不同黃沙栽培模式對溫室番茄生長、產量、光合特性及品質的影響

嚴宗山，楊世梅，張亞萍，王 蕾，陳 亮，王翠麗，張想平

（甘肅省農業工程技術研究院 甘肅武威 733006）

番茄（Solanum lycopersicum）又名西紅柿，屬茄科番茄屬的一年或多年生草本植物，株高0.6～2.0 m，一般4～6 穗果，單果質量100～200 g，果實呈扁球狀或者近似球狀，肉質多汁，是世界范圍內廣泛種植的一種重要蔬菜作物[1]，由于其營養價值豐富、口味佳，深受消費者青睞。番茄原產南美洲，屬于喜溫型果菜，在我國廣泛栽培，富含人體所需的有機酸和可溶性糖等營養物質[2]。番茄果實營養豐富，可鮮食、炒食，亦可整果罐藏或加工成番茄醬汁。有關研究表明，番茄中含有超強抗氧化活性的多酚類和番茄紅素等特殊物質，可以促進人體生長發育，增強人體抵抗力，延緩人體衰老[3]。

番茄作為溫室蔬菜栽培面積第一的作物，隨著溫室栽培技術的興起，其栽培技術成為科研工作者研究的熱點。根據番茄種植方式不同可以分為土壤栽培和基質栽培。土壤栽培由于存在連作障礙嚴重、高水肥、成本較高的缺點，很多科研工作者開始研究番茄基質栽培。通過對土壤栽培與基質栽培比較發現，基質栽培相比于土壤栽培可以顯著提高番茄光合速率、產量和品質[4]。陳雙臣等[5]通過在土壤中添加腐熟的玉米秸稈、麥類秸稈、菇類廢渣和鋸末等農產廢棄物等作為基質，并添加有機肥和土壤，與土壤配施有機肥相比，添加有機基質的栽培土中微生物數量增加和酶活性增強，利于番茄根系生長。馮海萍等[6]研究表明，基質栽培與土壤栽培相比生長勢更好，有利于提前上市。目前農作物秸稈、菇渣以及中藥渣等農業廢棄物造成環境污染現象較嚴重，故研究其在番茄基質栽培中的應用較多。韓道杰等[7]研究表明，以發酵玉米秸稈、羊糞、大田土壤質量比為2∶1∶1 配制基質，最有利于番茄生長。以菌渣、牛糞和稻殼質量比為4∶3∶3 或3∶3∶4配制基質，番茄栽培效果較好，產量和維生素C 含量較草炭和蛭石配比分別增加2.0%和6.3%[8]，劉杰等[9]將中藥渣與牛糞配比研究其對番茄生長的影響，發現中藥渣與牛糞4∶1 質量配比可以提高番茄品質。采用秸稈、菇渣等農業廢棄物做栽培基質不僅可以合理利用廢棄物，而且可以減少肥料用量，降低生產成本。雖然有機基質栽培番茄在產量、品質和節肥方面均有優勢，但是有機基質存在透氣性差的問題。通過將不同基質分層添加可以增加基質透氣性，利于提高根系活力，增加單產[10]。與有機栽培基質相比，黃沙透氣性優勢明顯，賈靚等[11]將黃沙與其他基質進行配比，發現沙與玉米秸稈、食用菌下腳料、商品基質和雞糞以不同比例配制，增產效果優于僅用有機基質栽培。河西地區光熱資源和黃沙資源豐富，發展戈壁設施農業具有得天獨厚的優勢，尤其適宜于番茄栽培，但針對黃沙栽培對番茄生長影響的研究較少。筆者通過設置不同黃沙栽培模式，以常規土壤栽培為對照，比較不同處理對番茄生長、產量、光合特性及品質的影響，篩選最適宜設施番茄栽培的黃沙栽培模式，對河西地區番茄產業發展和當地經濟增長具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗條件及材料

