農藝農機融合的設施番茄栽培參數優化研究

鄒 豪 孫明琴 田永強 高麗紅

（中國農業大學園藝學院，設施蔬菜生長發育北京市重點實驗室，北京 100193）

隨著城鎮化的不斷推進以及農村富余勞動力向非農產業的轉移，我國務農人員的數量不斷減少，導致農事操作勞動力成本不斷增大。據調查，近10 年我國蔬菜生產成本年均漲幅在10%以上，蔬菜生產總成本的59%為人工成本（喬宏 等，2016），人工成本成為制約當前蔬菜產業發展的關鍵要素（陳永生 等，2014）。提高蔬菜生產機械化水平是降低用工成本的有效途徑，但與大田作物生產80%以上的機械化率相比，蔬菜生產的機械化率只有30%左右。雖然近年來蔬菜生產裝備的研發不斷有新突破，在耕整地機械、穴盤育苗播種機械、蔬菜精量直播機械、蔬菜移栽機械、蔬菜收獲機械等方面均有一定進展（陳永生，2019）。但與之相配套的農藝操作參數，尤其是標準化種植模式沒有明確規范，加上我國蔬菜種類繁多，設施結構參數因地制宜，缺乏統一標準，導致各類機械實際使用困難（黃丹楓，2012）。因此，如何根據實際生產情況，明確我國主要蔬菜種植標準化模式，是推動蔬菜生產機械化的先決條件，也是目前亟需解決的問題。

番茄（L.）是我國栽培面積最大的蔬菜作物之一，其播種面積在蔬菜播種面積份額中維持在4.7%左右（霍建勇，2016），同時也是設施栽培面積最大的蔬菜作物之一，占設施蔬菜總面積的25%左右（李天來 等，2019）。實現輕簡化栽培是我國設施番茄生產亟待解決的問題。根據現有主要栽培管理環節農機作業特點和番茄栽培的農藝要求，明確農藝農機融合的栽培農藝參數，是實現設施番茄機械化、輕簡化生產的基礎（van Henten et al.，2006）。設施蔬菜生長發育北京市重點實驗室前期調研發現，目前我國設施番茄栽培主要采用高畦雙行定植模式，但栽培畦參數不同地區差異較大，80%左右為寬1.2～1.4 m 的栽培畦，多為寬畦窄溝做畦方式，尚未有標準化種植模式，亦未規定相關農藝參數對機械生產進行指導，導致實際農事操作中機械使用效果差，機械化程度低（肖體瓊，2017）。因此，從農藝農機融合角度，研究番茄種植模式和相關農藝參數的標準化具有重要意義。為了能夠同時滿足大棚土壤翻耕、起壟、覆膜、移栽機械作業和后期采收、運輸機械的作業要求，本試驗根據現有主要栽培管理環節農機作業特點和番茄栽培的農藝要求，進行了農藝農機融合的設施番茄栽培農藝參數優化研究，在保證番茄產量和品質的基礎上，提出農藝標準，以期為相關農業機械研發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗共進行了春秋兩茬，參試番茄品種均為大果型。春茬試驗于2019 年4—7 月在北京市農林科技有限公司4 個結構相同的塑料大棚內進行，大棚跨度8 m，高3.0 m，長60 m，番茄品種為粉特立F（壽光格頓農業科技有限公司提供），于4 月11 日定植，苗齡為四葉一心。秋茬試驗于2019 年9 月至2020年3 月在北京市小湯山現代農業示范園連棟溫室內進行，單棟跨度為9.6 m，長50 m，番茄品種為普羅旺斯（廣東金作農業科技有限公司提供），于9月1 日定植，苗齡為六葉一心。春茬試驗對照栽培畦參數為當地主要模式，處理設3 個不同密度，統一為1.6 m 雙行定植，根據不同密度調整定植株距，小區面積240 m，隨機區組排列，3 次重復，具體方案見表1。

表1 春茬試驗設計

秋茬試驗是在春茬試驗基礎上，采用與對照相同的栽培密度，為了使移栽作業更方便（雙行定植需要鋪設2 條滴灌帶，為避免定植孔打在滴灌帶上，對移栽機要求更高），增加了1.6 m 單行定植并縮小株距的T5 處理，通過兩側吊蔓使吊蔓后株距與T4 相同，試驗小區面積為144 m，隨機區組排列，3 次重復，具體方案見表2。

