番茄屬于喜溫、喜光作物， 但由于我國北方冬季受日照時(shí)間短、霧霾和陰雪天氣等影響，再加上溫室材料的老化，容易使番茄長期處于弱光環(huán)境，從而影響正常的光合作用，主要表現(xiàn)為作物生長速度緩慢、植株同化作用下降、減產(chǎn)甚至死亡，而人工補(bǔ)光技術(shù)恰好可彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)。

補(bǔ)光需求與栽培計(jì)劃息息相關(guān)

溫室是否需要補(bǔ)光，植物每周的生長數(shù)據(jù)可作為判斷依據(jù)。植株的生長量、莖粗、葉片長度、開花速率(標(biāo)準(zhǔn)果穗每周植株凈增開花數(shù) / 標(biāo)準(zhǔn)開花數(shù))及坐果速率(標(biāo)準(zhǔn)果穗每周植株凈增坐果數(shù) / 標(biāo)準(zhǔn)坐果數(shù))都能體現(xiàn)作物的生長是否處于良好的平衡。由于目前國內(nèi)園藝生產(chǎn)鏈還不夠成熟，沒有專門提供番茄大苗的育苗公司，大多北方溫室會選擇 3 葉 /4 葉 1 心的小苗進(jìn)行定植。從 9 月底(39 周)定植，至第一穗花開始完全開放大約要經(jīng)歷 6 周左右。番茄作物作為一個(gè)“源庫”系統(tǒng)，在沒有開花坐果之前，葉片白天積累的光合產(chǎn)物只需供給自身的維持呼吸和生長呼吸，營養(yǎng)一般比較富足，作物表現(xiàn)為莖稈粗壯、葉片厚實(shí)。生長點(diǎn)附近由于花青素的積累會呈現(xiàn)淡紫色(因品種而異)，種植者可通過此現(xiàn)象來判斷一天的光合作用強(qiáng)弱。由于有足夠的光合產(chǎn)物，白天和夜晚的溫差(DIF)會控制得很小來促進(jìn)生長。但是，一旦作物從營養(yǎng)生長階段進(jìn)入到生殖階段，果實(shí)對于光合產(chǎn)物的需求就會迅速上升。很多種植者甚至?xí)吹阶魑锷L呈明顯變?nèi)踮厔?，生長點(diǎn)處莖粗變細(xì)、葉片變薄、新生長的果實(shí)的大小和重量也會隨之下降。在這種情況下，如果外界光照充裕，白天積累的凈光合產(chǎn)物充足，便能滿足逐漸增多的果實(shí)消耗。然而在國內(nèi)栽培季的安排中，從進(jìn)入生殖階段(45 周)起，自然光照就逐步減弱，這意味著能供給作物的光合產(chǎn)物日益減少。以牛肉番茄為例，定植密度為 2.5 棵 /m 2 ，在 52 周 成 株 時(shí) 期 對 外界光照的需求上升到 1400 J/cm2左右(溫室透光率為 70%)。

北京周年光照積累量

此時(shí)北京外界的周平均光照只有500~600 J/cm 2。如若沒有很好的補(bǔ)光手段，種植者則需要優(yōu)先考慮作物營養(yǎng)部位的正常生長，選擇安全的起始定植密度，減少留果量盡量降低寡照時(shí)期的風(fēng)險(xiǎn)。

補(bǔ)光策略與補(bǔ)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)密不可分

補(bǔ)光光源

目前市場上溫室補(bǔ)光燈的燈源主要有高壓鈉燈和 LED 燈。高壓鈉燈作為較通用的照明用燈，其價(jià)格適中，可以為廣大農(nóng)戶所接受，短期見效顯著，配套的補(bǔ)光技術(shù)已經(jīng)較為成熟，目前還在大規(guī)模使用當(dāng)中。而LED擁有較窄的光譜可調(diào)性，安全、可靠性高，在植物生理試驗(yàn)應(yīng)用中具有靈活性。具體使用中，應(yīng)該根據(jù)栽培需求、應(yīng)用目標(biāo)、投資能力和成本控制等實(shí)際情況，合理選擇。

補(bǔ)光光強(qiáng)

比起室外光照，種植者應(yīng)該清楚了解自己溫室內(nèi)植物實(shí)際能夠得到的光照，進(jìn)而確定需要填補(bǔ)的補(bǔ)光空間。每個(gè)溫室的設(shè)計(jì)、地理位置和設(shè)備使用都會影響實(shí)際的室內(nèi)光照。種植者可以通過溫室或者從該城市氣象站獲得歷年來的平均光照參數(shù)。值得注意的是，冬天北方太陽高度角較低，在 11 月底正午的光照實(shí)測中，大氣中垂直于水平地面的入射光強(qiáng)為總光強(qiáng)的 50% 左右，溫室內(nèi)北面作物能照射到光照的時(shí)間較短。為了防止溫室內(nèi)溫度驟降，保溫幕布使用時(shí)間也會比較長，需要到日出后 2~3 h，外界光照強(qiáng)度達(dá)到150 W/m 2 以上時(shí)才能完全打開。下午日落前也會提前關(guān)閉，所以溫室白天實(shí)際光照時(shí)間更短。

