何 娜,伏文卓,李建设,高艳明
(宁夏大学 农学院,宁夏 银川 750021)
【研究意义】番茄(Lycopersiconesculentum)适应性强,是北方温室栽培蔬菜之一,其果实营养价值高,同时也是人们日常饮食中抗氧化物质(番茄红素、Vc等)的一种重要来源[1]。密度是影响作物生长发育和产量的主要因素之一,合理提高种植密度是实现番茄增产的重要措施。【前人研究进展】对于番茄不同种植模式的研究大多集中于对产量的影响[2];姜克伟[3]通过研究日光温室长季节栽培条件下不同密度处理对番茄生长发育、产量等方面的影响,筛选出平均种植密度 80 cm× 50 cm× 46 cm为最适北方日光温室番茄的栽培密度。王强等[4]在新疆地区进行了有关番茄密度的试验,试验研究结果为种植密度为 54 000株/hm2的番茄产量最高。李文甲的研究指出,高密度种植下对番茄总产量有影响的主要因素是留果穗数,其次是密度水平[5]。徐进等[6]研究认为,合理密植有利于产量的提高,若密度过高,就会影响植株群体间对养分、水分等吸收不充分,难以满足部分番茄植株生长营养需求,从而引起产量降低现象。周怀兵等[7]探讨了在栽培密度与留果穗数相结合条件下果实产量和品质最佳的最优组合,在试验研究中,当番茄栽培密度为 21 000株/hm2、单株留 7 穗果时,植株单产最高,而当栽培密度为 42 000株/hm2,单株留5穗果时,单位面积产量最高。因此合理密植是决定设施番茄栽培中产量得以提高的关键因素。【本研究切入点】通过合理的种植模式、密度以及留果穗数栽培措施,可有效的挖掘番茄的最佳品质,达到最高产量目的,而合理密植往往又会受到栽培技术、水肥管理、环境条件等[4]众多因素影响。近年来,关于定植密度结合单株留果穗数的番茄植株生长势及其对产量和品质的贡献已有些报道,但这些研究关注的是高密植下的单株留果穗数产生的影响。【拟解决的关键问题】本试验研究不同种植模式下的不同密度不同留果穗数对番茄产量及品质的影响,明确高效的种植模式、适宜的密度和留果穗数,以期为番茄优质丰产栽培提供理论依据和技术支持。
试验于2017年3月16日至2017年7月7日在宁夏贺兰园艺产业园基地日光温室内进行,温室跨度 8 m,长度 80 m,高度 4 m,后墙高度 3.4 m。后墙采用双层砖墙。试验地 0~20 cm表层土壤基本理化性质见表1。
供试材料为番茄品种“粉宴1号”,人工翻地,翻地前各处理均施入等量底肥,分别为生物有机肥 60 t/hm2(有机质≥45 %,N-P2O5-K2O≥5 %),苔藓泥炭土有机基质 10 t/hm2。深翻、耙磨平整,安装滴灌(软管滴灌)。定植时番茄六叶一心,定植后浇透水以促进缓苗。在每穗果坐果期随滴灌追施大量元素水溶肥料 0.1 t/hm2(含总养分≥56 %,N-P2O5-K2O=15-6-35,硝态氮NO3-N≥10 %,Mg 0.2 %,Mn 0.05 %,B 0.1 %,Mo 0.005 %,Zn 0.05 %)。单干整枝,及时浇水、打杈、灭虫,保证植株有良好的生长环境。其它田间管理栽培措施同当地大田生产栽培要求。
试验设计3个因素,分别是不同模式、密度、留果穗数。不同模式种植因素2个水平,分别是:A1:种植双行,A2:种植单行。密度3因素: B1:133.4株/hm2;B2:180.1株/hm2;B3:240.1株/hm2。留果穗数2个水平:K1:3穗果打顶;K2:4穗果打顶。采用多因素随机区组试验,共12个处理,3次重复,共36个小区,小区长为 7 m,宽 1.5 m,面积为 10.5 m2。处理为:A1B1K1、A1B1K2、A1B2K1、A1B2K2、A1B3K1、A1B3K2、A2B1K1、A2B1K2、A2B2K1、A2B2K2、A2B3K1、A2B3K2(表2)。
1.4.1 植株生长指标测定 株高用卷尺测定根基部到茎端生长点高度;茎粗用游标卡尺测定根基部 1 cm处的直径;叶面积用卷尺测定叶长、叶宽,根据叶面积公式[8],计算坐果期的叶面积。每处理随机选取5株,拉秧期测定株高、茎粗,坐果期测定叶面积。
1.4.2 植株生理指标测定 在明朗的天气,用德国GFS-3000光合仪于番茄盛果期选取健壮植株中上部应具体明确,测定气孔导度、蒸腾速率、净光合速率等指标[9];测定叶绿素用SPAD-502叶绿素仪测定。
