北京極星農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園坐落于北京市密云區(qū)（40.4°N, 117°E），密云區(qū)氣候?yàn)榕瘻貛Ъ撅L(fēng)型大陸性半濕潤半干旱氣候，夏秋季光照遠(yuǎn)高于冬春季，以2021年為例，全年累計(jì)光照可達(dá)492177 J/cm²，夏秋季光照為冬春季的1.67倍，但由于溫室內(nèi)種植越冬茬番茄，9月定植，6月拉秧，即使夏季光照強(qiáng)、光質(zhì)高，也不能夠直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量，因此如何提高夏秋季溫室內(nèi)光照成為提高產(chǎn)量的首要目標(biāo)。

影響溫室內(nèi)植物可利用光強(qiáng)的因素有很多，為增加光照，園區(qū)連棟玻璃溫室采用漫反射玻璃，透光性高且光均勻一致，可有效減少上部葉片對下部葉片的遮擋，并且經(jīng)過陽光照射后，產(chǎn)生的陰影較少，有利于作物均衡生長。定期使用全自動屋頂清洗機(jī)對屋頂進(jìn)行清潔，清洗后透光率最高可增加10%。裝備1000 W高壓鈉燈，一行18個，每跨5行，28跨，共計(jì)2520只， PAR輸出（PPF）為2100 μmol/s，距植株頭部約3 m。特殊設(shè)計(jì)玻璃材質(zhì)及夾角，使玻璃上不易結(jié)露，提高透光率；使用白色地布，增加反光。然而，溫室仍然會由于各種因素導(dǎo)致透光率不能達(dá)到預(yù)期，例如設(shè)備、玻璃及覆蓋材料不可逆老化、硬件結(jié)構(gòu)如桁架及遮光簾的存在而導(dǎo)致部分區(qū)域遮光，單個補(bǔ)光燈遮光面積為0.1058 m²，單根桁架及收起的幕布遮光面積為25.76 m²，去除補(bǔ)光燈及桁架的重合面積，總遮光面積可達(dá)811.44 m²。園區(qū)溫室于2016年建成，為進(jìn)行透光率測試，在2021年12月12:00在溫室內(nèi)隨機(jī)選取10個測試點(diǎn)，透光率平均值為86.64%，已低于剛建成時的原始值。

高壓鈉燈分布圖

為應(yīng)對2020~2021種植季冬天和早春因寡照而導(dǎo)致產(chǎn)量不如預(yù)期的情況，2021~2022種植季，極星農(nóng)業(yè)在考慮成本及植株夜間溫度需求的情況下，于2021年11月~2022年3月（從2021年第45周~2022年第13周，共計(jì)22周），期間自23:00開始使用高壓鈉燈補(bǔ)光至次日7:00，與此同時夜間也會增加灌溉次數(shù)以滿足植物生長需求，其中11月和3月份補(bǔ)光時長會隨日照時間減少/增加而相對增加/減少。

試驗(yàn)在北京極星農(nóng)業(yè)有限公司的連棟玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行。溫室面積3.3 hm²，南北走向，東西方向共28跨，跨度8 m，每跨6個栽培架，栽培槽長80 m，行距為1.6 m。試驗(yàn)采用引進(jìn)先正達(dá)集團(tuán)的'雞尾酒’番茄品種。

番茄生長過程中，營養(yǎng)液通過水肥一體化的自動施肥機(jī)（Priva）通過滴箭進(jìn)行滴灌，根據(jù)日出日落時間及每日光照累計(jì)自動調(diào)整澆灌時間及次數(shù)。溫室外光照累計(jì)數(shù)據(jù)由Priva氣象站監(jiān)測并上傳，溫室內(nèi)PAR數(shù)據(jù)則由Priva光照傳感器捕捉并記錄。植物各項(xiàng)生長參數(shù)，例如每周莖干伸長量、每周坐果串?dāng)?shù)及坐果數(shù)，每周由技術(shù)員記錄一次，產(chǎn)量每天記錄并在周末進(jìn)行累加統(tǒng)計(jì)。

綜合來看，兩種植季室外光照累計(jì)相差不大, 冬季光照累計(jì)相對平均，均隨季節(jié)呈現(xiàn)上升趨勢，2022年2~3月光照增加明顯，室內(nèi)PAR隨時間變化的整體趨勢與室外光照累計(jì)相同，但開補(bǔ)光燈后2021~2022種植季溫室內(nèi)植物可利用的PAR強(qiáng)度為2020~2021種植季的1.24~1.75倍。

2020~2021 及 2021~2022 種植季溫室外光照累計(jì)

