大垄双行模式下设施番茄生长发育及土壤硝态氮研究

韩瑛祚王秀娟刘慧屿何志刚董 环娄春荣

(辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所,辽宁 沈阳 110161)

我国是世界上番茄栽培面积最大的国家,在蔬菜量中占比 7.1%[1,2]。同时,番茄也是辽宁省蔬菜生产的主要种类,种植面积位居第4,排在超百万亩的大白菜、马铃薯、黄瓜之后。其中,设施番茄生产面积占75%,而露地生产面积仅占25%[3]。由此可见,设施番茄生产在蔬菜产业中占有举足轻重的位置。

我国设施大部分以日光温室为主,由于其密闭的空间环境及高密度种植模式,造成温室湿度大,光照强度弱,番茄病虫害日益严重,产量增加缓慢,果实品质急剧下降[4]。垄作栽培是改善设施番茄生产现状的有效措施之一,它通过开沟起垄,改变田间微地形,有效协同水、肥、气、热、光、温等因素,为作物生长提供良好环境。目前,我国的蔬菜垄型结构可主要分为3 种典型类型:一是宽平垄(垄距180 cm,垄沟宽30 cm),主要适用于平原地区露地蔬菜以及连栋大棚,常见于叶用莴苣、普通白菜和青花菜等叶(花)菜类蔬菜作物,常见于上海地区的叶菜生产,以及东北地区的胡萝卜生产;二是中高垄(该垄型垄距120 cm,垄沟宽30 cm),适用性较广,主要适用于番茄和辣椒等茄果类蔬菜,常见于江苏、安徽、山东等地;三是高窄垄(垄距90 cm,垄沟宽30 cm),主要适用于草莓、甘薯等少数蔬菜作物[5]。

据调查,目前辽宁设施番茄栽培垄作模式主要包括单垄单行(垄距100 cm,垄沟宽30 cm)和大垄双行(垄距150 cm,沟宽30 cm)两种模式。单垄种植作为辽宁地区设施番茄的传统种植模式,目前多见于朝阳、铁岭和北镇等地。由于大垄双行种植模式易于工人日常操作,便于对番茄整枝、打岔、采收等日常管理,因而近年在农户实际生产中逐渐兴起。然而,大垄双行种植模式对设施番茄产量、生长发育及设施土壤的影响尚未可知。为此,本研究基于设施番茄生产实际,拟探讨大垄双行种植模式对设施番茄生长发育及土壤硝态氮的影响,为此,本研究开展了相关试验,以期为进一步提高设施番茄生产能力提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

本研究试验地点位于辽宁省农业科学院蔬菜大棚试验基地(N41°49′, E123°32′)。该研究地点属于四季分明的暖温带大陆性气候。耕层(30 cm)土壤有机质含量为26.9 g/kg,全氮含量为1.77 g/kg,全磷含量为1.79 g/kg,全钾含量为19.9 g/kg,pH 值为 6.45,土壤容重为1.28 g/cm3,田间持水量为29.3%。

1.2 试验设计

本试验共设置2个处理,T1(单垄单行):采用单垄种植模式,垄距100 cm,沟宽30 cm,单行种植,行距100 cm,株距30 cm;T2(大垄双行):采用大垄双行种植模式,垄距150 cm,沟宽30 cm,番茄移栽种植于垄两侧,垄上行距60 cm,垄间行距90 cm,株距为20 cm。每个处理3次重复,随机排列,小区面积为30 m2(6 m×5 m)。供试作物为番茄,品种为“朗庭”,种植密度均为34 500株/hm2。番茄定植于2020年3月15日,收获于2020年8月10日,生长期间正常田间管理。各试验处理施肥量相同,其中 N:675 kg/hm2,P2O5:345 kg/hm2,K2O:503 kg/hm2。

1.3 样品采集与分析

产量:番茄收货时,每个小区各分产累加折算得各处理每公顷的经济产量。

果实全氮、全磷、全钾:在番茄盛果期采集5个果实,烘干待测,植物中氮、磷、钾的测定,用硫酸-过氧化氢消煮、全自动定氮仪测氮、分光光度法测磷、火焰原子吸收分光光度法测钾,具体参见NY/T 2017-2011。

果实氮(磷、钾)吸收量=果实干物质量×氮(磷、钾)含量。

植株光合效率:于早上9:30～11:30采用植物光合测定仪(6400)测定番茄叶片光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度及蒸腾速率等各指标。

土壤硝态氮:土钻法分别采集0～20 cm,20～40 cm,40～60 cm土层土壤,采用酚二磺酸比色法测定其硝态氮含量。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2007软件进行相关数据整理,利用SPSS 19.0软件进行相关数据的统计与分析。

2 结果与分析

2.1 大垄双行模式下番茄产量与经济效益

如图1所示,T1单垄种植番茄产量为99 668 kg/hm2,T2大垄双行种植番茄产量达到105 826 kg/hm2。与T1单垄植模式相比,T2大垄双行种植模式可使番茄增产6.2%,且差异达到显著水平。以当季番茄市场平均价格3元/kg计算,大垄双行种植模式下番茄产值可达317 478元/hm2,较单垄种植可增收18 474元。

