种植密度对日光温室东西垄向栽培番茄产量构成及光环境的影响

杨冬艳，桑 婷，冯海萍，王 蓉，马 玲

(1.宁夏农林科学院 种质资源研究所，宁夏 银川 750002； 2.吴忠国家农业科技园区管理委员会，宁夏 吴忠 751100)

不同栽培垄向可以改变作物冠层的光辐射截获量和光线在冠层内的透射率，影响作物的光合效率[1]。目前，大部分日光温室蔬菜种植垄向仍然以南北朝向为主，由于南北距离短、垄间过道狭窄，农机具往往需要频繁进行转垄掉头，无法高效、高质地完成生产作业[2]。日光温室蔬菜栽培大部分田间操作是由人工完成，机械利用率低，人工劳动强度大，工作效率低，而且从业劳动力紧缺等问题越来越严重[3]。为提升日光温室机械化应用水平，近年来，研究者进行了日光温室蔬菜东西垄向栽培模式的探索。杨雨松[4]研究发现，东西垄向栽培番茄冠层空气温度高于南北垄向，冠层空气湿度和基质温度低于南北垄向，在相同栽培密度下，东西垄的产量高于南北垄向，且以东西垄向2.6株/m2的栽培密度进行生产可得到最高产量；梁子玉[5]研究发现，在33 000株/hm2的条件下，东西垄向番茄产量高于南北垄向。在散射光日光温室中，东西与南北垄向番茄冠层的光照累积量无显著性差异，种植垄向对番茄的生长和产量没有产生影响，可以采用东西垄向的种植方式替代南北垄向进行番茄生产[6]。宁夏吴忠国家农业科技园区大跨度日光温室(净跨15 m)中番茄东西向栽培与常规南北栽培相比较，日光温室东西垄向定植、不同整枝高度轻简栽培模式下，樱桃番茄产量提高28.11%[7]。日光温室番茄生产中采用东西垄向栽培具有可行性，为探寻宁夏地区日光温室春夏茬番茄适宜栽培群体模式，在10 m跨度温室采用东西垄向栽培番茄，设置不同栽培密度，通过分析不同栽培垄向番茄产量构成及群体光环境特征，探索春夏茬东西垄向栽培番茄最优种植模式，为提升番茄机械化应用水平提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地点

试验地点在宁夏吴忠国家农业科技园区孙家滩设施农业基地(106°6′26″E、37°57′10″N)，属大陆性干旱、半干旱气候，海拔高度1 130 m，全年光照时间达3 000 h，全年太阳辐射700 kJ/m2，年平均气温8.8 ℃，年平均降水量193 mm，年蒸发量2 013 mm，气候干燥,无霜期170 d左右。试验温室净跨10 m、脊高5 m、长72 m，后墙为夯实土墙，采光面为钢架结构。

1.2 试验设计

试验番茄品种为粉宴1号，2018年3月30日定植，采用双因素试验设计。因素A为不同栽培垄，东西方向共起5垄，温室中由北向南依次为第1、2、3、4、5垄，编号依次为A1、A2、A3、A4、A5。垄底宽均为70 cm、垄面宽50 cm、垄高25 cm、垄道间距1.1 m、垄中心间距1.8 m。B因素为密度处理(番茄每垄种2行，各处理行距均为30 cm、株距不同)，B1:株距33 cm，密度为30 000株/hm2；B2:株距26.5 cm，密度为37 500株/hm2；B3：株距22.2 cm，密度为45 000株/hm2。小区面积65 m2，重复3次,依次排列，田间试验布置如图1所示。底肥均为腐熟羊粪75 m3/hm2、磷酸二铵450 kg/hm2。垄面铺设2行滴灌带，采用比例施肥泵进行施肥，各处理水肥管理一致。番茄留6穗果，7月底拉秧。

1.3 测定指标及方法

利用手持照度计进行番茄群体光环境测定，植株全部整枝摘心结束后，每个处理在5个栽培垄南北两面距番茄植株10 cm处测量。测量高度为垂直地面40 cm(冠层下部)、100 cm(冠层中部)和植株顶端冠层处。测量光照强度时，田间每个重复间隔1 m测量3次，每个点位为9个测量数据平均值。将同一高度不同点位重复的光照强度数值平均，并利用Origin 9.0作图。

