补光|番茄增产31.63%！走进北京密云这个园区看一看~

北京极星农业产业园坐落于北京市密云区（40.4°N, 117°E），密云区气候为暖温带季风型大陆性半湿润半干旱气候，夏秋季光照远高于冬春季，以2021年为例，全年累计光照可达492177 J/cm²，夏秋季光照为冬春季的1.67倍，但由于温室内种植越冬茬番茄，9月定植，6月拉秧，即使夏季光照强、光质高，也不能够直接转化为产量，因此如何提高夏秋季温室内光照成为提高产量的首要目标。

影响温室内植物可利用光强的因素有很多，为增加光照，园区连栋玻璃温室采用漫反射玻璃，透光性高且光均匀一致，可有效减少上部叶片对下部叶片的遮挡，并且经过阳光照射后，产生的阴影较少，有利于作物均衡生长。定期使用全自动屋顶清洗机对屋顶进行清洁，清洗后透光率最高可增加10%。装备1000 W高压钠灯，一行18个，每跨5行，28跨，共计2520只， PAR输出（PPF）为2100 μmol/s，距植株头部约3 m。特殊设计玻璃材质及夹角，使玻璃上不易结露，提高透光率；使用白色地布，增加反光。然而，温室仍然会由于各种因素导致透光率不能达到预期，例如设备、玻璃及覆盖材料不可逆老化、硬件结构如桁架及遮光帘的存在而导致部分区域遮光，单个补光灯遮光面积为0.1058 m²，单根桁架及收起的幕布遮光面积为25.76 m²，去除补光灯及桁架的重合面积，总遮光面积可达811.44 m²。园区温室于2016年建成，为进行透光率测试，在2021年12月12:00在温室内随机选取10个测试点，透光率平均值为86.64%，已低于刚建成时的原始值。

高压钠灯分布图

为应对2020~2021种植季冬天和早春因寡照而导致产量不如预期的情况，2021~2022种植季，极星农业在考虑成本及植株夜间温度需求的情况下，于2021年11月~2022年3月（从2021年第45周~2022年第13周，共计22周），期间自23:00开始使用高压钠灯补光至次日7:00，与此同时夜间也会增加灌溉次数以满足植物生长需求，其中11月和3月份补光时长会随日照时间减少/增加而相对增加/减少。

试验在北京极星农业有限公司的连栋玻璃温室内进行。温室面积3.3 hm²，南北走向，东西方向共28跨，跨度8 m，每跨6个栽培架，栽培槽长80 m，行距为1.6 m。试验采用引进先正达集团的‘鸡尾酒’番茄品种。

番茄生长过程中，营养液通过水肥一体化的自动施肥机（Priva）通过滴箭进行滴灌，根据日出日落时间及每日光照累计自动调整浇灌时间及次数。温室外光照累计数据由Priva气象站监测并上传，温室内PAR数据则由Priva光照传感器捕捉并记录。植物各项生长参数，例如每周茎干伸长量、每周坐果串数及坐果数，每周由技术员记录一次，产量每天记录并在周末进行累加统计。

综合来看，两种植季室外光照累计相差不大, 冬季光照累计相对平均，均随季节呈现上升趋势，2022年2~3月光照增加明显，室内PAR随时间变化的整体趋势与室外光照累计相同，但开补光灯后2021~2022种植季温室内植物可利用的PAR强度为2020~2021种植季的1.24~1.75倍。

2020~2021 及 2021~2022 种植季温室外光照累计

2020~2021 及 2021~2022 种植季室内 PAR

植物只有在有光的条件下才能生长，在一定范围内光照越强植株长势越好，由于2021~2022生长季对番茄进行补光，番茄植株有可能在生理指标上体现出更好的发育情况。通过每周作物记录中的生长量来看，2021~2022种植季植株每周生长量等于或高于2020~2021生长季，长势相对更好。此外，通过对比发现，两种植季整体变化趋势相似，第5周2021~2022种植季茎干伸长量猛增，但第6周又突降，原因可能是2022年第5周为春节，测量不及时导致生长量累积，因此人工在生产中也是不可忽视的一环。

2020~2021 及 2021~2022 种植季作物每周生长量

每周坐果串数及坐果数可以体现作物生殖生长的能力，两种植季在11月初坐果数相同，而随着生长季的延长，补光后的植株坐果数逐渐与未补光的植株拉开差距，在补光期末，2021~2022种植季植株结了第27.5串果，而未补光的2020~2021种植季植株则结束在第26串果，有1.5穗果的差距。而每周坐果数虽不断变动，但总体而言2021~2022种植季每周坐果数大于2020~2021种植季，且差距显著。

2020~2021 及 2021~2022 种植季作物每周坐果串数

2020~2021 及 2021~2022 种植季作物每月产量

在荷兰种植者和研究者中有着一种说法，多1%的光照就多1%的产量，作物通过吸收更多的光照提升光合作用，最终使得产量增加。在两季种植中，密度均保持在3.75株/m²，但补光后的产量远高于不补光，平均产量提高31.63%，差距最大的在1月份，2021~2022种植季单月产量是2020~2021种植季的1.44倍，原因可能是增开补光灯的同时温度上升，加速了果实成熟转色率。另外，番茄产量呈现先增后降再增的趋势，与温室内光强先下降后上升再下降正相反，也体现出番茄底部与头部在感知外界环境变化时有一个月左右的“时差”。

本实验由于补光灯电路设计及对生产效益的考虑，无法在园区内分区进行对照实验，只能通过两个生长季做对比，时间跨度较大，两种植季外部环境条件与员工园艺操作均略有不同，且实验于企业园区内伴随生产种植季进行，可利用的条件有限，只测量得到光强数据，无法测量光合作用各项参数，从而无法判定测定补光对于冠层光合作用的改善，也无法判定补光后作物由光转化而来的干物质分配情况，此部分仍有待研究。但通过已得到的作物指标来说，增开补光灯更有利于作物生长，补光的同时增温，加速坐果及果实转色，提高成熟速度，并从而导致产量更高。

此外，在补光策略上，尤其是早上关灯策略，为防止光照波动及顺应植物本身生长规律，补光灯开启数量随日出逐渐减少，当早上日出后，在7:30左右，补光灯数量关闭一半；当外界光照到达300 W/m²时，补光灯全部关闭。选择夜间补光也出于对能源消耗及峰谷平电价的考虑，北京市郊区企业夜间电价为0.3元/(kW.h)，高峰时段及平段电价分别为0.89及0.59元/(kW.h)，夜间补光节约了近1/2的成本。

北京极星农业公司在种植生产阶段进行顶部补光的智能连栋温室，通过对比试验探究了温室内光环境及对提高番茄的品质产量及质量的影响。试验证实，增开高压钠灯，温室内植株可利用光强增多，长势更好，坐果穗数增加，产量更高。