不同黄沙栽培模式对温室番茄生长、产量、光合特性及品质的影响

严宗山，杨世梅，张亚萍，王 蕾，陈 亮，王翠丽，张想平

（甘肃省农业工程技术研究院 甘肃武威 733006）

番茄（Solanum lycopersicum）又名西红柿，属茄科番茄属的一年或多年生草本植物，株高0.6～2.0 m，一般4～6 穗果，单果质量100～200 g，果实呈扁球状或者近似球状，肉质多汁，是世界范围内广泛种植的一种重要蔬菜作物[1]，由于其营养价值丰富、口味佳，深受消费者青睐。番茄原产南美洲，属于喜温型果菜，在我国广泛栽培，富含人体所需的有机酸和可溶性糖等营养物质[2]。番茄果实营养丰富，可鲜食、炒食，亦可整果罐藏或加工成番茄酱汁。有关研究表明，番茄中含有超强抗氧化活性的多酚类和番茄红素等特殊物质，可以促进人体生长发育，增强人体抵抗力，延缓人体衰老[3]。

番茄作为温室蔬菜栽培面积第一的作物，随着温室栽培技术的兴起，其栽培技术成为科研工作者研究的热点。根据番茄种植方式不同可以分为土壤栽培和基质栽培。土壤栽培由于存在连作障碍严重、高水肥、成本较高的缺点，很多科研工作者开始研究番茄基质栽培。通过对土壤栽培与基质栽培比较发现，基质栽培相比于土壤栽培可以显著提高番茄光合速率、产量和品质[4]。陈双臣等[5]通过在土壤中添加腐熟的玉米秸秆、麦类秸秆、菇类废渣和锯末等农产废弃物等作为基质，并添加有机肥和土壤，与土壤配施有机肥相比，添加有机基质的栽培土中微生物数量增加和酶活性增强，利于番茄根系生长。冯海萍等[6]研究表明，基质栽培与土壤栽培相比生长势更好，有利于提前上市。目前农作物秸秆、菇渣以及中药渣等农业废弃物造成环境污染现象较严重，故研究其在番茄基质栽培中的应用较多。韩道杰等[7]研究表明，以发酵玉米秸秆、羊粪、大田土壤质量比为2∶1∶1 配制基质，最有利于番茄生长。以菌渣、牛粪和稻壳质量比为4∶3∶3 或3∶3∶4配制基质，番茄栽培效果较好，产量和维生素C 含量较草炭和蛭石配比分别增加2.0%和6.3%[8]，刘杰等[9]将中药渣与牛粪配比研究其对番茄生长的影响，发现中药渣与牛粪4∶1 质量配比可以提高番茄品质。采用秸秆、菇渣等农业废弃物做栽培基质不仅可以合理利用废弃物，而且可以减少肥料用量，降低生产成本。虽然有机基质栽培番茄在产量、品质和节肥方面均有优势，但是有机基质存在透气性差的问题。通过将不同基质分层添加可以增加基质透气性，利于提高根系活力，增加单产[10]。与有机栽培基质相比，黄沙透气性优势明显，贾靓等[11]将黄沙与其他基质进行配比，发现沙与玉米秸秆、食用菌下脚料、商品基质和鸡粪以不同比例配制，增产效果优于仅用有机基质栽培。河西地区光热资源和黄沙资源丰富，发展戈壁设施农业具有得天独厚的优势，尤其适宜于番茄栽培，但针对黄沙栽培对番茄生长影响的研究较少。笔者通过设置不同黄沙栽培模式，以常规土壤栽培为对照，比较不同处理对番茄生长、产量、光合特性及品质的影响，筛选最适宜设施番茄栽培的黄沙栽培模式，对河西地区番茄产业发展和当地经济增长具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验条件及材料

试验于2021 年4-10 月在甘肃省农业工程技术研究院试验基地日光温室内进行，年平均降水量100 mm，年均温度7.8 ℃，无霜期150 d 左右。试验温室长80 m，宽7 m，脊高3 m。黄沙栽培基质为武威地区资源较多的沙漠黄沙，有机质含量（w，后同）为3.1 g·kg-1，全氮含量为0.15 g·kg-1，碱解氮含量为21 mg·kg-1，速效磷含量为29.6 mg·kg-1，速效钾含量为52 mg·kg-1。对照为沙壤土，土壤有机质含量151.37 g·kg-1，全氮含量为1.27 g·kg-1，碱解氮含量为91.4 mg·kg-1，速效磷含量为8.97 mg·kg-1，速效钾含量为184.13 mg·kg-1。

