基于農機農藝結合的不同株行距配置對塑料大棚番茄果型分級及冠層特性的影響

伏文卓，李濤濤，高艷明,2，李建設,2

(1.寧夏大學 農學院，銀川 750021 ；2.寧夏現代設施園藝工程技術研究中心，銀川 750021)

番茄是蔬菜和水果兼用型蔬菜，也是重要的蔬菜加工原料[1]，在全球各地廣泛栽培。株行距配置是協調密度條件下個體通風受光條件及營養狀況并最終作用于產量的重要因素之一[2]。有研究表明，密度是決定作物群體冠層結構特性的關鍵因素，對冠層結構和功能的影響大于其他栽培措施[3-5]。Davis等[6]研究表明，過高或過低的密度均會破壞個體與群體間的生長平衡。因此合理的栽培密度，才能促使群體與個體均衡發展，以期獲得理想的產量和品質。

關于番茄種植密度國內外學者已進行了較多研究[7-14]，但多數仍在常規行距下進行，鮮有對大行距栽培模式的研究，對于作物群體冠層結構的研究也多集中在玉米[15]、水稻[16]、大豆[17]、小麥[18]等作物上。此外，隨著工業化和城鎮化進程地不斷加快，農村勞動力加快轉移，農業生產“用工難”“用工貴”問題日益突出，未來農業必將趨向于機械化，逐漸實現起壟、覆膜、定植、打藥、采收等農事操作的機械化。為了順應未來農業發展的潮流，解決實際生產中的問題，具有通風透光、節省勞動成本、便于機械化操作、提前植株生育期等優點的大行距種植模式已是大勢所趨。田興武[19]研究表明，大行距栽培示范與常規行距栽培相比較，番茄平均產量增加，收入增加6 120.2元/667m2。王繼濤等[20]研究表明，僅挖溝、埋秸稈、起壟、鋪設滴管、定植環節比對照每公頃節省勞動用工35.7%，節約成本1 6810.5元/hm2，上市期提前5 d，產量增加26.68%，病蟲害發病率明顯降低。相比日光溫室，塑料大棚因壟向與棚室建造方向一致，更便于實現機械化，因此關于塑料大棚番茄大行距栽培模式亟需成熟的技術參考?；诖?，探討農機農藝結合的不同株行距配置對塑料大棚番茄果實商品性、冠層特性及產量的影響具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年3月—10月在銀川國家農業科技園核心區(寧夏園藝產業園)大跨度塑料大棚內進行，塑料大棚建造結構為跨度16 m、脊高5.8 m、長80 m，中間無立柱。試驗期間塑料大棚內平均氣溫為21.70 ℃，平均濕度為58.59%，地下0 cm、10 cm、20 cm、30 cm平均土壤溫度分別為21.27 ℃、20.22 ℃、19.66 ℃、19.48 ℃，平均土壤水分為30.54%，平均光照度為15 962.81 lx，平均光照時長為13.3 h。供試番茄品種為‘豐收128’，由寧夏巨豐種苗有限責任公司提供。利用旋耕機翻耕土壤20 cm深后耙平，翻地前各處理均施入等量底肥，為青牧原有機菌肥2 kg/m2(N+P2O5+K2O≥5% ，有機質≥45 %，復合生物菌≥4億/g)，起40 cm高壟，每壟安裝兩條內鑲貼片式滴灌袋并覆銀色薄膜。定植后1周內只灌溉清水，開花期及坐果期利用水肥一體化系統追施大量元素水溶肥(總養分≥56%)及微量元素(Zn 0.05%、B 0.1%、Mn 0.05%、Mo 0.005%)。每畦雙行定植，單桿整枝，吊蔓后張掛黃、藍板防蟲，及時澆水、打杈、通風，保證植株有良好的生長環境。其他田間管理同常規。

1.2 試驗設計

試驗設5個密度(D1：1 334株/667m2、D2： 1 668株/667m2、D3：2 000株/667m2、D4：2 334株/667m2、D5：2 668株/667m2)與3個行距(R1：1.2 m、R2：1.35 m、R3：1.5 m)，采用雙因素隨機區組設計，組合成15個處理，如表1所示，重復3次，小區面積為5.13 m2。

