基于農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合的不同株行距配置對塑料大棚番茄果型分級及冠層特性的影響

伏文卓，李濤濤，高艷明,2，李建設(shè),2

(1.寧夏大學 農(nóng)學院，銀川 750021 ；2.寧夏現(xiàn)代設(shè)施園藝工程技術(shù)研究中心，銀川 750021)

番茄是蔬菜和水果兼用型蔬菜，也是重要的蔬菜加工原料[1]，在全球各地廣泛栽培。株行距配置是協(xié)調(diào)密度條件下個體通風受光條件及營養(yǎng)狀況并最終作用于產(chǎn)量的重要因素之一[2]。有研究表明，密度是決定作物群體冠層結(jié)構(gòu)特性的關(guān)鍵因素，對冠層結(jié)構(gòu)和功能的影響大于其他栽培措施[3-5]。Davis等[6]研究表明，過高或過低的密度均會破壞個體與群體間的生長平衡。因此合理的栽培密度，才能促使群體與個體均衡發(fā)展，以期獲得理想的產(chǎn)量和品質(zhì)。

關(guān)于番茄種植密度國內(nèi)外學者已進行了較多研究[7-14]，但多數(shù)仍在常規(guī)行距下進行，鮮有對大行距栽培模式的研究，對于作物群體冠層結(jié)構(gòu)的研究也多集中在玉米[15]、水稻[16]、大豆[17]、小麥[18]等作物上。此外，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程地不斷加快，農(nóng)村勞動力加快轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“用工難”“用工貴”問題日益突出，未來農(nóng)業(yè)必將趨向于機械化，逐漸實現(xiàn)起壟、覆膜、定植、打藥、采收等農(nóng)事操作的機械化。為了順應未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的潮流，解決實際生產(chǎn)中的問題，具有通風透光、節(jié)省勞動成本、便于機械化操作、提前植株生育期等優(yōu)點的大行距種植模式已是大勢所趨。田興武[19]研究表明，大行距栽培示范與常規(guī)行距栽培相比較，番茄平均產(chǎn)量增加，收入增加6 120.2元/667m2。王繼濤等[20]研究表明，僅挖溝、埋秸稈、起壟、鋪設(shè)滴管、定植環(huán)節(jié)比對照每公頃節(jié)省勞動用工35.7%，節(jié)約成本1 6810.5元/hm2，上市期提前5 d，產(chǎn)量增加26.68%，病蟲害發(fā)病率明顯降低。相比日光溫室，塑料大棚因壟向與棚室建造方向一致，更便于實現(xiàn)機械化，因此關(guān)于塑料大棚番茄大行距栽培模式亟需成熟的技術(shù)參考?；诖?，探討農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合的不同株行距配置對塑料大棚番茄果實商品性、冠層特性及產(chǎn)量的影響具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年3月—10月在銀川國家農(nóng)業(yè)科技園核心區(qū)(寧夏園藝產(chǎn)業(yè)園)大跨度塑料大棚內(nèi)進行，塑料大棚建造結(jié)構(gòu)為跨度16 m、脊高5.8 m、長80 m，中間無立柱。試驗期間塑料大棚內(nèi)平均氣溫為21.70 ℃，平均濕度為58.59%，地下0 cm、10 cm、20 cm、30 cm平均土壤溫度分別為21.27 ℃、20.22 ℃、19.66 ℃、19.48 ℃，平均土壤水分為30.54%，平均光照度為15 962.81 lx，平均光照時長為13.3 h。供試番茄品種為‘豐收128’，由寧夏巨豐種苗有限責任公司提供。利用旋耕機翻耕土壤20 cm深后耙平，翻地前各處理均施入等量底肥，為青牧原有機菌肥2 kg/m2(N+P2O5+K2O≥5% ，有機質(zhì)≥45 %，復合生物菌≥4億/g)，起40 cm高壟，每壟安裝兩條內(nèi)鑲貼片式滴灌袋并覆銀色薄膜。定植后1周內(nèi)只灌溉清水，開花期及坐果期利用水肥一體化系統(tǒng)追施大量元素水溶肥(總養(yǎng)分≥56%)及微量元素(Zn 0.05%、B 0.1%、Mn 0.05%、Mo 0.005%)。每畦雙行定植，單桿整枝，吊蔓后張掛黃、藍板防蟲，及時澆水、打杈、通風，保證植株有良好的生長環(huán)境。其他田間管理同常規(guī)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個密度(D1：1 334株/667m2、D2： 1 668株/667m2、D3：2 000株/667m2、D4：2 334株/667m2、D5：2 668株/667m2)與3個行距(R1：1.2 m、R2：1.35 m、R3：1.5 m)，采用雙因素隨機區(qū)組設(shè)計，組合成15個處理，如表1所示，重復3次，小區(qū)面積為5.13 m2。

