農(nóng)藝農(nóng)機融合的設(shè)施番茄栽培參數(shù)優(yōu)化研究

鄒 豪 孫明琴 田永強 高麗紅

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，設(shè)施蔬菜生長發(fā)育北京市重點實驗室，北京 100193）

隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進以及農(nóng)村富余勞動力向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，我國務(wù)農(nóng)人員的數(shù)量不斷減少，導(dǎo)致農(nóng)事操作勞動力成本不斷增大。據(jù)調(diào)查，近10 年我國蔬菜生產(chǎn)成本年均漲幅在10%以上，蔬菜生產(chǎn)總成本的59%為人工成本（喬宏 等，2016），人工成本成為制約當(dāng)前蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素（陳永生 等，2014）。提高蔬菜生產(chǎn)機械化水平是降低用工成本的有效途徑，但與大田作物生產(chǎn)80%以上的機械化率相比，蔬菜生產(chǎn)的機械化率只有30%左右。雖然近年來蔬菜生產(chǎn)裝備的研發(fā)不斷有新突破，在耕整地機械、穴盤育苗播種機械、蔬菜精量直播機械、蔬菜移栽機械、蔬菜收獲機械等方面均有一定進展（陳永生，2019）。但與之相配套的農(nóng)藝操作參數(shù)，尤其是標(biāo)準(zhǔn)化種植模式?jīng)]有明確規(guī)范，加上我國蔬菜種類繁多，設(shè)施結(jié)構(gòu)參數(shù)因地制宜，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各類機械實際使用困難（黃丹楓，2012）。因此，如何根據(jù)實際生產(chǎn)情況，明確我國主要蔬菜種植標(biāo)準(zhǔn)化模式，是推動蔬菜生產(chǎn)機械化的先決條件，也是目前亟需解決的問題。

番茄（L.）是我國栽培面積最大的蔬菜作物之一，其播種面積在蔬菜播種面積份額中維持在4.7%左右（霍建勇，2016），同時也是設(shè)施栽培面積最大的蔬菜作物之一，占設(shè)施蔬菜總面積的25%左右（李天來 等，2019）。實現(xiàn)輕簡化栽培是我國設(shè)施番茄生產(chǎn)亟待解決的問題。根據(jù)現(xiàn)有主要栽培管理環(huán)節(jié)農(nóng)機作業(yè)特點和番茄栽培的農(nóng)藝要求，明確農(nóng)藝農(nóng)機融合的栽培農(nóng)藝參數(shù)，是實現(xiàn)設(shè)施番茄機械化、輕簡化生產(chǎn)的基礎(chǔ)（van Henten et al.，2006）。設(shè)施蔬菜生長發(fā)育北京市重點實驗室前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前我國設(shè)施番茄栽培主要采用高畦雙行定植模式，但栽培畦參數(shù)不同地區(qū)差異較大，80%左右為寬1.2～1.4 m 的栽培畦，多為寬畦窄溝做畦方式，尚未有標(biāo)準(zhǔn)化種植模式，亦未規(guī)定相關(guān)農(nóng)藝參數(shù)對機械生產(chǎn)進行指導(dǎo)，導(dǎo)致實際農(nóng)事操作中機械使用效果差，機械化程度低（肖體瓊，2017）。因此，從農(nóng)藝農(nóng)機融合角度，研究番茄種植模式和相關(guān)農(nóng)藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義。為了能夠同時滿足大棚土壤翻耕、起壟、覆膜、移栽機械作業(yè)和后期采收、運輸機械的作業(yè)要求，本試驗根據(jù)現(xiàn)有主要栽培管理環(huán)節(jié)農(nóng)機作業(yè)特點和番茄栽培的農(nóng)藝要求，進行了農(nóng)藝農(nóng)機融合的設(shè)施番茄栽培農(nóng)藝參數(shù)優(yōu)化研究，在保證番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上，提出農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)，以期為相關(guān)農(nóng)業(yè)機械研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗共進行了春秋兩茬，參試番茄品種均為大果型。春茬試驗于2019 年4—7 月在北京市農(nóng)林科技有限公司4 個結(jié)構(gòu)相同的塑料大棚內(nèi)進行，大棚跨度8 m，高3.0 m，長60 m，番茄品種為粉特立F（壽光格頓農(nóng)業(yè)科技有限公司提供），于4 月11 日定植，苗齡為四葉一心。秋茬試驗于2019 年9 月至2020年3 月在北京市小湯山現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園連棟溫室內(nèi)進行，單棟跨度為9.6 m，長50 m，番茄品種為普羅旺斯（廣東金作農(nóng)業(yè)科技有限公司提供），于9月1 日定植，苗齡為六葉一心。春茬試驗對照栽培畦參數(shù)為當(dāng)?shù)刂饕Ｊ剑幚碓O(shè)3 個不同密度，統(tǒng)一為1.6 m 雙行定植，根據(jù)不同密度調(diào)整定植株距，小區(qū)面積240 m，隨機區(qū)組排列，3 次重復(fù)，具體方案見表1。

