劉 楊劉 琪衛(wèi)慧波戴 軍何文清*

（

1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)膜污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；

2 北京博大睿爾思發(fā)光科技有限公司，北京 100081）

光質(zhì)對植物的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和果實(shí)品質(zhì)改善具有重要的影響作用，太陽光到達(dá)地球的波長為290～3 000 nm，而真正能被植物吸收利用的僅占很小比例，主要集中在可見光區(qū)420～500 nm 的藍(lán)光和580～700 nm 的紅光（胡澤善 等，2008）。轉(zhuǎn)光膜是一種通過添加不同的轉(zhuǎn)光劑以改善光的透過率、轉(zhuǎn)化光波長來提高植物對光的利用效率的功能型農(nóng)膜（張頌培 等，2003）。利用轉(zhuǎn)光膜可以將部分紫外光轉(zhuǎn)換為可為植物光合作用利用的藍(lán)紫光和紅橙光，將占可見光較大部分但不能被植物利用的綠光轉(zhuǎn)換為紅橙光，從而提高植物的光合作用，促進(jìn)作物產(chǎn)量的增加和品質(zhì)的提升（秦立潔和田巖，2002）。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜能夠促進(jìn)菠菜、胡蘿卜、菜用大豆增產(chǎn)約10%，同時提高VC 和可溶性蛋白的含量（王玉霞，2007）；大多數(shù)轉(zhuǎn)光膜都能促進(jìn)甘藍(lán)產(chǎn)量的增加，增產(chǎn)6.7%～20.0%（李紅玫 等，2011）；轉(zhuǎn)光膜能夠促進(jìn)番茄的生長發(fā)育，使果實(shí)中的VC 和番茄紅素顯著增加（李巖 等，2016）。

目前，用于制備轉(zhuǎn)光膜的轉(zhuǎn)光劑多是利用稀土元素銪（Eu）、釔（Y）、鋱（Tb）、釤（Sm）等與無機(jī)基質(zhì)或有機(jī)配體合成（張細(xì)和，2006；張希艷等，2007；倪亞茹 等，2010）。按配體種類的不同可分為稀土無機(jī)轉(zhuǎn)光劑和稀土有機(jī)轉(zhuǎn)光劑兩類（張茂美，2006）。無機(jī)轉(zhuǎn)光劑具有較好的發(fā)光強(qiáng)度，穩(wěn)定性較好，但是不容易與高分子聚合物相容，從而使轉(zhuǎn)光膜體系中的轉(zhuǎn)光劑分散不均勻，甚至容易產(chǎn)生堆積而引起濃度猝滅，降低發(fā)光性能（張優(yōu)靈，2014）。有機(jī)轉(zhuǎn)光劑與聚乙烯（PE）的相容性較好，且隨配體結(jié)構(gòu)的變化可制成不同發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光效率的配合物（蘇越和白鳳華，2011）。相對于其他元素，Eu（Ⅲ）的f-f 躍遷能級在可見光譜內(nèi)，激發(fā)能級與有機(jī)配體的三重態(tài)能級的匹配性更好，更易發(fā)射穩(wěn)定的熒光（王瑩，2014）。因此，以Eu（Ⅲ）為中心發(fā)光離子，探求一種能將外界能量高效傳遞給中心離子的配體成為了制備新型轉(zhuǎn)光劑的重要研究方向。本試驗(yàn)以北京博大睿爾思發(fā)光科技有限公司研發(fā)的新型含銪配合物為轉(zhuǎn)光劑，利用添加該轉(zhuǎn)光劑的轉(zhuǎn)光膜在草莓生產(chǎn)上開展試驗(yàn)應(yīng)用研究，系統(tǒng)評價轉(zhuǎn)光膜對草莓生育期、產(chǎn)量形成及品質(zhì)改善的影響，為進(jìn)一步研究轉(zhuǎn)光膜對作物生長的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017 年9 月至2018 年4 月在北京市大興區(qū)東北臺村奧肯尼克農(nóng)場進(jìn)行。每個處理設(shè)置1個冬暖棚，大棚長60 m，寬8 m，面積為480 m2；供試草莓品種為紅顏，種苗由奧肯尼克農(nóng)場提供。2017 年9 月7 日定植，單壟雙行帶狀種植，株距18 cm，大行距90 cm，小行距20 cm。