表1 不同處理的行距與密度Table 1 Row spacing and density of different treatments

1.3 測定項目及方法

1.3.1 果實分級 每穗果70%以上轉色后成熟采收時，每個處理按小區共取90個果實，根據單果質量(G)進行果型大小分級，由大到小包括XL(G≥250 g)、L(250 g>G≥220 g)、M(220 g> G≥180 g)、S(180 g>G≥150 g)、XS(G<150 g)，記錄各果型數量、質量量并計算個數占比。

1.3.2 品質指標 第3穗果采收時，每個處理隨機采15個鮮果樣。用水楊酸法[21]測定硝酸鹽含量；用蒽酮比色法[21]測可溶性總糖；用鉬藍比色法[21]測維生素C；用TD-45數字折光儀測可溶性固形，用酸堿滴定法[21]測有機酸，并計算糖酸比(可溶性固形物含量/有機酸含量)。

1.3.3 冠層特性 在盛果期使用量角器測定植株中部功能葉的葉傾角；使用 Sun Scan冠層分析系統(英國 Delta 公司)測定番茄葉面積指數(LAI) 、散射光合有效輻射比例(BF)、透射光合有效輻射(PART)、入射光合有效輻射(PARI)，并計算透射率(Tr)。每個處理重復測定5次[22]。

1.3.4 產量 每次采收時記載采收時期、采收數量與質量，計算單果質量、單株產量，最后折合成667m2產量。

1.3.5 農機農藝結合程度及效果評價 描述并分析各行距與密度下農機農藝結合的效果。

1.4 試驗數據處理

用Microsoft excel 2010整理數據并作圖，SPSS 17.0軟件對數據作方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同株行距配置對果型分級個數占比的影響

果型大小及其均一性是評價果實的商品性的重要指標。在果實分級中，常以單果質量作為主要的分級指標[23]。目前最受市場歡迎的番茄果型主要是M型果(即180～220 g)，S型、L型果次之，而過大或過小都較難高價出售。

由圖1可知，在3種行距下，種植密度與產出果型呈反比，即低密度產出大型果，高密度則產出果型偏小。XS型個數占比最大的是R1D5，R1D4次之，R2D2最??；S型亦是R1D5最大，R2D5次之，R2D1最??；M型個數占比最大的是R3D2，為39.53%，R3D4次之，為37.27%，分別較最小的處理R1D5高出72.70%、71.00%；L型個數占比最大的是R2D1，R2D2次之，R1D5最??；XL型個數占比最大的是R2D1，R3D1次之，亦是R1D5占比最小。S～L型之間占比最大的是R2D2，為 80.85%，R3D4次之，為76.39%。綜合考慮而言，R3D4在M型與S～L型之間個數占比表現均較佳，密度為D2、D3的處理產出M型果亦較多。

圖1 不同株行距配置果型分級個數占比Fig.1 Proportion of different fruit type numbers under different plant and row spacings

2.2 不同株行距配置對番茄果實品質的影響

番茄果實中的糖度、酸度和糖酸比的大小，直接影響著果實的風味和口感，而可溶性固形物含量、可溶性糖含量和有機酸含量是衡量番茄品質的重要因素[24]。由表2可知，維生素C含量R1D2最高，R3D4與之無顯著差異；硝酸鹽含量R3D4最低，為0.075 mg/kg，較最高處理R1D2低38.02%；可溶性糖含量R3D1最高，R2D4、R3D4次之，三者之間無顯著差異；可溶性固形物含量R1D1最高，其與R2D4、R3D1、R3D2、R3D4之間均無顯著性差異，但顯著高于其他各處理；有機酸含量R2D3最低，R3D4與之無顯著差異，分別較最高處理R1D1低20.45%、13.64%；糖酸比僅R3D1顯著高于R1D5，其余各處理之間均無顯著差異。因此就品質方面而言，R3D4處理不僅維生素含量、可溶性糖含量、可溶性固形物含量及糖酸比均高且硝酸鹽與有機酸含量均低，綜合表現最好。

表2 不同株行距配置番茄果實品質Table 2 Tomato fruit quality under different plant and row spacings