此外，容易忽略的一點(diǎn)是溫室玻璃的清洗，北方冬天室外溫度長時(shí)間低于零度，這給屋頂清洗機(jī)的使用帶來了風(fēng)險(xiǎn)，加上少雨，頂部玻璃清理不及時(shí)，會很大程度上降低溫室的透光率。由于荷蘭冬季光照較弱，一天光照累積量最低至 150~200 J/cm 2 ，所以補(bǔ)光強(qiáng)度在 220 μmol/(m 2 ·s)以 上。 最 長 18 h 的 補(bǔ) 光， 能 夠 提 供 14.3 mol/m 2的 光 合 有 效 輻 射(PAR)， 等 同 于 在 室 內(nèi) 補(bǔ) 了663 J/cm 2 的自然光。考慮到中國北方實(shí)際的光照情況和經(jīng)濟(jì)效益，若以外界最低光照(500 J/(cm 2 ·day))時(shí)期總光照(補(bǔ)光 + 自然光)能達(dá)到室外 1000 J/cm 2為基準(zhǔn)(溫室透光率為 70%)，溫室內(nèi)建議補(bǔ)光強(qiáng)度至少達(dá)到 130~150 μmol/(m 2 ·s)。當(dāng)溫室具有補(bǔ)光能力，在實(shí)際設(shè)定補(bǔ)光策略的時(shí)候需要考慮 2 個(gè)方面：總瞬時(shí)光強(qiáng)和總光照積累量。研究表明當(dāng)光強(qiáng)未達(dá)到 400 μmol/(m 2 ·s) 之前，番茄葉片的凈光合速率隨著光強(qiáng)增加而快速增加，進(jìn) 入 500~800 μmol/(m 2 ·s) 區(qū) 間 凈 光 合 速 率 增加速率減緩，超過 800 μmol/(m 2 ·s) 之后，接近于飽和狀態(tài) ?？紤]到溫室的補(bǔ)光效益，當(dāng)外界光照探測儀測量的自然光強(qiáng)超過 450 W/m 2 (接近于 970 μmol/(m 2 ·s)，溫室透光率為 70%)時(shí)，頂補(bǔ)光 LED 不建議啟動(dòng)。而具體補(bǔ)光時(shí)長，可以根據(jù)目前作物需要的光照、溫室內(nèi)實(shí)際的自然光與安裝的補(bǔ)光強(qiáng)度計(jì)算。需要注意的，是由于光源不同，自然光、高壓鈉燈和 LED 燈之間的光強(qiáng)疊加都需要一定的單位轉(zhuǎn)換關(guān)系(自然光：1 MJ/m 2 PAR=4.6 mol/m 2 =71.9 kW·h，高壓鈉燈：1 MJ/m 2 PAR =5 mol/m 2 =118 kW·h [2] )。

補(bǔ)光模式

像番茄這樣的大型冠層作物，其產(chǎn)量也是和冠層的總光照截獲相關(guān)，而冠層能夠截獲的總光照和葉面積指數(shù)(Leaf area Index，LAI)之間是呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系，光照截獲在 LAI 達(dá)到 4 左右?guī)缀躏柡?。葉片遮擋嚴(yán)重時(shí)，會降低冠層光合效率。散射型玻璃、幕布的使用都是為了讓光照能夠滲透作物中下部的葉片，提高作物整體的光合效率。在作物進(jìn)入成株并且增加密度之后，中下部葉片比較郁閉，光照下降明顯。如果溫室配有植株間補(bǔ)光，那么能夠更加直接的利用中下部具有活力的葉片。區(qū)別于頂光對于光飽和的考慮，中下部葉片由于能直接照射的自然光較少，可以不設(shè)定限定值，而在有補(bǔ)光需求的時(shí)期一直使用。植株間補(bǔ)光燈的位置需要與底部葉片保持40 cm 以上的距離。

數(shù)據(jù)表明，株間補(bǔ)光改善溫室番茄冠層光環(huán)境，提高冠層及植株整體光合能力，番茄產(chǎn)量增加22.7%～28.5%，果實(shí)干物質(zhì)提高31%～38.6%。株間補(bǔ)光位置葉片在500～650nm波段光吸收率和最大凈光合速率Pmax均高于未補(bǔ)光植株;株間補(bǔ)光降低了補(bǔ)光位置葉片的比葉面積。不同紅藍(lán)光比例株間補(bǔ)光對番茄總干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的形成均有顯著的促進(jìn)作用，但不同紅藍(lán)光比例處理差異不顯著。

補(bǔ)光策略與溫室管理

溫室管理中，所有的環(huán)境因素調(diào)控都是聯(lián)動(dòng)的。補(bǔ)光之后，只有其他相應(yīng)的環(huán)控配合好，才能最大化補(bǔ)光優(yōu)勢。若種植者能很好的把控生產(chǎn)的所有因子，便更能主觀調(diào)控作物的生長節(jié)奏。

