基于农机农艺结合的不同株行距配置对塑料大棚番茄果型分级及冠层特性的影响

伏文卓，李涛涛，高艳明,2，李建设,2

(1.宁夏大学 农学院，银川 750021 ；2.宁夏现代设施园艺工程技术研究中心，银川 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]，在全球各地广泛栽培。株行距配置是协调密度条件下个体通风受光条件及营养状况并最终作用于产量的重要因素之一[2]。有研究表明，密度是决定作物群体冠层结构特性的关键因素，对冠层结构和功能的影响大于其他栽培措施[3-5]。Davis等[6]研究表明，过高或过低的密度均会破坏个体与群体间的生长平衡。因此合理的栽培密度，才能促使群体与个体均衡发展，以期获得理想的产量和品质。

关于番茄种植密度国内外学者已进行了较多研究[7-14]，但多数仍在常规行距下进行，鲜有对大行距栽培模式的研究，对于作物群体冠层结构的研究也多集中在玉米[15]、水稻[16]、大豆[17]、小麦[18]等作物上。此外，随着工业化和城镇化进程地不断加快，农村劳动力加快转移，农业生产“用工难”“用工贵”问题日益突出，未来农业必将趋向于机械化，逐渐实现起垄、覆膜、定植、打药、采收等农事操作的机械化。为了顺应未来农业发展的潮流，解决实际生产中的问题，具有通风透光、节省劳动成本、便于机械化操作、提前植株生育期等优点的大行距种植模式已是大势所趋。田兴武[19]研究表明，大行距栽培示范与常规行距栽培相比较，番茄平均产量增加，收入增加6 120.2元/667m2。王继涛等[20]研究表明，仅挖沟、埋秸秆、起垄、铺设滴管、定植环节比对照每公顷节省劳动用工35.7%，节约成本1 6810.5元/hm2，上市期提前5 d，产量增加26.68%，病虫害发病率明显降低。相比日光温室，塑料大棚因垄向与棚室建造方向一致，更便于实现机械化，因此关于塑料大棚番茄大行距栽培模式亟需成熟的技术参考。基于此，探讨农机农艺结合的不同株行距配置对塑料大棚番茄果实商品性、冠层特性及产量的影响具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年3月—10月在银川国家农业科技园核心区(宁夏园艺产业园)大跨度塑料大棚内进行，塑料大棚建造结构为跨度16 m、脊高5.8 m、长80 m，中间无立柱。试验期间塑料大棚内平均气温为21.70 ℃，平均湿度为58.59%，地下0 cm、10 cm、20 cm、30 cm平均土壤温度分别为21.27 ℃、20.22 ℃、19.66 ℃、19.48 ℃，平均土壤水分为30.54%，平均光照度为15 962.81 lx，平均光照时长为13.3 h。供试番茄品种为‘丰收128’，由宁夏巨丰种苗有限责任公司提供。利用旋耕机翻耕土壤20 cm深后耙平，翻地前各处理均施入等量底肥，为青牧原有机菌肥2 kg/m2(N+P2O5+K2O≥5% ，有机质≥45 %，复合生物菌≥4亿/g)，起40 cm高垄，每垄安装两条内镶贴片式滴灌袋并覆银色薄膜。定植后1周内只灌溉清水，开花期及坐果期利用水肥一体化系统追施大量元素水溶肥(总养分≥56%)及微量元素(Zn 0.05%、B 0.1%、Mn 0.05%、Mo 0.005%)。每畦双行定植，单杆整枝，吊蔓后张挂黄、蓝板防虫，及时浇水、打杈、通风，保证植株有良好的生长环境。其他田间管理同常规。

1.2 试验设计

试验设5个密度(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)与3个行距(R1：1.2 m、R2：1.35 m、R3：1.5 m)，采用双因素随机区组设计，组合成15个处理，如表1所示，重复3次，小区面积为5.13 m2。