表1 不同處理的行距與密度Table 1 Row spacing and density of different treatments

1.3 測定項目及方法

1.3.1 果實分級 每穗果70%以上轉(zhuǎn)色后成熟采收時，每個處理按小區(qū)共取90個果實，根據(jù)單果質(zhì)量(G)進行果型大小分級，由大到小包括XL(G≥250 g)、L(250 g>G≥220 g)、M(220 g> G≥180 g)、S(180 g>G≥150 g)、XS(G<150 g)，記錄各果型數(shù)量、質(zhì)量量并計算個數(shù)占比。

1.3.2 品質(zhì)指標 第3穗果采收時，每個處理隨機采15個鮮果樣。用水楊酸法[21]測定硝酸鹽含量；用蒽酮比色法[21]測可溶性總糖；用鉬藍比色法[21]測維生素C；用TD-45數(shù)字折光儀測可溶性固形，用酸堿滴定法[21]測有機酸，并計算糖酸比(可溶性固形物含量/有機酸含量)。

1.3.3 冠層特性 在盛果期使用量角器測定植株中部功能葉的葉傾角；使用 Sun Scan冠層分析系統(tǒng)(英國 Delta 公司)測定番茄葉面積指數(shù)(LAI) 、散射光合有效輻射比例(BF)、透射光合有效輻射(PART)、入射光合有效輻射(PARI)，并計算透射率(Tr)。每個處理重復測定5次[22]。

1.3.4 產(chǎn)量 每次采收時記載采收時期、采收數(shù)量與質(zhì)量，計算單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量，最后折合成667m2產(chǎn)量。

1.3.5 農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合程度及效果評價 描述并分析各行距與密度下農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合的效果。

1.4 試驗數(shù)據(jù)處理

用Microsoft excel 2010整理數(shù)據(jù)并作圖，SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)作方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同株行距配置對果型分級個數(shù)占比的影響

果型大小及其均一性是評價果實的商品性的重要指標。在果實分級中，常以單果質(zhì)量作為主要的分級指標[23]。目前最受市場歡迎的番茄果型主要是M型果(即180～220 g)，S型、L型果次之，而過大或過小都較難高價出售。

由圖1可知，在3種行距下，種植密度與產(chǎn)出果型呈反比，即低密度產(chǎn)出大型果，高密度則產(chǎn)出果型偏小。XS型個數(shù)占比最大的是R1D5，R1D4次之，R2D2最??；S型亦是R1D5最大，R2D5次之，R2D1最?。籑型個數(shù)占比最大的是R3D2，為39.53%，R3D4次之，為37.27%，分別較最小的處理R1D5高出72.70%、71.00%；L型個數(shù)占比最大的是R2D1，R2D2次之，R1D5最??；XL型個數(shù)占比最大的是R2D1，R3D1次之，亦是R1D5占比最小。S～L型之間占比最大的是R2D2，為 80.85%，R3D4次之，為76.39%。綜合考慮而言，R3D4在M型與S～L型之間個數(shù)占比表現(xiàn)均較佳，密度為D2、D3的處理產(chǎn)出M型果亦較多。

