張 佼 屈 鋒 楊甲甲 胡曉輝

(西北農(nóng)林科技大學 園藝學院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北設施園藝工程重點實驗室，陜西 楊凌 712100)

截至2016年我國設施蔬菜(含瓜類)面積已達391.5萬hm2，番茄設施栽培面積約77.8萬hm2，番茄是我國設施蔬菜播種面積最大的蔬菜作物，已經(jīng)成為滿足我國北方地區(qū)冬春季蔬菜供應的重要組成部分[1]?；|栽培是無土栽培的最主要形式之一，可有效克服設施內土壤環(huán)境惡化、土傳病蟲害嚴重等問題，是一種能夠實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源再利用的生態(tài)高效型栽培模式[2-3]，且基質栽培較其他無土栽培方式而言，其成本較低、更易操作，已成為我國無土栽培中推廣面積最大的栽培形式[4]。袋培是基質栽培的一種主要形式，它所用基質的用量較少、水肥利用率高，可有效實現(xiàn)節(jié)水、省肥和省人工的目標，具有廣闊的應用前景[5]。

許多研究學者研究得出了眾多適應不同作物栽培的基質配方[6-10]和營養(yǎng)液配方[11-14]?；|袋培種植效果的優(yōu)劣不僅受基質配方和營養(yǎng)液的影響，基質供應量/基質深度和基質袋的擺放方式對基質袋培也有顯著影響。周彤等[15]發(fā)現(xiàn)5 L基質適合單株黃瓜的栽培，<5 L基質的處理產(chǎn)量急劇下降，>5 L基質的處理增產(chǎn)幅度變小。李宗耕等[16]發(fā)現(xiàn)起壟內嵌式栽培(一種將栽培槽鑲嵌在土壟中的栽培方式)有助于甜椒根區(qū)溫度的升高，從而促進秋冬茬辣椒的增產(chǎn)。但目前基質栽培中，關于供應基質深度和栽培袋擺放方式交互作用方面的研究甚少，實際生產(chǎn)中基質深度一般是以傳統(tǒng)經(jīng)驗為主并未標準化，易造成基質的浪費或是植株養(yǎng)分供應不足。因此，本試驗探究不同基質深度及擺放方式對春季袋培番茄產(chǎn)量、品質和養(yǎng)分吸收的影響，以期得到一種資源節(jié)約型且能促進設施番茄優(yōu)質高產(chǎn)的袋培栽培方式。

1 材料與方法

1.1 試驗場地和試驗材料

本研究于2018年3—7月在陜西省楊凌高新技術產(chǎn)業(yè)示范區(qū)(34°28′ N，108°07′ E)揉谷設施農(nóng)業(yè)基地非對稱大跨度塑料大棚(總跨度17 m，南面跨度10 m，北面跨度7 m，長度100 m，高度6 m)內進行，以“巴寶麗”番茄為試材，于2018年2月10日在日光溫室內50孔穴盤育苗。栽培基質為山東壽光恒先育苗基質有限公司生產(chǎn)的商品基質，其主要成分為草炭，基質的基本理化性質如下：堿解氮含量1 903.78 mg/kg、速效磷含量99.41 mg/kg、速效鉀含量988 mg/kg，有機質含量185.42 g/kg，pH 7.28，EC值2.05 mS/cm。

1.2 試驗設計

2018年3月22日選取長勢一致的四葉一心番茄幼苗定植于栽培袋內，栽培袋的規(guī)格為100 cm×20 cm×16 cm(長×寬×高)，每個栽培袋內種植3株。

本試驗設置基質深度和基質袋擺放方式二因素，設置不同處理(表1)?；|深度分別為7.5、10.5和13.5 cm，對應的單株基質供應量分別為5、7和9 L；基質袋擺放方式為擺放在地面和地面下沉20 cm(地下挖寬25 cm，深20 cm的溝將栽培袋露天放入其中)。行距為60 cm，每行擺放9個栽培袋，每個處理3次重復，小區(qū)面積為19.20 m2，種植54株番茄。

