农艺农机融合的设施番茄栽培参数优化研究

邹 豪 孙明琴 田永强 高丽红

（中国农业大学园艺学院，设施蔬菜生长发育北京市重点实验室，北京 100193）

随着城镇化的不断推进以及农村富余劳动力向非农产业的转移，我国务农人员的数量不断减少，导致农事操作劳动力成本不断增大。据调查，近10 年我国蔬菜生产成本年均涨幅在10%以上，蔬菜生产总成本的59%为人工成本（乔宏 等，2016），人工成本成为制约当前蔬菜产业发展的关键要素（陈永生 等，2014）。提高蔬菜生产机械化水平是降低用工成本的有效途径，但与大田作物生产80%以上的机械化率相比，蔬菜生产的机械化率只有30%左右。虽然近年来蔬菜生产装备的研发不断有新突破，在耕整地机械、穴盘育苗播种机械、蔬菜精量直播机械、蔬菜移栽机械、蔬菜收获机械等方面均有一定进展（陈永生，2019）。但与之相配套的农艺操作参数，尤其是标准化种植模式没有明确规范，加上我国蔬菜种类繁多，设施结构参数因地制宜，缺乏统一标准，导致各类机械实际使用困难（黄丹枫，2012）。因此，如何根据实际生产情况，明确我国主要蔬菜种植标准化模式，是推动蔬菜生产机械化的先决条件，也是目前亟需解决的问题。

番茄（L.）是我国栽培面积最大的蔬菜作物之一，其播种面积在蔬菜播种面积份额中维持在4.7%左右（霍建勇，2016），同时也是设施栽培面积最大的蔬菜作物之一，占设施蔬菜总面积的25%左右（李天来 等，2019）。实现轻简化栽培是我国设施番茄生产亟待解决的问题。根据现有主要栽培管理环节农机作业特点和番茄栽培的农艺要求，明确农艺农机融合的栽培农艺参数，是实现设施番茄机械化、轻简化生产的基础（van Henten et al.，2006）。设施蔬菜生长发育北京市重点实验室前期调研发现，目前我国设施番茄栽培主要采用高畦双行定植模式，但栽培畦参数不同地区差异较大，80%左右为宽1.2～1.4 m 的栽培畦，多为宽畦窄沟做畦方式，尚未有标准化种植模式，亦未规定相关农艺参数对机械生产进行指导，导致实际农事操作中机械使用效果差，机械化程度低（肖体琼，2017）。因此，从农艺农机融合角度，研究番茄种植模式和相关农艺参数的标准化具有重要意义。为了能够同时满足大棚土壤翻耕、起垄、覆膜、移栽机械作业和后期采收、运输机械的作业要求，本试验根据现有主要栽培管理环节农机作业特点和番茄栽培的农艺要求，进行了农艺农机融合的设施番茄栽培农艺参数优化研究，在保证番茄产量和品质的基础上，提出农艺标准，以期为相关农业机械研发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验共进行了春秋两茬，参试番茄品种均为大果型。春茬试验于2019 年4—7 月在北京市农林科技有限公司4 个结构相同的塑料大棚内进行，大棚跨度8 m，高3.0 m，长60 m，番茄品种为粉特立F（寿光格顿农业科技有限公司提供），于4 月11 日定植，苗龄为四叶一心。秋茬试验于2019 年9 月至2020年3 月在北京市小汤山现代农业示范园连栋温室内进行，单栋跨度为9.6 m，长50 m，番茄品种为普罗旺斯（广东金作农业科技有限公司提供），于9月1 日定植，苗龄为六叶一心。春茬试验对照栽培畦参数为当地主要模式，处理设3 个不同密度，统一为1.6 m 双行定植，根据不同密度调整定植株距，小区面积240 m，随机区组排列，3 次重复，具体方案见表1。

表1 春茬试验设计

秋茬试验是在春茬试验基础上，采用与对照相同的栽培密度，为了使移栽作业更方便（双行定植需要铺设2 条滴灌带，为避免定植孔打在滴灌带上，对移栽机要求更高），增加了1.6 m 单行定植并缩小株距的T5 处理，通过两侧吊蔓使吊蔓后株距与T4 相同，试验小区面积为144 m，随机区组排列，3 次重复，具体方案见表2。

