日光温室番茄稀植多干技术应用效果分析

陈鹏宇，陈登龙，宋佳佳，张雨翔，王越，温祥珍，李亚灵

（山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 030801）

我国设施园艺产业发展迅速，成为世界设施园艺第一生产大国[1]，但也存在一些问题。一是我国设施园艺作物的单位面积产量与荷兰相比，差距较大，荷兰拥有1.1万hm2文洛（Venlo）型连栋玻璃温室，通过无土栽培和低密度稀植技术（1.7～2.7株/m2）节约了用苗量和劳动力[2]，还能够发挥高产优势，使番茄产量达到90 kg/m2。我国现代化温室生产也利用了该技术，但平均产量仅25～30 kg/m2[3-4]；二是我国设施生产的劳动效率低下，日光温室生产单纯依靠人力，人均管理面积为667 m2，仅是日本的1/20、美国的1/40[5-8]。高投入低产出的粗放式管理限制了我国设施园艺的发展，同时由于劳动力的短缺，也导致农业生产的成本不断增加。因此，解决日光温室劳动效率低、劳动成本高等问题至关重要。

通过使用机械、简化种植管理、农机农艺融合等方法，可以实现轻简化栽培，有效解决劳动成本高、劳动效率低的问题[9]。熊洁等[10]研究发现，采用开行摆苗的移栽方式能够提高油菜的移栽效率。王云华等[11]研究发现，浅旋耕+机插秧+控释肥、浅旋耕+机插秧+精确定量施肥、深耕+机插秧+控释肥3种模式能改善稻田土壤结构与营养，且省工、节本、增收效果明显。以往的轻简化技术研究多集中在棉花、水稻[12]等大田作物上，对日光温室的番茄栽培研究较少。日光温室作为我国设施农业产业的主体，对自然光热资源的利用好，作为季节性生产设施，期望在适宜的季节产出更多的产品，以适应市场。但日光温室空间和环境控制手段有限，我国日光温室番茄栽培高密度定植是主流（6～8株/m2），用苗量大，且大多依赖国外进口种子，用苗成本高，栽培过程繁琐，用工成本也不断增加。另外，我国日光温室生产周期短，也直接影响效益。

本研究采用稀植多干技术，通过利用不同整枝方式，降低种植密度，使单位面积内枝条数保持一致，探究其对番茄栽培的成本投入、植株生长及产量动态变化的影响，旨在为日光温室番茄轻简化栽培提供一种途径。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为普罗旺斯，番茄幼苗购自山东寿光瑞恒种业有限公司。

1.2 试验方法

试验于2021年3月23日至9月1日在山西农业大学设施农业工程研究所（北纬37°25′31″，东经112°34′32″）的三连跨日光温室中进行。温室坐南朝北，东西延长100 m，南北跨度20 m，温室脊高5.5 m[13]，试验采用槽式栽培，栽培槽为硬质PVC塑料，每个槽长为6 m，纵切面为等腰梯形，其上口宽19 cm、下底宽12 cm、高16 cm。栽培槽用角钢支架支起，南北向摆放，前端（南端）距离地面50 cm，与地面夹角为1o，栽培槽间距1.5 m。小区面积为9 m2。栽培基质为泥炭育苗基质与羊粪3∶1（体积比）混合，肥料使用A、B肥（福建万果农资有限公司），通过滴灌带保障生长期间水肥的供应。

试验设置4个处理，即单干整枝（T1，株距20 cm）、双干整枝（T2，株距40 cm）、三干整枝（T3，株距60 cm）、四干整枝（T4，株距80 cm），每个处理重复3次。T1处理为每株只保留主茎，其余侧枝全部摘除。在T2～T4处理中，以T4为例，整枝步骤为：待番茄幼苗生长至四叶一心时，进行4片真叶打顶，每片叶留侧枝。整枝时间均为幼苗期。为确保不同处理间植株侧枝所占空间面积一致，分别对不同处理的种植株数进行计算后设置：单干整枝密度为29 565株/hm2；双干整枝密度为14 782株/hm2；三干整枝密度为9 850株/hm2；四干整枝密度为7 391株/hm2。但是各处理每公顷枝条数一定。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生产成本的测定 记录不同处理小区内定植种苗数，计算出每公顷种苗投入量及成本；为了评估人工成本，记录了不同处理定植种苗所需时间和摘心去头时间，折算出每公顷所需时间，劳动日工价依据当地价格所定。

