日光溫室番茄稀植多干技術應用效果分析

陳鵬宇，陳登龍，宋佳佳，張雨翔，王越，溫祥珍，李亞靈

（山西農業大學 園藝學院，山西 太谷 030801）

我國設施園藝產業發展迅速，成為世界設施園藝第一生產大國[1]，但也存在一些問題。一是我國設施園藝作物的單位面積產量與荷蘭相比，差距較大，荷蘭擁有1.1萬hm2文洛（Venlo）型連棟玻璃溫室，通過無土栽培和低密度稀植技術（1.7～2.7株/m2）節約了用苗量和勞動力[2]，還能夠發揮高產優勢，使番茄產量達到90 kg/m2。我國現代化溫室生產也利用了該技術，但平均產量僅25～30 kg/m2[3-4]；二是我國設施生產的勞動效率低下，日光溫室生產單純依靠人力，人均管理面積為667 m2，僅是日本的1/20、美國的1/40[5-8]。高投入低產出的粗放式管理限制了我國設施園藝的發展，同時由于勞動力的短缺，也導致農業生產的成本不斷增加。因此，解決日光溫室勞動效率低、勞動成本高等問題至關重要。

通過使用機械、簡化種植管理、農機農藝融合等方法，可以實現輕簡化栽培，有效解決勞動成本高、勞動效率低的問題[9]。熊潔等[10]研究發現，采用開行擺苗的移栽方式能夠提高油菜的移栽效率。王云華等[11]研究發現，淺旋耕+機插秧+控釋肥、淺旋耕+機插秧+精確定量施肥、深耕+機插秧+控釋肥3種模式能改善稻田土壤結構與營養，且省工、節本、增收效果明顯。以往的輕簡化技術研究多集中在棉花、水稻[12]等大田作物上，對日光溫室的番茄栽培研究較少。日光溫室作為我國設施農業產業的主體，對自然光熱資源的利用好，作為季節性生產設施，期望在適宜的季節產出更多的產品，以適應市場。但日光溫室空間和環境控制手段有限，我國日光溫室番茄栽培高密度定植是主流（6～8株/m2），用苗量大，且大多依賴國外進口種子，用苗成本高，栽培過程繁瑣，用工成本也不斷增加。另外，我國日光溫室生產周期短，也直接影響效益。

本研究采用稀植多干技術，通過利用不同整枝方式，降低種植密度，使單位面積內枝條數保持一致，探究其對番茄栽培的成本投入、植株生長及產量動態變化的影響，旨在為日光溫室番茄輕簡化栽培提供一種途徑。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試番茄品種為普羅旺斯，番茄幼苗購自山東壽光瑞恒種業有限公司。

1.2 試驗方法

試驗于2021年3月23日至9月1日在山西農業大學設施農業工程研究所（北緯37°25′31″，東經112°34′32″）的三連跨日光溫室中進行。溫室坐南朝北，東西延長100 m，南北跨度20 m，溫室脊高5.5 m[13]，試驗采用槽式栽培，栽培槽為硬質PVC塑料，每個槽長為6 m，縱切面為等腰梯形，其上口寬19 cm、下底寬12 cm、高16 cm。栽培槽用角鋼支架支起，南北向擺放，前端（南端）距離地面50 cm，與地面夾角為1o，栽培槽間距1.5 m。小區面積為9 m2。栽培基質為泥炭育苗基質與羊糞3∶1（體積比）混合，肥料使用A、B肥（福建萬果農資有限公司），通過滴灌帶保障生長期間水肥的供應。

試驗設置4個處理，即單干整枝（T1，株距20 cm）、雙干整枝（T2，株距40 cm）、三干整枝（T3，株距60 cm）、四干整枝（T4，株距80 cm），每個處理重復3次。T1處理為每株只保留主莖，其余側枝全部摘除。在T2～T4處理中，以T4為例，整枝步驟為：待番茄幼苗生長至四葉一心時，進行4片真葉打頂，每片葉留側枝。整枝時間均為幼苗期。為確保不同處理間植株側枝所占空間面積一致，分別對不同處理的種植株數進行計算后設置：單干整枝密度為29 565株/hm2；雙干整枝密度為14 782株/hm2；三干整枝密度為9 850株/hm2；四干整枝密度為7 391株/hm2。但是各處理每公頃枝條數一定。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生產成本的測定 記錄不同處理小區內定植種苗數，計算出每公頃種苗投入量及成本；為了評估人工成本，記錄了不同處理定植種苗所需時間和摘心去頭時間，折算出每公頃所需時間，勞動日工價依據當地價格所定。

