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相变-集热技术对日光温室番茄产量的影响
摘要：以越冬茬番茄为研究对象，以相变-集热温室和普通温室为处理，研究温度环境对温室番茄产量和品质的影响，以期为番茄越冬种植提供较为适宜的温度环境。结果表明：冬季(12月、1月和2月)相变-集热温室最低气温始终高于对照温室，增温范围在0.3～1.5℃,相变-集热温室种植模式下番茄总产量相比对照提高17.3%,显著降低了有机酸3.3%～35.2%;可溶性固形物含量上升0.2%～18.3%,维生素C含量提升11.4%～54.2%,可溶性糖含量提高1.6%～63.9%,糖组分含量明显上升，相变-集热温室有利于营养物质与品质的提升。综上所述，相变-集热温室的使用，能明显提高番茄产量、风味与口感，提高番茄食用的安全性与品质，为设施作物越冬生产提供参考依据。
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番茄的设施栽培是中国的一种主要栽培模式，冬季合理的环境调控是获得设施蔬菜优质、高产、高效的重要保证[1,2]。相变-集热温室具有减少土地浪费、提高太阳能利用率、提高温室内蓄热量等特性[3,4,5]。近年来极端气候出现的频率增多[6,7],围绕相变-集热温室的研究主要集中在根据地域差异，改善温室结构、提高温室性能，满足植物生长等方面[8,9],相变-集热温室成为研究热点。
日光温室的热量主要由太阳辐射、土壤和温室墙体3个部分构成[10]。土壤的蓄热量受土壤导热性能的限制，土壤深度在20cm以下时，土温基本不变[11],因此墙体的蓄放热显得十分重要。有研究表明，晴天墙体夜间单位面积放热量为土壤的1.4倍[12],满足温室内35%～82%的热需求[13],因而要尽可能改善温室北墙的蓄放热能力。相变-集热技术三重结构的墙体可明显提高太阳能利用率[14],相变材料蓄热系数明显高于土壤和砖的蓄热系数，可有效提高温室北墙的蓄热能力[15];李鹏等[16]研究发现相变-集热温室墙体的累积蓄热量与累积放热量日平均值比普通温室墙体分别高8.1%、14.8%;王宏丽等[17]通过研究普通温室与稻壳为载体的相变蓄热墙体，发现相变温室北墙比普通墙体温度变化幅度小4.1℃,相变温室墙体内最低气温比普通温室内最低气温高1.7℃。研究结果均表明，相变蓄热墙体在保温方面具有明显优势。
前人对日光温室墙体设计建造已做了不少研究，但大多侧重于环境工程方面，对于宁夏地区相变-集热温室的推广，还没有系统的认识。该研究拟通过改造原有日光温室北墙，改善温室内环境温度，研究最冷月相变-集热温室内的环境变化对番茄产量及品质的影响，以期为温室环境调控提供指导。
1、材料与方法
1.1试验地概况
试验地位于宁夏贺兰园艺产业园(东经106°35′,北纬38°55′),该地区降雨集中在夏季，年降雨量180mm,无霜期160d,年平均气温8.8℃,属典型的温带大陆性气候。
1.2试验材料
供试温室为西北-Ⅵ型日光温室。温室长80.0m,跨度10.0m,脊高4.3m,后墙高3.6m,钢结构顶。试验时期为2018年9月至2019年3月。
供试番茄品种为“粉得力”,种苗由宁夏天缘种业有限公司提供。
1.3试验方法
按长度将温室等分为2个区域，分别为相变-集热温室(T)和对照温室(CK)。在相变-集热温室的北墙采用喷浆工艺将相变材料、水泥砂浆、炭黑按比例混匀喷涂，喷涂厚度40mm,对照温室墙体不做处理。温室间用500mm的双层PO膜分隔，中间为密闭的空气夹层减少2个温室的对流换热。试验共计2个处理，每处理3次重复。共测5穗果，每穗果在成熟时在对应温室中部对应盘数上随机采6个处理样品，样品大小色泽均选择外观一致的果品。2个温室农事操作管理相同。