試驗于2021 年4-10 月在甘肅省農業工程技術研究院試驗基地日光溫室內進行，年平均降水量100 mm，年均溫度7.8 ℃，無霜期150 d 左右。試驗溫室長80 m，寬7 m，脊高3 m。黃沙栽培基質為武威地區資源較多的沙漠黃沙，有機質含量（w，后同）為3.1 g·kg-1，全氮含量為0.15 g·kg-1，堿解氮含量為21 mg·kg-1，速效磷含量為29.6 mg·kg-1，速效鉀含量為52 mg·kg-1。對照為沙壤土，土壤有機質含量151.37 g·kg-1，全氮含量為1.27 g·kg-1，堿解氮含量為91.4 mg·kg-1，速效磷含量為8.97 mg·kg-1，速效鉀含量為184.13 mg·kg-1。

溫室前茬種植作物為番茄，本試驗供試番茄品種為愛吉155（武威百利種苗有限公司提供），屬中早熟品種，采用穴盤育苗，生育期內澆水施肥采用水肥一體化設備，于4 月2 日移栽定植，9 月30 日拉秧。

1.2 試驗設計

試驗設置3 種不同類型的黃沙栽培模式，分別為黃沙調溫栽培（T1）、黃沙地下槽式栽培（T2）和黃沙地上槽式栽培（T3），以平地土壤栽培為對照（CK）。每個處理3 次重復，采用隨機區組排列，每個重復包含2 個種植槽，每個種植槽長6 m，行寬60 cm，每個種植槽按“品”字形與滴灌帶采取“點對點”種植2 行番茄，株距為40 cm。槽面鋪設黑色防草地膜，槽內黃沙為風積沙，pH 7.0 左右。

平地土壤栽培（CK）：走道寬60 cm，走道之間種植帶寬60 cm，常規土壤種植。

黃沙調溫栽培（T1）：走道寬60 cm，走道之間挖寬60 cm、深40 cm 的U 形槽，內覆塑料膜隔絕土壤，槽底平放直徑12 cm 的PVC 圓管作為調溫通氣道，圓管側面每隔20 cm 開孔，孔徑5 cm，孔外裹阻沙網，防止細沙進入調溫通氣道，PVC 圓管北端彎管向上伸出地面接軸式風扇，南端彎頭向下接排水道，槽內裝滿風積沙。調溫通氣道可傳導溫度、氣體交換和導出余水，排水道排出余水，防止漚根。在排水道一側埋設儲水罐收集余水，殺菌處理，防止污染環境。軸式風扇按設定溫度自動啟閉運行，將熱風鼓入調溫通氣道，提高根際溫度，促進根系及植株生長，在番茄根際10～30 cm 處調溫范圍為19.43 ℃～27.39 ℃，平均日較差為3.96 ℃。

黃沙地下槽式栽培（T2）：走道寬60 cm，走道之間挖寬60 cm、深40 cm 的U 形槽，內覆塑料膜隔絕土壤，槽內裝滿風積沙。

黃沙地上槽式栽培（T3）：走道寬60 cm，走道之間用磚塊碼出畦面寬60 cm、高40 cm 的槽，底部鋪設塑料膜，槽內裝滿風積沙。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 番茄生長指標測定 成熟期各個處理每個重復選取長勢較好且一致的10 株番茄植株進行相關指標的測定。用鋼卷尺測量株高，測定地面到番茄生長點的長度；用游標卡尺于番茄莖基部測量莖粗；用千分之一電子天平對植株地上部與地下部鮮質量分別進行稱質量；用直尺測量根長；根冠比=地下部鮮質量/地上部鮮質量。

1.3.2 番茄產量及果形指標測定 在番茄成熟期，統一進行番茄果實的采摘，每個處理進行小區測產，折算為1 hm2產量；各處理每個重復選取長勢較好且一致的10 株番茄進行單株產量測定；各處理每個重復選取大小一致且均一的番茄10 個，進行單果質量、果實縱徑、橫徑測定；果形指數=縱徑/橫徑。