表1 春茬試驗設(shè)計

秋茬試驗是在春茬試驗基礎(chǔ)上，采用與對照相同的栽培密度，為了使移栽作業(yè)更方便（雙行定植需要鋪設(shè)2 條滴灌帶，為避免定植孔打在滴灌帶上，對移栽機要求更高），增加了1.6 m 單行定植并縮小株距的T5 處理，通過兩側(cè)吊蔓使吊蔓后株距與T4 相同，試驗小區(qū)面積為144 m，隨機區(qū)組排列，3 次重復(fù)，具體方案見表2。

表2 秋茬試驗設(shè)計

1.2 測定指標(biāo)

1.2.1 植株生長指標(biāo) 春茬試驗在定植緩苗（4 月15 日）后、秋茬試驗在光強開始降低（10 月25 日）時每10 d 測量一次株高、莖粗、葉面積，并統(tǒng)計葉片數(shù)，直至植株摘心。每小區(qū)隨機選定6 株，株高采用卷鋼尺測量；莖粗采用游標(biāo)卡尺，根據(jù)“十”字交叉法測量植株基部；葉面積按番茄經(jīng)驗葉面積公式進行計算（薛義霞 等，2006）。

1.2.2 不同高度光分布 采用手持式線性光合有效輻射傳感器，在秋茬番茄結(jié)果期的晴天（2019 年12 月11、22 日和2020 年1 月2 日）測定番茄窄行距和寬行距不同高度植株光合有效輻射。各處理隨機選取3 個不受溫室結(jié)構(gòu)遮光影響的位置，分別測定距離地表0、50、100、150 cm 和冠層5 個垂直點的光合有效輻射值，取3 次測定結(jié)果的平均值。

1.2.3 產(chǎn)量指標(biāo) 進入果實采收期后（春茬6 月20 日，秋茬12 月10 日），根據(jù)果實成熟度，適時采收，分小區(qū)記產(chǎn)。每次采收時記錄采收時間、采收果實的總產(chǎn)量與總個數(shù)，計算平均單果質(zhì)量（總產(chǎn)量/總個數(shù)）。

1.2.4 果實品質(zhì)指標(biāo) 在盛果期，每小區(qū)隨機選取同一果穗、成熟度一致的6 個果實（春茬于6 月27 日選取第1 穗果、7 月3 日選取第2 穗果，7 月10 日選取第3 穗果，秋茬于2019 年12 月12 日選取第1 穗果），進行品質(zhì)測定。采用折光計法測定可溶性固形物含量，采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定抗壞血酸（VC）含量，采用酸堿滴定法測定有機酸含量，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量（李合生，2000）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 及SPSS 23.0 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Duncan 新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培參數(shù)對番茄營養(yǎng)生長的影響

