不同颜色地膜对设施番茄生长及果实产量与品质的影响

邢 晋, 吕学梅

(临沂市气象局, 山东 临沂 276000)

0 引言

【研究意义】番茄(Solanumlycopersicum)是我国产量第二大蔬菜,占设施蔬菜种植面积的20%,主要集中在山东、河南、河北、江苏、广西、广东等地,其中,山东省的种植面积位居全国前三。山东省的设施番茄以冬季、早春大棚种植为主,由于降水不足和季节性低温,需保水和保温种植,严重限制了设施番茄的产量。土壤覆膜技术可有效减少土壤水分蒸发,提高水分利用效率[1]。因此,研究设施番茄土壤覆膜应用技术,对有效解决冬、春季设施番茄缺水、减产问题有实际应用价值。【前人研究进展】目前,关于覆膜技术在设施番茄中的应用已有一些报道。葛建坤等[2]通过研究灌水不覆膜、灌水覆膜和不灌水覆膜对番茄生长和水分利用的影响发现,覆膜技术可以提高根系对深层土壤水分的吸收,提高水分利用效率。汪敏等[3]通过设置生物降解地膜、PE地膜和不覆膜研究对番茄生长的影响发现生物降解地膜和PE地膜均明显促进番茄生长,而生物降解地膜不污染环境,可进行广泛推广;GOTTAM等[4]研究覆膜对番茄土壤温度、水分及水分利用效率的影响发现,覆膜高效降低土壤的蒸腾作用,保持了最优的土壤水分。可见,覆膜不仅提高番茄的水分利用率还对番茄的生长有明显促进作用。【研究切入点】不同颜色地膜对土壤具有不同的保温、保水效果,且对作物的产量和品质有不同的影响[5]。目前少见不同颜色地膜在设施番茄上的应用研究报道,尤其是不同颜色地膜对番茄根系活力和品质的影响研究更少。【拟解决的关键问题】以不覆膜为对照,研究覆盖可降解透明薄膜、可降解黑色薄膜和可降解银色反光薄膜对设施番茄生长发育及产量与品质的影响,以期为山东地区设施番茄的覆膜栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年10月至2022年3月在临沂市农业科学院蔬菜研究试验农场连体塑料大棚内进行(118.2°E,35.1°N)。该地属于温带季风区大陆性气候,光照充足,年均气温12.3～13.3 ℃,试验期间平均气温为3.7～4.8 ℃。棚内土壤含水量15.74%、有机质14.85 g/kg、速效N 63.42 mg/kg、速效P 37.38 mg/kg,速效K 74.05 mg/kg。

1.2 试验材料

番茄品种为气候适应性强且耐低温的普罗旺斯,由山东省农业科学院作物研究所提供。史丹利复合肥(N、P、K含量≥45%,比例为15∶15∶15),生物有机肥为诸城金土地有机肥有限责任公司生产。地膜为全新PE可降解材质,包括透明地膜、黑色地膜和银色反光地膜,厚度均为0.01 mm,由山东隆昌塑业有限公司生产。

1.3 试验方法

试验设置4个处理,分别为无地膜(CK)、透明地膜(T)、黑色地膜(B)和银色反光地膜(S),每处理4次重复,共16个试验组,随机分组。每处理1条畦,畦面积6.4 m2,大棚两边各设置1条保护畦。2021年9月15日开始播种,采用穴盘育苗,10月18日选择4～5片叶且长势一致的幼苗进行覆膜打孔定植,孔径5 cm,定植苗行距60 cm,株间距50 cm,每畦种植2排,共32株苗。种植前施入充分腐熟发酵的有机肥8 500 kg/667m2,复合肥40 kg/667m2,旋耕机将土壤深翻35 cm左右,做M字形畦,畦宽0.8 m,高30 cm,长8 m,畦间距1 m。为后期准确计算土壤含水量和水分利用率,整个试验期间全部采用人工定期定量浇水,其他栽培管理均按当地种植方法进行。