表1 試驗處理Table 1 Experimental design

于番茄開花坐果期(定植后30 d)開始澆灌山崎番茄專用配方營養(yǎng)液(pH 6.6、EC值1.2 mS/cm)，開花坐果期、初果期和結果末期每天供應的營養(yǎng)液量分別為1.0、1.5和0.8 L/株，試驗中每株番茄共澆灌100 L營養(yǎng)液。每株番茄留5穗果，其余田間管理均按照常規(guī)田間管理方法進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1生長指標的測定

于番茄定植后一周開始測定番茄植株的株高和莖粗，每隔15 d測定一次，連續(xù)測3次。莖粗用游標卡尺測定番茄子葉下1 cm處，株高用卷尺從番茄子葉節(jié)至最高生長點量取測定。

1.3.2番茄產(chǎn)量和品質的測定

每個小區(qū)選取5株番茄，每次采收時記錄單株產(chǎn)量。選取第三穗完全成熟番茄果實測定品質?？扇苄缘鞍撞捎每捡R斯亮藍G250染色法測定，可溶性糖和還原糖采用蒽酮比色法測定，維生素C采用鉬藍比色法測定，有機酸采用氫氧化鈉滴定法測定，硝酸鹽采用水楊酸法測定[17]。

1.3.3植株元素吸收量和基質養(yǎng)分利用率

分別在番茄開花期、初果期、盛果期和拉秧期4個時期，每個處理選取5株番茄，將根、莖、葉和果分別烘干磨粉過篩后用于測定全氮、全磷和全鉀的含量，將取樣植株對應的基質取適量風干后測定速效氮磷鉀含量。H2O2-H2SO4消煮法消煮樣品，用全氮流動分析儀法、鉬藍比色法和火焰光度計法分別對番茄不同器官內全氮、全磷與全鉀含量進行測定?；|中堿解氮含量采用堿解擴散法測定，速效鉀含量采用1 mol/L CH3COONH4浸提和火焰光度法測定，速效磷含量采用1 mol/L NaHCO3浸提和鉬銻抗比色法測定[18]。

基質養(yǎng)分利用率=植株吸收養(yǎng)分含量/(基質中原有養(yǎng)分含量+基質中添加養(yǎng)分含量-基質中養(yǎng)分含量剩余量)×100%[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

用SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)處理和方差分析，Excel 2010進行作圖，Duncan法(P<0.05或0.01)進行多重比較。

1.5 綜合評價分析

依據(jù)線性加權模型對番茄產(chǎn)量和品質指標進行綜合評價[20]。由6組處理的8個指標構成決策矩陣X=(x)n×m，采用改進歸一化法對決策矩陣進行指標標準化處理[21]。首先將負向指標(硝酸鹽含量和有機酸)按式(1)轉化為正向指標。

x′ij=maxxij-xij+minxij(1≤i≤n)

(1)

式中：X′ij為第i個處理的第j個轉化后正向指標Xij為第i個處理的第j個原始指標；minXij為第i個處理中第j個指標的最小值；maxXij為第i個處理中第j個指標的最大值。

各項指標按式(2)進行歸一化處理，得到新決策矩陣Y=(y)n×m。

(2)

各項品質指標的具體權重按照熵值法獲得。按式(3)、(4)和(5)進行計算，最終獲得權重矩陣Wj。

(3)

Dj=1-Ej

(4)

(5)

依據(jù)線性加權模型(6)計算各處理的綜合評價值y′i。

(6)

2 結果與分析

2.1 不同處理對番茄前期植株生長的影響

基質深度和栽培袋擺放方式對番茄株高的影響和方差分析如圖1(a)和表2所示。定植后7～37 d，基質深度和基質袋擺放方式均對株高有顯著影響(P<0.05)，而兩者的交互作用僅對22 d時的株高有極顯著(P<0.01)影響，且T3處理的株高最高。從圖1(b)和表2可以看出，定植后7～37 d，基質深度顯著影響番茄植株的莖粗，除定植后第7天外，基質袋擺放方式對番茄植株莖粗均無顯著影響，在7和37 d時，基質袋擺放方式和基質深度交互作用對番茄莖粗影響顯著(P<0.05)，且T3和T6處理的莖粗較高。