由表3、4 可知，兩茬番茄不同處理的株高、莖粗除個別時間點（5 月5、25 日和11 月30 日）外，其余均與對照無顯著差異。秋茬不同栽培參數(shù)處理對番茄葉面積指數(shù)影響的動態(tài)結(jié)果見表5，雖然1.6 m 單行小株距栽培（T5）葉面積指數(shù)略高于1.6 m 雙行（T4）或1.4 m 雙行（CK2）大株距處理，但差異不顯著。表明不論是光照逐漸增加的早春茬還是光照逐漸降低的秋茬，栽培參數(shù)的變化均沒有對番茄營養(yǎng)生長產(chǎn)生顯著影響。

表3 不同栽培參數(shù)對春茬番茄株高、莖粗的影響

表4 不同栽培參數(shù)對秋茬番茄株高、莖粗的影響

表5 不同栽培參數(shù)對秋茬番茄葉面積指數(shù)的影響

2.2 不同栽培參數(shù)對秋茬番茄寬窄行光垂直分布的影響

以冠層光強為100%，獲得了秋茬番茄不同栽培參數(shù)處理窄行與寬行不同高度的光垂直分布。從表6 可以看出，寬窄行各處理透光率均隨距地面高度增加而增加。CK2 窄行在距地面50～100 cm 范圍內(nèi)的透光率高于T4 和T5 處理；而寬行距地面150 cm 及以下位置的透光率低于T4 和T5 處理。總體而言，處理的窄畦寬溝栽培模式可以顯著改善寬行的光環(huán)境，但窄行中下部的光照仍然相對較弱。

表6 不同栽培參數(shù)對秋茬番茄寬窄行不同冠層光垂直分布的影響%

2.3 不同栽培參數(shù)對番茄產(chǎn)量的影響

由表7 可知，春茬和秋茬各處理平均單果質(zhì)量、單株結(jié)果數(shù)和商品果產(chǎn)量均無顯著差異。但春茬試驗中，減少定植密度使單果質(zhì)量和單株結(jié)果數(shù)呈增加趨勢；秋茬試驗在相同密度條件下，加大寬行行距使單果質(zhì)量和產(chǎn)量均呈增加趨勢。

表7 不同栽培參數(shù)對春秋茬番茄產(chǎn)量的影響

2.4 不同栽培參數(shù)對番茄品質(zhì)的影響

由表8 可以看出，栽培參數(shù)的變化對春茬番茄果實品質(zhì)有一定影響，且對不同果穗的影響不完全相同。春茬不同處理間的第1 穗果除T3 處理可溶性固形物含量極顯著低于T2 處理外，其他品質(zhì)指標(biāo)無顯著差異；第2 穗果各處理可溶性固形物含量、有機酸含量和糖酸比沒有顯著差異，但增加或降低密度的處理（T2、T3）均使VC 含量極顯著降低，相同密度下窄畦寬溝的T1 處理可溶性糖含量極顯著高于CK1；第3 穗果各處理的可溶性固形物含量、可溶性糖含量都顯著高于對照，T1、T3 處理的糖酸比極顯著低于對照，其他指標(biāo)沒有顯著差異。

表8 不同栽培參數(shù)對春茬番茄果實品質(zhì)的影響

受新冠疫情影響，秋茬試驗僅對第1 穗果實品質(zhì)進行了測定。從表9 可見，除T4、T5 處理的VC 含量顯著低于CK2 外，各處理的其他品質(zhì)指標(biāo)沒有顯著差異。

表9 不同栽培參數(shù)對秋茬番茄品質(zhì)的影響

綜上，不同栽培參數(shù)處理對春茬番茄果實可溶性固形物、VC、有機酸、可溶性糖含量等品質(zhì)指標(biāo)有一定提升效果，且能明顯提高第3 穗果實的品質(zhì)；但不同栽培參數(shù)對秋茬番茄果實品質(zhì)影響不大。