温室前茬种植作物为番茄，本试验供试番茄品种为爱吉155（武威百利种苗有限公司提供），属中早熟品种，采用穴盘育苗，生育期内浇水施肥采用水肥一体化设备，于4 月2 日移栽定植，9 月30 日拉秧。

1.2 试验设计

试验设置3 种不同类型的黄沙栽培模式，分别为黄沙调温栽培（T1）、黄沙地下槽式栽培（T2）和黄沙地上槽式栽培（T3），以平地土壤栽培为对照（CK）。每个处理3 次重复，采用随机区组排列，每个重复包含2 个种植槽，每个种植槽长6 m，行宽60 cm，每个种植槽按“品”字形与滴灌带采取“点对点”种植2 行番茄，株距为40 cm。槽面铺设黑色防草地膜，槽内黄沙为风积沙，pH 7.0 左右。

平地土壤栽培（CK）：走道宽60 cm，走道之间种植带宽60 cm，常规土壤种植。

黄沙调温栽培（T1）：走道宽60 cm，走道之间挖宽60 cm、深40 cm 的U 形槽，内覆塑料膜隔绝土壤，槽底平放直径12 cm 的PVC 圆管作为调温通气道，圆管侧面每隔20 cm 开孔，孔径5 cm，孔外裹阻沙网，防止细沙进入调温通气道，PVC 圆管北端弯管向上伸出地面接轴式风扇，南端弯头向下接排水道，槽内装满风积沙。调温通气道可传导温度、气体交换和导出余水，排水道排出余水，防止沤根。在排水道一侧埋设储水罐收集余水，杀菌处理，防止污染环境。轴式风扇按设定温度自动启闭运行，将热风鼓入调温通气道，提高根际温度，促进根系及植株生长，在番茄根际10～30 cm 处调温范围为19.43 ℃～27.39 ℃，平均日较差为3.96 ℃。

黄沙地下槽式栽培（T2）：走道宽60 cm，走道之间挖宽60 cm、深40 cm 的U 形槽，内覆塑料膜隔绝土壤，槽内装满风积沙。

黄沙地上槽式栽培（T3）：走道宽60 cm，走道之间用砖块码出畦面宽60 cm、高40 cm 的槽，底部铺设塑料膜，槽内装满风积沙。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 番茄生长指标测定 成熟期各个处理每个重复选取长势较好且一致的10 株番茄植株进行相关指标的测定。用钢卷尺测量株高，测定地面到番茄生长点的长度；用游标卡尺于番茄茎基部测量茎粗；用千分之一电子天平对植株地上部与地下部鲜质量分别进行称质量；用直尺测量根长；根冠比=地下部鲜质量/地上部鲜质量。

1.3.2 番茄产量及果形指标测定 在番茄成熟期，统一进行番茄果实的采摘，每个处理进行小区测产，折算为1 hm2产量；各处理每个重复选取长势较好且一致的10 株番茄进行单株产量测定；各处理每个重复选取大小一致且均一的番茄10 个，进行单果质量、果实纵径、横径测定；果形指数=纵径/横径。

1.3.3 番茄叶片叶绿素含量测定 用手持式SPAD-502 型叶绿素仪于盛果期测量叶片叶绿素含量。每处理随机选取5 株（叶片）测量，每个叶片重复测定3 次。

1.3.4 番茄植株光合参数测定 选择晴朗无云的天气，在09：00-11：30 用LI-6400XT 型便携式光合测定系统测定植株完全展开叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci），每个处理测定3 株，每株测定1 个叶片，每个叶片重复测定3 次。

1.3.5 番茄品质指标测定 在番茄第2 穗果成熟时，选取成熟度基本一致的果实采用手持式糖度计测定可溶性固形物含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；采用钼蓝比色法测定还原型维生素C 含量；采用考马斯亮蓝G-250 法测定可溶性蛋白质含量；采用NaOH 滴定法测定可滴定酸含量[12]。

1.4 数据统计分析

采用WPS 和SPSS 22.0 进行数据整理和灰色关联度分析。

根据灰色系统理论原理[13]，将4 个处理的23 个指标（Y，产量；FWP，单株产量；AFW,单果质量；LD，纵径；TD，横径；FSI，果形指数；PH，株高；SD，茎粗；AFW，地上部分鲜质量；UFW，地下部分鲜质量；BPP，单株生物量；RSR，根冠比；RL，根长；Pn，叶片净光合速率；Tr，蒸腾速率；Gs，气孔导度；Ci，胞间CO2浓度；SPAD，叶绿素含量；SSMF，可溶性固形物含量；SSC，可溶性糖含量；SPC，可溶性蛋白质含量；VcC，维生素C 含量；STA，可滴定酸含量）视为同一灰色系统，取各指标最优值构建一个理想的参考处理x0，以各处理的指标为比较数列xi，计算各处理指标与参考处理相应指标之间的关联度，从而确定不同处理的优劣。公式（1）如下：