表2 秋茬試驗設計

1.2 測定指標

1.2.1 植株生長指標 春茬試驗在定植緩苗（4 月15 日）后、秋茬試驗在光強開始降低（10 月25 日）時每10 d 測量一次株高、莖粗、葉面積，并統計葉片數，直至植株摘心。每小區隨機選定6 株，株高采用卷鋼尺測量；莖粗采用游標卡尺，根據“十”字交叉法測量植株基部；葉面積按番茄經驗葉面積公式進行計算（薛義霞 等，2006）。

1.2.2 不同高度光分布 采用手持式線性光合有效輻射傳感器，在秋茬番茄結果期的晴天（2019 年12 月11、22 日和2020 年1 月2 日）測定番茄窄行距和寬行距不同高度植株光合有效輻射。各處理隨機選取3 個不受溫室結構遮光影響的位置，分別測定距離地表0、50、100、150 cm 和冠層5 個垂直點的光合有效輻射值，取3 次測定結果的平均值。

1.2.3 產量指標 進入果實采收期后（春茬6 月20 日，秋茬12 月10 日），根據果實成熟度，適時采收，分小區記產。每次采收時記錄采收時間、采收果實的總產量與總個數，計算平均單果質量（總產量/總個數）。

1.2.4 果實品質指標 在盛果期，每小區隨機選取同一果穗、成熟度一致的6 個果實（春茬于6 月27 日選取第1 穗果、7 月3 日選取第2 穗果，7 月10 日選取第3 穗果，秋茬于2019 年12 月12 日選取第1 穗果），進行品質測定。采用折光計法測定可溶性固形物含量，采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定抗壞血酸（VC）含量，采用酸堿滴定法測定有機酸含量，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量（李合生，2000）。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2016 及SPSS 23.0 軟件對試驗數據進行統計分析，采用Duncan 新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同栽培參數對番茄營養生長的影響

由表3、4 可知，兩茬番茄不同處理的株高、莖粗除個別時間點（5 月5、25 日和11 月30 日）外，其余均與對照無顯著差異。秋茬不同栽培參數處理對番茄葉面積指數影響的動態結果見表5，雖然1.6 m 單行小株距栽培（T5）葉面積指數略高于1.6 m 雙行（T4）或1.4 m 雙行（CK2）大株距處理，但差異不顯著。表明不論是光照逐漸增加的早春茬還是光照逐漸降低的秋茬，栽培參數的變化均沒有對番茄營養生長產生顯著影響。

表3 不同栽培參數對春茬番茄株高、莖粗的影響

表4 不同栽培參數對秋茬番茄株高、莖粗的影響

表5 不同栽培參數對秋茬番茄葉面積指數的影響

2.2 不同栽培參數對秋茬番茄寬窄行光垂直分布的影響

以冠層光強為100%，獲得了秋茬番茄不同栽培參數處理窄行與寬行不同高度的光垂直分布。從表6 可以看出，寬窄行各處理透光率均隨距地面高度增加而增加。CK2 窄行在距地面50～100 cm 范圍內的透光率高于T4 和T5 處理；而寬行距地面150 cm 及以下位置的透光率低于T4 和T5 處理。總體而言，處理的窄畦寬溝栽培模式可以顯著改善寬行的光環境，但窄行中下部的光照仍然相對較弱。

表6 不同栽培參數對秋茬番茄寬窄行不同冠層光垂直分布的影響%

2.3 不同栽培參數對番茄產量的影響

由表7 可知，春茬和秋茬各處理平均單果質量、單株結果數和商品果產量均無顯著差異。但春茬試驗中，減少定植密度使單果質量和單株結果數呈增加趨勢；秋茬試驗在相同密度條件下，加大寬行行距使單果質量和產量均呈增加趨勢。