1.3.3 番茄葉片葉綠素含量測定 用手持式SPAD-502 型葉綠素儀于盛果期測量葉片葉綠素含量。每處理隨機選取5 株（葉片）測量，每個葉片重復測定3 次。

1.3.4 番茄植株光合參數測定 選擇晴朗無云的天氣，在09：00-11：30 用LI-6400XT 型便攜式光合測定系統測定植株完全展開葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci），每個處理測定3 株，每株測定1 個葉片，每個葉片重復測定3 次。

1.3.5 番茄品質指標測定 在番茄第2 穗果成熟時，選取成熟度基本一致的果實采用手持式糖度計測定可溶性固形物含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用鉬藍比色法測定還原型維生素C 含量；采用考馬斯亮藍G-250 法測定可溶性蛋白質含量；采用NaOH 滴定法測定可滴定酸含量[12]。

1.4 數據統計分析

采用WPS 和SPSS 22.0 進行數據整理和灰色關聯度分析。

根據灰色系統理論原理[13]，將4 個處理的23 個指標（Y，產量；FWP，單株產量；AFW,單果質量；LD，縱徑；TD，橫徑；FSI，果形指數；PH，株高；SD，莖粗；AFW，地上部分鮮質量；UFW，地下部分鮮質量；BPP，單株生物量；RSR，根冠比；RL，根長；Pn，葉片凈光合速率；Tr，蒸騰速率；Gs，氣孔導度；Ci，胞間CO2濃度；SPAD，葉綠素含量；SSMF，可溶性固形物含量；SSC，可溶性糖含量；SPC，可溶性蛋白質含量；VcC，維生素C 含量；STA，可滴定酸含量）視為同一灰色系統，取各指標最優值構建一個理想的參考處理x0，以各處理的指標為比較數列xi，計算各處理指標與參考處理相應指標之間的關聯度，從而確定不同處理的優劣。公式（1）如下：

式中，|x（0k）-x（ik）|表示x0數列與xi數列在第k點的絕對差，其中為二級最小差，為二級最大差，p為分辨系數，取值為0.5。

2 結果與分析

2.1 不同栽培模式對番茄產量及果形的影響

由表1 可知，T2 處理產量最高，比CK 顯著增產5.27%，T1 處理較CK 增產4.03%，T3 處理較CK顯著減產9.37%；單株產量和單果質量變化范圍分別為2.71～3.12 kg 和135.47～156.37 g，其中T2 處理均為最高，與T1 處理無顯著差異，二者顯著高于CK 和T3 處理，單株產量和單果質量分別較CK 顯著增加9.47%和9.68%。

表1 不同栽培模式對番茄產量及果形的影響Table 1 Effect of different cultivation modes on tomato yield and fruit type

果實縱徑和橫徑與果實大小和質量密切相關，T2處理果實縱徑和橫徑均最高，分別為59.43 和79.87 mm，與T1 處理沒有顯著差異，二者顯著高于CK 和T3 處理；果形指數反映果實商品特性，不同黃沙栽培模式對果形指數沒有顯著影響，但均高于CK。

2.2 不同栽培模式對番茄地上部生長的影響

由圖1 可知，T2 處理株高顯著高于T3 處理和CK，與T1 處理沒有顯著差異；T1 處理莖粗顯著高于CK 和T3 處理，T2 處理高于CK，T3 處理低于CK，但二者均與CK 差異不顯著，說明除T1 處理莖粗顯著增加外，其他栽培方式對莖粗影響較小。

圖1 不同栽培模式對番茄地上部生長的影響Fig.1 Effect of different cultivation modes on the growth of above-ground of tomato