圖1 不同株行距配置果型分級個數(shù)占比Fig.1 Proportion of different fruit type numbers under different plant and row spacings

2.2 不同株行距配置對番茄果實品質(zhì)的影響

番茄果實中的糖度、酸度和糖酸比的大小，直接影響著果實的風味和口感，而可溶性固形物含量、可溶性糖含量和有機酸含量是衡量番茄品質(zhì)的重要因素[24]。由表2可知，維生素C含量R1D2最高，R3D4與之無顯著差異；硝酸鹽含量R3D4最低，為0.075 mg/kg，較最高處理R1D2低38.02%；可溶性糖含量R3D1最高，R2D4、R3D4次之，三者之間無顯著差異；可溶性固形物含量R1D1最高，其與R2D4、R3D1、R3D2、R3D4之間均無顯著性差異，但顯著高于其他各處理；有機酸含量R2D3最低，R3D4與之無顯著差異，分別較最高處理R1D1低20.45%、13.64%；糖酸比僅R3D1顯著高于R1D5，其余各處理之間均無顯著差異。因此就品質(zhì)方面而言，R3D4處理不僅維生素含量、可溶性糖含量、可溶性固形物含量及糖酸比均高且硝酸鹽與有機酸含量均低，綜合表現(xiàn)最好。

表2 不同株行距配置番茄果實品質(zhì)Table 2 Tomato fruit quality under different plant and row spacings

2.3 不同株行距配置對番茄植株冠層特性的 影響

由表3可知，不同株行距配置對番茄植株冠層特性影響顯著。其中葉面積指數(shù)(LAI)表現(xiàn)為R2D2最高，R3D4與之無顯著差異；透射光合有效輻射(PART)、光合有效輻射透射率(Tr)則均表現(xiàn)為R1D1最高，R3D4與之無顯著差異；入射光合有效輻射(PARI)則表現(xiàn)為大行距高密度接收光能更多，其中R3D3最大，R3D4、R3D5次之，三者之間無顯著差異，表明大行距可以有效避免番茄栽培畦間遮光問題；散射光合有效輻射比例(BF)R1D2處理最大，為 0.804，顯著大于其他各處理。葉傾角為 79.33°～104°，整體表現(xiàn)為隨著株距的增大而減小，株距較小，葉片上舉，優(yōu)化了株型，提高了其群體下層葉通風透光能力；株距較大，葉片趨于平展，加大受光面積。其中R1D1葉傾角值最大，與R2D1、R3D1無顯著差異，但顯著大于其他處理。因此就冠層特性而言，R3D4表現(xiàn)最佳，其葉面積指數(shù)、光合有效輻射透射率(Tr)、散射光合有效輻射比例均較大，入射光合有效輻射也偏高，葉傾角適宜。

表3 不同株行距配置番茄植株冠層特性Table 3 Canopy characteristics of tomato plants under different plant and row spacings

2.4 不同株行距配置對產(chǎn)量的影響

由表4可知，不同株行距配置對番茄產(chǎn)量影響顯著。在同一行距下，單果質(zhì)量隨著密度的增加，整體呈減小趨勢，R1D1、R2D1最高，分別為204.30 g、203.23 g，且顯著高于其他各處理，R1D2次之，為182.03 g分別較最低處理R3D5高出30.3%、29.9%、21.7%；單株產(chǎn)量R1D1最高，為13.23 kg，R1D2與之無顯著差異，為11.53 kg；折合產(chǎn)量R1D5最高，為17 771.92 kg，R1D2與之無顯著差異，為15 380.65 kg，較產(chǎn)量最低處理R2D4分別高出41.6%、32.5%。因此就產(chǎn)量而言，R1D2、R1D4、R1D5處理均表現(xiàn)較佳，其中R1D2單株產(chǎn)量、前期產(chǎn)量及折合產(chǎn)量均與最高處理無顯著差異，且單果質(zhì)量僅次于R1D1、R2D1，而R1D4、R1D5折合產(chǎn)量顯著高于除R1D2外的其他各處理。