式中，|x（0k）-x（ik）|表示x0数列与xi数列在第k点的绝对差，其中为二级最小差，为二级最大差，p为分辨系数，取值为0.5。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式对番茄产量及果形的影响

由表1 可知，T2 处理产量最高，比CK 显著增产5.27%，T1 处理较CK 增产4.03%，T3 处理较CK显著减产9.37%；单株产量和单果质量变化范围分别为2.71～3.12 kg 和135.47～156.37 g，其中T2 处理均为最高，与T1 处理无显著差异，二者显著高于CK 和T3 处理，单株产量和单果质量分别较CK 显著增加9.47%和9.68%。

表1 不同栽培模式对番茄产量及果形的影响Table 1 Effect of different cultivation modes on tomato yield and fruit type

果实纵径和横径与果实大小和质量密切相关，T2处理果实纵径和横径均最高，分别为59.43 和79.87 mm，与T1 处理没有显著差异，二者显著高于CK 和T3 处理；果形指数反映果实商品特性，不同黄沙栽培模式对果形指数没有显著影响，但均高于CK。

2.2 不同栽培模式对番茄地上部生长的影响

由图1 可知，T2 处理株高显著高于T3 处理和CK，与T1 处理没有显著差异；T1 处理茎粗显著高于CK 和T3 处理，T2 处理高于CK，T3 处理低于CK，但二者均与CK 差异不显著，说明除T1 处理茎粗显著增加外，其他栽培方式对茎粗影响较小。

图1 不同栽培模式对番茄地上部生长的影响Fig.1 Effect of different cultivation modes on the growth of above-ground of tomato

2.3 不同栽培模式对番茄生物量及根系的影响

由图2 可知，T2 处理地上部鲜质量最大，较CK、T1 和T3 处理分别显著提高3.11%、1.74%和8.17%；T1 处理地下部鲜质量最大，与T2 处理没有显著差异，二者均显著高于T3 处理和CK。T2 处理单株生物量较CK、T1 和T3 处理分别显著提高4.12%、1.64%和9.74%。

图2 不同栽培模式对番茄生物量及根系的影响Fig.2 Effect of different cultivation modes on biomass and root of tomato

T1 处理根冠比最高，与T2 处理无显著差异，但二者均显著高于T3 处理和CK；T1 处理根最长，显著高于T2、T3 处理和CK，说明黄沙栽培对根部的影响较大，但由于T3 地上部黄沙栽培地温过高，可能抑制根系生长。

2.4 不同栽培模式对番茄光合特性的影响

由表2 可知，T1 与T2 处理净光合速率、叶片气孔导度、蒸腾速率和SPAD 值均显著高于CK 和T3 处理，T3 处理均低于CK。T2 处理净光合速率、叶片气孔导度、蒸腾速率和SPAD 值均最高，分别为16.30 μmol·m-2·s-1、0.40 mol·m-2·s-1、7.54 mmol·m-2·s-1和43.87，分别较CK 显著提高24.81%，90.48%、49.90%和21.42%，与T1 处理差异不显著。3 种黄沙栽培模式胞间CO2浓度均低于CK，T2 处理与CK 呈显著差异，与其他处理差异不显著。

表2 不同栽培模式对番茄叶片光合参数及叶绿素含量的影响Table 2 Effects of different cultivation modes on pnotosynthetic parameters and chlorophyll content of tomato

2.5 不同栽培模式对番茄品质的影响

由表3 可知，可溶性固形物和可溶性糖含量变化趋势一致，均为T1 和T3 处理显著高于T2 处理和CK。T1 和T2 处理的可溶性蛋白质与维生素C含量均显著高于CK，T3 处理与CK 无显著差异。不同处理可滴定酸含量以CK 最高，显著高于T1和T3 处理，黄沙栽培不同处理间没有显著差异。综上可知，与土壤栽培相比，黄沙栽培可以提高番茄甜度，降低酸度，品质较好。

表3 不同栽培模式对番茄品质的影响Table 3 Effect of different cultivation modes on quality of tomato

2.6 灰色关联分析

2.6.1 数据无纲化处理 由于各性状的量纲不同，根据灰色系统理论，需对各性状进行无纲化处理，笔者采用初始值法进行处理，即用xi数列除以x0对应的各指标，得到各项指标数值都在0～1 之间的新数列（表4）。

2.6.2 各处理与最优处理间的关联系数分析 根据公式Δi（k）= |x（0k）-x（ik）|，计算各点的绝对差，其中，最小绝对差值最大绝对差值。将各点绝对差值、最小绝对差值、最大绝对差值带入公式（1），得出相应的关联系数（表5）。

