防雹網(wǎng)對(duì)網(wǎng)內(nèi)旱地番茄微環(huán)境及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

蘇秀敏，韓文清，王 佼，李 鵬，王秋蘭，劉永忠

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究所，山西長(zhǎng)治 046000；2長(zhǎng)治市潞州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山西長(zhǎng)治 046000）

0 引言

旱地番茄整個(gè)生育期全部依靠天然降水。為了改善作物生長(zhǎng)的立地環(huán)境，防御自然災(zāi)害，促進(jìn)作物生長(zhǎng)等，遮陽(yáng)網(wǎng)、無(wú)紡布等已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用[1-5]。冰雹是山西僅次于干旱災(zāi)害的第二大氣象災(zāi)害，關(guān)于冰雹的科研工作，大多是基于短時(shí)天氣預(yù)報(bào)研究，揭示冰雹形成的物理機(jī)制[6-8]，有部分應(yīng)用多普勒雷達(dá)資料對(duì)冰雹進(jìn)行分析研究的文獻(xiàn)[9-10]，也有一些關(guān)于地形對(duì)冰雹事件的影響研究[11-12]。

防雹網(wǎng)具有一定的抗沖擊性和良好的透光性，可避免冰雹損傷果實(shí)和減少葉片脫落，提高果實(shí)產(chǎn)量和促進(jìn)果園健康發(fā)展，還具有防曬、防風(fēng)、防鳥等作用，在國(guó)外已開始應(yīng)用[13-17]。劉俊等[18-20]經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，使防雹網(wǎng)在葡萄產(chǎn)區(qū)迅速大面積推廣。防雹網(wǎng)對(duì)果園立地環(huán)境的影響已有簡(jiǎn)單報(bào)道[21]，然而有關(guān)架設(shè)防雹網(wǎng)是否對(duì)番茄園內(nèi)環(huán)境因子造成不利影響的研究尚未見報(bào)道。本試驗(yàn)對(duì)防雹網(wǎng)的架設(shè)對(duì)旱地番茄園內(nèi)溫、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度、土壤含水率的變化造成影響以及對(duì)番茄的生物學(xué)性狀，產(chǎn)量及品質(zhì)的影響展開研究，以驗(yàn)證防雹網(wǎng)架設(shè)的可行性。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001—2017 年北京地區(qū)冰雹平均直徑約為9.39 mm，長(zhǎng)治地區(qū)冰雹最大直徑約為35 mm[22]，參考這些數(shù)據(jù)，2018 年選取防雹網(wǎng)孔徑5 mm×5 mm、8 mm×8 mm 和10 mm×10 mm 進(jìn)行試驗(yàn)，比較只架設(shè)頂部防雹網(wǎng)、頂部及四周全部架設(shè)防雹網(wǎng)、不架設(shè)防雹網(wǎng)的處理。在2018年試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，2019年進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)、材料

試驗(yàn)于2018年5—10月、2019年5—10月在山西省長(zhǎng)治市壺關(guān)縣東關(guān)壁村進(jìn)行。土壤中全氮0.085 g/kg，堿解氮74.62 mg/kg，有效磷15.78 mg/kg，速效鉀158.95 mg/kg，有機(jī)質(zhì)15.32 g/kg，pH 8.42。番茄供試品種為‘欣粉988’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)分2 年進(jìn)行。2018 年試驗(yàn)設(shè)7 個(gè)處理，每個(gè)處理覆蓋面積為450 m2（長(zhǎng)30 m、寬15 m）。覆蓋方式見表1。全覆蓋的處理為除覆蓋頂部外，四周全部用防雹網(wǎng)覆蓋，只覆蓋頂?shù)奶幚頌橹挥许敳扛采w防雹網(wǎng)，四周不用防雹網(wǎng)覆蓋。幼苗于2018年5月25日定植，留四穗果打頂，2018 年10 月12 日拆除防雹網(wǎng)。采集每個(gè)處理不同時(shí)間的溫度、濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度和不同深度的土壤含水率等微環(huán)境數(shù)據(jù)，分析防雹網(wǎng)覆蓋對(duì)微環(huán)境的影響，測(cè)量番茄的生物學(xué)性狀（株高、莖粗及最大開展度）及番茄產(chǎn)量。

表1 2018年防雹網(wǎng)的孔徑及覆蓋方式

2019年試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，試驗(yàn)處理見表2。測(cè)量番茄的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和品質(zhì)。2019年5月20日定植，留四穗果打頂，2019年10月10日拆除防雹網(wǎng)。

