基于分期定植的環(huán)境因子對日光溫室番茄產(chǎn)量和生育期的影響

張向梅，喬 凱，高艷明，2，李建設(shè)，2,惠 翔

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

番茄(LycopersiconesculentumMill)是全球種植最廣泛的園藝作物之一。 在過去40 a中，全球番茄(新鮮和加工)的年產(chǎn)量增加了約300%[1]。 2017年，全球番茄產(chǎn)量約為1.6億t。美國、中國、歐盟、土耳其和印度是西紅柿的主要生產(chǎn)國。番茄是典型的喜溫蔬菜，溫度和光照是番茄進(jìn)行生長發(fā)育和光合作用的必要條件[2]。目前，關(guān)于晝夜溫差對設(shè)施番茄葉片光合特性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響研究較多[3-6]，但各環(huán)境因子之間是相互影響，相互制約的[7-11]，孤立的研究某一因子對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響不能很好地反映客觀規(guī)律。趙玉萍等[12]研究表明，番茄短期處于亞高溫處理下，植株生長加快，但長期處于亞高溫處理下，會出現(xiàn)早衰現(xiàn)象。程智慧等[13]研究了設(shè)施番茄果實(shí)生長與環(huán)境因子的關(guān)系，劃出了果實(shí)生長速率較快的環(huán)境因子范圍，但沒有研究環(huán)境因子與番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)系。王強(qiáng)等[14]研究了不同天氣條件下溫室番茄栽培環(huán)境因子的變化特征，但沒有深入研究環(huán)境因子對番茄生長發(fā)育的影響。

定植日期顯著影響日光溫室番茄的生產(chǎn)水平。最佳定植日期是在最有利于番茄幼苗生長的環(huán)境條件下定植，并且營養(yǎng)生長期的環(huán)境條件能使番茄產(chǎn)量最大化。近年來國內(nèi)外關(guān)于不同播期對玉米、小麥、和馬鈴薯研究很多[15-19]，但關(guān)于不同定植期對日光溫室番茄的影響卻鮮有報(bào)道。 國外專家指出，種植日期的選擇必須確保熱環(huán)境有利于作物的建立和完成其生命周期，而不降低產(chǎn)量[20]。但很少有人研究環(huán)境因子與番茄產(chǎn)量之間的關(guān)系。因此，本研究從2017年2月27開始，到2018年1月27日， 每月定植一茬，通過各生育期的環(huán)境因子與產(chǎn)量的相關(guān)性分析，確定番茄產(chǎn)量變化的關(guān)鍵環(huán)境因子；通過每茬試驗(yàn)的生育期及產(chǎn)量的對比，確定寧夏溫室番茄的最佳定植日期。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017-2018年在寧夏園藝產(chǎn)業(yè)園科研開發(fā)區(qū)日光溫室進(jìn)行，供試溫室長80 m,跨度7 m。寧夏園藝產(chǎn)業(yè)園位于寧夏回族自治區(qū)銀川市賀蘭縣， 地處38°26′～38°48′N，105°53′～106°36′E，屬溫帶大陸性氣候。年平均氣溫9.7 ℃，極端最高氣溫36.9 ℃，極端最低氣溫-24 ℃，平均晝夜溫差13.4 ℃，且≥10 ℃的積溫為3 281.6 ℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

從2017年2月27日-2018年1月27日，每月定植一茬，以定植日期為處理 ，共12個處理，4次重復(fù)。番茄品種為粉晏1號，每公頃定植30 000株，行距為0.75 m，株距為0.45 m。定植前施入有機(jī)肥，緩苗后，采用水肥一體化，澆灌營養(yǎng)液。所有處理統(tǒng)一管理，進(jìn)行雜草病蟲害防控管理。

1.3 測定項(xiàng)目

按常規(guī)方法記載每個處理的定植期(PLD)、開花期(BLD)、采收期(HAD)和拉秧期(UPD)，各個時期的環(huán)境因子(平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、白天平均氣溫、夜晚平均氣溫、平均晝夜溫差、平均相對空氣濕度、平均光照強(qiáng)度、平均土壤溫度和有效積溫)以及各生育期天數(shù)和成熟后各處理的單果質(zhì)量、單株結(jié)果數(shù)和產(chǎn)量。大棚的環(huán)境因子用紫藤連線(北京紫藤連線科技有限公司,型號為ZWSN-C-A)采集，測點(diǎn)安置在溫室東20 m、中、西20 m 3點(diǎn)，且距地面1.5 m高,每10 min記錄一次。

