大壟雙行模式下設(shè)施番茄生長發(fā)育及土壤硝態(tài)氮研究

韓瑛祚王秀娟劉慧嶼何志剛董 環(huán)婁春榮

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與環(huán)境資源研究所,遼寧 沈陽 110161)

我國是世界上番茄栽培面積最大的國家,在蔬菜量中占比 7.1%[1,2]。同時,番茄也是遼寧省蔬菜生產(chǎn)的主要種類,種植面積位居第4,排在超百萬畝的大白菜、馬鈴薯、黃瓜之后。其中,設(shè)施番茄生產(chǎn)面積占75%,而露地生產(chǎn)面積僅占25%[3]。由此可見,設(shè)施番茄生產(chǎn)在蔬菜產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的位置。

我國設(shè)施大部分以日光溫室為主,由于其密閉的空間環(huán)境及高密度種植模式,造成溫室濕度大,光照強度弱,番茄病蟲害日益嚴重,產(chǎn)量增加緩慢,果實品質(zhì)急劇下降[4]。壟作栽培是改善設(shè)施番茄生產(chǎn)現(xiàn)狀的有效措施之一,它通過開溝起壟,改變田間微地形,有效協(xié)同水、肥、氣、熱、光、溫等因素,為作物生長提供良好環(huán)境。目前,我國的蔬菜壟型結(jié)構(gòu)可主要分為3 種典型類型:一是寬平壟(壟距180 cm,壟溝寬30 cm),主要適用于平原地區(qū)露地蔬菜以及連棟大棚,常見于葉用萵苣、普通白菜和青花菜等葉(花)菜類蔬菜作物,常見于上海地區(qū)的葉菜生產(chǎn),以及東北地區(qū)的胡蘿卜生產(chǎn);二是中高壟(該壟型壟距120 cm,壟溝寬30 cm),適用性較廣,主要適用于番茄和辣椒等茄果類蔬菜,常見于江蘇、安徽、山東等地;三是高窄壟(壟距90 cm,壟溝寬30 cm),主要適用于草莓、甘薯等少數(shù)蔬菜作物[5]。

據(jù)調(diào)查,目前遼寧設(shè)施番茄栽培壟作模式主要包括單壟單行(壟距100 cm,壟溝寬30 cm)和大壟雙行(壟距150 cm,溝寬30 cm)兩種模式。單壟種植作為遼寧地區(qū)設(shè)施番茄的傳統(tǒng)種植模式,目前多見于朝陽、鐵嶺和北鎮(zhèn)等地。由于大壟雙行種植模式易于工人日常操作,便于對番茄整枝、打岔、采收等日常管理,因而近年在農(nóng)戶實際生產(chǎn)中逐漸興起。然而,大壟雙行種植模式對設(shè)施番茄產(chǎn)量、生長發(fā)育及設(shè)施土壤的影響尚未可知。為此,本研究基于設(shè)施番茄生產(chǎn)實際,擬探討大壟雙行種植模式對設(shè)施番茄生長發(fā)育及土壤硝態(tài)氮的影響,為此,本研究開展了相關(guān)試驗,以期為進一步提高設(shè)施番茄生產(chǎn)能力提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

本研究試驗地點位于遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜大棚試驗基地(N41°49′, E123°32′)。該研究地點屬于四季分明的暖溫帶大陸性氣候。耕層(30 cm)土壤有機質(zhì)含量為26.9 g/kg,全氮含量為1.77 g/kg,全磷含量為1.79 g/kg,全鉀含量為19.9 g/kg,pH 值為 6.45,土壤容重為1.28 g/cm3,田間持水量為29.3%。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗共設(shè)置2個處理,T1(單壟單行):采用單壟種植模式,壟距100 cm,溝寬30 cm,單行種植,行距100 cm,株距30 cm;T2(大壟雙行):采用大壟雙行種植模式,壟距150 cm,溝寬30 cm,番茄移栽種植于壟兩側(cè),壟上行距60 cm,壟間行距90 cm,株距為20 cm。每個處理3次重復(fù),隨機排列,小區(qū)面積為30 m2(6 m×5 m)。供試作物為番茄,品種為“朗庭”,種植密度均為34 500株/hm2。番茄定植于2020年3月15日,收獲于2020年8月10日,生長期間正常田間管理。各試驗處理施肥量相同,其中 N:675 kg/hm2,P2O5:345 kg/hm2,K2O:503 kg/hm2。