補(bǔ)光+溫度

當(dāng)外界光照較好時(shí)，溫度策略系統(tǒng)設(shè)定界面往往可以設(shè)定一個(gè)光強(qiáng)對于溫度的影響，例如 300 W/m2上升到 400 W/m2 ，加溫和通風(fēng)溫度各加 1℃，或者一天光照積累到 1000 J/cm2可以適當(dāng)增加總光照對夜溫的影響，增強(qiáng)呼吸作用，消耗富足的光合產(chǎn)物。一般溫室室外會配備總輻射傳感器，但是內(nèi)部配備測 PAR 的植物光合有效輻射傳感器的溫室很少。種植者在調(diào)節(jié)光照對溫度影響時(shí)，也需要將補(bǔ)光帶來的附加輻射一起考慮進(jìn)去。其實(shí)在補(bǔ)光的實(shí)際案例中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，保持較高的溫度，冬季果穗的坐果率明顯增加。

補(bǔ)光+灌溉

灌溉策略制定主要根據(jù)光照和時(shí)間兩因素來控制，保證植物在較好的光照下有充足的水分進(jìn)行光合作用。第一次灌溉往往在日出之后 2 h，基質(zhì)袋含水量出現(xiàn)一個(gè)“晨間快速下降”。溫室補(bǔ)光之后，隨著補(bǔ)光時(shí)間的前移，作物的生物鐘也慢慢的被調(diào)節(jié)。灌溉策略需要根據(jù)基質(zhì)袋 的 水 分 下 降 曲 線 和 含 量 及 時(shí) 調(diào) 整， 在 實(shí) 際應(yīng)用中，“晨間快速下降”也出現(xiàn)的比自然光條件下早，說明作物已經(jīng)開始活躍，并利用基質(zhì)袋內(nèi)的水分。在這種情況下，可以在補(bǔ)光之后，適當(dāng)增加一次灌溉。由于補(bǔ)光強(qiáng)度低于外界自然光，灌溉量不宜過多，可將栽培基質(zhì)袋 24 h 的失水率控制在 15% 左右。

Trunita 系統(tǒng)中基質(zhì)袋含水量趨勢 (藍(lán)色曲線)

補(bǔ)光與濕度

當(dāng)補(bǔ)光時(shí)間提前到日出之前，由于植物氣孔打開，開始蒸騰，溫室里的空氣濕度開始上升。高壓鈉燈放出熱量，拉大了空氣和葉腔內(nèi)的蒸汽壓差，進(jìn)一步加劇了蒸騰作用。但由于冬季室外低溫限制，室內(nèi)也沒有達(dá)到通風(fēng)溫度，溫室的相對濕度會一直保持較高的水平。若晚上濕度超過 90%，則需要考慮高濕帶來的病害風(fēng)險(xiǎn)，可以給幕布設(shè)定一個(gè)缺口配合背風(fēng)面窗口，加熱管道排濕。

補(bǔ)光+作物管理

寡照條件下，為了保證作物的營養(yǎng)部分不過分消耗而影響后期生長活力和產(chǎn)量，往往要對番茄進(jìn)行疏花疏果。在補(bǔ)光之后，疏花疏果的程度會降低，每周花穗開花速率和坐果速率也比較平穩(wěn)，植株能夠保持很好的營養(yǎng)生長和生殖生長。另外植株密度增加時(shí)間也可隨著植株的狀態(tài)會有所提前，并且可以嘗試更高的密度。在飛利浦LED 植物照明和答而豐合作的改良中心，大果番茄‘Komeett’的種植密度突破了常規(guī)的 3.6 株 /m2 ，達(dá)到了 4.2 株 /m2。

種植者水平影響補(bǔ)光效益

根據(jù)整個(gè)生產(chǎn)季的總光照積累和總產(chǎn)量，可以計(jì)算出種植者對自然光的利用率。荷蘭優(yōu)秀的大果番茄種植者，對于自然光的利用能夠達(dá)到11~12 g/mol，而中國目前較好的種植者水平也只能達(dá)到 6~7 g/mol。這意味著補(bǔ)充相同時(shí)間的光照，優(yōu)秀的種植者能將光轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量的能力更高，所以完善栽培技術(shù)對于提高補(bǔ)光效益非常關(guān)鍵。

總之，溫室補(bǔ)光需要根據(jù)溫室地址、作物選擇、栽培計(jì)劃等具體情況來確定。其次考量到不同燈源的投資和使用成本，以及對于其他能耗(天然氣、電)的影響，種植者應(yīng)該選擇適合的補(bǔ)光系統(tǒng)。在實(shí)際的使用過程中，種植者仍然需要調(diào)節(jié)溫室其他各項(xiàng)因素，使得補(bǔ)光的利用率達(dá)到最高。由于補(bǔ)光燈帶來的效益非常依賴種植者的水平，好的種植者能將光轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量的能力更高，也更加能通過調(diào)節(jié)溫室其他因素。所以國內(nèi)種植者當(dāng)務(wù)之急應(yīng)該是不斷完善自己的栽培技術(shù)，充分利用好免費(fèi)的自然光。