表2 2019年防雹網(wǎng)的孔徑及覆蓋方式

1.3 防雹網(wǎng)的搭建

以鍍鋅管為立柱，以不同孔徑尼龍網(wǎng)覆蓋。鋼管高度3 m，插入地下30 cm，地上剩余2.7 m。覆蓋面積為450 m2（長(zhǎng)30 m、寬15 m）；對(duì)照處理（未搭建防雹網(wǎng)）的面積為450 m2。根據(jù)處理面積及防雹網(wǎng)搭建規(guī)格，計(jì)算架桿數(shù)量、地錨拉線及使用的防雹網(wǎng)的規(guī)格及數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)測(cè)量

1.4.1 防雹網(wǎng)內(nèi)微環(huán)境相關(guān)數(shù)值的測(cè)定2018 年以手持農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀測(cè)定8月17日生長(zhǎng)旺期8:00、12:00、18:00防雹網(wǎng)內(nèi)地面空氣的溫度、濕度、CO2濃度及1.5 m高的光照強(qiáng)度，每個(gè)處理微環(huán)境相關(guān)數(shù)值測(cè)量3 個(gè)點(diǎn)。記錄測(cè)定結(jié)果并計(jì)算影響光照百分?jǐn)?shù)[式(1)]。

在對(duì)照區(qū)和防雹網(wǎng)區(qū)行間各選3 個(gè)點(diǎn)，8 月17 日用土鉆每間隔20 cm 土層采樣1 次，用烘干法測(cè)定番茄株間距植株（種植穴中部）15 cm 處0～100 cm 土層土壤含水率[式(2)]，測(cè)定的土壤深度為20、40、60、80、100 cm，每個(gè)處理測(cè)定3處。

式中，w為土壤含水率，sw為濕土質(zhì)量，sd為干土質(zhì)量。

1.4.2 番茄生物學(xué)性狀的測(cè)定2018年8月20日，每處理隨機(jī)取5 株，掛牌做標(biāo)記，定株、定期觀察記錄供試番茄不同處理的株高、莖粗及最大開展度。株高及最大開展度采用卷尺測(cè)量，莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)量。

1.4.3 番茄產(chǎn)量的測(cè)定2018、2019 年5—10 月整個(gè)收獲期，每個(gè)小區(qū)測(cè)量40 株番茄果實(shí)的數(shù)量和產(chǎn)量，計(jì)算總產(chǎn)量。

1.4.4 番茄品質(zhì)的測(cè)定2019年8月15日，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)摘取3 個(gè)成熟度相同的番茄果實(shí)進(jìn)行測(cè)定品質(zhì)，主要測(cè)定可溶性固形物、糖、酸、維生素C 及番茄紅素。番茄果實(shí)中的可溶性固形物含量利用阿貝折射儀直接測(cè)定，數(shù)值統(tǒng)一換算為20℃下可溶性固形物含量值；可溶性總糖含量利用蒽酮比色法進(jìn)行測(cè)定[23]；有機(jī)酸含量采用標(biāo)準(zhǔn)滴定法測(cè)定；維生素C 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定[24]；番茄紅素含量采用高效液相色譜法測(cè)定[25]；糖酸比為可溶性糖與有機(jī)酸含量的比值。

2 結(jié)果與分析

2.1 防雹網(wǎng)對(duì)土壤地表溫度的影響

表3 結(jié)果表明，搭建防雹網(wǎng)對(duì)地表溫度的影響較大。外界溫度低時(shí)，防雹網(wǎng)內(nèi)的溫度能提高0.1～0.9℃，在外界溫度較高時(shí)，防雹網(wǎng)內(nèi)溫度可以降低2.1～4.6℃。在中午溫度最高時(shí)，8 mm×8 mm孔徑的防雹網(wǎng)、只覆蓋頂?shù)奶幚磔^對(duì)照溫度降低4.6℃，有效減少了番茄在高溫下的日灼；在溫度低時(shí)，防雹網(wǎng)內(nèi)溫度增高，有利于番茄的生長(zhǎng)，對(duì)提高番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)有很大幫助。

表3 2018年8月17日防雹網(wǎng)對(duì)地表溫度的影響 ℃

2.2 防雹網(wǎng)對(duì)地表空氣相對(duì)濕度的影響

架設(shè)防雹網(wǎng)可以在正午外界溫度高時(shí)提高網(wǎng)內(nèi)的相對(duì)空氣濕度，空氣的相對(duì)濕度對(duì)植物的蒸騰速率與氣孔的開度等生理指標(biāo)有較大的影響，進(jìn)而直接影響防雹網(wǎng)內(nèi)的小氣候變化。由表4 可知，網(wǎng)內(nèi)的相對(duì)濕度在一天內(nèi)不同時(shí)段提高了2.9%～8.7%。

