东西垄丛栽方式对日光温室秋冬茬番茄生长及其温光环境的影响

唐佳宁，陈启峰，余朝阁，富宏丹，刘长春，郑淑荣，宋卫丽，孙周平

（1沈阳农业大学园艺学院/北方园艺设施设计与应用技术国家地方联合工程研究中心/设施园艺省部共建教育部重点实验室/辽宁省设施园艺重点实验室，沈阳 110866；2北票市蔬菜站/北票市东关营农业技术推广站，辽宁北票 122199）

0 引言

中国是世界上设施番茄栽培面积最大，生产总量最多的国家之一。中国日光温室传统栽培方式大多为南北栽培，南北栽培的垄距短，垄数多，在实际生产中因频繁的更换作业垄行，无法进行机械化操作，工作效率低[1]。随着中国社会经济的快速发展，在农业方面的劳动力迅速减少，使得劳动工人的聘用成本与日俱增[2-5]。

因此，南北栽培垄向与适宜的农机是制约机械化水平提升的核心矛盾，将“设施-农机-农艺”相融合，改变日光温室传统南北垄种植习惯，创新日光温室蔬菜东西垄宜机化种植方式是提高工作效率的方法。而对此开展日光温室结构与机具进出门的宜机化设计，实现撒肥、旋地、起垄、秧苗移栽的机械化作业，实现植株、水肥、环境、植保和运输等管理的轻简化与省力化作业，有利于设施作物机械化生产的推广应用[6]。

目前，日光温室东西垄栽培试验的设施作物主要有番茄、黄瓜、辣椒、茄子等，研究结果均表明东西垄栽培作物的单产要高于南北栽培。中国日光温室番茄生产主要分为冬春茬、越夏茬、秋冬茬、越冬茬4种茬口栽培，当秋冬茬番茄采用东西垄向栽培时，由于冬季光照较弱，南侧植株遮挡北侧植株光照情况严重，影响作物的正常生长发育，而适宜的行距设置可为作物提供一个良好的群体冠层结构，改善冠层内的光照、温度、湿度等微环境[7]，增加作物产量。不同纬度地区，由于太阳高度角的不同，同一时刻对植株的遮光距离也不同，纬度越北，遮光问题越严重。陈真真[8]在山东农业大学(36°)进行东西垄向栽培表明大行距140 cm显著改善了冠层光照条件，增强叶片光合作用。杨冬艳[9]、田兴武[10]和王继涛在宁夏吴忠(37°)分别以 180、210、240 cm进行东西垄向栽培，均发现行距增大，植株间通风透光条件明显改善，产量得到提升。杨雨松[11]和梁子玉[12]在沈阳农业大学(42°)分别以行距120 cm和130 cm进行东西垄向基质栽培和土壤栽培，最终收获产量高于南北垄向，但由于行距过小，植株遮光情况较为严重。因此，在不同纬度地区的东西垄向栽培中，选用适宜的行距尤为重要。

为此，本试验在高纬度的辽宁地区选用秋冬茬，以南北栽培为对照，开展东西垄丛栽方式对番茄的环境和生长的影响研究，改善南北行遮光情况，将机械化生产与适宜的行距相结合，大幅度提高中国日光温室蔬菜机械化水平。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年9月23日—2021年2月7日在辽宁省朝阳北票市现代设施蔬菜科技示范园日光温室(120.7°E,41.8°N)内进行。北票日光温室长110 m、跨度8 m、脊高4.8 m；供试品种为‘粉贝2号’高糖番茄。