1.3.2 番茄植株生長參數和葉面積指數的測定 采用定株法測定番茄植株形態指標，每14 d測一次不同處理各枝條株高和莖粗，最后取各處理平均值，株高采用卷尺測量番茄第1片葉至生長點處的長度，莖粗采用游標卡尺測量第1片葉腋處的莖粗；不同枝條測定數據取平均值。葉長、葉寬每15 d測一次，葉長（L）采用直尺測量葉柄基部到葉片頂端的距離，葉寬（W）采用直尺測量與主脈垂直的最大寬度。

1.3.3 番茄開花坐果數和果實生長速率的測定 在第3穗開花和果實生長期，植株處于最適生長環境，測定不同處理各枝條第3穗的開花坐果數，然后取平均值；坐果以果實橫莖達到2 cm為標準，之后每5 d測定同一時期各枝條生長果實的橫縱徑生長速度，然后取平均值。

式中，R為果實生長速率（mm/d）；D1、D2分別為果實2次測量的直徑（mm）；t1和t2分別為2次測定的時間（d）。

1.3.4 番茄產量指標的測定 番茄生長進入收獲期以小區為單位進行計產，收獲前期每7 d采收一次，產量統計時間從定植后75 d（6月5日）至148 d（8月10日）共計66 d，計算每個處理小區產量和采收日期，并折合公頃產量。

1.3.5 番茄植株生物量的測定 將番茄植株的根、莖、葉、果放入105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘干至恒質量，分別測量每部分干質量，最后計算全株干質量和單位面積干質量，從5月20日起每30 d測定一次。計算同化物分配比例和根冠比，每個處理重復3次。同化物分配比例是植株某器官干質量占總干質量的比例。

1.4 數據分析

試驗采用IBM SPSS 23.0軟件進行方差分析，采 用Duncan法進行多重比較（P＜0.05），使 用GraphPad Prism 8作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對種苗投入、勞動力消耗及生產成本的影響

由表1可知，T1、T2、T3、T4處理每公頃種苗定植數量存在顯著差異，分別為29 565、14 782、9 850、7 391株/hm2，與T1處理相比，T2、T3、T4處理分別減少了50.0%、66.6%、75.0%。而用工時間取決于不同處理定植和摘心去頭，T2、T3、T4處理用工時間分別為49.27、32.83、24.64 h/hm2，較T1處 理（82.13 h/hm2）分別節省了40.0%、60.02%、69.99%。定植的種苗數量和勞動時間的增加都會增加人工成本，按當地雇傭價格為77元/（人·d），種苗價格為1元/株，T1處理總成本明顯高于其他處理，達到30 355.50元/hm2，T2、T3、T4處 理 總成本分別為15 256.22、10 165.98、7 628.16元/hm2，與T1處理相比，分別降低了49.74%、66.50%、74.87%。可見，通過稀植多干整枝技術能夠節省種苗和勞動力的投入，降低生產成本。

表1 各處理對種苗投入、勞動力消耗及生產成本的影響Tab.1 Effects of each treatment on seedling input， labor consumption， and production cost

2.2 不同處理對番茄產量的影響

2.2.1 不同處理對番茄總產量的影響 從表2可以看出，T1、T3、T4處理的小區產量分別為36.44、34.88、30.20 kg，3個處理之間差異不顯著，而T2處理小區產量最低，為27.93 kg，比T1、T3處理分別低23.35%、19.92%。

表2 各處理對番茄總產量的影響Tab.2 The effect of each treatment on the total yield of tomato

2.2.2 不同處理對番茄小區產量動態變化及累積的影響 從圖1可以看出，各處理番茄產量都是隨著時間的變化呈先升高后降低的趨勢，在6月5日，T1處理率先開始收獲，6月5—26日呈逐漸上升趨勢，6月26日達到第1個峰值，小區產量達到7.44 kg，而T2、T3、T4處理小區產量分別為5.19、4.04、3.05 kg，較T1處理分別低30.24%、45.69%、59.00%，差異顯著；7月13日，T1、T2、T3、T4處理小區產量分別為8.58、8.23、11.61、9.20 kg，T3處理產量明顯高于其他處理，分別比T1、T2、T4處理高35.31%、41.06%、26.19%；7月13日 至8月13日，4個處理小區產量都出現迅速下降的趨勢，處理間差異不顯著，這是由于受到高溫和病蟲害的影響，使后期植株的生長和果實的發育受到限制，導致小區產量下降。這也可能對不同處理后期產量的變化造成影響。