供試棚膜為北大睿爾思發(fā)光科技有限公司提供的轉(zhuǎn)光膜，該膜中所添加的轉(zhuǎn)光劑的通式為Eu（ND）xAyLm（ND 為4-羥基-1，5-萘啶類陰離子配體，A 為其他陰離子配體，L 為中性配體），具有將部分紫外光轉(zhuǎn)化為紅光的功能（卞祖強(qiáng)，2012）。以普通聚烯烴膜（以下簡稱普通膜）作為對照。

試驗(yàn)樣方采用等距取樣法設(shè)置。除去靠近大棚兩端的植株，連續(xù)選擇3 壟為1 個小區(qū)，并在每壟中選取雙行20 株樣本進(jìn)行生育期調(diào)查以及產(chǎn)量測定。之后，每隔10 壟再設(shè)置1 個小區(qū)，共計(jì)3 個小區(qū)，3 次重復(fù)。

1.2 測定指標(biāo)和方法

棚內(nèi)空氣溫度：自盛花期開始（2017 年11 月20 日），用日本日置公司的HIOKI3633 溫度儀連續(xù)測定草莓棚內(nèi)的空氣溫度，每20 min 測定1 次，數(shù)據(jù)由溫度儀自動記錄，每個大棚放置3個記錄儀。

冠層溫度：于晴天13：00～13：30，每個小區(qū)隨機(jī)選取3 株植株，利用美國菲利爾公司的FLIR 紅外熱成像儀進(jìn)行拍攝，儀器位于冠層上方1 m 左右，與地面成45°（史長麗 等，2006），3 次重復(fù)。利用QuickReport 軟件進(jìn)行分析，所得數(shù)值為冠層溫度。測量時期為第1 茬果的幼苗期（2017 年10月16 日）、盛花期（2017 年11 月12 日）、盛果期（2017年12 月6 日）和采摘期（2018 年1 月8 日）。

葉綠素相對含量及光合作用測定：于晴天10：30～11：00，選取完全展開的第2 片功能葉，利用美國LI-COR 公司的LI-6400 便攜式光合儀測定其凈光合作用速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（cond）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速度（Tr）；利用日本柯尼卡美能達(dá)公司的SPAD-502 葉綠素儀測定相應(yīng)葉片的葉綠素相對含量（馬釗 等，2015）；每個小區(qū)隨機(jī)選擇3 株長勢一致的植株。測量時期為第1 茬果的盛花期（2017 年11 月12 日）、盛果期（2017年12 月6 日）和采摘期（2018 年1 月8 日）。

生育期（初花期、坐果期、始熟期）觀測及產(chǎn)量和單果質(zhì)量的測定：以第1 株草莓開花的時間為初花期、第1 株草莓結(jié)實(shí)的時間為坐果期、第1 顆果實(shí)成熟的時間為始熟期（萬群 等，2015）；以標(biāo)記的雙行20 株樣本進(jìn)行產(chǎn)量測定，記錄每次的采摘時間和采摘產(chǎn)量，利用株距、行距來進(jìn)一步計(jì)算每667 m2產(chǎn)量，3 次重復(fù)；于采摘期在每個小區(qū)隨機(jī)選取20 顆果實(shí)進(jìn)行單果質(zhì)量測定，3 次重復(fù)。

可溶性糖和VC 含量：隨機(jī)選取1 kg 大小一致的果實(shí)作為樣品，根據(jù)GB/T 5 009.7—2016 檢測還原糖含量，GB/T 5009.86—2016 檢測VC 含量。每個處理3 次重復(fù)，分別于第1 茬果和第2 茬果的采摘盛期取樣。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007 和Origin 9.0 軟件處理數(shù)據(jù)并制圖，采用SAS 9.4 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用t 檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)光膜對棚內(nèi)空氣溫度的影響

轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)草莓整個生育期的積溫和日平均溫度都顯著高于普通膜（圖1）。與普通膜相比，轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)的積溫為2 072.5 ℃，提高了75.0 ℃（P ＜0.05），大棚日平均溫度也平均提高0.39 ℃（P ＜0.01），最高可提高2.20 ℃。

2.2 轉(zhuǎn)光膜對冠層溫度的影響

不同生育期草莓冠層溫度存在差異（表1、圖2）。與普通膜相比，幼苗期轉(zhuǎn)光膜處理的草莓冠層溫度顯著提高了0.4℃；盛花期和盛果期，轉(zhuǎn)光膜處理的冠層溫度分別顯著降低了1.2 ℃和1.7 ℃；采摘期，轉(zhuǎn)光膜處理的冠層溫度提高了0.6 ℃，但差異不顯著。