表2 秋茬试验设计

1.2 测定指标

1.2.1 植株生长指标 春茬试验在定植缓苗（4 月15 日）后、秋茬试验在光强开始降低（10 月25 日）时每10 d 测量一次株高、茎粗、叶面积，并统计叶片数，直至植株摘心。每小区随机选定6 株，株高采用卷钢尺测量；茎粗采用游标卡尺，根据“十”字交叉法测量植株基部；叶面积按番茄经验叶面积公式进行计算（薛义霞 等，2006）。

1.2.2 不同高度光分布 采用手持式线性光合有效辐射传感器，在秋茬番茄结果期的晴天（2019 年12 月11、22 日和2020 年1 月2 日）测定番茄窄行距和宽行距不同高度植株光合有效辐射。各处理随机选取3 个不受温室结构遮光影响的位置，分别测定距离地表0、50、100、150 cm 和冠层5 个垂直点的光合有效辐射值，取3 次测定结果的平均值。

1.2.3 产量指标 进入果实采收期后（春茬6 月20 日，秋茬12 月10 日），根据果实成熟度，适时采收，分小区记产。每次采收时记录采收时间、采收果实的总产量与总个数，计算平均单果质量（总产量/总个数）。

1.2.4 果实品质指标 在盛果期，每小区随机选取同一果穗、成熟度一致的6 个果实（春茬于6 月27 日选取第1 穗果、7 月3 日选取第2 穗果，7 月10 日选取第3 穗果，秋茬于2019 年12 月12 日选取第1 穗果），进行品质测定。采用折光计法测定可溶性固形物含量，采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定抗坏血酸（VC）含量，采用酸碱滴定法测定有机酸含量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量（李合生，2000）。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 及SPSS 23.0 软件对试验数据进行统计分析，采用Duncan 新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同栽培参数对番茄营养生长的影响

由表3、4 可知，两茬番茄不同处理的株高、茎粗除个别时间点（5 月5、25 日和11 月30 日）外，其余均与对照无显著差异。秋茬不同栽培参数处理对番茄叶面积指数影响的动态结果见表5，虽然1.6 m 单行小株距栽培（T5）叶面积指数略高于1.6 m 双行（T4）或1.4 m 双行（CK2）大株距处理，但差异不显著。表明不论是光照逐渐增加的早春茬还是光照逐渐降低的秋茬，栽培参数的变化均没有对番茄营养生长产生显著影响。

表3 不同栽培参数对春茬番茄株高、茎粗的影响

表4 不同栽培参数对秋茬番茄株高、茎粗的影响

表5 不同栽培参数对秋茬番茄叶面积指数的影响

2.2 不同栽培参数对秋茬番茄宽窄行光垂直分布的影响

以冠层光强为100%，获得了秋茬番茄不同栽培参数处理窄行与宽行不同高度的光垂直分布。从表6 可以看出，宽窄行各处理透光率均随距地面高度增加而增加。CK2 窄行在距地面50～100 cm 范围内的透光率高于T4 和T5 处理；而宽行距地面150 cm 及以下位置的透光率低于T4 和T5 处理。总体而言，处理的窄畦宽沟栽培模式可以显著改善宽行的光环境，但窄行中下部的光照仍然相对较弱。

表6 不同栽培参数对秋茬番茄宽窄行不同冠层光垂直分布的影响%

2.3 不同栽培参数对番茄产量的影响

由表7 可知，春茬和秋茬各处理平均单果质量、单株结果数和商品果产量均无显著差异。但春茬试验中，减少定植密度使单果质量和单株结果数呈增加趋势；秋茬试验在相同密度条件下，加大宽行行距使单果质量和产量均呈增加趋势。