表4 2018年8月17日防雹網(wǎng)對(duì)地表空氣相對(duì)濕度的影響%

2.3 防雹網(wǎng)對(duì)地表空氣中二氧化碳濃度的影響

從圖1可以看出，架設(shè)防雹網(wǎng)，試驗(yàn)中的7個(gè)處理在不同時(shí)間CO2濃度都較對(duì)照有所增加，這對(duì)提高番茄的產(chǎn)量有很大作用。CO2是光合作用的底物，CO2濃度增加對(duì)提高番茄的產(chǎn)量及防治病害有很大作用。

圖1 防雹網(wǎng)處理對(duì)網(wǎng)內(nèi)CO2濃度的影響

2.4 防雹網(wǎng)對(duì)空氣中1.5 m高光照強(qiáng)度的影響

表5結(jié)果表明，不同孔徑、覆蓋方式的防雹網(wǎng)對(duì)光照強(qiáng)度的影響存在顯著差異。但是所有處理的光照強(qiáng)度都比不搭防雹網(wǎng)的處理弱，且都在30000 lx 以上。各處理均未對(duì)番茄的生長(zhǎng)造成不良影響。搭建防雹網(wǎng)還可以減輕日灼對(duì)番茄造成的傷害，能有效防治日灼對(duì)番茄的傷害。

表5 防雹網(wǎng)對(duì)光照強(qiáng)度的影響

2.5 防雹網(wǎng)對(duì)土壤剖面水分的影響

在干旱的壺關(guān)地區(qū)，土壤水分直接影響番茄的生長(zhǎng)。防雹網(wǎng)對(duì)番茄地土壤剖面水分含量的影響見表6。防雹網(wǎng)對(duì)改善土壤水分含量狀況有很大影響。0～60 cm土層深度的含水量與播前相比都有所增加，60～100 cm土層深度的含水量與播前相比都有所下降。0～20 cm土層深度，搭建防雹網(wǎng)的處理土壤水分含量比不搭建的低；20～100 cm土層深度，搭建防雹網(wǎng)的處理土壤水分含量比不搭建防雹網(wǎng)的處理高?？梢?，搭建防雹網(wǎng)可以保持20～100 cm土壤深度區(qū)域內(nèi)的水分含量。

表6 防雹網(wǎng)對(duì)土壤剖面含水量的影響%

2.6 防雹網(wǎng)對(duì)番茄生物學(xué)性狀的影響

架設(shè)防雹網(wǎng)對(duì)番茄的植物學(xué)性狀有一定的影響。從圖2～4可以看到，架設(shè)8 mm孔徑的防雹網(wǎng)株高較不架設(shè)防雹網(wǎng)的處理低，但是莖粗較不架設(shè)防雹網(wǎng)的處理粗；架設(shè)5 mm 孔徑的防雹網(wǎng)株高較不架設(shè)防雹網(wǎng)的處理高，但是莖粗較不架設(shè)防雹網(wǎng)的處理細(xì)；架設(shè)10 mm孔徑的防雹網(wǎng)株高與不架設(shè)防雹網(wǎng)的處理差別不大。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，架設(shè)8 mm 的防雹網(wǎng)可以使植株更加粗壯。

圖2 防雹網(wǎng)處理對(duì)番茄株高的影響

圖3 防雹網(wǎng)處理對(duì)番茄莖粗的影響

圖4 防雹網(wǎng)處理對(duì)番茄最大開展度的影響

2.7 防雹網(wǎng)對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

由表7 可知，除5 mm 全部覆蓋的處理，其他覆蓋防雹網(wǎng)的處理均較對(duì)照增產(chǎn)，其中使用8 mm 孔徑防雹網(wǎng)、只覆蓋頂?shù)奶幚懋a(chǎn)量較對(duì)照增產(chǎn)最多，增產(chǎn)5.11%。5 mm全部覆蓋的處理減產(chǎn)17.64%，可能是防雹網(wǎng)孔徑過(guò)小影響網(wǎng)內(nèi)通風(fēng)。

在2018年防雹網(wǎng)覆蓋的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，2019年設(shè)置檢驗(yàn)試驗(yàn)。由表8 結(jié)果可知，只覆蓋頂和全部覆蓋防雹網(wǎng)的處理均比不覆蓋防雹網(wǎng)的處理產(chǎn)量高。其中只覆蓋頂?shù)奶幚碓霎a(chǎn)12.93%。

表8 2019年不同防雹網(wǎng)覆蓋方式番茄產(chǎn)量性狀比較

2.8 防雹網(wǎng)對(duì)番茄品質(zhì)性狀的影響

2019 年對(duì)番茄的品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。由表9 可知，架設(shè)防雹網(wǎng)比不架設(shè)防雹網(wǎng)的處理品質(zhì)有所提升，其中可溶性總糖影響最大，這也使果實(shí)口感更甜。