3 討論與結(jié)論

葉面積指數(shù)受作物大小、苗齡、株行距等影響（安強 等，2011；閻廣建 等，2016），是影響作物產(chǎn)量的主要因素之一（Watson，1947；Chen et al.，2018；Tagliapietra et al.，2018；Lykhovyd，2020）。在本試驗中，改變栽培畦規(guī)格、行距、密度等參數(shù)并不會對植株株高、莖粗及葉面積指數(shù)等營養(yǎng)生長指標(biāo)產(chǎn)生顯著影響，表明采用宜機化的窄畦寬溝栽培方式在生產(chǎn)中是可行的，能夠替代傳統(tǒng)寬畦窄溝的做畦方式，可作為輕簡化栽培的農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)。

品種是影響作物產(chǎn)量的首要因素（Healy et al.，2017；Tumanyan et al.，2020）。但是在既定品種下，栽培密度是影響產(chǎn)量的主要因素之一（董風(fēng)英 等，2013；Maboko &du Plooy，2018）。本試驗結(jié)果表明，在窄畦寬溝栽培方式的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有主要栽培管理環(huán)節(jié)農(nóng)機作業(yè)特點，適度調(diào)整定植密度，對番茄平均單果質(zhì)量和總產(chǎn)量沒有顯著影響，進一步表明宜機化的窄畦寬溝栽培方式符合當(dāng)前輕簡化栽培的需求。Davis 和Ester（1993）對番茄栽培間距和整枝方式進行了研究，認(rèn)為當(dāng)行距緊密且植株間距為46～76 cm 時，番茄果實凈收益率最高。但是，徐進等（2009）認(rèn)為，不同栽培密度對秋季大棚番茄生長后期的植株有顯著影響，且不同栽培密度對番茄總產(chǎn)量和平均單果質(zhì)量均有顯著影響。這主要是因為本試驗中的定植密度變幅較小〔2 250～2 750 株 ·（667 m）〕，而前人研究中栽培密度的變幅較大〔2 200～3 700 株 ·（667 m）〕。本試驗小幅度調(diào)整栽培密度既考慮了生產(chǎn)實際中的農(nóng)藝栽培習(xí)慣，也考慮了當(dāng)前已有農(nóng)機的作業(yè)特點，因此更有利于農(nóng)機農(nóng)藝的融合。

雖然宜機化的窄畦寬溝栽培方式對番茄產(chǎn)量無顯著影響，但對春茬番茄果實品質(zhì)指標(biāo)有一定提升效果，且在第3 穗果實中表現(xiàn)尤為明顯。這主要是因為相較于傳統(tǒng)的寬畦窄溝，窄畦寬溝栽培方式顯著改善了寬行的光環(huán)境，更有利于外部葉片進行光合作用，從而有助于光合產(chǎn)物向果實輸送。已有研究證實，通過調(diào)整栽培密度改善光環(huán)境，有助于提升番茄果實品質(zhì)，如促進糖分累積（Saito et al.，2006；Cardoso et al.，2018）。

本試驗所采用的窄畦寬溝栽培方式，旨在擴大過道空間，使各類農(nóng)業(yè)機械能夠通過從而方便作業(yè)，以起到節(jié)約人工成本，降低生產(chǎn)成本的作用。通過本試驗結(jié)果可以看出，與傳統(tǒng)寬畦窄溝栽培方式相比，宜機化的窄畦寬溝栽培方式并不影響番茄產(chǎn)量，甚至對果實品質(zhì)有所提升。因此，采用窄畦寬溝栽培方式有利于農(nóng)藝農(nóng)機融合，適宜在設(shè)施番茄輕簡化生產(chǎn)中推廣。設(shè)施番茄窄畦寬溝栽培建議采用1.6 m 雙行或單行定植，每667 m定植1 900～2 500 株。