表1 不同处理的行距与密度Table 1 Row spacing and density of different treatments

1.3 测定项目及方法

1.3.1 果实分级 每穗果70%以上转色后成熟采收时，每个处理按小区共取90个果实，根据单果质量(G)进行果型大小分级，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)，记录各果型数量、质量量并计算个数占比。

1.3.2 品质指标 第3穗果采收时，每个处理随机采15个鲜果样。用水杨酸法[21]测定硝酸盐含量；用蒽酮比色法[21]测可溶性总糖；用钼蓝比色法[21]测维生素C；用TD-45数字折光仪测可溶性固形，用酸碱滴定法[21]测有机酸，并计算糖酸比(可溶性固形物含量/有机酸含量)。

1.3.3 冠层特性 在盛果期使用量角器测定植株中部功能叶的叶倾角；使用 Sun Scan冠层分析系统(英国 Delta 公司)测定番茄叶面积指数(LAI) 、散射光合有效辐射比例(BF)、透射光合有效辐射(PART)、入射光合有效辐射(PARI)，并计算透射率(Tr)。每个处理重复测定5次[22]。

1.3.4 产量 每次采收时记载采收时期、采收数量与质量，计算单果质量、单株产量，最后折合成667m2产量。

1.3.5 农机农艺结合程度及效果评价 描述并分析各行距与密度下农机农艺结合的效果。

1.4 试验数据处理

用Microsoft excel 2010整理数据并作图，SPSS 17.0软件对数据作方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同株行距配置对果型分级个数占比的影响

果型大小及其均一性是评价果实的商品性的重要指标。在果实分级中，常以单果质量作为主要的分级指标[23]。目前最受市场欢迎的番茄果型主要是M型果(即180～220 g)，S型、L型果次之，而过大或过小都较难高价出售。

由图1可知，在3种行距下，种植密度与产出果型呈反比，即低密度产出大型果，高密度则产出果型偏小。XS型个数占比最大的是R1D5，R1D4次之，R2D2最小；S型亦是R1D5最大，R2D5次之，R2D1最小；M型个数占比最大的是R3D2，为39.53%，R3D4次之，为37.27%，分别较最小的处理R1D5高出72.70%、71.00%；L型个数占比最大的是R2D1，R2D2次之，R1D5最小；XL型个数占比最大的是R2D1，R3D1次之，亦是R1D5占比最小。S～L型之间占比最大的是R2D2，为 80.85%，R3D4次之，为76.39%。综合考虑而言，R3D4在M型与S～L型之间个数占比表现均较佳，密度为D2、D3的处理产出M型果亦较多。

图1 不同株行距配置果型分级个数占比Fig.1 Proportion of different fruit type numbers under different plant and row spacings

2.2 不同株行距配置对番茄果实品质的影响

番茄果实中的糖度、酸度和糖酸比的大小，直接影响着果实的风味和口感，而可溶性固形物含量、可溶性糖含量和有机酸含量是衡量番茄品质的重要因素[24]。由表2可知，维生素C含量R1D2最高，R3D4与之无显著差异；硝酸盐含量R3D4最低，为0.075 mg/kg，较最高处理R1D2低38.02%；可溶性糖含量R3D1最高，R2D4、R3D4次之，三者之间无显著差异；可溶性固形物含量R1D1最高，其与R2D4、R3D1、R3D2、R3D4之间均无显著性差异，但显著高于其他各处理；有机酸含量R2D3最低，R3D4与之无显著差异，分别较最高处理R1D1低20.45%、13.64%；糖酸比仅R3D1显著高于R1D5，其余各处理之间均无显著差异。因此就品质方面而言，R3D4处理不仅维生素含量、可溶性糖含量、可溶性固形物含量及糖酸比均高且硝酸盐与有机酸含量均低，综合表现最好。

表2 不同株行距配置番茄果实品质Table 2 Tomato fruit quality under different plant and row spacings