2020~2021 及 2021~2022 種植季室內(nèi) PAR

植物只有在有光的條件下才能生長，在一定范圍內(nèi)光照越強(qiáng)植株長勢越好，由于2021~2022生長季對番茄進(jìn)行補(bǔ)光，番茄植株有可能在生理指標(biāo)上體現(xiàn)出更好的發(fā)育情況。通過每周作物記錄中的生長量來看，2021~2022種植季植株每周生長量等于或高于2020~2021生長季，長勢相對更好。此外，通過對比發(fā)現(xiàn)，兩種植季整體變化趨勢相似，第5周2021~2022種植季莖干伸長量猛增，但第6周又突降，原因可能是2022年第5周為春節(jié)，測量不及時導(dǎo)致生長量累積，因此人工在生產(chǎn)中也是不可忽視的一環(huán)。

2020~2021 及 2021~2022 種植季作物每周生長量

每周坐果串?dāng)?shù)及坐果數(shù)可以體現(xiàn)作物生殖生長的能力，兩種植季在11月初坐果數(shù)相同，而隨著生長季的延長，補(bǔ)光后的植株坐果數(shù)逐漸與未補(bǔ)光的植株拉開差距，在補(bǔ)光期末，2021~2022種植季植株結(jié)了第27.5串果，而未補(bǔ)光的2020~2021種植季植株則結(jié)束在第26串果，有1.5穗果的差距。而每周坐果數(shù)雖不斷變動，但總體而言2021~2022種植季每周坐果數(shù)大于2020~2021種植季，且差距顯著。

2020~2021 及 2021~2022 種植季作物每周坐果串?dāng)?shù)

2020~2021 及 2021~2022 種植季作物每月產(chǎn)量

在荷蘭種植者和研究者中有著一種說法，多1%的光照就多1%的產(chǎn)量，作物通過吸收更多的光照提升光合作用，最終使得產(chǎn)量增加。在兩季種植中，密度均保持在3.75株/m²，但補(bǔ)光后的產(chǎn)量遠(yuǎn)高于不補(bǔ)光，平均產(chǎn)量提高31.63%，差距最大的在1月份，2021~2022種植季單月產(chǎn)量是2020~2021種植季的1.44倍，原因可能是增開補(bǔ)光燈的同時溫度上升，加速了果實(shí)成熟轉(zhuǎn)色率。另外，番茄產(chǎn)量呈現(xiàn)先增后降再增的趨勢，與溫室內(nèi)光強(qiáng)先下降后上升再下降正相反，也體現(xiàn)出番茄底部與頭部在感知外界環(huán)境變化時有一個月左右的“時差”。

本實(shí)驗(yàn)由于補(bǔ)光燈電路設(shè)計(jì)及對生產(chǎn)效益的考慮，無法在園區(qū)內(nèi)分區(qū)進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，只能通過兩個生長季做對比，時間跨度較大，兩種植季外部環(huán)境條件與員工園藝操作均略有不同，且實(shí)驗(yàn)于企業(yè)園區(qū)內(nèi)伴隨生產(chǎn)種植季進(jìn)行，可利用的條件有限，只測量得到光強(qiáng)數(shù)據(jù)，無法測量光合作用各項(xiàng)參數(shù)，從而無法判定測定補(bǔ)光對于冠層光合作用的改善，也無法判定補(bǔ)光后作物由光轉(zhuǎn)化而來的干物質(zhì)分配情況，此部分仍有待研究。但通過已得到的作物指標(biāo)來說，增開補(bǔ)光燈更有利于作物生長，補(bǔ)光的同時增溫，加速坐果及果實(shí)轉(zhuǎn)色，提高成熟速度，并從而導(dǎo)致產(chǎn)量更高。

此外，在補(bǔ)光策略上，尤其是早上關(guān)燈策略，為防止光照波動及順應(yīng)植物本身生長規(guī)律，補(bǔ)光燈開啟數(shù)量隨日出逐漸減少，當(dāng)早上日出后，在7:30左右，補(bǔ)光燈數(shù)量關(guān)閉一半；當(dāng)外界光照到達(dá)300 W/m²時，補(bǔ)光燈全部關(guān)閉。選擇夜間補(bǔ)光也出于對能源消耗及峰谷平電價(jià)的考慮，北京市郊區(qū)企業(yè)夜間電價(jià)為0.3元/(kW.h)，高峰時段及平段電價(jià)分別為0.89及0.59元/(kW.h)，夜間補(bǔ)光節(jié)約了近1/2的成本。

北京極星農(nóng)業(yè)公司在種植生產(chǎn)階段進(jìn)行頂部補(bǔ)光的智能連棟溫室，通過對比試驗(yàn)探究了溫室內(nèi)光環(huán)境及對提高番茄的品質(zhì)產(chǎn)量及質(zhì)量的影響。試驗(yàn)證實(shí)，增開高壓鈉燈，溫室內(nèi)植株可利用光強(qiáng)增多，長勢更好，坐果穗數(shù)增加，產(chǎn)量更高。