1.4.3 果实品质测定 盛果期每小区随机采5个果实测定番茄果实品质。果形指数用电子游标卡尺测定番茄样品的纵径、横径;硬度采用GY-4数显式水果硬度计测定;抗坏血酸(Vc)含量采用钼蓝比色法测定;可溶性总糖含量采用蒽酮比色法测定;有机酸含量采用酸碱滴定法测定;可溶性固形物含量采用TD-45数字折光仪测定。果实颜色用CR-400型色差计测定,每次测定用10个果实,取平均值,根据文献[10],计算综合色度指标色度角[H=tan-1(b/a)]、色泽比(h=a/b)和饱和度C=(a2+b2)1/2等参数。果实分级按处理的每穗果采样后,随机选取50个果实,用百分之一的电子天平称量单果重,依据常规分级方法,即 50 g为区间划分不同级别的质量分级法进行分级。
表1 试验地0~20 cm表层土壤基本理化性质
表2 番茄不同种植模式、密度与留果穗数试验处理
1.4.4 番茄产量测定 记载采收日期,各处理的产量按小区实测统计产量,折合成667 m2产量。记录小区果实质量、果实个数,计算平均单果质量。
试验数据采用SPSS20.0软件进行数据处理和ExceL2010绘制图表,利用最小显著差法(LSD)(P<0.05)水平进行单因素显著性分析,结果以平均值(标准差表示。
2.1.1 株高、茎粗及叶面积长势 由图1可见,植株长势对番茄株高有一定的影响,各个处理间部分差异达到显著水平。就株高而言,同一种植模式下,植株株高随着种植密度与留果穗数增加呈增长趋势。K1条件下,A2B3水平达到最大值,相比于A1B3水平提高 5.0 %。K2条件下,A2B3水平达到最大值,相比于A1B3水平提高 7.4 %;由此,处理A2B3K2株高比处理A1B1K1提高 34.7 %。可见,单行种植模式下,增加密度和留果穗数番茄植株株高增加;就茎粗而言,同一种植模式下,植株茎粗随着种植密度与留果穗数增加呈降低趋势。处理A2B3K2茎粗比处理A1B1K2降低 32.8 %。可见,双行种植模式下,降低密度和留果穗数有利于番茄植株茎粗增幅;就叶面积而言,同一种植模式下,植株叶面积随着种植密度与留果穗数增加呈降低趋势。处理A2B3K2叶面积比处理A1B1K1降低 23.6 %。可见,双行种植模式下,降低密度和留果穗数有利于番茄植株叶面积增幅;由此可知,双行种植模式下,低密度、少留果穗数有利于番茄植株茎粗和叶面积增幅;而单行种植模式下,高密度、多留果穗数有利于番茄植株株高的增加。
2.2.1 叶绿素含量 植株功能叶片叶绿素含量是反映是蔬菜的营养健康状况指标,也是植株生长发育与生理研究中的一项重要参数。由图2可知,就叶绿素含量而言,同一种植模式下,植株叶绿素含量随着种植密度与留果穗数增加呈不同变化趋势。A1条件下,叶绿素含量随密度与留果穗数的增加呈上升趋势;A2条件下,叶绿素含量随密度与留果穗数的增加呈下降趋势;且处理A2B1K2比处理A1B1K1提高 8.9 %。可见,单行种植模式下,低密度多留果数有利于番茄叶绿素含量积累。
2.2.2 蒸腾速率 由图3可知,不同种植模式、密度与留果穗数对番茄叶片蒸腾速率日变化呈双峰曲线特征。9:00-11:00期间蒸腾速率逐渐增大,蒸腾速率值均在11:00时达到最高,此时在A1条件下,番茄叶片蒸腾速率大小表现为:B1K1>B2K1>B2K2>B3K2>B3K1>B1K2;以A1B1K1处理最大,为 2.07 mmol·m-2·s-1,与A1B1K2和A1B3K1处理差异显著,与其他处理差异不显著。在A2条件下,番茄叶片蒸腾速率大小表现为:B2K1>B1K2>B3K2>B2K2>B1K1>B3K1;以A2B2K1处理最大,为 1.61 mmol·m-2·s-1,与A2B3K1处理差异显著,与其他处理差异不显著。总体来看,处理A1B1K1蒸腾速率比A2B2K1处理提高 28.6 %;11:00-13:00蒸腾速率呈明显降低趋势。15:00时蒸腾速率值达到第2次峰值,此时在A1条件下,番茄叶片蒸腾速率大小表现为:B1K1>B3K2>B2K2>B1K2>B3K1>B2K1;以A1B1K1处理最大,为 1.51 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。在A2条件下,番茄叶片蒸腾速率大小表现为:B1K2>B3K2>B2K1>B1K1>B2K2>B3K1;以A2B1K2处理最大,为 1.34 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。总体来看,处理A1B1K1蒸腾速率比A2B1K2处理提高 12.7 %;可见,双行种植模式下,低密度、少留果穗数的处理有利于番茄叶片蒸腾速率增大。