一般來說，有效積溫(GDD)是用于分析作物生長需要的熱量的指標(biāo)。在本研究中，GDD是指日平均溫度高于10 ℃且低于30 ℃的積溫。

其中，Tmax和Tmin 分別指最高氣溫和最低溫度氣溫，Tbase 和Tcutoff分別是10，30 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理

首先對不同處理?xiàng)l件下的番茄生育期、單果質(zhì)量、單株結(jié)果數(shù)和產(chǎn)量分別進(jìn)行方差分析，然后以平均數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行番茄定植-開花期、開花-采收期、采收-拉秧期及全生育期的環(huán)境因子與番茄產(chǎn)量和生育期的相關(guān)性分析，確定影響番茄產(chǎn)量和生育期的關(guān)鍵環(huán)境因子，以RStudio數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Origin 9.1操作系統(tǒng)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理番茄各生育期的主要環(huán)境因子情況

如表1可知，2017年6月27日和2017年7月27日定植，定植-開花期的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、白天平均氣溫和夜晚平均氣溫都高于其他處理，且平均最高氣溫和白天平均氣溫都高于30 ℃，不利于番茄的生長發(fā)育。2017年11月27日、2017年12月27日和2018年1月27日定植，定植-開花期的平均相對濕度均高于其他處理，分別為77.29%，76.06%，72.78%。2017年4月27日、2017年5月27日和2017年6月27日定植，開花-采收期的平均氣溫、平均最低氣溫、白天平均氣溫和夜間晚平均氣溫均高于其他處理。2017年7月27日定植，采收-拉秧期的平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫均低于其他處理，分別為13.02，26.60，6.94 ℃。而2017年2月27日和2017年3月27日定植，采收-拉秧期的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、白天平均氣溫、夜晚平均氣溫和平均土壤溫度均高于其他處理。

表1 不同處理番茄各生育期的主要環(huán)境因子Tab.1 Environment factor values in different growth stages with different treatment

表1(續(xù))

2.2 不同處理對番茄生育期的影響

表2是不同定植期番茄生育期的比較，將番茄的生育期分為3個階段：定植-開花期、開花-采收期和采收-拉秧期。由表2可知，2017年4月27日和2017年5月27日定植的番茄全生育期最短，均為105 d，且比2017年9月27日定植的番茄全生育期縮短了41.67%。2017年6月27日和 2017年7月27日定植的番茄定植-開花期最短，分別為14，16 d。而2017年9月27日和2017年10月27日定植的番茄開花-采收期最長，分別為95，87 d。2017年2月27日和2018年1月27日定植的番茄始采收期-拉秧期最短，分別為37，34 d。

表2 不同處理番茄生育期Tab.2 Tomato growth period in different treatment

2.3 不同處理番茄生育期與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

將環(huán)境因子與番茄生育期的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行比較，相關(guān)系數(shù)越大，說明該因子對番茄生育期的影響越顯著，則該因子就是影響番茄生育期的關(guān)鍵因子。生育期的環(huán)境因子與生育期長度有顯著的相關(guān)性。平均最高氣溫、平均最低氣溫和平均氣溫均與生育期長度呈極顯著負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)分別為0.87，0.84，0.87(圖1-A)。白天平均氣溫、夜晚平均氣溫和平均晝夜溫差與生育期長度呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.88，0.85，0.82(圖1-B)。平均土壤溫度與生育期長度呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.80(圖1-D)。平均光照強(qiáng)度與生育期長度呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.78(圖1-F)。而平均相對濕度與生育期長度呈極顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)為0.68(圖1-C)。GDD與番茄生育期長度無顯著相關(guān)性(圖1-E)。因此，平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫、白天平均氣溫、夜晚平均氣溫、平均晝夜溫差、平均土壤溫度、平均光照強(qiáng)度和平均相對濕度均是影響番茄生育期的關(guān)鍵環(huán)境因子。

