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)
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)。
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’。
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
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。
1.4.1 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。
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 ℃
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%
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
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
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%
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
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
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
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。
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)。