2.6.3 各处理加权关联系数 加权关联度系数为各处理指标关联系数与相对应指标权重系数的乘积，即ζ'i（k）=ωi（k）×ζi（k），式中ζi（k）为关联系数，ωi（k）为各指标的权重。根据公式ωi（k）=，计算各指标的权重，式中加权关联系度数见表6。

2.6.4 关联度分析 等权关联度为各处理性状关联系数的平均值，既，n=23；加权关联度为各品种营养品质性状关联系数与相对应指标的权重系数的乘积之和，即。根据各处理的等权关联度和加权关联度进行排序（表7）。关联度值越大表示处理的综合性状越优，等权关联度排名和加权关联度排名均为T2 处理最优，T1 处理次之，T3 处理最差。

表7 各处理的关联度及排名Table 7 Correlation degree and order of each treatment

3 讨论与结论

黄沙孔隙度较大，透气性较好[14]，前人通过将秸秆、菌渣、鸡粪等有机基质中添加沙子作为番茄栽培基质，栽培效果较好[15-16]。何虎强[17]在新疆石河子地区大棚沙槽栽培番茄，配合水肥一体化技术，结果表明，番茄能够在黄沙中正常生长。谭占明等[18]研究表明，番茄黄沙栽培技术可以促进番茄提前上市，降低成本。杨世梅等[19]的研究结果表明，不同黄沙栽培模式会影响作物产量。本研究结果表明，黄沙地下槽式栽培和黄沙调温栽培方式产量分别较土壤平地栽培增产5.27%和4.03%，黄沙地上槽式栽培减产9.37%；黄沙地下槽式栽培和黄沙调温栽培单株产量和单果质量均高于CK，而黄沙地上槽式栽培低于CK。李宝石等[20]研究认为，土壤沟嵌基质处理比土壤垄嵌处理抗低温能力更强，有利于番茄幼苗生长，说明地下沟嵌栽培优于垄上栽培，与笔者研究结果相似。

栽培模式直接影响植物的生长发育[21-22]。黄沙调温栽培株高、黄沙地下槽式栽培茎粗均与CK 无显著差异，黄沙地下槽式栽培株高、黄沙调温栽培茎粗均显著高于CK 和黄沙地上槽式栽培；黄沙地下槽式栽培地上部鲜质量和单株生物量显著高于其他处理；黄沙调温栽培地下部鲜质量、根冠比均最高，与黄沙地下槽式栽培没有显著差异，均显著高于CK和黄沙地上槽式栽培，说明黄沙透气性好，有利于根系的生长发育。植物叶片光合作用产生的有机物为其提供生长发育的有利条件[23]，叶片的光合作用直接决定着植株的开花结果[24]。笔者的研究结果表明，黄沙地下槽式栽培与黄沙调温栽培模式光合特性没有显著差异，Pn、Gs、Tr 和SPAD 值均显著高于CK，黄沙地上槽式栽培Pn、Gs、Tr 和SPAD 值均最低，长势差，可能是黄沙地上砖槽裸露于空气中，根际温度过高，抑制了番茄根系生长发育。

番茄品质受多种因素影响[25-26]，蒋洪丽等[27]通过在土壤中添加蚯蚓粪肥提高番茄产量。樊煜[28]研究表明，沙子栽培可溶性糖含量高于土壤栽培，是由于植株中糖分积累与其生长环境温差有关，大温差条件下植株含糖量更高，沙子昼夜极差明显高于土壤。笔者的研究结果表明，与土壤栽培相比，黄沙栽培可以提高番茄甜度，降低酸度，品质较好，地上槽式栽培可溶性固形物和可溶性糖含量最高，是由于其昼夜温差较大，易于糖分积累。

灰色关联度分析法是建立在多个性状定量分析基础之上的，可靠性较强，可以较全面地反映一个处理综合性能的优劣[13]。笔者通过对4 个处理方式23个指标进行综合分析，表明4 种栽培模式评分从高到低排名依次为黄沙地下槽式栽培、黄沙调温栽培、平地土壤栽培和黄沙地上槽式栽培。

综上所述，黄沙地下槽式栽培番茄的单株产量、单果质量、地下部鲜质量、单株生物量、根长、根冠比、净光合速率、叶片气孔导度、蒸腾速率、SPAD、可溶性蛋白质和维生素C 含量均显著高于平地土壤栽培，且胞间CO2浓度最低，由灰色关联度综合分析结果可知黄沙地下槽式栽培表现最好。同时，黄沙地下槽式栽培较黄沙调温栽培可操作性更强，经济成本更低，因此，该栽培模式可应用于温室番茄生产。