表9 2019年不同防雹網(wǎng)覆蓋方式番茄品質(zhì)性狀比較

3 討論

微環(huán)境（表層土壤溫度、空氣相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤含水率）和番茄的生物學(xué)性狀（株高、莖粗、最大開展度）共同影響番茄產(chǎn)量及品質(zhì)。防雹網(wǎng)內(nèi)的濕度和溫度可直接反映防雹網(wǎng)內(nèi)的小氣候變化，其變化與番茄的生長(zhǎng)和產(chǎn)量都有一定的關(guān)系。表層土壤溫度可以影響土壤的理化性質(zhì)及養(yǎng)分遷移，有利于光合產(chǎn)物的累積，提高番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗(yàn)中，在早晚外界溫度低時(shí)，防雹網(wǎng)可以提高網(wǎng)內(nèi)溫度。在正午外界溫度高時(shí)可以降低網(wǎng)內(nèi)溫度。這與白崗栓等[26]的研究結(jié)果，防雹網(wǎng)對(duì)果園的地表溫度影響表現(xiàn)為早晚提高、中午降低相一致?？諝庀鄬?duì)濕度對(duì)植物的蒸騰速率與氣孔開度等生理指標(biāo)有很大影響[27-28]。搭建防雹網(wǎng)能有效提高果園內(nèi)的相對(duì)濕度，并防止相對(duì)濕度大幅度變化，能減少日灼和裂果現(xiàn)象發(fā)生或出現(xiàn)的概率，且防雹網(wǎng)可提高果園的空氣濕度和土壤水分[29]。本試驗(yàn)中，防雹網(wǎng)內(nèi)的相對(duì)濕度在一天內(nèi)不同時(shí)段提高了2.9%～8.7%。這與上述研究結(jié)果表現(xiàn)一致。CO2是光合作用的底物，其濃度影響著番茄的生物量，研究表明CO2對(duì)光合速率、植物生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量都有非常重要的作用[30-32]。在一定范圍內(nèi)，增加CO2有利于番茄生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量和品質(zhì)[33]。試驗(yàn)中的7 個(gè)處理在不同時(shí)間CO2濃度都較對(duì)照有所增加，這對(duì)于產(chǎn)量增長(zhǎng)有促進(jìn)作用。番茄是喜光性植物，在一定范圍內(nèi)，光照越強(qiáng)光合作用越旺盛。在栽培中一般保持在30000 lx以上的光照強(qiáng)度才能維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育[34]，且番茄的光飽和點(diǎn)為70000 lx。本試驗(yàn)中所有搭建防雹網(wǎng)的處理均在30000～70000 lx 之間，不僅對(duì)番茄生長(zhǎng)沒有不良影響，還有效地防止了日灼對(duì)番茄的危害。土壤含水量直接影響番茄的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。架設(shè)防雹網(wǎng)后，與未架設(shè)防雹網(wǎng)的對(duì)照相比，土壤0～20 cm深度的含水量較對(duì)照有所下降，但保護(hù)了20～100 cm深度土壤的水分，這與旱地番茄無(wú)灌溉條件進(jìn)而使得番茄生長(zhǎng)根系更深、更發(fā)達(dá)有關(guān)。

由架設(shè)防雹網(wǎng)對(duì)番茄的植物學(xué)性和產(chǎn)量及品質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果可以看到，架設(shè)8 mm的防雹網(wǎng)，且只架設(shè)頂部的處理，可以使植株更加粗壯，番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)較不架設(shè)防雹網(wǎng)的處理明顯增高。所以，架設(shè)防雹網(wǎng)對(duì)番茄的微環(huán)境有所改善，進(jìn)而影響生物學(xué)性狀，產(chǎn)量和品質(zhì)有所提高。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)針對(duì)山西省長(zhǎng)治市壺關(guān)縣特有的干旱條件，通過(guò)防雹網(wǎng)的不同孔徑及不同覆蓋方式的篩選試驗(yàn)，對(duì)防雹網(wǎng)內(nèi)的微環(huán)境（溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤含水率）、番茄的生物學(xué)性狀（株高、莖粗、最大開展度）、產(chǎn)量性狀及品質(zhì)性狀進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明適當(dāng)架設(shè)防雹網(wǎng)可以有效影響番茄防雹網(wǎng)內(nèi)的微環(huán)境及植物學(xué)性狀，進(jìn)而影響番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。8 mm孔徑的防雹網(wǎng)、只覆蓋頂?shù)母采w方式影響最大，最適合在壺關(guān)縣等干旱缺水的區(qū)域架設(shè)。