從圖1可以看出，T1處理比其他處理提早上市14 d，6月5—19日T1處理小區累積產量為8.51 kg，番茄前期價格為6元/kg，T1處理前期提早上市，收入為56 733.33元/hm2，6月19日—7月13日，T3處理小區累積產量迅速增加，達到23.90 kg，T1、T2、T4處 理 分 別為19.60、19.72、20.61 kg，T3處理 比T1、T2、T4處 理 分 別 高21.93%、21.19%、15.96%，番茄中期價格為3元/kg，T1、T2、T3、T4處理收入分別為65 333.33、65 733.33、79 666.66、68 700元/hm2；番茄后期價格以4元/kg左右來計算；最終，T1、T2、T3、T4處理在整個生育期內的總收入 分 別 為159 044.43、98 844.44、125 711.1、108 122.22元/hm2，而生產效益由總收入和成本決定，T1處理效益較高，為128 688.93元/hm2，T3處理效益略低于T1處理，也達到115 545.12元/hm2。

圖1 番茄小區產量隨時間的動態變化Fig.1 Dynamic changes of tomato plot yield over time

2.3 不同處理對番茄開花坐果和果實生長速率的影響

2.3.1 不同處理對番茄開花坐果的影響 試驗中觀察了植株第3穗的開花和坐果情況如表3所示。

表3 各處理對番茄開花坐果的影響Tab.3 Effects of each treatment on tomato flowering and fruit setting

從表3可以看出，以T3處理的開花數最多，為6.22朵/干，T1、T2、T4處理分別為5.22、5.00、5.33朵/干，分別比T3處理低16.07%、19.61%、14.30%；坐果數和開花數相似，T3處理坐果數最多，為3.00個/干，較T1、T2、T4處理分別高17.64%、28.75%、28.75%；對于坐果率來說，4個處理間差異不顯著，均保持在44%～49%。

2.3.2 不同處理對番茄果實生長的影響 從圖2可以看出，4個處理的果實橫縱徑生長趨勢均保持一致，呈先增長后逐漸穩定的趨勢。在6月27日之前，各處理果實均處于快速增長期，之后長勢減緩。T1、T2、T3、T4處理在7月7日果實橫徑均達到44.99～51.63 mm，且各處理間差異不顯著，果實增長速率最大分別為2.71、1.23、1.22、1.31 mm/d，T1處理的增長速率最快，T2、T3、T4處理分別比T1處理慢54.61%、54.98%、51.66%。果實縱徑與果實橫徑的變化趨勢相似，T1、T2、T3、T4處理到生長結束，縱徑分別達到50.91、43.84、47.11、46.73 mm，各處理間差異不顯著；且T1、T2、T3、T4處理在果實生長期內果實增長速率達到最大分別為2.96、1.11、1.21、1.43 mm/d，其中，T2、T3、T4處理分別比T1處理慢62.5%、59.12%、51.63%。

圖2 各處理對番茄果實生長的影響Fig.2 Effects of each treatment on tomato fruit growth

2.4 不同處理對番茄植株的生長、干物質積累及分配的影響

2.4.1 不同處理對番茄植株株高、莖粗的影響 從圖3可以看出，試驗結束時，T1處理株高最高，達到212.2 cm，T2、T3、T4處理分別為195.6、197.2、182.3 cm，T1處 理 分 別 比T2、T3、T4處 理 高8.4%、7.6%、16.4%。從圖3還可以看出，在試驗結束時，T1、T3、T4處理莖粗分別為15.76、15.58、15.97 mm，且處理間無顯著差異，T2處理莖粗最小，為15.35 mm。

圖3 各處理對番茄株高和莖粗的影響Fig.3 Effects of each treatment on tomato plant height and stem diameter