2.3 轉(zhuǎn)光膜對草莓葉片葉綠素相對含量（SPAD值）的影響

植物葉片的葉綠素含量與SPAD 值成正相關(guān)（馬釗 等，2015）。由圖3 可見，轉(zhuǎn)光膜與普通膜棚內(nèi)草莓葉片葉綠素含量的差異在盛花期、盛果期和采摘期表現(xiàn)不同，與普通膜相比，轉(zhuǎn)光膜處理的草莓在盛果期的SPAD 值顯著增加了14.0%；而盛花期和采摘期，二者的SPAD 值差異不顯著。

圖1 轉(zhuǎn)光膜對棚內(nèi)空氣溫度的影響a，轉(zhuǎn)光膜對棚內(nèi)日平均溫度的影響；b，轉(zhuǎn)光膜與普通膜棚內(nèi)溫度差值。彩色圖版見《中國蔬菜》網(wǎng)站：www.cnveg.org，下圖同。

表1 轉(zhuǎn)光膜對草莓冠層溫度的影響

圖2 轉(zhuǎn)光膜對草莓冠層溫度的影響a、b，盛花期，a 為轉(zhuǎn)光膜，b 為普通膜；c、d，盛果期，c 為轉(zhuǎn)光膜，d 為普通膜。

2.4 轉(zhuǎn)光膜對草莓葉片光合特性的影響

轉(zhuǎn)光膜處理對盛果期草莓葉片的凈光合速率有顯著影響，比普通膜處理可提高14.3%（圖4-a）。氣孔導(dǎo)度的變化規(guī)律與凈光合速率類似（圖4-b）。轉(zhuǎn)光膜處理草莓葉片的胞間二氧化碳濃度在盛果期顯著降低，盛花期和采摘期與普通膜處理無顯著差異（圖4-c），盛花期和盛果期草莓葉片的蒸騰速率分別較普通膜處理顯著提高了11.0%和14.7%（圖4-d）。

圖3 轉(zhuǎn)光膜對草莓葉片葉綠素相對含量的影響圖柱上不同小寫字母表示差異顯著（P ＜0.05），下圖同。

2.5 轉(zhuǎn)光膜對草莓生育期的影響

轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)草莓的初花期、坐果期和始熟期都早于普通膜，分別提前6、8、10 d（表2）。坐果期-始熟期觀測結(jié)果也顯示（圖5），轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)草莓的轉(zhuǎn)色時間和始熟期均提前。

2.6 轉(zhuǎn)光膜對草莓產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

從表3 可以看出，轉(zhuǎn)光膜處理的草莓產(chǎn)量為1 009.1 kg · （667 m2）-1，每667 m2比普通膜處理增產(chǎn)219.9 kg，且單果質(zhì)量顯著增加了16.4%。

轉(zhuǎn)光膜處理可以提高草莓果實(shí)的VC 含量，第1 茬和第2 茬草莓的VC 含量分別比普通膜顯著提高16.1%、24.4%，轉(zhuǎn)光膜處理對兩茬草莓果實(shí)可溶性糖含量的影響均不顯著（表3）。