图1 不同种植模式、密度与留果穗数对番茄株高、茎粗及叶面积的影响 Fig.1 Effects of different planting patterns, densities and fruit clusters on plant height,stem diameter and leaf area
图2 不同种植模式、密度与留果穗数对番茄叶绿素含量的影响 Fig.2 Effects of different planting patterns, densities and fruit clusters on chlorophyll content of tomato
2.2.3 气孔导度 由图4可知,不同种植模式、密度与留果穗数对番茄叶片气孔导度日变化呈双峰曲线特征。9:00-11:00期间气孔导度逐渐增大,气孔导度值均在11:00时达到最高,此时在A1条件下,番茄叶片气孔导度大小表现为:B1K1>B3K2>B2K2>B3K1>B2K1>B1K2;以A1B1K1处理最大,为 33.2 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。在A2条件下,番茄叶片气孔导度大小表现为:B2K1>B3K2>B1K2>B1K1>B3K1>B2K2;以A2B2K1处理最大,为 21.6 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。总体来看,处理A1B1K1气孔导度比处理A2B2K1提高 53.7 %;11: 00-13: 00气孔导度呈明显降低趋势。15: 00时气孔导度值达到第2次峰值,此时在A1条件下,番茄叶片气孔导度大小表现为:B2K2>B3K2>B1K1>B1K2>B3K1>B2K1;以A1B2K2处理最大,为 26.5 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。在A2条件下,番茄叶片气孔导度大小表现为:B1K2>B3K2>B2K1>B3K1>B1K1>B2K2;以A2B1K2处理最大,为 18.7 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。总体来看,处理A1B2K2气孔导度比处理A2B1K2提高 41.7 %;表明,种植模式影响着气孔导度的大小,双行种植模式下,同一留果穗数,密度小的处理有利于番茄叶片气孔导度增大。
图3 不同种植模式、密度与留果穗数对叶片蒸腾速率日变化Fig.3 Diurnal change of different planting patterns, densities and fruit clusters on transpiration rate
2.2.4 净光合速率 由图5可知,不同种植模式、密度与留果穗数对番茄叶片净光合速率日变化呈双峰曲线特征。9:00-11:00期间净光合速率逐渐增大,净光合速率值均在11:00时达到最高,此时在A1条件下,番茄叶片净光合速率大小表现为:B1K1>B3K2>B2K2>B2K1>B3K1>B1K2;以A1B1K1处理最大,为 2.26 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。在A2条件下,番茄叶片净光合速率大小表现为:B1K2>B3K1>B3K2>B1K1>B2K1>B2K2;以A2B1K2处理最大,为 2.09 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。总体来看,处理A1B1K1净光合速率比处理A2B1K2提高 8.1 %;11:00-13:00净光合速率呈明显降低趋势。15:00时净光合速率值达到第2次峰值,此时在A1条件下,番茄叶片净光合速率大小表现为:B1K1>B3K2>B2K2>B2K1>B3K1>B1K2;以A1B1K1处理最大,为 2.02 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。在A2条件下,番茄叶片净光合速率大小表现为:B1K2>B3K2>B2K2>B3K1>B1K1>B2K1;以A2B1K2处理最大,为 1.74 mmol·m-2·s-1,各处理间差异不显著。总体来看,处理A1B1K1净光合速率比处理A2B1K2提高 1.6 %;由此可知,双行种植模式下,低密度、少留果穗数处理可以提高叶片光合速率,促进光合作用。