2.3 不同栽培模式對番茄生物量及根系的影響

由圖2 可知，T2 處理地上部鮮質量最大，較CK、T1 和T3 處理分別顯著提高3.11%、1.74%和8.17%；T1 處理地下部鮮質量最大，與T2 處理沒有顯著差異，二者均顯著高于T3 處理和CK。T2 處理單株生物量較CK、T1 和T3 處理分別顯著提高4.12%、1.64%和9.74%。

圖2 不同栽培模式對番茄生物量及根系的影響Fig.2 Effect of different cultivation modes on biomass and root of tomato

T1 處理根冠比最高，與T2 處理無顯著差異，但二者均顯著高于T3 處理和CK；T1 處理根最長，顯著高于T2、T3 處理和CK，說明黃沙栽培對根部的影響較大，但由于T3 地上部黃沙栽培地溫過高，可能抑制根系生長。

2.4 不同栽培模式對番茄光合特性的影響

由表2 可知，T1 與T2 處理凈光合速率、葉片氣孔導度、蒸騰速率和SPAD 值均顯著高于CK 和T3 處理，T3 處理均低于CK。T2 處理凈光合速率、葉片氣孔導度、蒸騰速率和SPAD 值均最高，分別為16.30 μmol·m-2·s-1、0.40 mol·m-2·s-1、7.54 mmol·m-2·s-1和43.87，分別較CK 顯著提高24.81%，90.48%、49.90%和21.42%，與T1 處理差異不顯著。3 種黃沙栽培模式胞間CO2濃度均低于CK，T2 處理與CK 呈顯著差異，與其他處理差異不顯著。

表2 不同栽培模式對番茄葉片光合參數及葉綠素含量的影響Table 2 Effects of different cultivation modes on pnotosynthetic parameters and chlorophyll content of tomato

2.5 不同栽培模式對番茄品質的影響

由表3 可知，可溶性固形物和可溶性糖含量變化趨勢一致，均為T1 和T3 處理顯著高于T2 處理和CK。T1 和T2 處理的可溶性蛋白質與維生素C含量均顯著高于CK，T3 處理與CK 無顯著差異。不同處理可滴定酸含量以CK 最高，顯著高于T1和T3 處理，黃沙栽培不同處理間沒有顯著差異。綜上可知，與土壤栽培相比，黃沙栽培可以提高番茄甜度，降低酸度，品質較好。

表3 不同栽培模式對番茄品質的影響Table 3 Effect of different cultivation modes on quality of tomato

2.6 灰色關聯分析

2.6.1 數據無綱化處理 由于各性狀的量綱不同，根據灰色系統理論，需對各性狀進行無綱化處理，筆者采用初始值法進行處理，即用xi數列除以x0對應的各指標，得到各項指標數值都在0～1 之間的新數列（表4）。

2.6.2 各處理與最優處理間的關聯系數分析 根據公式Δi（k）= |x（0k）-x（ik）|，計算各點的絕對差，其中，最小絕對差值最大絕對差值。將各點絕對差值、最小絕對差值、最大絕對差值帶入公式（1），得出相應的關聯系數（表5）。

2.6.3 各處理加權關聯系數 加權關聯度系數為各處理指標關聯系數與相對應指標權重系數的乘積，即ζ'i（k）=ωi（k）×ζi（k），式中ζi（k）為關聯系數，ωi（k）為各指標的權重。根據公式ωi（k）=，計算各指標的權重，式中加權關聯系度數見表6。

2.6.4 關聯度分析 等權關聯度為各處理性狀關聯系數的平均值，既，n=23；加權關聯度為各品種營養品質性狀關聯系數與相對應指標的權重系數的乘積之和，即。根據各處理的等權關聯度和加權關聯度進行排序（表7）。關聯度值越大表示處理的綜合性狀越優，等權關聯度排名和加權關聯度排名均為T2 處理最優，T1 處理次之，T3 處理最差。