2.3 不同株行距配置对番茄植株冠层特性的 影响

由表3可知，不同株行距配置对番茄植株冠层特性影响显著。其中叶面积指数(LAI)表现为R2D2最高，R3D4与之无显著差异；透射光合有效辐射(PART)、光合有效辐射透射率(Tr)则均表现为R1D1最高，R3D4与之无显著差异；入射光合有效辐射(PARI)则表现为大行距高密度接收光能更多，其中R3D3最大，R3D4、R3D5次之，三者之间无显著差异，表明大行距可以有效避免番茄栽培畦间遮光问题；散射光合有效辐射比例(BF)R1D2处理最大，为 0.804，显著大于其他各处理。叶倾角为 79.33°～104°，整体表现为随着株距的增大而减小，株距较小，叶片上举，优化了株型，提高了其群体下层叶通风透光能力；株距较大，叶片趋于平展，加大受光面积。其中R1D1叶倾角值最大，与R2D1、R3D1无显著差异，但显著大于其他处理。因此就冠层特性而言，R3D4表现最佳，其叶面积指数、光合有效辐射透射率(Tr)、散射光合有效辐射比例均较大，入射光合有效辐射也偏高，叶倾角适宜。

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

2.4 不同株行距配置对产量的影响

由表4可知，不同株行距配置对番茄产量影响显著。在同一行距下，单果质量随着密度的增加，整体呈减小趋势，R1D1、R2D1最高，分别为204.30 g、203.23 g，且显著高于其他各处理，R1D2次之，为182.03 g分别较最低处理R3D5高出30.3%、29.9%、21.7%；单株产量R1D1最高，为13.23 kg，R1D2与之无显著差异，为11.53 kg；折合产量R1D5最高，为17 771.92 kg，R1D2与之无显著差异，为15 380.65 kg，较产量最低处理R2D4分别高出41.6%、32.5%。因此就产量而言，R1D2、R1D4、R1D5处理均表现较佳，其中R1D2单株产量、前期产量及折合产量均与最高处理无显著差异，且单果质量仅次于R1D1、R2D1，而R1D4、R1D5折合产量显著高于除R1D2外的其他各处理。

2.5 番茄冠层特性与产量及品质的相关关系

由表5可知，冠层特性各指标中LAI与透射光合有效辐射和光合有效辐射透射率呈极显著负相关，相关系数分别达-0.912、-0.929；透射光合有效辐射与入射光合有效辐射、光合有效辐射透射率呈极显著正相关，相关系数分别达0.302、0.985；入射光合有效辐射与散射光合有效辐射比例呈极显著正相关，相关系数达0.354;散射光合有效辐射比例与单果质量、单株产量、折合量呈极显著正相关，与可溶性糖含量呈极显著负相关，与糖酸比呈显著负相关；单果质量与单株产量呈极显著正相关，与有机酸、可溶性固形物含量呈显著正相关；单株产量与折合产量呈极显著正相关，与有机酸呈显著正相关；折合产量与可溶性糖含量呈显著负相关；有机酸含量与可溶性固形物含量呈极显著正相关；可溶性糖含量与糖酸比呈极显著负相关。因此冠层特性各指标之间相关关系密切，而散射光合有效辐射比例是冠层特性中一个重要的参数，其与产量、品质密切相关。

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

表5 番茄冠层特性与产量及品质的相关关系Table 5 Correlation between tomato canopy characteristics and yield and quality

2.6 不同株行距配置对农机操作的影响

在番茄生产过程中，伴随着定植前的整地、起垄、覆膜、铺设滴灌带，定植后的吊蔓、绕蔓、打侧杈、打药、采收、拉秧等诸多繁杂的农事操作，农机农艺融合的重要性和迫切性日趋明显，而常规的小行距栽培模式极大限制了农机农艺结合的推进。大行距具有减少栽培畦、便于机械通行和掉头、节省材料用量(吊蔓的铁丝、承重支柱、铺设的滴灌带、地膜等)、减少劳动量、节约时间等优势。行距越大，则更具优势。