1.4 测定项目

1.4.1 土壤含水量和水分利用率测定 分别在番茄幼苗生长期、开花坐果期、果实生长期和成熟期采用环刀法5点取土样,取样点为离番茄根茎10 cm处,采用烘干法测定0～30 cm根系层土壤含水量。通过土壤水分平衡原理计算4个时期的土壤耗水量、含水率和灌水量[6]。因研究试验地为封闭大棚,雨水量为0,且地下水位较深,灌水量有限,可将地下水补充量、地表径流量和土壤漏水量设置为0。土壤耗水量和水分利用率公式如下:

土壤耗水量=灌水量+雨水量+地下水补充量-地表径流量-土壤漏水量-前后土壤含水量变化

水分利用效率=番茄产量/土壤耗水量

1.4.2 根系活力测定 每组定株标定5株,进行不同时期根系活力测定,分别在4个时期采集标定番茄根系,带回实验室后清洗根系土壤,滤纸控干,采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定根系活力[7]。

1.4.3 生长发育指标测定 由于番茄植株的生长主要在幼苗生长阶段,从开花坐果期开始对植株进行打顶处理。因此,生长性状的测量在幼苗生长阶段进行。在番茄幼苗生长期,每组随机选取5株测定株高和茎粗。株高采用卷尺测量,茎粗采用游标卡尺测量,测量点为根茎连接点上1 cm。将地上部分和地下部分从根茎连接处分开,在清水里分别清洗干净,控干表面水分后,称取鲜质量,在105 ℃下杀青处理20 min,在60 ℃烘箱中烘干至恒重,称取干质量。在开花坐果期固定10株观察果实生长情况,观察至成熟期并计算坐果率和产量(将每次采收的番茄称鲜重,计算每株产量)。

1.4.4 果实品质测定 果实成熟期,每处理选取5个第5穗大小、颜色较一致的果实,清洗并擦干表面水分后用匀浆机混合匀浆,分别准确称取5 g测定Vc、可溶性糖、可溶性蛋白和硝酸盐含量,Vc含量采用钼蓝比色法测定[8],可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[8],可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法(BCA法)测定[9],硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定[10]。

1.5 数据处理

使用Excel 2020对数据进行初步处理;用SPSS 22.0进行单因素方差统计分析,使用Origin 2021作图。

2 结果与分析

2.1 覆盖不同颜色地膜土壤的含水量和水分利用率

2.1.1 土壤含水量 从表1可知,番茄不同生长期土壤含水量均以无地膜覆盖(CK)最低,且差异显著;覆膜处理中,黑膜(B)的土壤含水量均最高,银色反光地膜(S)其次,透明地膜(T)最低,且B与S间差异不显著,均显著高于T。与CK相比,土壤含水量幼苗生长期T、B、S分别提高8.10%、26.39%和22.21%,开花坐果期分别提高14.62%、27.67%和21.84%,果实生长期分别提高10.69%、24.72%和24.51%,成熟期分别提高12.53%、40.34%和37.71%。表明,覆盖地膜后显著提高了土壤含水量,降低了土壤水分的蒸发作用,覆盖黑色地膜对土壤的保水效果最好,其次是银色反光膜,最后为透明地膜。

表1 覆盖不同颜色地膜番茄不同生长期土壤的含水量

2.1.2 水分利用率 从图1看出,土壤水分利用率以B最高,为26.74%;其余依次是S、T和CK,分别为24.83%、18.84%、14.32%。其中,B与S间差异不显著,均显著高于T和CK,T显著高于CK。与CK相比,水分利用率B提高86.73%,S提高73.39%,T提高31.56%。可见,黑色地膜的蓄水保墒作用最好,对土壤水分的利用率最高。

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05),下同。

2.2 覆盖不同颜色地膜番茄的根系活力

根系活力是根系生长状况强弱的一个重要指标。从图2可知,不同处理番茄的根系活力为S>B>T>CK,不同生长期根系活力变化趋势均一致,均为开花坐果期最高,成熟期最低。幼苗生长期、开花坐果期、果实生长期和成熟期S、B、T处理的根系活力均显著高于CK,其中,S的根系活力较CK分别显著提高85.71%、96.85%、61.74%和61.97%。表明,覆盖地膜可显著提高番茄的根系活力,覆盖银色反光地膜的效果好于黑色地膜和透明地膜。