2.4.2 不同處理對葉面積指數變化的影響 葉面積指數是反映植株光合能力的重要指標。從圖4可以看出，所有處理在生長期內葉面積指數的變化大體都呈現先上升后趨于平緩。在定植后的30 d內，T1、T2、T3、T4處理葉面積指數分別為0.22、0.13、0.18、0.12，其中，T1處理前期生長較快，葉面積指數較大，而T2、T3、T4處理分別比T1處理低42.85%、21.49%、44.32%，在定植后30～90 d，植株處在生長旺期且太陽輻射和溫度適宜，T1、T2、T3處理葉面積指數都迅速上升，但T4處理葉面積指數上升緩慢，在定植后120 d，不同處理葉面積指數分別達到1.90、2.23、2.18、1.93，各處理間群體葉面積指數差異不顯著。

圖4 各處理對番茄葉面積指數變化的影響Fig.4 Effects of each treatment on the change of tomato leaf area index

2.4.3 不同處理對番茄干質量及根冠比的影響 由圖5可知，在整個生育期內，各個處理間地上部干質量、地下部干質量和單位面積地上部干質量變化均一致。就地下部干質量來看，在6月20日T1處理地下部干質量只有6.96 g/株，而T2、T3、T4處理每株則分別高達19.68、24.20、20.75 g，T1處理比T2、T3、T4處理分別少64.63%、71.23%、66.45%；在8月20日時T1、T2、T3、T4處理每株地下部干質量分別為15.79、25.53、35.04、60.83 g，處理間差異 顯 著，T1處 理 比T2、T3、T4處 理 分 別 低38.15%、54.93%、74.04%，說明整枝能夠增加全株根干質量，提高植物根系對土壤中水分養分的吸收和利用。在各個時期不同處理單株地上部生物量總體表現為T4＞T3＞T2＞T1。由圖5可知，5月20日T1處理單位面積地上部干質量顯著高于其他處理，T2、T3、T4處理分別比T1處理低40.93%、41.24%、34.86%，T2、T3、T4處理間差異不顯著；在6月20日，各處理間差異不顯著；在8月20日，4個處理間單位面積地上部干質量分別為464.43、339.29、441.24、440.61 g/m2，除T2處理外，其他處理差異不顯著。根冠比通常用于描述地下部和地上部之間的干質量分配。由圖5可知，根冠比在前期和后期比例有所不同，在5月20日，T1、T2、T3、T4處理根冠比分別為0.08、0.17、0.17、0.11，T1處理比T2、T3、T4處 理 分 別 低52.94%、52.94%、27.27%，到8月20日，T3處理根冠比為0.09，較T1處理顯著降低24.33%。

圖5 各處理對番茄干質量和根冠比的影響Fig.5 Effects of each treatment on tomato dry weight and root-shoot ratio

2.4.4 不同處理對番茄地上部干物質分配的影響 從圖6可 以 看 出，6月20日T1處理莖、葉、果的分配比例分別為28.57%、32.05%、39.38%，果實占比大，而T2、T3、T4處理在前期主要進行營養生長，在果實中干物質積累較少，占比分別為12.87%、12.68%、12.12%；在7月20日，T2、T3、T4處理坐果后，地上部干物質的分配向果實內集中，莖、葉所占比例降低，果實所占比例增加，此時，T1、T2、T3、T4處 理 后 期 果 實 占 比 分 別 為36.20%、24.12%、41.41%、40.84%，T3、T4處理分別比T1處理高15.58%、11.36%，說明T3、T4處理與T1處理相比，后期有機物在果實中的分配比例更高。

圖6 各處理地上部干物質的分配Fig.6 Distribution of aboveground dry matter for each treatment

3 結論與討論

勞動力短缺已嚴重影響我國設施農業快速發展，而采用輕簡化的栽培技術能緩解勞動力短缺，大幅度降低勞動成本，提高生產效率，稀植多干栽培技術不失為一種好的措施。李書貴[15]研究發現，減少主莖留葉數進行側枝培育，能降低煙葉采收和烘烤次數，還可以抑制下部煙杈的生長，減少抹杈的勞動量，降低了用工量。魯建棟等[16]在葡萄上的研究也發現，采用龍干一字型棚架的葡萄植株長勢好，產量高，可以提高7.2%～20.1%的勞動效率，降低勞動成本。本試驗在番茄上的研究表明，T2、T3、T4處理的勞動效率分別比T1處理提高了35.7%、56.8%、67.9%，成本分別比T1處理降低了49.74%、66.50%、74.87%，通過稀植多干技術可以節約勞動成本。

