東西壟叢栽方式對日光溫室秋冬茬番茄生長及其溫光環(huán)境的影響

唐佳寧，陳啟峰，余朝閣，富宏丹，劉長春，鄭淑榮，宋衛(wèi)麗，孫周平

（1沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院/北方園藝設(shè)施設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心/設(shè)施園藝省部共建教育部重點實驗室/遼寧省設(shè)施園藝重點實驗室，沈陽 110866；2北票市蔬菜站/北票市東關(guān)營農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，遼寧北票 122199）

0 引言

中國是世界上設(shè)施番茄栽培面積最大，生產(chǎn)總量最多的國家之一。中國日光溫室傳統(tǒng)栽培方式大多為南北栽培，南北栽培的壟距短，壟數(shù)多，在實際生產(chǎn)中因頻繁的更換作業(yè)壟行，無法進行機械化操作，工作效率低[1]。隨著中國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)方面的勞動力迅速減少，使得勞動工人的聘用成本與日俱增[2-5]。

因此，南北栽培壟向與適宜的農(nóng)機是制約機械化水平提升的核心矛盾，將“設(shè)施-農(nóng)機-農(nóng)藝”相融合，改變?nèi)展鉁厥覀鹘y(tǒng)南北壟種植習慣，創(chuàng)新日光溫室蔬菜東西壟宜機化種植方式是提高工作效率的方法。而對此開展日光溫室結(jié)構(gòu)與機具進出門的宜機化設(shè)計，實現(xiàn)撒肥、旋地、起壟、秧苗移栽的機械化作業(yè)，實現(xiàn)植株、水肥、環(huán)境、植保和運輸?shù)裙芾淼妮p簡化與省力化作業(yè)，有利于設(shè)施作物機械化生產(chǎn)的推廣應(yīng)用[6]。

目前，日光溫室東西壟栽培試驗的設(shè)施作物主要有番茄、黃瓜、辣椒、茄子等，研究結(jié)果均表明東西壟栽培作物的單產(chǎn)要高于南北栽培。中國日光溫室番茄生產(chǎn)主要分為冬春茬、越夏茬、秋冬茬、越冬茬4種茬口栽培，當秋冬茬番茄采用東西壟向栽培時，由于冬季光照較弱，南側(cè)植株遮擋北側(cè)植株光照情況嚴重，影響作物的正常生長發(fā)育，而適宜的行距設(shè)置可為作物提供一個良好的群體冠層結(jié)構(gòu)，改善冠層內(nèi)的光照、溫度、濕度等微環(huán)境[7]，增加作物產(chǎn)量。不同緯度地區(qū)，由于太陽高度角的不同，同一時刻對植株的遮光距離也不同，緯度越北，遮光問題越嚴重。陳真真[8]在山東農(nóng)業(yè)大學(36°)進行東西壟向栽培表明大行距140 cm顯著改善了冠層光照條件，增強葉片光合作用。楊冬艷[9]、田興武[10]和王繼濤在寧夏吳忠(37°)分別以 180、210、240 cm進行東西壟向栽培，均發(fā)現(xiàn)行距增大，植株間通風透光條件明顯改善，產(chǎn)量得到提升。楊雨松[11]和梁子玉[12]在沈陽農(nóng)業(yè)大學(42°)分別以行距120 cm和130 cm進行東西壟向基質(zhì)栽培和土壤栽培，最終收獲產(chǎn)量高于南北壟向，但由于行距過小，植株遮光情況較為嚴重。因此，在不同緯度地區(qū)的東西壟向栽培中，選用適宜的行距尤為重要。

為此，本試驗在高緯度的遼寧地區(qū)選用秋冬茬，以南北栽培為對照，開展東西壟叢栽方式對番茄的環(huán)境和生長的影響研究，改善南北行遮光情況，將機械化生產(chǎn)與適宜的行距相結(jié)合，大幅度提高中國日光溫室蔬菜機械化水平。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年9月23日—2021年2月7日在遼寧省朝陽北票市現(xiàn)代設(shè)施蔬菜科技示范園日光溫室(120.7°E,41.8°N)內(nèi)進行。北票日光溫室長110 m、跨度8 m、脊高4.8 m；供試品種為‘粉貝2號’高糖番茄。