1.3.2 番茄植株生长参数和叶面积指数的测定 采用定株法测定番茄植株形态指标，每14 d测一次不同处理各枝条株高和茎粗，最后取各处理平均值，株高采用卷尺测量番茄第1片叶至生长点处的长度，茎粗采用游标卡尺测量第1片叶腋处的茎粗；不同枝条测定数据取平均值。叶长、叶宽每15 d测一次，叶长（L）采用直尺测量叶柄基部到叶片顶端的距离，叶宽（W）采用直尺测量与主脉垂直的最大宽度。

1.3.3 番茄开花坐果数和果实生长速率的测定 在第3穗开花和果实生长期，植株处于最适生长环境，测定不同处理各枝条第3穗的开花坐果数，然后取平均值；坐果以果实横茎达到2 cm为标准，之后每5 d测定同一时期各枝条生长果实的横纵径生长速度，然后取平均值。

式中，R为果实生长速率（mm/d）；D1、D2分别为果实2次测量的直径（mm）；t1和t2分别为2次测定的时间（d）。

1.3.4 番茄产量指标的测定 番茄生长进入收获期以小区为单位进行计产，收获前期每7 d采收一次，产量统计时间从定植后75 d（6月5日）至148 d（8月10日）共计66 d，计算每个处理小区产量和采收日期，并折合公顷产量。

1.3.5 番茄植株生物量的测定 将番茄植株的根、茎、叶、果放入105 ℃烘箱中杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，分别测量每部分干质量，最后计算全株干质量和单位面积干质量，从5月20日起每30 d测定一次。计算同化物分配比例和根冠比，每个处理重复3次。同化物分配比例是植株某器官干质量占总干质量的比例。

1.4 数据分析

试验采用IBM SPSS 23.0软件进行方差分析，采 用Duncan法进行多重比较（P＜0.05），使 用GraphPad Prism 8作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对种苗投入、劳动力消耗及生产成本的影响

由表1可知，T1、T2、T3、T4处理每公顷种苗定植数量存在显著差异，分别为29 565、14 782、9 850、7 391株/hm2，与T1处理相比，T2、T3、T4处理分别减少了50.0%、66.6%、75.0%。而用工时间取决于不同处理定植和摘心去头，T2、T3、T4处理用工时间分别为49.27、32.83、24.64 h/hm2，较T1处 理（82.13 h/hm2）分别节省了40.0%、60.02%、69.99%。定植的种苗数量和劳动时间的增加都会增加人工成本，按当地雇佣价格为77元/（人·d），种苗价格为1元/株，T1处理总成本明显高于其他处理，达到30 355.50元/hm2，T2、T3、T4处 理 总成本分别为15 256.22、10 165.98、7 628.16元/hm2，与T1处理相比，分别降低了49.74%、66.50%、74.87%。可见，通过稀植多干整枝技术能够节省种苗和劳动力的投入，降低生产成本。

表1 各处理对种苗投入、劳动力消耗及生产成本的影响Tab.1 Effects of each treatment on seedling input， labor consumption， and production cost

2.2 不同处理对番茄产量的影响

2.2.1 不同处理对番茄总产量的影响 从表2可以看出，T1、T3、T4处理的小区产量分别为36.44、34.88、30.20 kg，3个处理之间差异不显著，而T2处理小区产量最低，为27.93 kg，比T1、T3处理分别低23.35%、19.92%。

表2 各处理对番茄总产量的影响Tab.2 The effect of each treatment on the total yield of tomato

2.2.2 不同处理对番茄小区产量动态变化及累积的影响 从图1可以看出，各处理番茄产量都是随着时间的变化呈先升高后降低的趋势，在6月5日，T1处理率先开始收获，6月5—26日呈逐渐上升趋势，6月26日达到第1个峰值，小区产量达到7.44 kg，而T2、T3、T4处理小区产量分别为5.19、4.04、3.05 kg，较T1处理分别低30.24%、45.69%、59.00%，差异显著；7月13日，T1、T2、T3、T4处理小区产量分别为8.58、8.23、11.61、9.20 kg，T3处理产量明显高于其他处理，分别比T1、T2、T4处理高35.31%、41.06%、26.19%；7月13日 至8月13日，4个处理小区产量都出现迅速下降的趋势，处理间差异不显著，这是由于受到高温和病虫害的影响，使后期植株的生长和果实的发育受到限制，导致小区产量下降。这也可能对不同处理后期产量的变化造成影响。