番茄冠层透光率Rt=Qh/Q0[5]，式中:Rt为番茄冠层光照强度透光率,Qh为从地面算起h高度处的南北两边平均光照强度,Q0为群体顶端的光照强度。

记录每次采收番茄的小区产量，选择第3穗果成熟度一致的番茄进行品质分析。果实采用四分法取样，维生素C含量采用2,6-二氯靛酚法测定，可溶性糖含量采用蒽酮法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定，总酸采用滴定法[8]测定。

1.4 数据分析

采用DPS软件进行数据分析及双因素Duncan’s多重比较。

2 结果与分析

2.1 种植密度对东西垄向栽培番茄产量构成和产量分布的影响

在番茄栽培中，适宜的群体结构和合理的源库比例是高产的基础，种植密度、单果质量和单株产量是番茄产量主要构成因素。采用东西垄向栽培，不同垄之间番茄产量构成因素有显著差异，Duncan’s多重比较结果 (图2A、2B、2C) 表明，温室中栽培垄对番茄单果质量、单株产量和单位面积产量均有极显著影响(P=0.003 8、0.000 0、0.000 1)。靠近温室南边的A5垄上的番茄单果质量最大，其后依次为A4、A1、A2、A3。单株产量和单位面积产量由高到低依次为A5、A4、A3、A2、A1，栽培垄之间差异显著。密度则对单果质量和单株产量影响显著(P=0.016 0、0.000 0)，对单位面积产量影响不显著(P=0.155 8)。不同密度处理下单果质量B1大于B2、B3，单株产量由高到低依次为B1、B2、B3，单位面积产量B1高于B3、B2。综合5垄产量，不同密度番茄产量由大到小依次为115.73 t/hm2(B1)、113.03 t/hm2(B3)、105.62 t/hm2(B2)。

由图2D可见，从产量分布来看，各垄间番茄产量呈由南向北递减趋势，最南垄A5产量占5垄总产量的24.08%～24.76%，最北垄A1产量只占总产量的12.07%～14.87%，南侧两垄产量之和占总产量近50%。

2.2 种植密度对东西垄向栽培番茄果实营养品质的影响

由表1可见，果实的营养品质指标对栽培垄和密度处理的响应特征各不相同，同一指标处理之间差异显著。其中，温室中不同栽培垄之间番茄果实可溶糖含量差异显著，依次为A2>A1>A3>A4>A5；可溶性固形物对不同栽培垄种植响应不敏感，只有A4显著高于其他4垄。可溶性糖及可溶性固形物在不同密度处理间差异显著，均为B1>B3>B2。B1处理的果实糖酸比和总酸含量显著高于B3；B2的糖酸比显著低于B1,总酸含量与B1没有差异；温室北侧的A1和A2栽培垄的番茄糖酸比显著高于A3、A4、A5。综上，在东西垄向栽培模式下，温室北侧的栽培垄番茄果实糖含量和糖酸比高于温室南侧，降低密度有助于果实糖含量和糖酸比的增加。不同栽培垄对番茄果实可溶性蛋白含量影响较小，但密度处理之间差异显著，表现为B1>B3>B2。番茄果实维生素C含量处理之间差异显著，不同栽培垄依次为A1>A3>A2>A4>A5,不同密度依次为B3、B1>B2。

表1 种植密度对东西垄向栽培番茄果实营养品质的影响 Tab.1 Effects of planting density on nutritional quality of tomato fruit in east-west ridge

多重方差分析表明，不同栽培垄对番茄果实糖酸比有显著影响，密度处理则对可溶性蛋白和可溶性固形物有显著的影响，二者交互作用对试验所测番茄果实各营养指标均有极显著影响。

2.3 种植密度对东西垄向栽培番茄冠层光照强度和分布特征的影响

2.3.1 种植密度对东西垄向栽培番茄冠层光照强度的影响 冠层中光分布造成的光合作用差异远远大于其他因素所造成的差异[9],而冠层结构是影响作物冠层内光分布的重要因素[10]。由图3可见，在东西垄向栽培模式中，不同密度处理之间番茄群体冠层顶部光照强度没有显著差异，由北向南垄间番茄冠层顶部光照强度逐渐降低。在番茄群体冠层中部，同一栽培垄双行定植的番茄南行(向阳侧)光照强度显著高于北行(背阴侧)，且越靠近温室南边的栽培垄番茄植株南行对北行的遮阴比例越高。计算各栽培垄南北行平均透光率发现，从北行向南行透光率由10%增至50%左右，其中，第1～3垄透光率在10%左右，第4垄透光率在17.2%～32.2%，第5垄透光率为28.5 %～45.3%，且随着种植密度的降低，透光率逐渐增加。在冠层底部，所有栽培垄平均透光率在1.2%～3.8%，随着密度降低透光率增加。综上，采用东西垄向栽培番茄时，减少栽培密度可提高番茄冠层中下部透光率，双行定植同一栽培垄南北行光照强度差异较大。