1.2 试验设计

试验以南北栽培为对照，设置大垄丛栽、大垄单行、大垄双行3种栽培方式。图1为日光温室内4种栽培方式种植布置图，图2为大垄丛栽栽培示意图。

图1 温室内4种栽培方式布置图

图2 大垄丛栽栽培方式示意图

1.3 栽培管理

番茄于9月23日定植，2月7日拉秧，留5穗果实，番茄的4种栽培方式群体的栽培管理均采用单干整枝方式，且水肥管理一致。

1.4 测定内容及方法

1.4.1 番茄形态指标的测定 采用常规方法测量株高、茎粗和生物量。

1.4.2 番茄产量和品质指标的测定 产量：每穗果实成熟后剪下称重，测量果径、计算平均单果重、平均单株产量和每公顷单产。

品质：选取第2穗中的果形饱满的成熟果实进行品质指标测定。

1.4.3 环境因子的测定 冠层温湿度和土壤温度：使用江苏省精创电器有限公司RC-4HA型迷你型温湿度记录仪和RC-4型迷你型温湿度温度记录仪每隔30 min自动记录一次数据。

光合有效辐射：MP-200仪器

透光率的测算：测量番茄群体冠层顶部的光合有效辐射(Qover)作为起始量，番茄群体冠层下方的第N层光合有效辐射(QunderN)，计算各高度层的透光率η[13]，见式(1)。

消减率的计算：测算环境指标在水平方向温室北部、中部和南部与垂直方向H-150至H-50的消减量，并利用原总量计算消减率。见式(2)。

1.5 数据处理方法

采用DPS软件进行数据统计分析，Duncan新复极差法进行差异显著性检验，Excel工作表作图。

2 结果与分析

2.1 不同东西垄栽培方式对日光温室番茄群体环境的影响

2.1.1 不同东西垄栽培方式对植株冠层光和有效辐射的影响 综合4种栽培方式水平和垂直光合有效辐射分布分析（表1），番茄群体光照环境大垄丛栽为最佳，其次为大垄双行，大垄单行次之，南北栽培最差。在群体透光性方面，大垄丛栽的群体水平方向透光性最好，大垄单行的群体垂直方向透光率最好。SN-3和H-150处的光环境差异最大。

表1 不同东西垄栽培方式对植株冠层光合有效辐射群体水平和垂直方向透光率的影响

2.1.2 不同东西垄栽培方式对不同垄间冠层辐射量日变化的影响 图3为东西垄3种栽培方式垄间的冠层辐射量的比较。自北向南方向，3种栽培方式的垄间道在水平方向上基本相对应。由图3可看出，在温室北部，大垄丛栽的垄间辐射量较为均匀；在温室中部和南部，10:00、12:00、14:00时，3种栽培方式的垄间辐射量大小均为大垄丛栽＞大垄双行＞大垄单行。

图3 不同东西垄栽培方式对不同垄间冠层辐射量日变化的影响

综上所述，大垄丛栽的垄间冠层辐射量要优于大垄双行和大垄单行。

2.1.3 不同东西垄栽培方式对番茄冠层空气温湿度和土壤温度的变化影响 图4为4种栽培方式的冠层空气温湿度日变化。在12:00时4种栽培模式的空气温度的趋势表现为大垄双行＞大垄丛栽＞大垄单行＞南北栽培，大垄双行最大温度为30.5℃。大垄丛栽空气相对湿度最低为41.4%，分别比大垄单行、大垄双行、南北栽培低3.94%、10.2%、16.87%。

图4 不同东西垄栽培方式对番茄一天内空气温湿度变化影响

图5为不同垄向栽培方式一日内的土壤温度变化趋势图。在下午15:00左右4种栽培模式的土壤温度均达到最高，大垄丛栽的土壤温度最高，为19.6℃。15:00之后4种栽培模式的土壤温度均呈下降趋势，东西垄向3种栽培方式的土壤温度下降幅度相差不多，而南北栽培的土壤温度下降幅度较大。

图5 不同东西垄栽培方式对番茄一天内土壤温度变化影响

2.2 不同东西垄栽培方式对日光温室番茄植株生长的影响

从表2可以看出，定植80天后，4种栽培模式的株高、茎粗、地上部干质量均无显著性差异，地下部积累量依次为大垄双行＞南北栽培＞大垄丛栽＞大垄单行。大垄双行的地下部积累量最多，为5.51 g，分别比大垄单行、大垄丛栽、南北栽培高45.37%、22.99%、13.84%。