2.3.1 营养品质 由表3可知,不同处理对番茄果实的可溶性固形物、Vc、可溶性糖、有机酸、糖酸比都产生不同程度的影响。在A1条件,同一密度水平下,随着留果数增加,番茄果实中可溶性固形物和可溶性糖基本呈下降趋势;Vc和糖酸比呈上升趋势;有机酸呈降低趋势;除可溶性固形物与有机酸含量外,A1B3K2处理均达到最大值,且处理A1B3K2可溶性糖含量比处理A1B1K1可溶性糖含量提高 29.4 %,Vc提高 11.0 %,糖酸比提高 11.3 %;在A2条件,同一密度水平下,随着留果数增加,番茄果实中可溶性固形物基本呈下降趋势;Vc基本呈上升趋势;可溶性糖基本呈下降趋势;有机酸基本呈下降趋势;糖酸比基本呈上升趋势;除可溶性糖含量外,A2B2K2处理均达到最大值,且处理A2B2K2可溶性固形物比处理A2B1K1可溶性固形物提高 2.3 %,Vc提高 5.4 %,有机酸提高 4.0 %,糖酸比提高 4.5 %;总体来看,处理A1B3K2可溶性糖含量比处理A2B2K2提高23.5 %,Vc提高 0.7 %,糖酸比提高 10.3 %;因此,双行种植模式下,高密度、多留果穗数处理有利于番茄果实营养品质成分的积累。
图4 不同种植模式、密度与留果穗数对叶片气孔导度日变化Fig.4 Diurnal change of different planting patterns, densities and fruit clusters on stomata conductance
图5 不同种植模式、密度与留果穗数对叶片净光合速率日变化Fig.5 Diurnal change of different planting patterns, densities and fruit clusters on photosynthetic rate
2.3.2 外观品质 果实纵、横径变化影响着果实形态,因而果形指数决定着果实整齐度与美观度。番茄硬度是与耐贮性密切相关重要品质性状之一[11]。由表4可知,果实纵径在 53.34~57.57 mm,在A1条件下,以B1K2水平下达到最大,为 57.57 mm,与B3K2水平差异显著,与其他各处理差异不显著;在A2条件下,以B2K2水平下达到最大,为 55.10 mm,与B3K2水平差异显著,与其他各处理差异不显著;总体来看,处理A1B1K2果实纵径比处理A2B2K2提高 4.5 %;果实横径在 65.31~72.46 mm,在A1条件下,以B2K1水平下达到最大,为 72.46 mm,与其他各处理差异显著;在A2条件下,以B1K2水平下达到最大,为 69.00 mm,与其他各处理差异不显著;总体来看,处理A1B2K1果实横径比处理A2B1K2提高 5.0 %;果形指数在 0.78~0.82,均属扁圆形果,该指标各处理间均无显著差异;在A1条件下,硬度以B1K1最大,为 3.22 kg·cm-2, 与B2K1、B2K2水平差异显著;在A2条件下,硬度以B2K2最大,为 2.89 kg·cm-2, 与B2K1水平差异显著,其他处理间无显著差异;总体来看,处理A1B1K1硬度比处理A2B2K2提高 11.4 %;因此,双行种植模式下,低密度、少留果穗数处理有利于果实性状的发育,从而促进果实果径增大,来提高番茄的商品性,实现商品价值优越化。
表3 不同种植模式、密度与留果穗数对番茄营养品质的影响
注:不同小写字母表示处理间差异达到0.05显著性检验水平。下同。
Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level between treatments. The same as below.