1.3 樣品采集與分析

產(chǎn)量:番茄收貨時,每個小區(qū)各分產(chǎn)累加折算得各處理每公頃的經(jīng)濟產(chǎn)量。

果實全氮、全磷、全鉀:在番茄盛果期采集5個果實,烘干待測,植物中氮、磷、鉀的測定,用硫酸-過氧化氫消煮、全自動定氮儀測氮、分光光度法測磷、火焰原子吸收分光光度法測鉀,具體參見NY/T 2017-2011。

果實氮(磷、鉀)吸收量=果實干物質(zhì)量×氮(磷、鉀)含量。

植株光合效率:于早上9:30～11:30采用植物光合測定儀(6400)測定番茄葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度及蒸騰速率等各指標。

土壤硝態(tài)氮:土鉆法分別采集0～20 cm,20～40 cm,40～60 cm土層土壤,采用酚二磺酸比色法測定其硝態(tài)氮含量。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2007軟件進行相關(guān)數(shù)據(jù)整理,利用SPSS 19.0軟件進行相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大壟雙行模式下番茄產(chǎn)量與經(jīng)濟效益

如圖1所示,T1單壟種植番茄產(chǎn)量為99 668 kg/hm2,T2大壟雙行種植番茄產(chǎn)量達到105 826 kg/hm2。與T1單壟植模式相比,T2大壟雙行種植模式可使番茄增產(chǎn)6.2%,且差異達到顯著水平。以當(dāng)季番茄市場平均價格3元/kg計算,大壟雙行種植模式下番茄產(chǎn)值可達317 478元/hm2,較單壟種植可增收18 474元。

圖1 大壟雙行模式下番茄產(chǎn)量Figure 1 Tomato yields under double row

2.2 大壟雙行模式下番茄果實養(yǎng)分吸收量

大壟雙行模式下的番茄果實養(yǎng)分吸收量見圖2。如圖所示,番茄果實養(yǎng)分吸收量中,吸鉀量最高,其次為吸氮量,吸磷量最低。番茄果實N、P2O5、K2O吸收量在T1單壟種植模式下分別達到138.5、63.8、266.1 kg/hm2,在T2大壟雙行模式下分別達到155.6、67.7、290.0 kg/hm2。與T1相比,T2番茄果實N、P2O5、K2O吸收量分別增加12.3%、6.2%、9.0%,且差異均達顯著水平。

圖2 大壟雙行模式下的番茄果實養(yǎng)分吸收量Figure 2 Tomato nutrient absorption under double row

2.3 大壟雙行模式下番茄光合效率

番茄在兩種壟作方式下的光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳及蒸騰速率見表1。在番茄開花期,大壟雙行處理番茄凈光合速率顯著高于單壟處理,胞間二氧化碳濃度表現(xiàn)出與凈光合速率一致的結(jié)果,而兩種不同壟作方式對番茄氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率無顯著影響。在番茄的盛果期,大壟雙行處理下的番茄凈光合速率和及蒸騰速率略有提高,氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度略有降低,但是均未達到顯著差異水平。因此得出,大壟雙行處理在番茄生長前期對作物光合參數(shù)影響較大,而對作物生長后期的光合參數(shù)影響較小。

表1 大壟雙行模式下番茄光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳及蒸騰速率指標Table 1 Tomato photosynthetic rate, porosity conductivity, intercellular carbon dioxide and transpiration rate under double row

2.4 大壟雙行模式下土壤硝態(tài)氮殘留

大壟雙行模式下的番茄土壤硝態(tài)氮殘留量見圖3。如圖所示,土壤NO3--N主要集中在0～20 cm土層,隨著土層深度的增加,NO3--N含量呈顯著下降趨勢。與T1單壟單行種植模式相比,T2大壟雙行模式下不同土層深度土壤NO3--N含量均顯著低于于單壟模式,在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層中,土壤NO3--N含量分別降低54.3%、33.7%、43.2%,平均降低43.8%。說明大壟雙行種植模式有利于削減土壤NO3--N的殘留,在0～20 cm土層中的削減效果最好。