1.2 試驗設(shè)計

試驗以南北栽培為對照，設(shè)置大壟叢栽、大壟單行、大壟雙行3種栽培方式。圖1為日光溫室內(nèi)4種栽培方式種植布置圖，圖2為大壟叢栽栽培示意圖。

圖1 溫室內(nèi)4種栽培方式布置圖

圖2 大壟叢栽栽培方式示意圖

1.3 栽培管理

番茄于9月23日定植，2月7日拉秧，留5穗果實，番茄的4種栽培方式群體的栽培管理均采用單干整枝方式，且水肥管理一致。

1.4 測定內(nèi)容及方法

1.4.1 番茄形態(tài)指標的測定 采用常規(guī)方法測量株高、莖粗和生物量。

1.4.2 番茄產(chǎn)量和品質(zhì)指標的測定 產(chǎn)量：每穗果實成熟后剪下稱重，測量果徑、計算平均單果重、平均單株產(chǎn)量和每公頃單產(chǎn)。

品質(zhì)：選取第2穗中的果形飽滿的成熟果實進行品質(zhì)指標測定。

1.4.3 環(huán)境因子的測定 冠層溫濕度和土壤溫度：使用江蘇省精創(chuàng)電器有限公司RC-4HA型迷你型溫濕度記錄儀和RC-4型迷你型溫濕度溫度記錄儀每隔30 min自動記錄一次數(shù)據(jù)。

光合有效輻射：MP-200儀器

透光率的測算：測量番茄群體冠層頂部的光合有效輻射(Qover)作為起始量，番茄群體冠層下方的第N層光合有效輻射(QunderN)，計算各高度層的透光率η[13]，見式(1)。

消減率的計算：測算環(huán)境指標在水平方向溫室北部、中部和南部與垂直方向H-150至H-50的消減量，并利用原總量計算消減率。見式(2)。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用DPS軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，Duncan新復極差法進行差異顯著性檢驗，Excel工作表作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同東西壟栽培方式對日光溫室番茄群體環(huán)境的影響

2.1.1 不同東西壟栽培方式對植株冠層光和有效輻射的影響 綜合4種栽培方式水平和垂直光合有效輻射分布分析（表1），番茄群體光照環(huán)境大壟叢栽為最佳，其次為大壟雙行，大壟單行次之，南北栽培最差。在群體透光性方面，大壟叢栽的群體水平方向透光性最好，大壟單行的群體垂直方向透光率最好。SN-3和H-150處的光環(huán)境差異最大。

表1 不同東西壟栽培方式對植株冠層光合有效輻射群體水平和垂直方向透光率的影響

2.1.2 不同東西壟栽培方式對不同壟間冠層輻射量日變化的影響 圖3為東西壟3種栽培方式壟間的冠層輻射量的比較。自北向南方向，3種栽培方式的壟間道在水平方向上基本相對應(yīng)。由圖3可看出，在溫室北部，大壟叢栽的壟間輻射量較為均勻；在溫室中部和南部，10:00、12:00、14:00時，3種栽培方式的壟間輻射量大小均為大壟叢栽＞大壟雙行＞大壟單行。

圖3 不同東西壟栽培方式對不同壟間冠層輻射量日變化的影響

綜上所述，大壟叢栽的壟間冠層輻射量要優(yōu)于大壟雙行和大壟單行。

2.1.3 不同東西壟栽培方式對番茄冠層空氣溫濕度和土壤溫度的變化影響 圖4為4種栽培方式的冠層空氣溫濕度日變化。在12:00時4種栽培模式的空氣溫度的趨勢表現(xiàn)為大壟雙行＞大壟叢栽＞大壟單行＞南北栽培，大壟雙行最大溫度為30.5℃。大壟叢栽空氣相對濕度最低為41.4%，分別比大壟單行、大壟雙行、南北栽培低3.94%、10.2%、16.87%。

圖4 不同東西壟栽培方式對番茄一天內(nèi)空氣溫濕度變化影響

圖5為不同壟向栽培方式一日內(nèi)的土壤溫度變化趨勢圖。在下午15:00左右4種栽培模式的土壤溫度均達到最高，大壟叢栽的土壤溫度最高，為19.6℃。15:00之后4種栽培模式的土壤溫度均呈下降趨勢，東西壟向3種栽培方式的土壤溫度下降幅度相差不多，而南北栽培的土壤溫度下降幅度較大。

圖5 不同東西壟栽培方式對番茄一天內(nèi)土壤溫度變化影響

2.2 不同東西壟栽培方式對日光溫室番茄植株生長的影響

從表2可以看出，定植80天后，4種栽培模式的株高、莖粗、地上部干質(zhì)量均無顯著性差異，地下部積累量依次為大壟雙行＞南北栽培＞大壟叢栽＞大壟單行。大壟雙行的地下部積累量最多，為5.51 g，分別比大壟單行、大壟叢栽、南北栽培高45.37%、22.99%、13.84%。