表4 不同种植模式、密度与留果穗数对外观品质的影响
2.3.3 色泽参数 果实的色泽是决定果实商品价值的重要指标。由图6中L*值变化可知,在A1条件下,B1K2水平L*值最大,B1K1水平次之,均与其他处理差异达显著水平;在A2条件下,B1K2水平L*值最大,与B3K1、B3K2水平存在显著差异,其他处理间差异不显著;总体来看,处理A1B1K2的L*值比处理A2B1K2提高 11.9 %;由a*和b*值变化看出,在A1条件下,B1K2水平a*值最大,各个处理间差异不显著;在A2条件下,B1K1水平a*值最大,与B3K1、B3K2水平存在显著差异,其他处理间差异不显著;总体来看,处理A1B1K2的a*值比处理A2B1K1提高 5.6 %;由C值来看,在A1条件下,B1K2水平C值最大,B1K1水平次之,均与其他处理差异达显著水平;在A2条件下,B1K1水平C值最大,与B3K1、B3K2水平存在显著差异,其他处理间差异不显著;总体来看,处理A1B1K2的C值比处理A2B1K1提高 11.3 %;由H值和h值的参数变化来看,在A1条件下,B1K2水平H值最小,h值最大,各个处理间差异不显著;在A2条件下,B2K2水平H值最小,h值最大,与B3K1、B3K2水平存在显著差异,其他处理间差异不显著;总体来看,处理A1B1K2的H值与h值稍大于处理A2B2K2;由此可见,双行种植模式下,低密度,多留果穗数处理的番茄果皮亮度更大、果实更易着色、果实颜色形成效果也更好、更有利于番茄色泽鲜艳。
图6 不同种植模式、密度与留果穗数对番茄果实色泽参数影响Fig.6 Effects of different planting patterns, densities and fruit clusters color parameters
表5 不同种植模式、密度与留果穗数对番茄产量的影响
2.3.4 果实分级 质量是果实性状最基本的指标,也是在果实无损分级下较为容易获取的指标。在果实分级中,常以单果重作为主要的分级指标[12]。由图7 可知,在A1及A2条件下,随着栽培密度与留果穗数的增加,不同质量等级果型的番茄数量呈现不同趋势;其中A1条件下,B1K1水平中型果等级数量达到最大值,其余果型等级分配均匀,果形端正且大小一致,分级较合理。B1K2水平和B2K2水平次之,B3K2水平果实大小不完全一致,增加了果实商品的分级难度。在A2条件下,B1K1水平中型果等级数量达到最大值,其余果型等级分配均匀,果实大小分配合理且美观,B1K2水平次之。综合评价结果为处理A2B1K1果实分级最合理,处理A1B1K1次之。由此可见,单行种植模式下,低密度、少留果穗数处理的番茄果实分级更美观且符合人群消费青睐。
栽培密度是作物发育和产量的主要影响因子之一。如表4所示,在A1及A2条件下,各处理平均单果重、小区平均产量、产量随种植密度和留果穗数增大,不同处理间差异达显著水平;在A1及A2条件,同一密度水平下,随着留果数增加,平均单果重呈减少趋势,且留3穗果水平的单果重均大于留4穗果水平的单果重,折合产量呈增加趋势;A1条件下,其中B1K1水平单果重最大,为 175 kg,比B3K2水平单果重提高 60.6 %,B3K2水平产量最大,为 100 224.3 kg/hm2,比B1K1水平产量提高 61.3 %;A2条件下,其中B1K1水平单果重最大,为146 kg,比B3K2水平单果重提高 24.8 %,B3K2水平产量最大,为 87 300.0 kg/hm2,比B1K1水平产量提高 35.9 %;总体来看,处理A1B1K1单果重比处理A2B1K1提高 19.9 %;处理A1B3K2产量比处理A2B3K2提高 14.9 %;由此可知,不同种植模式、密度及留果穗数对产量具有显著影响。双行种植模式下、高密度,多留果穗数处理有利于番茄增产。