注：不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05),下同。

2.3 覆盖不同颜色地膜番茄苗的株高、茎粗和干物质质量

从表2看出,覆盖不同颜色地膜番茄的株高和地上干物质质量均显著高于CK,不同颜色地膜处理间差异不显著,均以B处理最高,分别较CK高32.97%和25.55%;各覆膜处理番茄的茎粗均显著高于CK,以B处理的茎最粗,其次是S处理,两者间差异不显著,均显著高于T处理;各覆膜处理番茄的地下干物质质量均显著高于CK,以S处理最高,较CK显著提高76%,其次是B处理,两者间差异不显著,均显著高于T处理。表明,覆盖地膜对番茄苗的生长具有明显促进作用,均能显著提高番茄植株地上和地下干物质质量,银色反光地膜和黑色地膜差异不大,但作用显著大于透明薄膜。

表2 覆盖不同颜色地膜番茄幼苗期的生长情况

2.4 覆盖不同颜色地膜番茄的坐果率和产量

2.4.1 坐果率 从图3可知,覆盖地膜各处理的坐果率均显著高于CK(72.68%),以S最高,为92.73%,显著高于B和T,而B与T处理间差异不显著;与CK相比,S、B、T处理的坐果率分别提高27.59%、23.53%和16.35%。表明,覆盖地膜可以显著提高番茄的坐果率,以银色反光膜覆盖的效果最好。

图3 覆盖不同颜色地膜番茄的坐果率

2.4.2 产量 从图4可知,覆盖不同颜色地膜番茄的单株产量和单位产量均显著高于CK,以S处理最高,分别为3.76 kg/株和7 564.28 kg/hm2;其次为B处理,分别为3.48 kg/株和7 225.92 kg/hm2;T处理分别为3.16 kg/株和6 974.82 kg/hm2;CK分别为2.85 kg/株和6 236.72 kg/hm2。与CK相比,S、B、T处理的单株产量分别提高31.93%、22.11%和10.88%,单位产量分别提高21.29%、15.86%和11.83%。表明,覆盖地膜可以显著提高番茄产量,以银色反光膜覆盖提高产量最显著。

图4 覆盖不同颜色地膜番茄的产量

2.5 覆盖不同颜色地膜番茄的品质

从图5可知,可溶性蛋白含量以T最高,为7.96 mg/kg,与其他处理间差异显著;其余依次为S(7.63 mg/kg)、CK(6.87 mg/kg)和B(6.45 mg/kg)处理。Vc含量以T最高,为83.47 mg/kg,与其他处理间差异显著;B含量最低,为46.82 mg/kg;CK与S间差异不显著。可溶性糖含量以S最高,为52.36 mg/g;CK最低,仅28.73 mg/g;S是CK的1.82倍;各处理表现为S>T>B>CK。硝酸盐含量以CK最高,达11.36 mg/kg;S最低,为4.32 mg/kg;T和B分别为7.28 mg/kg和6.85 mg/kg,4个处理的硝酸盐含量均显著低于国家卫生标准中蔬菜可生食的最高标准430 mg/kg。以上表明,覆盖不同颜色地膜对番茄中营养元素和硝酸盐含量具有不同的影响,番茄中可溶性蛋白和Vc含量以覆盖透明地膜的最高,可溶性糖含量以覆盖银色反光地膜的最高,且硝酸盐含量最低。综合看,覆盖银色反光膜对番茄品质的提升效果最佳。

图5 覆盖不同颜色地膜番茄的可溶性蛋白、Vc、可溶性糖和硝酸盐含量

3 讨论

在北方地区种植番茄,土壤温度和水分是影响番茄生长发育的重要因素,温度和水分的较大变化对植物的生长产生明显抑制作用,尤其是根系的生长[11]。不同颜色地膜对太阳光的吸收和反射作用不同,对土壤产生的光热效应也不同,从而影响土壤含水量。陆信娟等[12]研究发现,银色地膜可提高大蒜土壤含水量和氮素的利用率;闫静琦等[13]研究显示,覆盖白色地膜的土壤含水量较黑色地膜提高0.71%;MUKHERJEE等[14]研究不同颜色地膜对番茄生长和土壤水分的影响发现,覆盖白色地膜的水分利用率高于黑色地膜。本研究结果表明,覆盖地膜后土壤含水量和番茄的水分利用率显著提高,以覆盖黑色地膜的效果最好,其次是银色反光地膜和白色地膜,这与NAGARAIAN 等[15]和CHEN 等[16]的研究结果一致,但与其他学者的研究结果存在一定差异,这可能是由于研究地气候和研究材料不同。