从图1可以看出，T1处理比其他处理提早上市14 d，6月5—19日T1处理小区累积产量为8.51 kg，番茄前期价格为6元/kg，T1处理前期提早上市，收入为56 733.33元/hm2，6月19日—7月13日，T3处理小区累积产量迅速增加，达到23.90 kg，T1、T2、T4处 理 分 别为19.60、19.72、20.61 kg，T3处理 比T1、T2、T4处 理 分 别 高21.93%、21.19%、15.96%，番茄中期价格为3元/kg，T1、T2、T3、T4处理收入分别为65 333.33、65 733.33、79 666.66、68 700元/hm2；番茄后期价格以4元/kg左右来计算；最终，T1、T2、T3、T4处理在整个生育期内的总收入 分 别 为159 044.43、98 844.44、125 711.1、108 122.22元/hm2，而生产效益由总收入和成本决定，T1处理效益较高，为128 688.93元/hm2，T3处理效益略低于T1处理，也达到115 545.12元/hm2。

图1 番茄小区产量随时间的动态变化Fig.1 Dynamic changes of tomato plot yield over time

2.3 不同处理对番茄开花坐果和果实生长速率的影响

2.3.1 不同处理对番茄开花坐果的影响 试验中观察了植株第3穗的开花和坐果情况如表3所示。

表3 各处理对番茄开花坐果的影响Tab.3 Effects of each treatment on tomato flowering and fruit setting

从表3可以看出，以T3处理的开花数最多，为6.22朵/干，T1、T2、T4处理分别为5.22、5.00、5.33朵/干，分别比T3处理低16.07%、19.61%、14.30%；坐果数和开花数相似，T3处理坐果数最多，为3.00个/干，较T1、T2、T4处理分别高17.64%、28.75%、28.75%；对于坐果率来说，4个处理间差异不显著，均保持在44%～49%。

2.3.2 不同处理对番茄果实生长的影响 从图2可以看出，4个处理的果实横纵径生长趋势均保持一致，呈先增长后逐渐稳定的趋势。在6月27日之前，各处理果实均处于快速增长期，之后长势减缓。T1、T2、T3、T4处理在7月7日果实横径均达到44.99～51.63 mm，且各处理间差异不显著，果实增长速率最大分别为2.71、1.23、1.22、1.31 mm/d，T1处理的增长速率最快，T2、T3、T4处理分别比T1处理慢54.61%、54.98%、51.66%。果实纵径与果实横径的变化趋势相似，T1、T2、T3、T4处理到生长结束，纵径分别达到50.91、43.84、47.11、46.73 mm，各处理间差异不显著；且T1、T2、T3、T4处理在果实生长期内果实增长速率达到最大分别为2.96、1.11、1.21、1.43 mm/d，其中，T2、T3、T4处理分别比T1处理慢62.5%、59.12%、51.63%。

图2 各处理对番茄果实生长的影响Fig.2 Effects of each treatment on tomato fruit growth

2.4 不同处理对番茄植株的生长、干物质积累及分配的影响

2.4.1 不同处理对番茄植株株高、茎粗的影响 从图3可以看出，试验结束时，T1处理株高最高，达到212.2 cm，T2、T3、T4处理分别为195.6、197.2、182.3 cm，T1处 理 分 别 比T2、T3、T4处 理 高8.4%、7.6%、16.4%。从图3还可以看出，在试验结束时，T1、T3、T4处理茎粗分别为15.76、15.58、15.97 mm，且处理间无显著差异，T2处理茎粗最小，为15.35 mm。

图3 各处理对番茄株高和茎粗的影响Fig.3 Effects of each treatment on tomato plant height and stem diameter

