CK 提高了6.6%，在处理14 d后，A4处理的叶片数与其他处理均达到了显著差异水平，A1、A2、A3 之间无显著差异，但均与CK 相比达到了显著差异水平，在处理的21 d 后，A1、A2、A3、A4 处理之间不存在显著差异，但均与对照达到了显著差异水平，相比对照分别提高了18.46%，22.52%，18.39%，20.51%。在处理28 d 后，A3 处理的叶片数最多，为30 片，与CK、A1、A2、均存在显著差异，与CK、A1、A2 相比分别显著提高了28.64%，18.43%，12.52%，在处理35 d 后，A3 处理的叶片数最大，与其他处理均存在显著差异，A1、A2、A4 处理的叶片数明显高于CK，并达到了显著差异水平，但A1、A2、A4 之间不存在显著差异。

图2 LED 红蓝光配比对番茄叶片数影响Fig.2 The effects of LED red and blue light ratio on the number of tomato leaves

综上，红蓝光对叶片数量的增加有一定的提高作用，随着处理时间的增长，各处理之间的叶片数差异越明显，其中A3 处理的叶片数增长最快，其次是A4处理。

从图3 可以看出，各处理的番茄主杆从下到上第3 叶位叶片形态和CK 相比有明显的差异，其中，A1 的叶片颜色与CK 相比最深，叶片较窄，CK 的叶片的颜色较浅，有发黄衰老的趋势，且叶片较薄，A2的叶片相比CK 无明显差异，但A2 叶柄相比CK 最粗，A3 的叶片相比CK 较窄，A4 的叶柄相比CK 较长较粗，因此LED 红蓝光补光处理下可以一定程度下改变叶片的形态。

图3 LED 红蓝光配比对番茄叶片形态影响Fig.3 Effects of LED red and blue light ratio on tomato leaf morphology

由图4 可见，叶面积指数的增长随着处理天数的增加逐渐增大，在处理7 d 后，A1 处理相比CK 提高了45.5%，且与CK 达到显著差异水平，A1 与A2、A3、A4 同样达到了显著差异水平，分别提高了43.21%，41.85%，43.42%，A2、A3、A4 无显著差异，但A3 相比CK 显著提高了18.18%，在处理14 d后，A1 的叶面积指数最大，为0.30，分别比CK、A2、A4 提高了87.52%，26.60%，27.31%，在处理21 d后，A1 与CK、A2、A4 达到了显著差异水平，A2 和A4 无显著差异，A2、A4 均与CK 达到了显著差异水平，在处理28 d 后，A3 处理的叶面积指数最大，为0.80，与其他处理均达到了显著差异水平，在处理35 d 后，A1 和A3 处理的叶面积指数较高，但无显著差异，A2 处理的叶面积指数相比A1、A3、A4 最小，但与CK 达到了显著差异水平，相比CK 显著提高了6.22%，A1、A3、A4 与A2 存在显著差异，相比A2分别提高了23.36%、23.32%，16.84%。综上，红蓝组合光有利于叶面积的增长，其中，A1和A3的叶面积指数相比CK 较大。

图4 LED 红蓝光配比对番茄叶面积指数的影响Fig.4 Effects of LED red and blue light ratio on tomato leaf area index

2.2 LED 红蓝光配比不同对番茄的产量影响

由图5 可以看出，与对照CK 相比，其他处理的单株产量有显著的提高，其中A3 的单株产量最高，为8.21 kg，相比对照CK 显著提高了24.14%，A2与A3 无显著差异，A2 与CK、A3、A4 之间存在显著差异，A2 相比CK、A4 分别显著提高了19.43%、9.87%，A3 处理与A4 相比存在显著差，A3 的单株产量比A4 显著提高了14.32%。由此可以看出，红蓝光处理下可以显著提高番茄的单株产量，其中A3处理的红蓝组合光的单株产量最高。

2.3 LED 红蓝光配比不同对番茄的品质影响

由图6 可以看出，与CK 相比，A1、A2、A3、A4处理的番茄的Vc 含量显著提高，其大小顺序为A3＞A2＞A1＞A4＞CK。其中，A2、A3 处理间差异不显著，但较A1、A4 处理差异显著，此外，A1、A2、A3、A4 分 别 较CK 处 理 高2.50%、5.66%、7.03%、3.42%，A1、A4 无显著差异，A3 的Vc 含量相比A1、A4 分别显著提高了4.42%、3.50%。以上可以说明LED 红蓝光配比处理番茄，可以提高番茄的Vc含量。

图6 LED 红蓝光配比对番茄Vc 的影响Fig.6 Effects of LED red and blue light ratio on vitamin C contentin tomatoes

由图7 可知，与CK 相比，A1、A2、A3、A4 处理的番茄的有机酸含量得到显著提高，其大小顺序为A3＞A2＞A1＞A4＞CK。其中，A1、A2、A3 处理间差异不显著，但较A4 处理差异显著，均显著大于A4 处理，相比A4 分别显著提高了10.93%、14.80%、18.12%，此外，A1、A2、A3、A4 分别较CK处理高30.42%、35.10%、38.93%、17.64%。