土壤温度和水分的变化首先影响作物根系,根系作为植物营养物质吸收的器官,对外界环境的响应尤其敏感,当根系活力受到抑制或胁迫时,将会影响整个植株生长和产量。王俊鹏[17]在研究不同地膜对玉米根系活力影响时发现,覆盖地膜明显提高了玉米根系生长和根系活力,而透明地膜的效果显著好于黑色地膜;刘灿玉等[18]研究发现,有色地膜显著提高了大蒜根系活力,覆盖银色地膜的效果最佳。本研究结果显示,在番茄幼苗生长期、开花坐果期、果实生长期和成熟期,覆盖地膜均显著提高番茄根系活力,以覆盖银色反光地膜的效果最好。

覆盖地膜具有一定增温保墒作用,同时还能提高植物根系对水肥的吸收,进而促进植物的生长发育和增产[19]。不同颜色地膜由于透光率的差异,其对植物生长的影响会随光照强度和气温的变化而变化。黄盛绸等[20]研究显示,覆盖不同颜色地膜可促进玉米生长发育和提高产量,以银色地膜对产量的提高效果最显著;梁超等[21]研究表明,覆盖黑色地膜更能促进玉米的生长发育和产量的提高;陈晨等[22]研究表明,覆盖银色地膜对于提高辣椒产量效果最明显。本研究表明,覆盖地膜可显著促进番茄植株生长,以覆盖银色反光地膜和黑色地膜的效果较好,两者间差异不显著,银色反光地膜较优,这可能是银色反光地膜具有良好的反光性能,可以增强番茄叶片的光照强度,提高光合性能,从而促进产量的提高。

番茄果实品质受多种因素影响,主要由土壤环境和气候变化影响。覆盖不同颜色地膜对作物品质差异具有明显影响[23]。张婷等[24]研究发现,不同颜色地膜对草莓品质具有不同的影响,透明地膜草莓可溶性蛋白含量高于黑色地膜;WINIFRED[25]研究显示,覆盖透明地膜甘薯的胡萝卜素含量最高;李文旺等[26]研究表明,覆盖白色地膜大蒜的可溶性蛋白和大蒜素含量均最高。本研究表明,覆盖透明地膜番茄的可溶性蛋白和Vc含量最高,银色地膜番茄的可溶性糖含量最高,与上述部分研究结果一致。目前,对于果实品质评价不再只关注营养元素含量,更加重视果实的安全指标。果实生长过程中会产生一定的硝酸盐,当硝酸盐含量较多时,会对人体健康产生一定的威胁。试验中不覆盖地膜的番茄硝酸盐含量最高,原因可能是其土壤水分丧失较大,土壤温度变化大,对根系生长产生了一定的胁迫作用,抑制了根系活力和其对水分养分的吸收作用,从而使果实内硝酸盐含量增加[6]。

4 结论

覆盖地膜可明显提高土壤含水量、番茄的水分利用率及整个生长期番茄的根系活力,促进番茄植株生长,提高番茄产量和果实品质,降低硝酸盐含量。在番茄植株生长和产量方面,覆盖黑色地膜土壤的保水效果和水分利用率最好,银色反光地膜的根系活力、坐果率和产量最高,另外,黑色地膜和银色反光地膜促进植株的生长显著优于透明地膜。在番茄果实品质方面,覆盖透明地膜果实的可溶性蛋白和Vc含量最高,银色地膜的可溶性糖含量最高,不覆盖地膜的硝酸盐含量最高。综合比较,设施番茄种植过程中选择银色反光地膜覆盖效果最好,其次为黑色地膜。