表7 不同栽培參數對春秋茬番茄產量的影響

2.4 不同栽培參數對番茄品質的影響

由表8 可以看出，栽培參數的變化對春茬番茄果實品質有一定影響，且對不同果穗的影響不完全相同。春茬不同處理間的第1 穗果除T3 處理可溶性固形物含量極顯著低于T2 處理外，其他品質指標無顯著差異；第2 穗果各處理可溶性固形物含量、有機酸含量和糖酸比沒有顯著差異，但增加或降低密度的處理（T2、T3）均使VC 含量極顯著降低，相同密度下窄畦寬溝的T1 處理可溶性糖含量極顯著高于CK1；第3 穗果各處理的可溶性固形物含量、可溶性糖含量都顯著高于對照，T1、T3 處理的糖酸比極顯著低于對照，其他指標沒有顯著差異。

表8 不同栽培參數對春茬番茄果實品質的影響

受新冠疫情影響，秋茬試驗僅對第1 穗果實品質進行了測定。從表9 可見，除T4、T5 處理的VC 含量顯著低于CK2 外，各處理的其他品質指標沒有顯著差異。

表9 不同栽培參數對秋茬番茄品質的影響

綜上，不同栽培參數處理對春茬番茄果實可溶性固形物、VC、有機酸、可溶性糖含量等品質指標有一定提升效果，且能明顯提高第3 穗果實的品質；但不同栽培參數對秋茬番茄果實品質影響不大。

3 討論與結論

葉面積指數受作物大小、苗齡、株行距等影響（安強 等，2011；閻廣建 等，2016），是影響作物產量的主要因素之一（Watson，1947；Chen et al.，2018；Tagliapietra et al.，2018；Lykhovyd，2020）。在本試驗中，改變栽培畦規格、行距、密度等參數并不會對植株株高、莖粗及葉面積指數等營養生長指標產生顯著影響，表明采用宜機化的窄畦寬溝栽培方式在生產中是可行的，能夠替代傳統寬畦窄溝的做畦方式，可作為輕簡化栽培的農藝標準。

品種是影響作物產量的首要因素（Healy et al.，2017；Tumanyan et al.，2020）。但是在既定品種下，栽培密度是影響產量的主要因素之一（董風英 等，2013；Maboko &du Plooy，2018）。本試驗結果表明，在窄畦寬溝栽培方式的基礎上，根據現有主要栽培管理環節農機作業特點，適度調整定植密度，對番茄平均單果質量和總產量沒有顯著影響，進一步表明宜機化的窄畦寬溝栽培方式符合當前輕簡化栽培的需求。Davis 和Ester（1993）對番茄栽培間距和整枝方式進行了研究，認為當行距緊密且植株間距為46～76 cm 時，番茄果實凈收益率最高。但是，徐進等（2009）認為，不同栽培密度對秋季大棚番茄生長后期的植株有顯著影響，且不同栽培密度對番茄總產量和平均單果質量均有顯著影響。這主要是因為本試驗中的定植密度變幅較小〔2 250～2 750 株 ·（667 m）〕，而前人研究中栽培密度的變幅較大〔2 200～3 700 株 ·（667 m）〕。本試驗小幅度調整栽培密度既考慮了生產實際中的農藝栽培習慣，也考慮了當前已有農機的作業特點，因此更有利于農機農藝的融合。

雖然宜機化的窄畦寬溝栽培方式對番茄產量無顯著影響，但對春茬番茄果實品質指標有一定提升效果，且在第3 穗果實中表現尤為明顯。這主要是因為相較于傳統的寬畦窄溝，窄畦寬溝栽培方式顯著改善了寬行的光環境，更有利于外部葉片進行光合作用，從而有助于光合產物向果實輸送。已有研究證實，通過調整栽培密度改善光環境，有助于提升番茄果實品質，如促進糖分累積（Saito et al.，2006；Cardoso et al.，2018）。

本試驗所采用的窄畦寬溝栽培方式，旨在擴大過道空間，使各類農業機械能夠通過從而方便作業，以起到節約人工成本，降低生產成本的作用。通過本試驗結果可以看出，與傳統寬畦窄溝栽培方式相比，宜機化的窄畦寬溝栽培方式并不影響番茄產量，甚至對果實品質有所提升。因此，采用窄畦寬溝栽培方式有利于農藝農機融合，適宜在設施番茄輕簡化生產中推廣。設施番茄窄畦寬溝栽培建議采用1.6 m 雙行或單行定植，每667 m定植1 900～2 500 株。