表7 各處理的關聯度及排名Table 7 Correlation degree and order of each treatment

3 討論與結論

黃沙孔隙度較大，透氣性較好[14]，前人通過將秸稈、菌渣、雞糞等有機基質中添加沙子作為番茄栽培基質，栽培效果較好[15-16]。何虎強[17]在新疆石河子地區大棚沙槽栽培番茄，配合水肥一體化技術，結果表明，番茄能夠在黃沙中正常生長。譚占明等[18]研究表明，番茄黃沙栽培技術可以促進番茄提前上市，降低成本。楊世梅等[19]的研究結果表明，不同黃沙栽培模式會影響作物產量。本研究結果表明，黃沙地下槽式栽培和黃沙調溫栽培方式產量分別較土壤平地栽培增產5.27%和4.03%，黃沙地上槽式栽培減產9.37%；黃沙地下槽式栽培和黃沙調溫栽培單株產量和單果質量均高于CK，而黃沙地上槽式栽培低于CK。李寶石等[20]研究認為，土壤溝嵌基質處理比土壤壟嵌處理抗低溫能力更強，有利于番茄幼苗生長，說明地下溝嵌栽培優于壟上栽培，與筆者研究結果相似。

栽培模式直接影響植物的生長發育[21-22]。黃沙調溫栽培株高、黃沙地下槽式栽培莖粗均與CK 無顯著差異，黃沙地下槽式栽培株高、黃沙調溫栽培莖粗均顯著高于CK 和黃沙地上槽式栽培；黃沙地下槽式栽培地上部鮮質量和單株生物量顯著高于其他處理；黃沙調溫栽培地下部鮮質量、根冠比均最高，與黃沙地下槽式栽培沒有顯著差異，均顯著高于CK和黃沙地上槽式栽培，說明黃沙透氣性好，有利于根系的生長發育。植物葉片光合作用產生的有機物為其提供生長發育的有利條件[23]，葉片的光合作用直接決定著植株的開花結果[24]。筆者的研究結果表明，黃沙地下槽式栽培與黃沙調溫栽培模式光合特性沒有顯著差異，Pn、Gs、Tr 和SPAD 值均顯著高于CK，黃沙地上槽式栽培Pn、Gs、Tr 和SPAD 值均最低，長勢差，可能是黃沙地上磚槽裸露于空氣中，根際溫度過高，抑制了番茄根系生長發育。

番茄品質受多種因素影響[25-26]，蔣洪麗等[27]通過在土壤中添加蚯蚓糞肥提高番茄產量。樊煜[28]研究表明，沙子栽培可溶性糖含量高于土壤栽培，是由于植株中糖分積累與其生長環境溫差有關，大溫差條件下植株含糖量更高，沙子晝夜極差明顯高于土壤。筆者的研究結果表明，與土壤栽培相比，黃沙栽培可以提高番茄甜度，降低酸度，品質較好，地上槽式栽培可溶性固形物和可溶性糖含量最高，是由于其晝夜溫差較大，易于糖分積累。

灰色關聯度分析法是建立在多個性狀定量分析基礎之上的，可靠性較強，可以較全面地反映一個處理綜合性能的優劣[13]。筆者通過對4 個處理方式23個指標進行綜合分析，表明4 種栽培模式評分從高到低排名依次為黃沙地下槽式栽培、黃沙調溫栽培、平地土壤栽培和黃沙地上槽式栽培。

綜上所述，黃沙地下槽式栽培番茄的單株產量、單果質量、地下部鮮質量、單株生物量、根長、根冠比、凈光合速率、葉片氣孔導度、蒸騰速率、SPAD、可溶性蛋白質和維生素C 含量均顯著高于平地土壤栽培，且胞間CO2濃度最低，由灰色關聯度綜合分析結果可知黃沙地下槽式栽培表現最好。同時，黃沙地下槽式栽培較黃沙調溫栽培可操作性更強，經濟成本更低，因此，該栽培模式可應用于溫室番茄生產。