图7 LED 红蓝光配比对番茄有机酸的影响Fig.7 Influence of LED red and blue light ratio on tomato organic acid content

以上可以说明LED 红蓝光配比处理番茄，可以提高番茄的有机酸含量。

由图8 可以看出，随着试验红蓝光配比的变化，番茄体内可溶性糖含量呈现出先增加后降低的趋势，A3 处理番茄可溶性糖含量最高，较CK 处理达到显著水平，高出18.40%。A2 和A4 处理与A3 处理差异不显著，但均显著高于CK，分别较CK 高12.80%、14.60%。此外，A1 处理与CK 差异不显著，但高于CK 处理，高5.74%。以上说明一定比例的LED 红蓝光配比能够显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。

图8 LED 红蓝光配比对番茄可溶性糖的影响Fig.8 Effect of LED red and blue light ratio on soluble sugar content in tomatoes

由图9 可知，红蓝光配比处理番茄，可以显著提高番茄的可溶性固形物含量，与CK 相比所有处理的可溶性固形物含量均得到显著提高，A1、A2、A3、A4 处理分别较CK 高60.46%、68.82%、59.87%、26.16%。此外，A1、A2、A3 处理间相比差异不显著，但A2 处理可溶性固形物含量最高。A4 处理虽然显著高于CK，但较A1、A2、A3 处理相比，均显著小于A1、A2、A3处理。

图9 LED 红蓝光配比对番茄可溶性固形物的影响Fig.9 Influence of LED red and blue light ratio on soluble solid content in tomatoes

3 讨论

通过大量的研究发现LED 红蓝光配比不同对番茄幼苗株高、茎粗、光合作用等有显著的影响［10-12］，本试验结果发现，红蓝光（6∶1）处理下的叶片数最多；从叶片形态上可以看出，LED 红蓝光处理下的叶片与自然光照相比有明显差异，其中红蓝光（4∶1）处理下的叶片较窄，但颜色相比其他处理下的叶片要深。本试验结果与高波等［8］研究结果一致，蓝光有利于芹菜叶柄的横向生长和茎粗的增加，红光可以促进叶片数和茎粗的增加。同时有研究表明，红光可以提高番茄果实可溶性固形物以及有机酸的含量［13］，蓝光可以提番茄果实的Vc 含量［14］，试验中，红蓝光配比（6∶1）处理下的番茄果实的Vc、有机酸以及可溶性糖的含量最高。与该研究结果一致。同时在本试验中，红蓝光配比 （6∶1）可以显著提高番茄的产量和品质，其中包括了番茄的单果重、单株产量以及Vc、可溶性固形物、有机酸、可溶性糖含量，与凌丹丹等［15］学者的红蓝组合光促进了番茄的开花结果，进而促进了果实的品质以及产量的试验结果一致。

本试验结果表明，在红蓝光（4∶1）、红蓝光（2∶3）、红蓝光（6∶1）、红蓝光（7∶1）这4 种不同配比的光组合处理下，红蓝光配比为6∶1 处理的叶片数增长最好，增长数量为30 片，与其他3 组光均存在显著差异，分别显著提高了28.6%，18.4%，12.5%，从叶片形态上可以看出，LED 红蓝光处理下的叶片与自然光照相比有明显差异，其中红蓝光（4∶1）处理下的叶片较窄，但颜色相比其他处理下的叶片要深；在产量品质方面，与对照自然光相比，其他处理的单株产量有显著的提高，其中红蓝光（6∶1）的单株产量最高，为8.21 kg，相比对照自然光显著提高了24.14%。果实Vc 含量在红蓝光（6∶1）处理下相比红蓝光（4∶1）和红蓝光（7∶1）别显著提高了4.42%、3.50%，与自然光相比，4 种不同红蓝光配比处理的番茄有机酸含量得到显著提高，其大小顺序为红蓝光（6∶1）＞红蓝光（2∶3）＞红蓝光（4∶1）＞红蓝光（7∶1）＞自然光，果实可溶性固形物在红蓝光（2∶3）处理下含量最高，较自然光达到最佳水平，高出68.82%，红蓝光（6∶1）处理下番茄可溶性糖含量最高，较自然光处理达到显著水平，高出18.40%。本研究与苏志能等［7］和高波等［8］的研究结果是一致的，在LED 红蓝光配比不同时对番茄的生长形态、产量和品质都有所影响。

4 结论

综上所述，LED 红蓝光配比（6∶1）下番茄叶片、产量及品质都有所提高。当然在本次研究的过程中还有许多未完善的内容，在研究番茄各项指标的变化时没有测试LED 红蓝光配比的阈值对番茄叶片数和形态、果实产量及品质的影响。在温室中使用LED 红蓝光配比（6∶1）对番茄进行补光时能够有效的增加番茄叶片数，改变叶片形态以及提高番茄的产量和品质，为温室番茄栽培中进行LED 红蓝光补光提供了一定的理论依据。