表7 不同栽培参数对春秋茬番茄产量的影响

2.4 不同栽培参数对番茄品质的影响

由表8 可以看出，栽培参数的变化对春茬番茄果实品质有一定影响，且对不同果穗的影响不完全相同。春茬不同处理间的第1 穗果除T3 处理可溶性固形物含量极显著低于T2 处理外，其他品质指标无显著差异；第2 穗果各处理可溶性固形物含量、有机酸含量和糖酸比没有显著差异，但增加或降低密度的处理（T2、T3）均使VC 含量极显著降低，相同密度下窄畦宽沟的T1 处理可溶性糖含量极显著高于CK1；第3 穗果各处理的可溶性固形物含量、可溶性糖含量都显著高于对照，T1、T3 处理的糖酸比极显著低于对照，其他指标没有显著差异。

表8 不同栽培参数对春茬番茄果实品质的影响

受新冠疫情影响，秋茬试验仅对第1 穗果实品质进行了测定。从表9 可见，除T4、T5 处理的VC 含量显著低于CK2 外，各处理的其他品质指标没有显著差异。

表9 不同栽培参数对秋茬番茄品质的影响

综上，不同栽培参数处理对春茬番茄果实可溶性固形物、VC、有机酸、可溶性糖含量等品质指标有一定提升效果，且能明显提高第3 穗果实的品质；但不同栽培参数对秋茬番茄果实品质影响不大。

3 讨论与结论

叶面积指数受作物大小、苗龄、株行距等影响（安强 等，2011；阎广建 等，2016），是影响作物产量的主要因素之一（Watson，1947；Chen et al.，2018；Tagliapietra et al.，2018；Lykhovyd，2020）。在本试验中，改变栽培畦规格、行距、密度等参数并不会对植株株高、茎粗及叶面积指数等营养生长指标产生显著影响，表明采用宜机化的窄畦宽沟栽培方式在生产中是可行的，能够替代传统宽畦窄沟的做畦方式，可作为轻简化栽培的农艺标准。

品种是影响作物产量的首要因素（Healy et al.，2017；Tumanyan et al.，2020）。但是在既定品种下，栽培密度是影响产量的主要因素之一（董风英 等，2013；Maboko &du Plooy，2018）。本试验结果表明，在窄畦宽沟栽培方式的基础上，根据现有主要栽培管理环节农机作业特点，适度调整定植密度，对番茄平均单果质量和总产量没有显著影响，进一步表明宜机化的窄畦宽沟栽培方式符合当前轻简化栽培的需求。Davis 和Ester（1993）对番茄栽培间距和整枝方式进行了研究，认为当行距紧密且植株间距为46～76 cm 时，番茄果实净收益率最高。但是，徐进等（2009）认为，不同栽培密度对秋季大棚番茄生长后期的植株有显著影响，且不同栽培密度对番茄总产量和平均单果质量均有显著影响。这主要是因为本试验中的定植密度变幅较小〔2 250～2 750 株 ·（667 m）〕，而前人研究中栽培密度的变幅较大〔2 200～3 700 株 ·（667 m）〕。本试验小幅度调整栽培密度既考虑了生产实际中的农艺栽培习惯，也考虑了当前已有农机的作业特点，因此更有利于农机农艺的融合。

虽然宜机化的窄畦宽沟栽培方式对番茄产量无显著影响，但对春茬番茄果实品质指标有一定提升效果，且在第3 穗果实中表现尤为明显。这主要是因为相较于传统的宽畦窄沟，窄畦宽沟栽培方式显著改善了宽行的光环境，更有利于外部叶片进行光合作用，从而有助于光合产物向果实输送。已有研究证实，通过调整栽培密度改善光环境，有助于提升番茄果实品质，如促进糖分累积（Saito et al.，2006；Cardoso et al.，2018）。

本试验所采用的窄畦宽沟栽培方式，旨在扩大过道空间，使各类农业机械能够通过从而方便作业，以起到节约人工成本，降低生产成本的作用。通过本试验结果可以看出，与传统宽畦窄沟栽培方式相比，宜机化的窄畦宽沟栽培方式并不影响番茄产量，甚至对果实品质有所提升。因此，采用窄畦宽沟栽培方式有利于农艺农机融合，适宜在设施番茄轻简化生产中推广。设施番茄窄畦宽沟栽培建议采用1.6 m 双行或单行定植，每667 m定植1 900～2 500 株。