2.3 不同株行距配置對番茄植株冠層特性的 影響

由表3可知，不同株行距配置對番茄植株冠層特性影響顯著。其中葉面積指數(LAI)表現為R2D2最高，R3D4與之無顯著差異；透射光合有效輻射(PART)、光合有效輻射透射率(Tr)則均表現為R1D1最高，R3D4與之無顯著差異；入射光合有效輻射(PARI)則表現為大行距高密度接收光能更多，其中R3D3最大，R3D4、R3D5次之，三者之間無顯著差異，表明大行距可以有效避免番茄栽培畦間遮光問題；散射光合有效輻射比例(BF)R1D2處理最大，為 0.804，顯著大于其他各處理。葉傾角為 79.33°～104°，整體表現為隨著株距的增大而減小，株距較小，葉片上舉，優化了株型，提高了其群體下層葉通風透光能力；株距較大，葉片趨于平展，加大受光面積。其中R1D1葉傾角值最大，與R2D1、R3D1無顯著差異，但顯著大于其他處理。因此就冠層特性而言，R3D4表現最佳，其葉面積指數、光合有效輻射透射率(Tr)、散射光合有效輻射比例均較大，入射光合有效輻射也偏高，葉傾角適宜。

表3 不同株行距配置番茄植株冠層特性Table 3 Canopy characteristics of tomato plants under different plant and row spacings

2.4 不同株行距配置對產量的影響

由表4可知，不同株行距配置對番茄產量影響顯著。在同一行距下，單果質量隨著密度的增加，整體呈減小趨勢，R1D1、R2D1最高，分別為204.30 g、203.23 g，且顯著高于其他各處理，R1D2次之，為182.03 g分別較最低處理R3D5高出30.3%、29.9%、21.7%；單株產量R1D1最高，為13.23 kg，R1D2與之無顯著差異，為11.53 kg；折合產量R1D5最高，為17 771.92 kg，R1D2與之無顯著差異，為15 380.65 kg，較產量最低處理R2D4分別高出41.6%、32.5%。因此就產量而言，R1D2、R1D4、R1D5處理均表現較佳，其中R1D2單株產量、前期產量及折合產量均與最高處理無顯著差異，且單果質量僅次于R1D1、R2D1，而R1D4、R1D5折合產量顯著高于除R1D2外的其他各處理。

2.5 番茄冠層特性與產量及品質的相關關系

由表5可知，冠層特性各指標中LAI與透射光合有效輻射和光合有效輻射透射率呈極顯著負相關，相關系數分別達-0.912、-0.929；透射光合有效輻射與入射光合有效輻射、光合有效輻射透射率呈極顯著正相關，相關系數分別達0.302、0.985；入射光合有效輻射與散射光合有效輻射比例呈極顯著正相關，相關系數達0.354;散射光合有效輻射比例與單果質量、單株產量、折合量呈極顯著正相關，與可溶性糖含量呈極顯著負相關，與糖酸比呈顯著負相關；單果質量與單株產量呈極顯著正相關，與有機酸、可溶性固形物含量呈顯著正相關；單株產量與折合產量呈極顯著正相關，與有機酸呈顯著正相關；折合產量與可溶性糖含量呈顯著負相關；有機酸含量與可溶性固形物含量呈極顯著正相關；可溶性糖含量與糖酸比呈極顯著負相關。因此冠層特性各指標之間相關關系密切，而散射光合有效輻射比例是冠層特性中一個重要的參數，其與產量、品質密切相關。

表4 不同株行距配置番茄產量Table 4 Tomato yield under different plant and row spacings

表5 番茄冠層特性與產量及品質的相關關系Table 5 Correlation between tomato canopy characteristics and yield and quality

2.6 不同株行距配置對農機操作的影響

在番茄生產過程中，伴隨著定植前的整地、起壟、覆膜、鋪設滴灌帶，定植后的吊蔓、繞蔓、打側杈、打藥、采收、拉秧等諸多繁雜的農事操作，農機農藝融合的重要性和迫切性日趨明顯，而常規的小行距栽培模式極大限制了農機農藝結合的推進。大行距具有減少栽培畦、便于機械通行和掉頭、節省材料用量(吊蔓的鐵絲、承重支柱、鋪設的滴灌帶、地膜等)、減少勞動量、節約時間等優勢。行距越大，則更具優勢。