2.3.2 种植密度对东西垄向栽培番茄冠层光照分布的影响 由图4可见，随着种植密度的增加，番茄植株冠层中部光照强度较强的红色区域减少，光照强度较弱的蓝色区域增加。番茄植株冠层下部为第1穗果坐果区，不同栽培垄冠层下部光照强度由北向南逐渐降低，由高到低依次为A1、A2、A3、A4、A5。受种植密度影响，B1和B2冠层底部光照强度显著高于B3，B1和B2 之间没有显著差异。综上，采用东西垄向种植番茄，在固定株高的情况下，冠层底部光照强度均出现由北向南逐渐降低的趋势，冠层中部则是逐渐升高；随着种植密度的减少，番茄植株冠层上、中、下部光照强度均增加，B1处理光环境显著优于B2、B3。

3 结论与讨论

不同垄向栽培效果与地理纬度、作物种类和品种、田间定植方式、密度、生长季节都有一定关系[11]，日光温室栽培垄向主要影响作物群体的光照条件[12],进而影响作物的光合作用和产量。日光温室常规南北种植模式中，由于温室南北光照分布不均，北边光照弱作物易徒长，导致棚内植株长势不齐,但同一栽培垄双行栽培东西两侧光照一致[13]。本研究结果表明，东西垄向栽培模式下，番茄冠层顶部和下部光照强度由北向南逐渐降低，而冠层中部光照强度逐渐升高；各栽培垄番茄冠层中部南北透光率差异显著，透光率从北向南由10%增至50%左右，同一栽培垄随着密度增加透光率显著降低，这可能与不同种植密度下番茄群体叶片数量、叶面积指数差异有关。密度较小的B1处理番茄果实可溶性糖、糖酸比和可溶性蛋白含量最高。光合作用生成的糖转运是果实糖分积累的主要来源之一[14]，遮光处理下番茄果实内蔗糖含量较正常光照低30%、己糖含量低近50%[15]，说明B1处理果实较高的糖含量可能与其冠层中部(坐果区域)透光率较高有关。因此，采用东西垄向栽培模式时，温室南北光照分布不匀，且同一栽培垄番茄双行栽培南北两边差异尤其显著，可在密度不变的条件下改双行模式为单行种植，或对北边进行局部补光，以减少南北光照差异。

种植密度是影响产量的主要因素之一，不同作物因其不同的栽培模式、管理方式、种植季节而都有各自适宜的密度[15]。番茄群体内部太阳辐射量受植株密度及高度影响，种植密度越大，透光性越差，栽植过稀，光能利用率下降[16]。在一定范围内随着密度、留果数的增加，番茄产量也增加，但超过一定范围后，产量呈下降趋势[17]。此外，栽培过密时植株间通风受影响，局部湿度过大，诱导灰霉病的发病[18]。因此，在日光温室特殊的栽培环境条件下，确定适宜的栽植密度十分重要[19]。在北方日光温室常规南北番茄栽培中，姜克伟等[20]、王强等[21]进行了番茄适宜种植密度试验,认为种植密度54 000株/hm2时产量最高；周怀兵等[16]认为，当番茄栽培密度为 21 000株/hm2、单株留7穗果时单株产量最高，栽培密度为42 000株/hm2、单株留5穗果时单位面积产量最高。从本试验栽培密度对产量的影响分析，B1和B3产量均显著高于B2，B1和B3的产量没有显著差异，B1的产量优势体现在较高的单果质量和单株产量，而B3的产量优势则在单果质量和单株产量与B2相近的条件下的株数优势；从东西垄向产量分布特征来看，靠近南边的2垄产量占总产量的近50%，说明在宁夏地区温室中采用东西垄向栽培时，可在北侧第1～3垄适当补光以增加产量。综合考虑种苗投入成本及管理成本，宁夏地区春夏茬东西垄向栽培番茄可采用30 000株/hm2的种植密度，此密度下光照环境最优，品质较优，投入最少，产出最高。