图1 大垄双行模式下番茄产量Figure 1 Tomato yields under double row

2.2 大垄双行模式下番茄果实养分吸收量

大垄双行模式下的番茄果实养分吸收量见图2。如图所示,番茄果实养分吸收量中,吸钾量最高,其次为吸氮量,吸磷量最低。番茄果实N、P2O5、K2O吸收量在T1单垄种植模式下分别达到138.5、63.8、266.1 kg/hm2,在T2大垄双行模式下分别达到155.6、67.7、290.0 kg/hm2。与T1相比,T2番茄果实N、P2O5、K2O吸收量分别增加12.3%、6.2%、9.0%,且差异均达显著水平。

图2 大垄双行模式下的番茄果实养分吸收量Figure 2 Tomato nutrient absorption under double row

2.3 大垄双行模式下番茄光合效率

番茄在两种垄作方式下的光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳及蒸腾速率见表1。在番茄开花期,大垄双行处理番茄净光合速率显著高于单垄处理,胞间二氧化碳浓度表现出与净光合速率一致的结果,而两种不同垄作方式对番茄气孔导度与蒸腾速率无显著影响。在番茄的盛果期,大垄双行处理下的番茄净光合速率和及蒸腾速率略有提高,气孔导度和胞间二氧化碳浓度略有降低,但是均未达到显著差异水平。因此得出,大垄双行处理在番茄生长前期对作物光合参数影响较大,而对作物生长后期的光合参数影响较小。

表1 大垄双行模式下番茄光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳及蒸腾速率指标Table 1 Tomato photosynthetic rate, porosity conductivity, intercellular carbon dioxide and transpiration rate under double row

2.4 大垄双行模式下土壤硝态氮残留

大垄双行模式下的番茄土壤硝态氮残留量见图3。如图所示,土壤NO3--N主要集中在0～20 cm土层,随着土层深度的增加,NO3--N含量呈显著下降趋势。与T1单垄单行种植模式相比,T2大垄双行模式下不同土层深度土壤NO3--N含量均显著低于于单垄模式,在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层中,土壤NO3--N含量分别降低54.3%、33.7%、43.2%,平均降低43.8%。说明大垄双行种植模式有利于削减土壤NO3--N的残留,在0～20 cm土层中的削减效果最好。

图3 大垄双行模式下土壤硝态氮含量

3 讨论与结论

3.1 讨论

产量是经济活动最直接的体现,与作物种植模式密切相关。日光温室番茄实行大行距、小株距栽培,可以明显增加产量,提高经济效益[6]。相关研究表明,与常规1.0 m垄作相比,1.5 m垄作种植方式下番茄产量增加10.46%,氮吸收增加7.78%,磷吸收增加20.35%[7]。本研究中,大垄双行种植模式是增大了作物的行距,缩小了株距,保持种植密度与单垄种植一致的情况下,番茄产量得到显著提高,达到105 826 kg/hm2,可增产6.2%,每hm2增加收入18 474元,同时果实N、P2O5、K2O吸收量均显著提高,分别增加12.3%、6.2%、9.0%。

种植模式决定作物群体结构,不同的垄距与株距会造成温光等生态条件的差异,从而导致产量和养分吸收的不同。植物体内干物质约90%左右是来自光合作用的有机物质,改变垄距主要是影响光照强度和光照时间。单行距种植存在株间竞争大,株间相互遮荫及透光差的现象[8],造成番茄植株光照时间缩短,光照强度降低,番茄净光合速率降低。增加垄距,植株营养面积大,通风透光性强,光合效率高,干物质积累多,植株健壮[9]。本研究中,与单垄种植模式相比,大垄双行种植模式显著增加了番茄生长前期的净光合速率和胞间二氧化碳浓度,而对作物生长后期的光合参数影响未达显著水平。由于番茄生长前期处于株高较低的营养生殖阶段,此时的株高更能表现出大垄双行种植模式的透光优越性,番茄光合效率显著提升;而随着株高的增加,大垄双行种植模式对提高番茄光合效率的差异性不显著。本研究认为,大垄双行模式下番茄产量的提升是由于该模式增加了植株的透光性,提高了作物净光合速率和胞间二氧化碳浓度所致。

设施土壤盐分阴离子以NO3-为主,占土壤阴离子总量的67%～76%,并且在土壤剖面中大量积累,这对土壤、作物、环境及人体健康等带来潜在风险,制约了设施农业的可持续发展[10]。本研究中,由于大垄双行种植模式显著改善了番茄单垄单行种植模式通风透光差的问题,提高了番茄产量,增加了养分吸收量,特别是番茄对氮素的吸收量。因此,两种种植模式在施肥量和植株密度相同的条件下,使得大垄双行种植模式下土壤0～60 cm土层硝态氮残留显著降低,平均降低43.8%,在0～20 cm土层硝态氮削减效果最好。

3.2 结论

与单垄单行种植模式相比,大垄双行模式下番茄产量得到显著提高,达到105 826 kg/hm2,可增产6.2%;果实N、P2O5、K2O吸收量均显著提高,分别增加12.3%、6.2%、9.0%;大垄双行种植模式增加了番茄生长前期的净光合速率和胞间二氧化碳浓度,而对作物生长后期的光合参数影响较小,整体改善了作物生长的透光性;大垄双行有利于降低土壤0～60 cm土层NO3--N的残留,平均降低43.8%,在0～20 cm土层削减效果最好。同时由于大垄双行模式可以方便工人及小型机械作业,由此可见大垄双行模式是一种适宜轻简化作业、资源节约、环境友好的新型种植模式,适用于辽宁地区设施番茄优化栽培种植。