2.5 番茄冠層特性與產(chǎn)量及品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

由表5可知，冠層特性各指標中LAI與透射光合有效輻射和光合有效輻射透射率呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達-0.912、-0.929；透射光合有效輻射與入射光合有效輻射、光合有效輻射透射率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達0.302、0.985；入射光合有效輻射與散射光合有效輻射比例呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.354;散射光合有效輻射比例與單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量、折合量呈極顯著正相關(guān)，與可溶性糖含量呈極顯著負相關(guān)，與糖酸比呈顯著負相關(guān)；單果質(zhì)量與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與有機酸、可溶性固形物含量呈顯著正相關(guān)；單株產(chǎn)量與折合產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與有機酸呈顯著正相關(guān)；折合產(chǎn)量與可溶性糖含量呈顯著負相關(guān)；有機酸含量與可溶性固形物含量呈極顯著正相關(guān)；可溶性糖含量與糖酸比呈極顯著負相關(guān)。因此冠層特性各指標之間相關(guān)關(guān)系密切，而散射光合有效輻射比例是冠層特性中一個重要的參數(shù)，其與產(chǎn)量、品質(zhì)密切相關(guān)。

表4 不同株行距配置番茄產(chǎn)量Table 4 Tomato yield under different plant and row spacings

表5 番茄冠層特性與產(chǎn)量及品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系Table 5 Correlation between tomato canopy characteristics and yield and quality

2.6 不同株行距配置對農(nóng)機操作的影響

在番茄生產(chǎn)過程中，伴隨著定植前的整地、起壟、覆膜、鋪設(shè)滴灌帶，定植后的吊蔓、繞蔓、打側(cè)杈、打藥、采收、拉秧等諸多繁雜的農(nóng)事操作，農(nóng)機農(nóng)藝融合的重要性和迫切性日趨明顯，而常規(guī)的小行距栽培模式極大限制了農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合的推進。大行距具有減少栽培畦、便于機械通行和掉頭、節(jié)省材料用量(吊蔓的鐵絲、承重支柱、鋪設(shè)的滴灌帶、地膜等)、減少勞動量、節(jié)約時間等優(yōu)勢。行距越大，則更具優(yōu)勢。

根據(jù)實際生產(chǎn)情況，經(jīng)計算，相同面積的地塊，R3較R2、R1壟數(shù)分別減少10%、20%，材料用量(如鐵絲、承重支柱、鋪設(shè)的滴灌帶、地膜)相應的分別減少10%、20%。經(jīng)測量，各行距在秧苗吊蔓前壟間走道寬分別為1.5 m、1.8 m、 2.1 m，吊蔓后，為了保證同一壟上的雙行植株間的通風，增加了同一壟上雙行之間的間距，加之兩側(cè)植株葉片向壟間伸展，中間走道變窄，分別為1.2 m、1.5 m、1.8 m。此外，在噴施葉面肥及藥劑時，D1密度過小容易造成浪費，D5密度過大易造成噴灑不均勻。

因此就與農(nóng)機結(jié)合而言，行距R3(1.5 m)最優(yōu)，更便于機械的通行掉頭、人工輔助及節(jié)約時間與成本，R2(1.35 m)次之，R1(1.2 m)局限更大。密度D2(1 668株/667m2)、D3(2 000 株/667m2)、D4(2 334株/667m2)更合理。

3 討 論

通過結(jié)果分析，在3種行距下，種植密度與產(chǎn)出果型呈反比。這與何娜等[25]研究結(jié)果一致。低密度可以保證植株個體有充分的養(yǎng)分、水分吸收，無論對營養(yǎng)生長還是生殖生長均有利。潘德懷等[10]研究得出隨著種植密度的降低，平均單果質(zhì)量增加；劉旭[11]也認為單果質(zhì)量與種植密度呈負相關(guān)，這與本試驗結(jié)果一致。而另有研究表明不同品種隨著番茄種植密度的增加，單果質(zhì)量及產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后減弱的趨勢[12]。筆者認為這與設(shè)置的密度梯度相關(guān)，有待進一步試驗驗證。