圖1 番茄生育期與環(huán)境因子的相關(guān)性分析Fig.1 Correlation analysis of environment factors and growing days

2.4 不同處理對番茄產(chǎn)量的影響

從表3看出，各定植期的番茄的產(chǎn)量、單株結(jié)果數(shù)和單果質(zhì)量均存在顯著差異。產(chǎn)量最高的定植期是2018年1月27日，其次是2017年12月27日和2017年2月27日，最低的是2017年6月27日，其次是2017年7月27日，且2017年6月27日和2017年7月27日定植的番茄產(chǎn)量僅為2018年1月27日定植的番茄產(chǎn)量的19.83%和20.28%。2018年1月27日和2017年12月27日定植的番茄單株結(jié)果數(shù)顯著高于其他處理，而2017年6月27日和2017年7月27日定植的番茄單株結(jié)果數(shù)顯著低于其他處理，且分別為2017年12月27日定植的番茄單株結(jié)果數(shù)的28.31%和26.96%。2017年2月27日和2018年1月27日定植的番茄單果質(zhì)量顯著高于其他處理，分別為144.60，135.59 g，2017年10月27日和2017年11月27日定植的番茄單果質(zhì)量顯著低于其他處理，且僅為2017年2月27日定植番茄單果質(zhì)量的55.60%，56.00%。

2.5 不同處理番茄生育期環(huán)境因子與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

表4為番茄產(chǎn)量與環(huán)境因子的相關(guān)性，包括平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫、有效積溫、白天平均氣溫、夜晚平均氣溫、平均晝夜溫差、平均相對濕度、平均光照強(qiáng)度和平均土壤溫度。結(jié)果表明，番茄各生育期的環(huán)境因子之間有顯著的相關(guān)性。從全生育期相關(guān)系數(shù)來看，環(huán)境因子與番茄產(chǎn)量相關(guān)性不顯著。 定植-開花期影響產(chǎn)量最顯著的負(fù)因子是平均最低氣溫和平均氣溫，相關(guān)系數(shù)均為-0.76，即平均最低氣溫和平均氣溫越高，產(chǎn)量就越低。其次是夜晚平均氣溫。開花-采收期的環(huán)境因子與番茄產(chǎn)量無顯著相關(guān)性。采收-拉秧期的平均相對濕度與產(chǎn)量呈顯著的負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)為-0.88，而平均晝夜溫差、平均光照強(qiáng)度、平均最高氣溫、平均氣溫與產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)，其中平均晝夜溫差與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最大為0.90，其次是平均光照強(qiáng)度，相關(guān)系數(shù)為0.81，說明增加該時期的晝夜溫差和光照強(qiáng)度，有利于番茄產(chǎn)量的形成。

表3 不同處理對番茄產(chǎn)量的影響Tab.3 Tomato yield in different treatment

表4 番茄產(chǎn)量與環(huán)境因子的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis of environment factors and tomato yield

注：X1.平均最高氣溫；X2.平均最低氣溫；X3.平均氣溫；X4.有效積溫；X5.白天平均氣溫；X6.夜晚平均氣溫；X7.平均晝夜溫差；X8.平均相對濕度；X9.平均光照強(qiáng)度；X10.平均土壤溫度。

Note: X1.Mean maximum temperature; X2.Mean minimum temperature; X3.Mean temperature；X4.GDD;X5.Daytime mean temperature;X6.Mean temperature at night;X7.Mean temperature difference; X8.Mean relative humidity; X9.Mean light intensity;X10.Mean soil temperature.

3 討論與結(jié)論

溫度是影響生育期的關(guān)鍵環(huán)境因子，并與其他環(huán)境因子相互影響，相互制約。徐富賢等[22]指出，營養(yǎng)生長期的溫度越高，營養(yǎng)生長期越短，穗粒數(shù)顯著降低。陳彥虎等[23]認(rèn)為，平均溫度越高，果實(shí)生長期就越短，這可能是因?yàn)楦邷赝Ｖ沽嘶ɡ俚姆只偈构麑?shí)生長加速，營養(yǎng)生長期和生殖生長期縮短。趙玉萍等[24]通過研究不同溫度對溫室番茄生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響得出，溫度越高，番茄果實(shí)前期發(fā)育越快，成熟期越提前，這都與本研究結(jié)果一致。不同之處在于本研究還得出，平均光照強(qiáng)度和平均相對濕度也顯著影響番茄的生育期長度。

