LED光源空间设置对温室番茄产量、品质及水分利用效率的影响机制研究

为解决北方冬季温室光照不足导致的番茄生长受限问题，研究人员系统探究了不同空间位置LED补光（T1-T4处理）对"京番502"番茄生物量积累、果实品质及水分利用效率的影响。结果表明底部向上补光（T4）显著提升植株鲜重22.63%、产量48.33%、水分利用效率39.72%，并通过提高可溶性糖含量（27.38%）和糖酸比（6.5%）改善风味品质。该研究为设施农业节能节水高效生产提供了理论依据。

　　

在北方冬季设施栽培中，缩短的日照时间和减弱的光照强度严重制约番茄生产。温室覆盖材料老化、灰尘积累等因素加剧了光照不足，导致番茄生长迟缓、产量下降和风味品质劣变。传统高压钠灯等补光方式存在能耗高、光谱适配性差等问题，而LED（发光二极管）技术因其可调光谱、低热辐射等优势成为研究热点。然而，现有研究多聚焦于光质配比和光周期调控，对LED空间设置如何协同提升番茄产量、品质及资源利用效率的机制尚不明确。

甘肃农业大学的研究团队以"京番502"番茄为材料，采用红蓝光（7:2）LED光源，设置了5种空间处理：无补光（CK）、植株间向上补光（T1）、植株顶部向下补光（T2）、植株间向下补光（T3）和植株底部向上补光（T4）。通过测定生物量、产量构成、果实糖酸组分等14项指标，结合主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA），系统评估了不同补光位置对番茄生产性能的影响。

研究采用高精度TDR350水分监测仪动态调控灌溉量，通过HPLC（高效液相色谱）定量分析葡萄糖、柠檬酸等代谢物，并创新性引入电能效率（g/kW）指标评估能效比。标准化实验条件包括：光照强度51μmol·m^-2·s^-1、日补光6小时（早晚各3小时），栽培密度2200株/667 m²。

生物量积累与分配
T4处理使植株总鲜重和干重分别提升22.63%和17.54%，显著高于其他处理（P<0.05）。干物质分配呈现"叶果增、茎减"的特征，T4处理的果实分配率较CK提高8.83%，表明底部补光更有利于光合产物向经济器官转运。

产量与资源效率
T4处理的单株产量（914.43g）和公顷产（30.88吨）均达最高，较CK提升48.33%。水分利用效率（WUE）与电能效率同步优化，分别达39.72%和32.84 g/kW，证实底部补光可实现"水-光-能"协同增效。

果实品质调控
代谢组分析显示T4处理同时促进糖（葡萄糖+17.36%）和酸（柠檬酸+34.86%）积累，但通过更高幅度的糖积累使糖酸比提升6.5%。PCA将T4与其他处理显著分离，表明其独特的光环境调控机制。

该研究首次证实LED底部向上补光可创造均匀冠层光分布，通过增强中下部叶片光合活性实现"增产提质双赢"。相比传统顶部补光，T4处理减少茎秆徒长，使电能转化效率提升112.56%，为设施农业绿色生产提供了新思路。研究结果发表于《BMC Plant Biology》，其建立的14指标综合评价体系为作物补光策略优化提供了方法论参考。未来研究可进一步解析不同补光位置对光信号转导通路（如phytochrome）的影响，以深化理论机制认识。