2.4.2 不同处理对叶面积指数变化的影响 叶面积指数是反映植株光合能力的重要指标。从图4可以看出，所有处理在生长期内叶面积指数的变化大体都呈现先上升后趋于平缓。在定植后的30 d内，T1、T2、T3、T4处理叶面积指数分别为0.22、0.13、0.18、0.12，其中，T1处理前期生长较快，叶面积指数较大，而T2、T3、T4处理分别比T1处理低42.85%、21.49%、44.32%，在定植后30～90 d，植株处在生长旺期且太阳辐射和温度适宜，T1、T2、T3处理叶面积指数都迅速上升，但T4处理叶面积指数上升缓慢，在定植后120 d，不同处理叶面积指数分别达到1.90、2.23、2.18、1.93，各处理间群体叶面积指数差异不显著。

图4 各处理对番茄叶面积指数变化的影响Fig.4 Effects of each treatment on the change of tomato leaf area index

2.4.3 不同处理对番茄干质量及根冠比的影响 由图5可知，在整个生育期内，各个处理间地上部干质量、地下部干质量和单位面积地上部干质量变化均一致。就地下部干质量来看，在6月20日T1处理地下部干质量只有6.96 g/株，而T2、T3、T4处理每株则分别高达19.68、24.20、20.75 g，T1处理比T2、T3、T4处理分别少64.63%、71.23%、66.45%；在8月20日时T1、T2、T3、T4处理每株地下部干质量分别为15.79、25.53、35.04、60.83 g，处理间差异 显 著，T1处 理 比T2、T3、T4处 理 分 别 低38.15%、54.93%、74.04%，说明整枝能够增加全株根干质量，提高植物根系对土壤中水分养分的吸收和利用。在各个时期不同处理单株地上部生物量总体表现为T4＞T3＞T2＞T1。由图5可知，5月20日T1处理单位面积地上部干质量显著高于其他处理，T2、T3、T4处理分别比T1处理低40.93%、41.24%、34.86%，T2、T3、T4处理间差异不显著；在6月20日，各处理间差异不显著；在8月20日，4个处理间单位面积地上部干质量分别为464.43、339.29、441.24、440.61 g/m2，除T2处理外，其他处理差异不显著。根冠比通常用于描述地下部和地上部之间的干质量分配。由图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处理根冠比分别为0.08、0.17、0.17、0.11，T1处理比T2、T3、T4处 理 分 别 低52.94%、52.94%、27.27%，到8月20日，T3处理根冠比为0.09，较T1处理显著降低24.33%。

图5 各处理对番茄干质量和根冠比的影响Fig.5 Effects of each treatment on tomato dry weight and root-shoot ratio

2.4.4 不同处理对番茄地上部干物质分配的影响 从图6可 以 看 出，6月20日T1处理茎、叶、果的分配比例分别为28.57%、32.05%、39.38%，果实占比大，而T2、T3、T4处理在前期主要进行营养生长，在果实中干物质积累较少，占比分别为12.87%、12.68%、12.12%；在7月20日，T2、T3、T4处理坐果后，地上部干物质的分配向果实内集中，茎、叶所占比例降低，果实所占比例增加，此时，T1、T2、T3、T4处 理 后 期 果 实 占 比 分 别 为36.20%、24.12%、41.41%、40.84%，T3、T4处理分别比T1处理高15.58%、11.36%，说明T3、T4处理与T1处理相比，后期有机物在果实中的分配比例更高。

图6 各处理地上部干物质的分配Fig.6 Distribution of aboveground dry matter for each treatment

3 结论与讨论

劳动力短缺已严重影响我国设施农业快速发展，而采用轻简化的栽培技术能缓解劳动力短缺，大幅度降低劳动成本，提高生产效率，稀植多干栽培技术不失为一种好的措施。李书贵[15]研究发现，减少主茎留叶数进行侧枝培育，能降低烟叶采收和烘烤次数，还可以抑制下部烟杈的生长，减少抹杈的劳动量，降低了用工量。鲁建栋等[16]在葡萄上的研究也发现，采用龙干一字型棚架的葡萄植株长势好，产量高，可以提高7.2%～20.1%的劳动效率，降低劳动成本。本试验在番茄上的研究表明，T2、T3、T4处理的劳动效率分别比T1处理提高了35.7%、56.8%、67.9%，成本分别比T1处理降低了49.74%、66.50%、74.87%，通过稀植多干技术可以节约劳动成本。