1.4项目测定
1.4.1气象指标测定
测试地点位于2个温室中部，即由东向西20.0m处，距离后墙5.0m处。采用浙江泽大仪器厂生产的温湿度记录仪ZDR-40进行测定，在高0.5m处安装，测定室内气温。数据10min记录1次。
1.4.2果实指标测定
试验共测5穗果，每穗果成熟时，在相变-集热温室和对照温室内随机采摘6个(均匀大小或者大小一致)番茄，于园区实验室测定果实硬度、横纵径的形态指标；测定pH及可溶性固形物、有机酸、硝酸盐、维生素C、可溶性糖含量等品质指标。
1.4.3葡萄糖、果糖与蔗糖含量测定
试验共测5穗果，每穗果成熟时，在相变-集热温室和对照温室随机采6个番茄，于实验室分别测定果实的糖组分含量。参考张志良等[18]的方法。
1.4.4产量的计算
测定番茄果实的单果质量、单株产量，计算2个温室的平均产量并折算。
1.5数据分析
采用Excel2016软件对数据进行处理，用SPSS22软件对数据进行方差分析。
2、结果与分析
2.12个温室的环境对比
由表1可知，2018年12月至2019年2月期间，温室内温度先下降后上升。平均温度在12月上旬至翌年2月上旬期间，相变-集热温室温度高于对照温室，2月中、下旬对照温室平均气温高于相变-集热温室，12月下旬至1月中旬期间最冷；相变-集热温室的应用使最低气温均高于对照温室，变化范围在0.3～1.5℃;最高温度变化差异不明显。
表12个温室温度旬变化
2.2不同处理对番茄果实形态及硬度和单果质量的影响
相变-集热温室的应用，改善了温室内的环境温度，提高了果实的单果质量与果实硬度。由表2可知，相变-集热温室番茄单果质量较对照温室在不同时期分别提升31.9%、34.4%、16.3%、4.1%、2.6%,对前3穗果影响差异显著；对番茄果实横径、纵径有影响，对果形指数有影响。果实横径在第1、2、4穗果有显著性差异，果实纵径在第2、4、5穗果有显著性差异；果形指数第2、3穗果有显著性差异；相变材料的应用使果实的硬度提升，相变-集热温室较对照温室硬度分别提升19.2%、15.8%、1.2%、6.7%、6.7%。
表2不同处理对番茄果实形态、单果质量和硬度的影响
2.3不同处理对番茄营养品质的影响
由表3可知，相变-集热温室的应用利于番茄中可溶性固形物的积累、提高果实的糖度，可改善果实的风味与口感，降低番茄果实中有机酸含量，提高果实的安全性，使果实的营养品质得到改善。
可溶性固形物在第4穗果时有差异性，各时期相变-集热温室较对照温室可溶性固形物含量分别增加了0.4%、0.2%、0.6%、18.3%、5.0%;pH在第2、5穗果时具有显著性差异(表3)。
有机酸含量是衡量果实营养品质的重要评估指标，在第5穗果时具有显著性差异，相变-集热温室与对照温室相比有机酸含量分别降低21.9%、26.6%、3.3%、8.0%、35.2%;硝酸盐含量是评价番茄果实安全性的重要指标，该试验各处理在不同时期番茄果实硝酸盐含量为19.46～78.01mg·kg-1,低于438mg·kg-1[19]国家规定的无公害蔬菜标准(表3)。