根據實際生產情況，經計算，相同面積的地塊，R3較R2、R1壟數分別減少10%、20%，材料用量(如鐵絲、承重支柱、鋪設的滴灌帶、地膜)相應的分別減少10%、20%。經測量，各行距在秧苗吊蔓前壟間走道寬分別為1.5 m、1.8 m、 2.1 m，吊蔓后，為了保證同一壟上的雙行植株間的通風，增加了同一壟上雙行之間的間距，加之兩側植株葉片向壟間伸展，中間走道變窄，分別為1.2 m、1.5 m、1.8 m。此外，在噴施葉面肥及藥劑時，D1密度過小容易造成浪費，D5密度過大易造成噴灑不均勻。

因此就與農機結合而言，行距R3(1.5 m)最優，更便于機械的通行掉頭、人工輔助及節約時間與成本，R2(1.35 m)次之，R1(1.2 m)局限更大。密度D2(1 668株/667m2)、D3(2 000 株/667m2)、D4(2 334株/667m2)更合理。

3 討 論

通過結果分析，在3種行距下，種植密度與產出果型呈反比。這與何娜等[25]研究結果一致。低密度可以保證植株個體有充分的養分、水分吸收，無論對營養生長還是生殖生長均有利。潘德懷等[10]研究得出隨著種植密度的降低，平均單果質量增加；劉旭[11]也認為單果質量與種植密度呈負相關，這與本試驗結果一致。而另有研究表明不同品種隨著番茄種植密度的增加，單果質量及產量均呈現先增加后減弱的趨勢[12]。筆者認為這與設置的密度梯度相關，有待進一步試驗驗證。

本研究結果表明隨著密度的增加，番茄冠層內透光率呈遞減趨勢，這與劉旭[11]的研究結果一致。莖葉夾角越大，葉片越趨于平展[26]。本試驗結果表明同一行距下，隨著密度加大，葉片上舉，葉傾角減小，增加透光率，這也反映植物自身的調節能力。楊賀等[27]開展了關于日光溫室冬春季不同種植密度番茄植株群體光分布特性和冠層結構的試驗，結果表明，隨著密度增加，番茄植株群體葉面積指數和葉面積密度正向變化；相同密度條件下，由于光環境的改善，番茄植株群體葉面積指數和葉面積密度均增加，這與本試驗結果一致。

就產量而言，單果質量在同一行距下隨著密度的增加，整體呈減小趨勢。折合667m2產量整體上R1行距下較R2、R3高。Papadpoulos等[28]研究表明，由于光量子通量密度截留量的增加，大棚番茄在窄行距條件下比寬行距條件下產量更高。番茄植株間距對葉片面積和冠層光合作用有較大影響。窄間距條件下果實產量增加的主要原因是作物生物量的增加和分配給果實的總同化物的可用性的增加。狹窄的空間對番茄果實大小有不利影響。

通過對各項指標進行相關性分析得出，冠層特性各指標中散射光合有效輻射比例與單果質量、單株產量、折合667m2產量呈極顯著正相關，與可溶性糖含量呈極顯著負相關，與糖酸比呈顯著負相關。這說明散射光合有效輻射比例是一個非常重要的冠層特性參數，但在雷逢進等[29]的研究中甚少考慮。

雖然目前農業機械化及其自動化成果較為顯著，但大多主要表現在大田農業，而設施農業尤其是塑料大棚、日光溫室等由于空間有限，可機械化操作之處仍待挖掘。農業管理部門要認識到農機農藝融合的重要性和迫切性，并在此基礎上調整農機農藝的協調模式，這樣才能更好的發揮出農機農藝在農業發展方面的效用，推動我國農業朝著現代化和高效化的方向發展。

4 結 論

通過對番茄果型分級、營養品質、冠層特性及產量的比較，結果表明，種植密度與果型大小呈反比；R3D4處理在果型分級、品質指標及節本增效方面綜合表現最佳，但其產量較R1D2、R1D4、R1D5低，為12 922.40 kg，其中R1D5折合667m2產量最高，達17 771.92 kg，R1D4次之，但二者在其他方面表現均較差，而R1D2折合667m2產量僅次于R1D4、R1D5，達15 390.65 kg，且在果型分級、品質指標亦表現較佳。因此綜合考慮各項指標，R1D2處理(即行距1.2 m密度為1 668 株/667m2)、R3D4(即行距1.5 m密度為2 334 株/667m2)為寧夏地區大跨度塑料大棚農機農藝結合較適宜的兩種株行距配置方式。