圖4 轉(zhuǎn)光膜對草莓葉片光合特性的影響

表2 轉(zhuǎn)光膜對草莓生育期的影響

圖5 草莓坐果期-始熟期田間觀測結(jié)果a，普通膜；b，轉(zhuǎn)光膜。

表3 轉(zhuǎn)光膜對草莓產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

3 結(jié)論與討論

轉(zhuǎn)光膜具有增溫的作用。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜能顯著提高棚內(nèi)日最高氣溫，平均升溫1.6 ℃，最高可達(dá)3 ℃（傅明華 等，2000）；在冬季和早春應(yīng)用轉(zhuǎn)光膜能使棚溫增加1.7 ℃（蒲文宣 等，2008）；此外，轉(zhuǎn)光膜還可以增強(qiáng)塑棚溫室的升溫速率，提高塑棚溫室內(nèi)室溫，與對照膜相比，轉(zhuǎn)光膜在單日11：00 可增溫3.9 ℃（邵毛妮 等，2017）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)光膜可以顯著提高棚內(nèi)的日平均溫度，增加棚內(nèi)積溫；這與唐顥等（2014）研究發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)光膜具有增溫效應(yīng)的結(jié)論一致。轉(zhuǎn)光膜中的稀土元素受到高能量紫外光激發(fā)并發(fā)射低能量紅光的過程可產(chǎn)生斯托克斯（stokes）位移，將能量差以熱能的形式釋放，使溫室氣溫升高（寇爾豐 等，2018）。本試驗(yàn)采用的含有稀土Eu 元素的轉(zhuǎn)光膜可以產(chǎn)生斯托克斯位移，使棚內(nèi)日平均溫度升高，促進(jìn)草莓初花期、坐果期、始熟期的提前。

冠層溫度是指作物層不同高度葉和莖表面溫度的平均值（史長麗 等，2006）。其影響因素有內(nèi)因如植株的蒸騰作用、基因型等；外因如太陽輻射強(qiáng)度、地面輻射熱量等（任學(xué)敏 等，2015）。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖然轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)氣溫顯著高于普通膜，但盛花期和盛果期時的草莓冠層溫度顯著低于普通膜，其原因一方面是轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)草莓葉片蒸騰速率較高引起葉片溫度下降；另一方面，轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)草莓長勢優(yōu)于普通膜，而茂盛的葉片可能致使地面輻射減弱，使冠層溫度降低。

轉(zhuǎn)光膜能夠增加棚內(nèi)紅光的比例，提高植物葉片葉綠素的積累，增強(qiáng)植物的光合能力。前人研究發(fā)現(xiàn)，紅光可以提高葉綠素含量，且紅光/藍(lán)光的比值越大，草莓葉片葉綠素含量越高（徐凱 等，2005）；紅光還能增強(qiáng)草莓葉片的氣孔開放程度，提高氣孔導(dǎo)度，增加植株的光合能力，有利于作物的生長和發(fā)育（張?jiān)泛头l(wèi)國，2016）。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，草莓葉片的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度變化趨勢類似，且轉(zhuǎn)光膜處理的草莓盛果期葉片的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均顯著高于普通膜，胞間CO2濃度顯著低于普通膜，表明轉(zhuǎn)光膜促進(jìn)了草莓葉片氣孔的開放，提高了葉肉細(xì)胞對CO2的利用效率，從而促進(jìn)了草莓凈光合作用速率的增強(qiáng)（李巖 等，2017）。此外，相關(guān)研究還表明轉(zhuǎn)光膜被激發(fā)所產(chǎn)生的紅光有利于PS Ⅱ過程中的電子傳遞，促使CO2的固定，促進(jìn)光反應(yīng)的進(jìn)行（Li et al.，2017）。

轉(zhuǎn)光膜能夠促進(jìn)果實(shí)提前成熟和產(chǎn)量增加。張旭等（1998）研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜使番茄、青椒、黃瓜、茄子等蔬菜作物分別增產(chǎn)21.6%、13.2%、17.6%、24.5%；陸國軍和俞剛翔（2007）研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜使葡萄整個生育期縮短2～3 d，增產(chǎn)6.6%左右；李強(qiáng)等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，與普通棚膜相比，轉(zhuǎn)光膜可以促進(jìn)芥菜、普通白菜、菜薹（菜心）的地上生物量分別增加20.53%～23.40%、20.13%～32.62%、16.43%～20.30%。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜處理下的草莓可提前10 d 成熟，每667 m2增產(chǎn)219.9 kg，這與寇爾豐等（2018）的轉(zhuǎn)光膜具有增產(chǎn)作用的研究結(jié)論一致。轉(zhuǎn)光膜促進(jìn)果實(shí)提前成熟和增產(chǎn)的原因可能有3 方面：第一，轉(zhuǎn)光膜在低溫時的保溫效果較好，且草莓盛花期、盛果期的凈光合速率較強(qiáng)；第二，轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)草莓盛花期和盛果期的冠層溫度較低，葉綠素含量較高，衰老慢，有利于光合能力和作物產(chǎn)量的提高（鄧強(qiáng)輝 等，2009）；第三，光譜中遠(yuǎn)紅光與紅光的比例可以影響光敏色素控制的光合產(chǎn)物的分配，使其更多地將產(chǎn)物分配給果實(shí)（Kasperbauer，2000），轉(zhuǎn)光膜增加了紅光的量，使遠(yuǎn)紅光與紅光的比例正好處在這一個范圍內(nèi)。