表2 不同東西壟栽培對番茄生長的影響

2.3 不同東西壟栽培方式對番茄產(chǎn)量和果實品質(zhì)的影響

從表3、4中可以看出南北栽培模式的果徑分別比大壟雙行、大壟單行、大壟叢栽低8.07%、8.8%、5.66%；4種栽培模式的平均單果重無顯著性差異；大壟雙行的平均單株產(chǎn)量分別比大壟單行、大壟叢栽、南北栽培高16.29%、33.55%、39.86%；大壟叢栽的單產(chǎn)最大，為47577 kg/hm2，分別比大壟雙行、大壟單行、南北栽培高8.4%、20.7%、12.93%。4種栽培方式的可溶性糖含量、有機酸含量、糖酸比和VC含量均無顯著性差異；大壟雙行的可溶性固形物含量分別比大壟單行、大壟叢栽、南北栽培高4.26%、10.93%、23.81%。

表3 不同東西壟栽培方式對番茄植株產(chǎn)量的影響

表4 不同東西壟栽培方式對番茄果實品質(zhì)的影響

3 討論

3.1 不同壟向栽培對日光溫室植株群體溫光環(huán)境的影響

空氣溫度、光照條件、相對濕度、各種環(huán)境因素都會影響作物的生長發(fā)育[14]，其中光起著重要的作用[15]。采用東西壟向栽培時，日光溫室北部種植行的南側(cè)遮擋北側(cè)植株，使得北側(cè)植株遮光嚴重，受光不足?？梢酝ㄟ^增大行距的距離，減少遮光。本試驗以東西單行的行距2 m，東西雙行的行距1.7 m，東西叢栽的行距95 cm栽培時，東西壟向北部種植行南側(cè)對北側(cè)遮光的問題得到顯著改善。

在冬季，日光溫室9:00揭開保溫被，植株冠層隨著溫度的升高，相對濕度迅速降低；夜晚溫室內(nèi)由于溫度下降導致相對濕度變大，整晚都保持在90%的高濕狀態(tài)。大壟雙行的空氣溫度最高，大壟叢栽的相對濕度最低；大壟叢栽的土壤溫度最高為19.6℃；在夜間，東西壟向栽培模式的土壤溫度均高于南北栽培。可能是白天東西壟向栽培模式的土壤吸收的熱量更多，夜間土壤釋放的熱量比南北栽培多，能夠維持作物生長發(fā)育需求的溫度。

3.2 不同壟向?qū)Ψ焉L發(fā)育和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

合理的栽培方式可以改善冠層結(jié)構(gòu)和透光性，光照是日光溫室內(nèi)番茄生長發(fā)育的重要組成部分，一方面促進植株有機物和干物質(zhì)的積累，另一方面均衡調(diào)控植株營養(yǎng)生長、生殖生長、器官分化的周期，使能量得到有效積累和釋放[16]。4種栽培方式無論在番茄營養(yǎng)生長還是在生殖生長階段無顯著性差異。

4種栽培方式的平均單果重無顯著差異。在東西壟向栽培方式中，大壟叢栽的單株產(chǎn)量最低，與大壟雙行有顯著性差異，但大壟叢栽的單產(chǎn)顯著高于大壟雙行?？赡苁谴髩艆苍缘脑耘嗝芏龋?.02株/m2）高于大壟雙行（2.97株/m2），改變了單株產(chǎn)量低的情況，因此大壟叢栽的單產(chǎn)最高。在相同栽培密度條件下，大壟叢栽和南北栽培的單株產(chǎn)量無顯著差異，但大壟叢栽的單產(chǎn)高于南北栽培，可能是東西壟向行距變大，北部種植行的南側(cè)遮擋北側(cè)的遮光高度減小，光照增大，提高了產(chǎn)量。維生素C、可溶性糖、有機酸、可溶性蛋白含量是評價果實品質(zhì)高低的重要指標[17-19]。大壟雙行的可溶性固形物顯著高于南北栽培。

4 結(jié)論

在本試驗中，4種栽培方式的株高、莖粗、干物質(zhì)積累量、可溶性糖、有機酸、糖酸比、維生素C的含量均無顯著差異。大壟叢栽的冠層光環(huán)境最佳，群體水平方向透光性最好，壟間輻射量、土壤溫度和相對濕度要優(yōu)于大壟雙行和大壟單行，單產(chǎn)顯著高于其他栽培方式。大壟雙行的空氣平均溫度最高，大壟叢栽的空氣平均溫度略低于大壟雙行。綜上所述，大壟叢栽的栽培方式在環(huán)境與產(chǎn)量方面都優(yōu)于南北栽培，由此可見，東西大壟叢栽栽培方式可在高緯度地區(qū)進行推廣。