图7 不同种植模式、密度与留果穗数对番茄果实分级的影响Fig.7 Effects of different planting patterns, densities and fruit clusters on fruit classification
番茄植株的生长性状及生理特性受个体发育状况、群体结构内光分布和通风状况等环境因素的影响。本试验中,分析不同种植模式、密度以及留果穗数对植株长势产生影响的原因可知,植株长势趋势不同,说明不同处理下番茄植株株间发生了相互影响。在种植模式、留果穗数相同条件下,当密度增大时,由于田间郁闭度大,植株个体多,光照和养分供给不足,通风透光性弱,在某种程度上,植株很容易出现徒长现象,这样就会抑制株高、茎粗和叶面积等长势,甚至还会影响果实大小,不利于产量的提高,最终导致植株产生衰弱现象。所以番茄植株的茎粗、叶面积随着栽培密度的增加呈减少趋势;叶绿素含量是反映作物光合能力的一个重要指标[13]。在种植模式为单行,留果穗数相同,高栽培密度下,由于植株间竞争力的存在导致养分光照等条件不足,叶绿素含量减少,光合产物少,从而对植株生长产生一定的影响。这与王强等[2]试验中研究结果相似。光合作用是植物最重要的生理过程,产量主要依赖于光合作用,但光合能力的强弱受生理机能和外界环境双重影响[15],在高密度下,田间郁闭度大,会影响光合参数,从而影响植株的生长发育和产量。
合理的栽培密度和留果穗数是充分挖掘番茄产量潜力的关键。在本试验研究中,种植模式、栽培密度及留果穗数对日光温室番茄产量有一定的影响。双行种植模式的番茄产量高于单行种植模式番茄产量,在双行种植模式条件下,栽培密度为 54 000株/hm2、留4穗果处理的番茄产量最高,达 100 224.3 kg/hm2,但其平均单果重为 109 g,果形偏小,不适于在生产中推广。栽培密度为40 500株/hm2、留4穗果果处理的番茄,产量次之,达 95 047.2 kg/hm2,其平均单果重 142 g,其植株生长健壮,既保证了产量,且综合指标表现较好。叶林等[14]研究得出产量最高的组合为密度 900 000 株/hm2、留4穗果,产量达2 164 050 kg/hm2。鉴于本试验栽培密度相对较小,留果穗数少,产量较低。造成这一现象的原因可能是密度小的处理番茄个体发育比较健壮,植株各项生理机能较强,但是密度若过低,光照会损失严重,导致光能利用率下降,密度过大,由于营养竞争问题, 影响个体发育, 容易形成弱苗,从而影响单产[15]。此外与第一穗果的平均单果重及产量均很低有关。因此在后期田间种植时考虑将第一穗果直接疏除,以避免养分的消耗,便于通风透气。
色泽对番茄的商品价值起着重要作用,同时是影响人们选购番茄的一项重要指标,着色均匀、鲜红是消费者挑选的重要评判标准[16]。有关色差计测定某些色泽参数与颜色的关系,在该实验研究中得出结论,种植模式与留果穗数水平相同条件下,低密度栽培更利于番茄色泽鲜艳。本试验条件中,仅利用色差计来检测番茄果实颜色的变化程度,有必要进一步加强色泽参数与色泽变化规律研究与探讨,并建立番茄色泽变化动力学模型,为番茄的生产实践提供理论参考。在设施番茄栽培种,果实分级是采后加工的重要环节之一,与农业的综合效益和国际市场的竞争力息息相关[17]。本试验条件中,将单果重作为分级标准,但仅用单果重划分果实级别并不能实现较好的分级,构建合理的商品性。番茄果实分级标准规格,有待日后进一步研究与探讨。
通过番茄生长、生理特性、品质及产量等因素的综合考虑,得出本试验中种植模式为A1:双行、栽培密度为B2:40 500株/hm2、留果穗数为K2:留4穗果(A1B2K2)较合理,适宜在宁夏贺兰县地区春季栽培推广。