根据实际生产情况，经计算，相同面积的地块，R3较R2、R1垄数分别减少10%、20%，材料用量(如铁丝、承重支柱、铺设的滴灌带、地膜)相应的分别减少10%、20%。经测量，各行距在秧苗吊蔓前垄间走道宽分别为1.5 m、1.8 m、 2.1 m，吊蔓后，为了保证同一垄上的双行植株间的通风，增加了同一垄上双行之间的间距，加之两侧植株叶片向垄间伸展，中间走道变窄，分别为1.2 m、1.5 m、1.8 m。此外，在喷施叶面肥及药剂时，D1密度过小容易造成浪费，D5密度过大易造成喷洒不均匀。

因此就与农机结合而言，行距R3(1.5 m)最优，更便于机械的通行掉头、人工辅助及节约时间与成本，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 讨 论

通过结果分析，在3种行距下，种植密度与产出果型呈反比。这与何娜等[25]研究结果一致。低密度可以保证植株个体有充分的养分、水分吸收，无论对营养生长还是生殖生长均有利。潘德怀等[10]研究得出随着种植密度的降低，平均单果质量增加；刘旭[11]也认为单果质量与种植密度呈负相关，这与本试验结果一致。而另有研究表明不同品种随着番茄种植密度的增加，单果质量及产量均呈现先增加后减弱的趋势[12]。笔者认为这与设置的密度梯度相关，有待进一步试验验证。

本研究结果表明随着密度的增加，番茄冠层内透光率呈递减趋势，这与刘旭[11]的研究结果一致。茎叶夹角越大，叶片越趋于平展[26]。本试验结果表明同一行距下，随着密度加大，叶片上举，叶倾角减小，增加透光率，这也反映植物自身的调节能力。杨贺等[27]开展了关于日光温室冬春季不同种植密度番茄植株群体光分布特性和冠层结构的试验，结果表明，随着密度增加，番茄植株群体叶面积指数和叶面积密度正向变化；相同密度条件下，由于光环境的改善，番茄植株群体叶面积指数和叶面积密度均增加，这与本试验结果一致。

就产量而言，单果质量在同一行距下随着密度的增加，整体呈减小趋势。折合667m2产量整体上R1行距下较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，大棚番茄在窄行距条件下比宽行距条件下产量更高。番茄植株间距对叶片面积和冠层光合作用有较大影响。窄间距条件下果实产量增加的主要原因是作物生物量的增加和分配给果实的总同化物的可用性的增加。狭窄的空间对番茄果实大小有不利影响。

通过对各项指标进行相关性分析得出，冠层特性各指标中散射光合有效辐射比例与单果质量、单株产量、折合667m2产量呈极显著正相关，与可溶性糖含量呈极显著负相关，与糖酸比呈显著负相关。这说明散射光合有效辐射比例是一个非常重要的冠层特性参数，但在雷逢进等[29]的研究中甚少考虑。

虽然目前农业机械化及其自动化成果较为显著，但大多主要表现在大田农业，而设施农业尤其是塑料大棚、日光温室等由于空间有限，可机械化操作之处仍待挖掘。农业管理部门要认识到农机农艺融合的重要性和迫切性，并在此基础上调整农机农艺的协调模式，这样才能更好的发挥出农机农艺在农业发展方面的效用，推动我国农业朝着现代化和高效化的方向发展。

4 结 论

通过对番茄果型分级、营养品质、冠层特性及产量的比较，结果表明，种植密度与果型大小呈反比；R3D4处理在果型分级、品质指标及节本增效方面综合表现最佳，但其产量较R1D2、R1D4、R1D5低，为12 922.40 kg，其中R1D5折合667m2产量最高，达17 771.92 kg，R1D4次之，但二者在其他方面表现均较差，而R1D2折合667m2产量仅次于R1D4、R1D5，达15 390.65 kg，且在果型分级、品质指标亦表现较佳。因此综合考虑各项指标，R1D2处理(即行距1.2 m密度为1 668 株/667m2)、R3D4(即行距1.5 m密度为2 334 株/667m2)为宁夏地区大跨度塑料大棚农机农艺结合较适宜的两种株行距配置方式。