圖3 大壟雙行模式下土壤硝態(tài)氮含量

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

產(chǎn)量是經(jīng)濟活動最直接的體現(xiàn),與作物種植模式密切相關(guān)。日光溫室番茄實行大行距、小株距栽培,可以明顯增加產(chǎn)量,提高經(jīng)濟效益[6]。相關(guān)研究表明,與常規(guī)1.0 m壟作相比,1.5 m壟作種植方式下番茄產(chǎn)量增加10.46%,氮吸收增加7.78%,磷吸收增加20.35%[7]。本研究中,大壟雙行種植模式是增大了作物的行距,縮小了株距,保持種植密度與單壟種植一致的情況下,番茄產(chǎn)量得到顯著提高,達到105 826 kg/hm2,可增產(chǎn)6.2%,每hm2增加收入18 474元,同時果實N、P2O5、K2O吸收量均顯著提高,分別增加12.3%、6.2%、9.0%。

種植模式?jīng)Q定作物群體結(jié)構(gòu),不同的壟距與株距會造成溫光等生態(tài)條件的差異,從而導(dǎo)致產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的不同。植物體內(nèi)干物質(zhì)約90%左右是來自光合作用的有機物質(zhì),改變壟距主要是影響光照強度和光照時間。單行距種植存在株間競爭大,株間相互遮蔭及透光差的現(xiàn)象[8],造成番茄植株光照時間縮短,光照強度降低,番茄凈光合速率降低。增加壟距,植株營養(yǎng)面積大,通風(fēng)透光性強,光合效率高,干物質(zhì)積累多,植株健壯[9]。本研究中,與單壟種植模式相比,大壟雙行種植模式顯著增加了番茄生長前期的凈光合速率和胞間二氧化碳濃度,而對作物生長后期的光合參數(shù)影響未達顯著水平。由于番茄生長前期處于株高較低的營養(yǎng)生殖階段,此時的株高更能表現(xiàn)出大壟雙行種植模式的透光優(yōu)越性,番茄光合效率顯著提升;而隨著株高的增加,大壟雙行種植模式對提高番茄光合效率的差異性不顯著。本研究認為,大壟雙行模式下番茄產(chǎn)量的提升是由于該模式增加了植株的透光性,提高了作物凈光合速率和胞間二氧化碳濃度所致。

設(shè)施土壤鹽分陰離子以NO3-為主,占土壤陰離子總量的67%～76%,并且在土壤剖面中大量積累,這對土壤、作物、環(huán)境及人體健康等帶來潛在風(fēng)險,制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[10]。本研究中,由于大壟雙行種植模式顯著改善了番茄單壟單行種植模式通風(fēng)透光差的問題,提高了番茄產(chǎn)量,增加了養(yǎng)分吸收量,特別是番茄對氮素的吸收量。因此,兩種種植模式在施肥量和植株密度相同的條件下,使得大壟雙行種植模式下土壤0～60 cm土層硝態(tài)氮殘留顯著降低,平均降低43.8%,在0～20 cm土層硝態(tài)氮削減效果最好。

3.2 結(jié)論

與單壟單行種植模式相比,大壟雙行模式下番茄產(chǎn)量得到顯著提高,達到105 826 kg/hm2,可增產(chǎn)6.2%;果實N、P2O5、K2O吸收量均顯著提高,分別增加12.3%、6.2%、9.0%;大壟雙行種植模式增加了番茄生長前期的凈光合速率和胞間二氧化碳濃度,而對作物生長后期的光合參數(shù)影響較小,整體改善了作物生長的透光性;大壟雙行有利于降低土壤0～60 cm土層NO3--N的殘留,平均降低43.8%,在0～20 cm土層削減效果最好。同時由于大壟雙行模式可以方便工人及小型機械作業(yè),由此可見大壟雙行模式是一種適宜輕簡化作業(yè)、資源節(jié)約、環(huán)境友好的新型種植模式,適用于遼寧地區(qū)設(shè)施番茄優(yōu)化栽培種植。