本研究結(jié)果表明隨著密度的增加，番茄冠層內(nèi)透光率呈遞減趨勢，這與劉旭[11]的研究結(jié)果一致。莖葉夾角越大，葉片越趨于平展[26]。本試驗結(jié)果表明同一行距下，隨著密度加大，葉片上舉，葉傾角減小，增加透光率，這也反映植物自身的調(diào)節(jié)能力。楊賀等[27]開展了關(guān)于日光溫室冬春季不同種植密度番茄植株群體光分布特性和冠層結(jié)構(gòu)的試驗，結(jié)果表明，隨著密度增加，番茄植株群體葉面積指數(shù)和葉面積密度正向變化；相同密度條件下，由于光環(huán)境的改善，番茄植株群體葉面積指數(shù)和葉面積密度均增加，這與本試驗結(jié)果一致。

就產(chǎn)量而言，單果質(zhì)量在同一行距下隨著密度的增加，整體呈減小趨勢。折合667m2產(chǎn)量整體上R1行距下較R2、R3高。Papadpoulos等[28]研究表明，由于光量子通量密度截留量的增加，大棚番茄在窄行距條件下比寬行距條件下產(chǎn)量更高。番茄植株間距對葉片面積和冠層光合作用有較大影響。窄間距條件下果實產(chǎn)量增加的主要原因是作物生物量的增加和分配給果實的總同化物的可用性的增加。狹窄的空間對番茄果實大小有不利影響。

通過對各項指標進行相關(guān)性分析得出，冠層特性各指標中散射光合有效輻射比例與單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量、折合667m2產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與可溶性糖含量呈極顯著負相關(guān)，與糖酸比呈顯著負相關(guān)。這說明散射光合有效輻射比例是一個非常重要的冠層特性參數(shù)，但在雷逢進等[29]的研究中甚少考慮。

雖然目前農(nóng)業(yè)機械化及其自動化成果較為顯著，但大多主要表現(xiàn)在大田農(nóng)業(yè)，而設(shè)施農(nóng)業(yè)尤其是塑料大棚、日光溫室等由于空間有限，可機械化操作之處仍待挖掘。農(nóng)業(yè)管理部門要認識到農(nóng)機農(nóng)藝融合的重要性和迫切性，并在此基礎(chǔ)上調(diào)整農(nóng)機農(nóng)藝的協(xié)調(diào)模式，這樣才能更好的發(fā)揮出農(nóng)機農(nóng)藝在農(nóng)業(yè)發(fā)展方面的效用，推動我國農(nóng)業(yè)朝著現(xiàn)代化和高效化的方向發(fā)展。

4 結(jié) 論

通過對番茄果型分級、營養(yǎng)品質(zhì)、冠層特性及產(chǎn)量的比較，結(jié)果表明，種植密度與果型大小呈反比；R3D4處理在果型分級、品質(zhì)指標及節(jié)本增效方面綜合表現(xiàn)最佳，但其產(chǎn)量較R1D2、R1D4、R1D5低，為12 922.40 kg，其中R1D5折合667m2產(chǎn)量最高，達17 771.92 kg，R1D4次之，但二者在其他方面表現(xiàn)均較差，而R1D2折合667m2產(chǎn)量僅次于R1D4、R1D5，達15 390.65 kg，且在果型分級、品質(zhì)指標亦表現(xiàn)較佳。因此綜合考慮各項指標，R1D2處理(即行距1.2 m密度為1 668 株/667m2)、R3D4(即行距1.5 m密度為2 334 株/667m2)為寧夏地區(qū)大跨度塑料大棚農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合較適宜的兩種株行距配置方式。