整枝方式會影響作物形成不同的冠層結構[17]，合理的冠層結構能改善通風透光能力，提高群體光能截獲率和光合性能[18-19]，而葉面積指數則是決定冠層光照狀況的重要指標。馬國治等[17]研究表明，不同整枝方式下番茄葉面積指數變化趨勢為先增大后下降，在番茄生長前期，改良型單干整枝葉面積指數大，而在結果盛期連續換頭整枝葉面積指數大。沈秀瑛等[20]研究發現，當LAI達到一定程度（4.25）以上時，光截獲率增幅較小，光合作用不能進一步提高。本試驗結果表明，葉面積指數也呈逐漸上升趨勢，T2、T3、T4處理葉面積指數分別達到2.23、2.18、1.93，且群體葉面積指數與單干密植無顯著差異，說明雖然稀植多干技術降低了栽培密度，但減少的光合面積可以通過增加枝條數來滿足。試驗所測冠層特異性指標只是對番茄葉面積指數進行了分析，因此，還有待進一步的完善。

光合作用是植物吸收光能并將其轉化為碳水化合物的過程，葉面積指數的增加，光合作用的增強，最終會對植物的生長發育和生物量的形成起促進作用[21]。代興榮等[22]研究認為，單干整枝的番茄植株長勢強，株高和莖粗均大于雙干整枝，雙干整枝番茄植株的葉片較多，莖稈較細，植株易徒長。陳修斌等[23]研究了不同整枝方式對雜交番茄制種產量的影響發現，三干整枝在株高、莖粗、葉片數、葉面積、產量上明顯優于其他整枝方式。還有研究表明[24]，三干整枝處理的櫻桃番茄植株在干鮮質量、壯苗指數、根冠比、G值、葉綠素含量和根系活力等指標上均優于其他處理，能形成合理的個體構型和群體空間排布。本試驗結果表明，T1處理的株高較高，果實發育速度較快，這與前人研究結果一致；但T3、T4處理單位面積地上部生物量與T1處理間沒有顯著差異，說明T3、T4處理單位面積地上部同化物在空間內的分配均衡，構型較為合理，也與前人研究結果一致。地上部為地下部提供光合產物以確保根系功能的正常運行，而根系的主要功能是從土壤吸收水分和養分來滿足植株地上部的生長，根系的生長狀況在一定程度上決定著植株生產力[25]。楊圓圓等[26]的研究發現，雙頭整枝根系須根及繁茂程度明顯大于單頭整枝，能顯著提高番茄產量和根系生物量。本試驗結果表明，T3、T4處理在整個生育期內地下部干質量顯著高于T1處理，與其結果相似；且T3處理前期根冠比為0.17，根系生長較好，能滿足植株較多枝條的生長發育，后期時根冠比為0.09，同化物更多地集中在地上部，同化物分配更加合理，有利于產量的增加。但也有研究表明[27]，根系過大可能會抑制地上部的生長，本試驗中T4處理地下部干質量最大，可能會對地上部生長造成不良影響。艾先云[28]研究發現，單干整枝單果質量較大且有利于及早上市和擴大栽植密度。彭翠蘭[29]也研究發現，單干整枝的前期產量較高，適宜冬春茬栽培；改良單干整枝、雙干整枝的中期產量較高，適宜大規模種植。本試驗中，T1處理生育期較短，提早上市14 d，前期產量較高，是構成經濟效益的重要部分，但隨著番茄生長，T3處理在中期時產量較高，分別比T1、T2、T4處理高21.93%、21.19%、15.96%，且大量收獲時期相對集中，適合集中采收，能夠降低人工和時間成本，而有效降低成本是取得經濟效益的關鍵。T1處理小區產量為36.44 kg，折合公頃產量為40 488.88 kg，T3處理小區產量為34.88 kg，折合公頃產量為38 755.55 kg，T1、T3處 理效益較高，分別為128 688.93、115 545.12元/hm2，T4處理效益次之，T2處理獲得的經濟效益最低，這可能是由于試驗中栽培環境欠佳和病蟲害的問題，使T2處理坐果率降低，嚴重影響產量。

綜上所述，采用稀植多干技術能有效節約種苗投入，降低成本，提高單株根系干物質量，利于較多枝條生長發育，地上部干物質量分配均衡，且番茄產量、經濟效益也與傳統單干密植接近，因此，稀植多干技術是可用于日光溫室番茄輕簡化生產的。但采用稀植多干技術導致前期產量較低，上市期推遲，且本試驗是在定植后開始處理植株，如果能夠提早處理植株可能效果更好，還有待進一步試驗。