轉(zhuǎn)光膜可以改善果實(shí)的品質(zhì)。植物的品質(zhì)受光質(zhì)的影響（許大全 等，2015），藍(lán)光使普通白菜粗蛋白含量明顯提高，且與紅光以1∶6 的比例混合時能使普通白菜中磷、鉀含量提高，生物量和干質(zhì)量明顯增加，亞硝酸鹽含量降低（樊小雪 等，2016）；紅光（665 nm）能顯著提高萵苣的葉面積、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量（王瑞楠 等，2017）；低劑量的UV-B（280～320 nm）則能促進(jìn)植物體內(nèi)次生代謝物質(zhì)硫代葡萄糖苷、酚類物質(zhì)的積累，從而改善作物品質(zhì)（Schreiner et al.，2012）。作為衡量作物品質(zhì)的重要指標(biāo)，VC 和可溶性糖含量的高低將直接影響到作物的食用價值。研究表明，轉(zhuǎn)光膜使甜椒的VC 含量顯著提高31.56%（吉家曾 等，2013）；轉(zhuǎn)光膜處理的春大白菜中VC 含量顯著高于普通膜（王玉霞 等，2006）。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)草莓VC 含量較高，這可能與VC 合成相關(guān)的半乳糖內(nèi)脂脫氫酶（GaILDH）以及可以氧化VC 的抗壞血酸氧化酶（AAO）、抗壞血酸過氧化物酶（AAP）對光比較敏感有關(guān)（劉慶 等，2015），紅光比例的提高可能增加了GaILDH 的合成，導(dǎo)致AAO 及AAP 含量的降低，但具體機(jī)理還需進(jìn)一步研究。此外，轉(zhuǎn)光膜對于可溶性糖含量的影響作用因作物種類而不同。轉(zhuǎn)光膜處理的菠菜、番茄的可溶性糖含量顯著提高（王玉霞，2007；李巖 等，2016），而黃瓜的可溶性糖含量卻略低于對照膜（秦立潔和田巖，2002）。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜處理兩次采摘的草莓果實(shí)可溶性糖含量與普通膜差異不顯著，可能是因?yàn)椴煌魑飳獾拿舾谐潭炔煌ㄆ盐男龋?008）。

從成本和收益方面分析，轉(zhuǎn)光膜在草莓種植上的應(yīng)用具有廣闊前景。本試驗(yàn)中轉(zhuǎn)光劑的市場售價約為2 000 元 · kg-1，其在轉(zhuǎn)光膜中添加量僅為1‰～2‰（廉世勛 等，2002；張細(xì)和，2006），可一定程度限制其成本的提高；此外，轉(zhuǎn)光膜能夠促進(jìn)草莓提前10 d 成熟，每667 m2增產(chǎn)219.9 kg，能進(jìn)一步提高大棚的經(jīng)濟(jì)效益。而在未來轉(zhuǎn)光膜的發(fā)展歷程中，轉(zhuǎn)光劑的成本還可以通過降低Eu3+的含量或引入價格低廉的配體實(shí)現(xiàn)。如：于含銪轉(zhuǎn)光體系中摻雜適量Y+以減少高價格的Eu3+的比例，利用新型配體碳點(diǎn)（CDs）和聚乙烯醇（PVA）與Eu3+結(jié)合以取代高成本的有機(jī)配體等（張細(xì)和，2006；He et al.，2016）。

綜上，轉(zhuǎn)光膜對溫室草莓的生長具有促進(jìn)作用。第一，轉(zhuǎn)光膜具有顯著增溫效果。與普通膜相比，轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)的積溫顯著增加75.0 ℃，日平均溫度極顯著升高0.39 ℃。第二，轉(zhuǎn)光膜具有促進(jìn)草莓生長發(fā)育的作用。轉(zhuǎn)光膜棚內(nèi)盛果期草莓的葉綠素含量和凈光合速率可顯著提高14.0%和14.3%；轉(zhuǎn)光膜可使草莓提前10 d 左右采摘，每667 m2增產(chǎn)219.9 kg。第三，轉(zhuǎn)光膜具有改善草莓品質(zhì)的作用。轉(zhuǎn)光膜處理兩次采摘的草莓VC 含量都顯著高于普通膜，但果實(shí)可溶性糖含量差異不顯著。