關(guān)于環(huán)境因子對番茄產(chǎn)量的研究很多，但大多都集中在單一的環(huán)境因子[25-28]。本試驗(yàn)研究了多環(huán)境因子對番茄產(chǎn)量的影響，通過各環(huán)境因子之間及各環(huán)境因子與番茄產(chǎn)量、單果質(zhì)量和單株結(jié)果數(shù)的相關(guān)分析得出，各環(huán)境因子之間存在高度的相互依賴性。武利明等[29]研究表明, 溫度只有與其他的環(huán)境因子共同作用才能更好調(diào)控植株的生長發(fā)育。據(jù)張福墁[30]研究表明，番茄生長的最適溫度為26 ℃，在30～35 ℃番茄生長發(fā)育會受到抑制作用。在本次試驗(yàn)中，2017年6月27日和2017年7月27日定植期，定植-開花期的平均溫度分別為27.41，27.00 ℃，平均最高溫度為38.82，39.33 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了番茄生長的最適溫度26 ℃，造成了2017年6月27日和2017年7月27日定植的番茄死苗現(xiàn)象，使定植-開花期縮短，嚴(yán)重影響番茄的產(chǎn)量。宋胭脂等[31]指出產(chǎn)量與溫度呈顯著至極顯著的正相關(guān),產(chǎn)量與光照呈正相關(guān),產(chǎn)量與濕度呈負(fù)相關(guān)。這與本次試驗(yàn)中采收-拉秧期環(huán)境因子對番茄產(chǎn)量的影響一致。本試驗(yàn)還得出定植-開花期的產(chǎn)量與溫度呈顯著的負(fù)相關(guān)，這可能是因?yàn)榍叭藳]有分開分析不同生育期環(huán)境因子對番茄產(chǎn)量的影響。繆旻珉[32]研究表明，假如長期生長在高溫下前期生長會徒長、根系生長受阻、植株提早衰老等。

寧夏日光溫室番茄1 a種植兩茬，分別為春茬和秋茬，春茬日光溫室內(nèi)環(huán)境較秋茬更適宜番茄果實(shí)生長發(fā)育。2017年8月27日定植的番茄在秋茬番茄中產(chǎn)量最高，為62 007.90 kg/hm2，其次是2017年9月27日，為54 532.95 kg/hm2，僅為2018年1月27日定植番茄產(chǎn)量的48.66%和42.79%。2017年8月27日定植，定植-開花期的白天平均氣溫為27.19 ℃，而定植-開花期的白天平均氣溫與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，說明氣溫偏高，需要延長通風(fēng)時間，降低日光溫室內(nèi)氣溫。采收-拉秧期的平均氣溫僅為17.08 ℃，平均光照強(qiáng)度為7 240 lx，采收-拉秧期的溫度、平均光照強(qiáng)度與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，說明溫度和光照強(qiáng)度偏低，需要保溫，掛反光膜增加光照強(qiáng)度。 2018年1月27日定植的番茄產(chǎn)量最高，為127 437.45 kg/hm2，其次為2017年12月27日和2017年2月27日，分別為117 674.25，115 912.95 kg/hm2。其中定植-開花期的平均溫度為14.22，12.95，18.36 ℃，采收-拉秧期的晝夜溫差為10.44，9.43， 10.47 ℃，定植-開花期、開花-采收期溫度適宜，有利于番茄產(chǎn)量的形成。

本研究通過各生育期的環(huán)境因子與產(chǎn)量的相關(guān)性分析得出， 溫度是番茄產(chǎn)量形成的關(guān)鍵環(huán)境因子。通過每茬試驗(yàn)的生育期及產(chǎn)量的對比得出，春茬番茄的最佳定植期是12月下旬-2月上旬，該時期內(nèi)環(huán)境因子有利于番茄產(chǎn)量的形成。秋茬番茄的最佳定植期是8月下旬-9月上旬，該生育期內(nèi)，可通過降低定植-開花期的氣溫，增加采收-拉秧期的溫度和光照強(qiáng)度，從而提高番茄的產(chǎn)量。