番茄屬于喜溫、喜光作物， 但由于我國北方冬季受日照時間短、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，而人工補光技術恰好可彌補這個缺點。
補光需求與栽培計劃息息相關
溫室是否需要補光，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(標準果穗每周植株凈增開花數(shù) / 標準開花數(shù))及坐果速率(標準果穗每周植株凈增坐果數(shù) / 標準坐果數(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“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。生長點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生長。但是，一旦作物從營養(yǎng)生長階段進入到生殖階段，果實對于光合產(chǎn)物的需求就會迅速上升。很多種植者甚至會看到作物生長呈明顯變?nèi)踮厔?，生長點處莖粗變細、葉片變薄、新生長的果實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消耗。然而在國內(nèi)栽培季的安排中，從進入生殖階段(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 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期的風險。
補光策略與補光系統(tǒng)設計密不可分
補光光源
目前市場上溫室補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，其價格適中，可以為廣大農(nóng)戶所接受，短期見效顯著，配套的補光技術已經(jīng)較為成熟，目前還在大規(guī)模使用當中。而LED擁有較窄的光譜可調(diào)性，安全、可靠性高，在植物生理試驗應用中具有靈活性。具體使用中，應該根據(jù)栽培需求、應用目標、投資能力和成本控制等實際情況，合理選擇。
補光光強
比起室外光照，種植者應該清楚了解自己溫室內(nèi)植物實際能夠得到的光照，進而確定需要填補的補光空間。每個溫室的設計、地理位置和設備使用都會影響實際的室內(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 月底正午的光照實測中，大氣中垂直于水平地面的入射光強為總光強的 50% 左右，溫室內(nèi)北面作物能照射到光照的時間較短。為了防止溫室內(nèi)溫度驟降，保溫幕布使用時間也會比較長，需要到日出后 2~3 h，外界光照強度達到150 W/m 2 以上時才能完全打開。下午日落前也會提前關閉，所以溫室白天實際光照時間更短。
此外，容易忽略的一點是溫室玻璃的清洗，北方冬天室外溫度長時間低于零度，這給屋頂清洗機的使用帶來了風險，加上少雨，頂部玻璃清理不及時，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 ，所以補光強度在 220 μmol/(m 2 ·s)以 上。 最 長 18 h 的 補 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 了663 J/cm 2 的自然光。考慮到中國北方實際的光照情況和經(jīng)濟效益，若以外界最低光照(500 J/(cm 2 ·day))時期總光照(補光 + 自然光)能達到室外 1000 J/cm 2為基準(溫室透光率為 70%)，溫室內(nèi)建議補光強度至少達到 130~150 μmol/(m 2 ·s)。當溫室具有補光能力，在實際設定補光策略的時候需要考慮 2 個方面：總瞬時光強和總光照積累量。研究表明當光強未達到 400 μmol/(m 2 ·s) 之前，番茄葉片的凈光合速率隨著光強增加而快速增加，進 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]到溫室的補光效益，當外界光照探測儀測量的自然光強超過 450 W/m 2 (接近于 970 μmol/(m 2 ·s)，溫室透光率為 70%)時，頂補光 LED 不建議啟動。而具體補光時長，可以根據(jù)目前作物需要的光照、溫室內(nèi)實際的自然光與安裝的補光強度計算。需要注意的，是由于光源不同，自然光、高壓鈉燈和 LED 燈之間的光強疊加都需要一定的單位轉換關系(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，而冠層能夠截獲的總光照和葉面積指數(shù)(Leaf area Index，LAI)之間是呈負指數(shù)函數(shù)關系，光照截獲在 LAI 達到 4 左右?guī)缀躏柡?。葉片遮擋嚴重時，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，可以不設定限定值，而在有補光需求的時期一直使用。植株間補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%，果實干物質(zhì)提高31%～38.6%。株間補光位置葉片在500～650nm波段光吸收率和最大凈光合速率Pmax均高于未補光植株;株間補光降低了補光位置葉片的比葉面積。不同紅藍光比例株間補光對番茄總干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的形成均有顯著的促進作用，但不同紅藍光比例處理差異不顯著。
補光策略與溫室管理
溫室管理中，所有的環(huán)境因素調(diào)控都是聯(lián)動的。補光之后，只有其他相應的環(huán)控配合好，才能最大化補光優(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。
補光+溫度
當外界光照較好時，溫度策略系統(tǒng)設定界面往往可以設定一個光強對于溫度的影響，例如 300 W/m2上升到 400 W/m2 ，加溫和通風溫度各加 1℃，或者一天光照積累到 1000 J/cm2可以適當增加總光照對夜溫的影響，增強呼吸作用，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，也需要將補光帶來的附加輻射一起考慮進去。其實在補光的實際案例中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，保持較高的溫度，冬季果穗的坐果率明顯增加。
補光+灌溉
灌溉策略制定主要根據(jù)光照和時間兩因素來控制，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“晨間快速下降”。溫室補光之后，隨著補光時間的前移，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 調(diào) 整， 在 實 際應用中，“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，可以在補光之后，適當增加一次灌溉。由于補光強度低于外界自然光，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 (藍色曲線)
補光與濕度
當補光時間提前到日出之前，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)也沒有達到通風溫度，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險，可以給幕布設定一個缺口配合背風面窗口，加熱管道排濕。
補光+作物管理
在寡照條件下，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，往往要對番茄進行疏花疏果。在補光之后，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 ，達到了 4.2 株 /m2。
種植者水平影響補光效益
根據(jù)整個生產(chǎn)季的總光照積累和總產(chǎn)量，可以計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到11~12 g/mol，而中國目前較好的種植者水平也只能達到 6~7 g/mol。這意味著補充相同時間的光照，優(yōu)秀的種植者能將光轉化為產(chǎn)量的能力更高，所以完善栽培技術對于提高補光效益非常關鍵。
總之，溫室補光需要根據(jù)溫室地址、作物選擇、栽培計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，種植者應該選擇適合的補光系統(tǒng)。在實際的使用過程中，種植者仍然需要調(diào)節(jié)溫室其他各項因素，使得補光的利用率達到最高。由于補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)種植者當務之急應該是不斷完善自己的栽培技術，充分利用好免費的自然光。
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