整枝方式会影响作物形成不同的冠层结构[17]，合理的冠层结构能改善通风透光能力，提高群体光能截获率和光合性能[18-19]，而叶面积指数则是决定冠层光照状况的重要指标。马国治等[17]研究表明，不同整枝方式下番茄叶面积指数变化趋势为先增大后下降，在番茄生长前期，改良型单干整枝叶面积指数大，而在结果盛期连续换头整枝叶面积指数大。沈秀瑛等[20]研究发现，当LAI达到一定程度（4.25）以上时，光截获率增幅较小，光合作用不能进一步提高。本试验结果表明，叶面积指数也呈逐渐上升趋势，T2、T3、T4处理叶面积指数分别达到2.23、2.18、1.93，且群体叶面积指数与单干密植无显著差异，说明虽然稀植多干技术降低了栽培密度，但减少的光合面积可以通过增加枝条数来满足。试验所测冠层特异性指标只是对番茄叶面积指数进行了分析，因此，还有待进一步的完善。

光合作用是植物吸收光能并将其转化为碳水化合物的过程，叶面积指数的增加，光合作用的增强，最终会对植物的生长发育和生物量的形成起促进作用[21]。代兴荣等[22]研究认为，单干整枝的番茄植株长势强，株高和茎粗均大于双干整枝，双干整枝番茄植株的叶片较多，茎秆较细，植株易徒长。陈修斌等[23]研究了不同整枝方式对杂交番茄制种产量的影响发现，三干整枝在株高、茎粗、叶片数、叶面积、产量上明显优于其他整枝方式。还有研究表明[24]，三干整枝处理的樱桃番茄植株在干鲜质量、壮苗指数、根冠比、G值、叶绿素含量和根系活力等指标上均优于其他处理，能形成合理的个体构型和群体空间排布。本试验结果表明，T1处理的株高较高，果实发育速度较快，这与前人研究结果一致；但T3、T4处理单位面积地上部生物量与T1处理间没有显著差异，说明T3、T4处理单位面积地上部同化物在空间内的分配均衡，构型较为合理，也与前人研究结果一致。地上部为地下部提供光合产物以确保根系功能的正常运行，而根系的主要功能是从土壤吸收水分和养分来满足植株地上部的生长，根系的生长状况在一定程度上决定着植株生产力[25]。杨圆圆等[26]的研究发现，双头整枝根系须根及繁茂程度明显大于单头整枝，能显著提高番茄产量和根系生物量。本试验结果表明，T3、T4处理在整个生育期内地下部干质量显著高于T1处理，与其结果相似；且T3处理前期根冠比为0.17，根系生长较好，能满足植株较多枝条的生长发育，后期时根冠比为0.09，同化物更多地集中在地上部，同化物分配更加合理，有利于产量的增加。但也有研究表明[27]，根系过大可能会抑制地上部的生长，本试验中T4处理地下部干质量最大，可能会对地上部生长造成不良影响。艾先云[28]研究发现，单干整枝单果质量较大且有利于及早上市和扩大栽植密度。彭翠兰[29]也研究发现，单干整枝的前期产量较高，适宜冬春茬栽培；改良单干整枝、双干整枝的中期产量较高，适宜大规模种植。本试验中，T1处理生育期较短，提早上市14 d，前期产量较高，是构成经济效益的重要部分，但随着番茄生长，T3处理在中期时产量较高，分别比T1、T2、T4处理高21.93%、21.19%、15.96%，且大量收获时期相对集中，适合集中采收，能够降低人工和时间成本，而有效降低成本是取得经济效益的关键。T1处理小区产量为36.44 kg，折合公顷产量为40 488.88 kg，T3处理小区产量为34.88 kg，折合公顷产量为38 755.55 kg，T1、T3处 理效益较高，分别为128 688.93、115 545.12元/hm2，T4处理效益次之，T2处理获得的经济效益最低，这可能是由于试验中栽培环境欠佳和病虫害的问题，使T2处理坐果率降低，严重影响产量。

综上所述，采用稀植多干技术能有效节约种苗投入，降低成本，提高单株根系干物质量，利于较多枝条生长发育，地上部干物质量分配均衡，且番茄产量、经济效益也与传统单干密植接近，因此，稀植多干技术是可用于日光温室番茄轻简化生产的。但采用稀植多干技术导致前期产量较低，上市期推迟，且本试验是在定植后开始处理植株，如果能够提早处理植株可能效果更好，还有待进一步试验。