由表3可知，相变-集热温室的应用，有效提高了番茄果实维生素C和可溶性糖含量。相变-集热温室处理番茄果实维生素C含量表现为第1穗果>第3穗果>第4穗果>第5穗果>第2穗果，相变-集热温室较对照温室维生素C含量分别提升19.7%、18.5%、11.4%、54.2%、25.7%,在第1、2、4穗果有显著性差异；可溶性糖含量在第1、3、4穗果有显著性差异，相变-集热温室较对照温室可溶性糖含量分别提高47.0%、16.3%、63.9%。
2.4不同处理对番茄糖组分的影响
相变-集热温室的应用，利于番茄果实内糖组分含量的提升，提高果实的内在品质。由图1可知，从果实不同果穗数果糖含量变化看，不同时期，果实内果糖在第2穗果时含量较低，第1穗果次之，到第3穗果达到最大值，这与蔗糖和葡萄糖变化趋势基本一致。由此可知，番茄果实内，糖组分含量的变化趋势基本一致，在第2穗果时最小，第1穗果次之，第3穗果达到最大值。
表3不同处理对番茄果实营养品质的影响
图1不同处理对番茄果实糖组分的影响
2.5不同处理对番茄果实产量的影响
由表4可以看出，相变-集热温室的应用利于提高番茄的单株产量与总产量。相变-集热温室番茄果实的单株产量和总产量较对照温室分别提高17.2%、17.3%,具有显著性差异。这表明，相变-集热温室的使用，对番茄果实的单株产量和总产量有明显提升作用。
表4不同处理对番茄产量的影响
3、讨论与结论
3.1相变-集热温室有效提高了番茄的产量
该试验选择了宁夏地区的最冷月来研究相变-集热温室对番茄产量与品质的影响。从最低温度变化看，相变-集热温室最低温度高于对照温室，这与多位学者[16,17,20,21]研究相符。12月上旬至翌年2月上旬期间，相变-集热温室平均温度高于普通温室，但2月中、下旬对照温室平均气温高于相变-集热温室，这与王宏丽等[17]的研究结果不一致，可能是因为2月中下旬番茄收获，相变-集热温室靠近工作间，管理人员进出会对温室热量环境产生影响。
番茄是喜温性蔬菜，研究认为番茄生长适宜温度在15～30℃,低于10℃生长受阻，低于5℃生长完全停止[22]。对照温室12月下旬至翌年1月中旬平均温度均低于10℃,从第1、2、3穗果单果质量对比看，二者差异显著，这与试验结果相符。这表明冬季最冷月的温度会显著影响宁夏地区番茄的产量，而对相变-集热温室产生的影响较小。
3.2相变-集热温室有效提高了番茄的品质
除12月下旬外，相变-集热温室平均温度均高于10℃,对照温室12月下旬至翌年1月中旬平均温度均低于10℃。低温情况温室内正常生长的番茄会受到影响，会减少干物质积累，最终会使产量及品质下降[23]。该试验研究表明相变-集热温室提高了果实的风味。降低有机酸含量提升果实口感，这与试验结果相符。
果实的甜度主要是由果实中积累的糖分决定，糖分是合成其它营养物质的原料，是果实品质形成的关键[24]。该试验研究结果表明，不同时期番茄果实内糖分含量存在明显差异。番茄果实内3种糖组分含量的变化趋势基本一致，在第2穗果时最小，第1穗果次之，第3穗果达到最大值，这与宋曼曼等[25]的研究结果一致。相变-集热温室糖组分含量高于对照，这表明相变-集热温室的应用改善了室内热环境有效提高果实内糖组分含量，对于番茄营养品质的提升有一定的作用。相变-集热温室更能适应极端天气变化。全球变暖使宁夏地区极端气候出现的频率增多[6,7],因此，要尽可能完善设施、选育优良品种来规避风险。
通过研究宁夏地区最冷月相变-集热温室与普通温室的对比发现，相变-集热温室有良好的蓄放热性能，在北方地区能够应对环境条件变化所带来的不良影响。相变-集热温室的使用通过改变温室的热环境，从而提高了番茄的产量与品质，为设施作物越冬生产提供参考依据。
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