表2 不同东西垄栽培对番茄生长的影响

2.3 不同东西垄栽培方式对番茄产量和果实品质的影响

从表3、4中可以看出南北栽培模式的果径分别比大垄双行、大垄单行、大垄丛栽低8.07%、8.8%、5.66%；4种栽培模式的平均单果重无显著性差异；大垄双行的平均单株产量分别比大垄单行、大垄丛栽、南北栽培高16.29%、33.55%、39.86%；大垄丛栽的单产最大，为47577 kg/hm2，分别比大垄双行、大垄单行、南北栽培高8.4%、20.7%、12.93%。4种栽培方式的可溶性糖含量、有机酸含量、糖酸比和VC含量均无显著性差异；大垄双行的可溶性固形物含量分别比大垄单行、大垄丛栽、南北栽培高4.26%、10.93%、23.81%。

表3 不同东西垄栽培方式对番茄植株产量的影响

表4 不同东西垄栽培方式对番茄果实品质的影响

3 讨论

3.1 不同垄向栽培对日光温室植株群体温光环境的影响

空气温度、光照条件、相对湿度、各种环境因素都会影响作物的生长发育[14]，其中光起着重要的作用[15]。采用东西垄向栽培时，日光温室北部种植行的南侧遮挡北侧植株，使得北侧植株遮光严重，受光不足。可以通过增大行距的距离，减少遮光。本试验以东西单行的行距2 m，东西双行的行距1.7 m，东西丛栽的行距95 cm栽培时，东西垄向北部种植行南侧对北侧遮光的问题得到显著改善。

在冬季，日光温室9:00揭开保温被，植株冠层随着温度的升高，相对湿度迅速降低；夜晚温室内由于温度下降导致相对湿度变大，整晚都保持在90%的高湿状态。大垄双行的空气温度最高，大垄丛栽的相对湿度最低；大垄丛栽的土壤温度最高为19.6℃；在夜间，东西垄向栽培模式的土壤温度均高于南北栽培。可能是白天东西垄向栽培模式的土壤吸收的热量更多，夜间土壤释放的热量比南北栽培多，能够维持作物生长发育需求的温度。

3.2 不同垄向对番茄生长发育和产量及品质的影响

合理的栽培方式可以改善冠层结构和透光性，光照是日光温室内番茄生长发育的重要组成部分，一方面促进植株有机物和干物质的积累，另一方面均衡调控植株营养生长、生殖生长、器官分化的周期，使能量得到有效积累和释放[16]。4种栽培方式无论在番茄营养生长还是在生殖生长阶段无显著性差异。

4种栽培方式的平均单果重无显著差异。在东西垄向栽培方式中，大垄丛栽的单株产量最低，与大垄双行有显著性差异，但大垄丛栽的单产显著高于大垄双行。可能是大垄丛栽的栽培密度（3.02株/m2）高于大垄双行（2.97株/m2），改变了单株产量低的情况，因此大垄丛栽的单产最高。在相同栽培密度条件下，大垄丛栽和南北栽培的单株产量无显著差异，但大垄丛栽的单产高于南北栽培，可能是东西垄向行距变大，北部种植行的南侧遮挡北侧的遮光高度减小，光照增大，提高了产量。维生素C、可溶性糖、有机酸、可溶性蛋白含量是评价果实品质高低的重要指标[17-19]。大垄双行的可溶性固形物显著高于南北栽培。

4 结论

在本试验中，4种栽培方式的株高、茎粗、干物质积累量、可溶性糖、有机酸、糖酸比、维生素C的含量均无显著差异。大垄丛栽的冠层光环境最佳，群体水平方向透光性最好，垄间辐射量、土壤温度和相对湿度要优于大垄双行和大垄单行，单产显著高于其他栽培方式。大垄双行的空气平均温度最高，大垄丛栽的空气平均温度略低于大垄双行。综上所述，大垄丛栽的栽培方式在环境与产量方面都优于南北栽培，由此可见，东西大垄丛栽栽培方式可在高纬度地区进行推广。