2.2 不同處理對番茄產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，基質深度顯著(P<0.05)影響番茄單株產(chǎn)量，基質深度和基質袋擺放交互作用對番茄單株產(chǎn)量無顯著影響；對番茄單果重來講，基質袋擺放方式和基質深度均影響極顯著(P<0.01)，兩者的交互作用影響極顯著(P<0.01)。隨著基質深度的增加，番茄單株產(chǎn)量和單果重均逐漸增大；在基質深度相同時，地面栽培和地面下沉栽培處理的單株產(chǎn)量和單果重差異均不顯著。T3與T6

誤差線為標準差，同一時間點圖例中不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。Error bars represent standard deviation. Different lowercase letters in the same time point legend indicate significant difference at 0.05 level.圖1 基質深度和基質袋擺放方式對番茄株高(a)和莖粗(b)的影響Fig.1 Effect of substrate depth and the way of matrix bag placement on plant height (a) and stem diameter (b) of tomato

表2 基質深度及基質袋擺放方式對番茄株高和莖粗的方差分析(F值)Table 2 Variance analysis of substrate depth and the way of matrix bag placement ontomato height and stem diameter (F value)

表3 基質深度和基質袋擺放方式對番茄產(chǎn)量的影響及番茄產(chǎn)量的方差分析(F值)Table 3 Effect of substrate depth and the way of matrix bag placement ontomato yield and variance analysis of tomato yield (F value)

處理的單株產(chǎn)量最高，均為3.83 kg/株；且隨著基質深度的不斷增加，基質深度對番茄產(chǎn)量的增產(chǎn)幅度越來越小，T2處理的單株產(chǎn)量比T1處理提高了32.95%，T3處理比T2處理的單株產(chǎn)量提高了9.12%；T5處理的單株產(chǎn)量比T4處理提高了21.71%，T6處理比T5處理的單株產(chǎn)量提高了11.99%?？梢?，基質深度是對番茄單株產(chǎn)量起主導作用的因素，且基質深度為13.5 cm時單株產(chǎn)量達到最大。

2.3 不同處理對番茄果實營養(yǎng)品質的影響

從表4可得，基質深度對測定的7項果實品質指標均有極顯著影響(P<0.01)，基質袋擺放方式對果實可溶性蛋白、番茄紅素、硝酸鹽和有機酸有極顯著影響(P<0.01)，基質深度和基質袋擺放方式的交互作用對番茄果實硝酸鹽含量存在極顯著影響(P<0.01)?；|深度對果實可溶性蛋白、維生素C、還原糖、可溶性總糖和番茄紅素含量的提高有促進作用，且T3和T6處理的上述指標最優(yōu)。隨著基質深度的增加，番茄果實中硝酸鹽和有機酸含量也隨之增大，對番茄品質和口感造成一定影響。在同一基質深度條件下，除T2處理的可溶性蛋白和番茄紅素含量顯著>T5處理，T6處理的硝酸鹽含量顯著>T3處理，T4處理的有機酸含量顯著>T1處理外，其余基質袋擺放方式處理的可溶性蛋白、番茄紅素、硝酸鹽和有機酸含量均無顯著差異。

2.4 番茄產(chǎn)量、品質綜合評價

雖然T3和T6處理的番茄單株產(chǎn)量及果實的可溶性蛋白、維生素C、還原糖、可溶性總糖和番茄紅素含量均顯著高于其他處理，但這2個處理的硝酸鹽和有機酸含量也顯著高于其他處理，因此較難通過單一指標評價不同處理的番茄產(chǎn)量和品質，故根據(jù)式(1)～(6)對產(chǎn)量和品質指標進行綜合評價(由于在實際生產(chǎn)中，產(chǎn)量和品質占有同等重要的地位，因此將產(chǎn)量的權重設置為0.5，所有品質指標的總權重設置為0.5)，以此來確定高產(chǎn)優(yōu)質的處理。由表5可以看出，基質深度大的處理產(chǎn)量品質綜合評分普遍高于基質深度小的處理。除T1和T4處理外，同一基質深度下，地面栽培處理的產(chǎn)量品質綜合評分高于地面下沉栽培的處理。T3處理的番茄果實品質的綜合評分最高，其次是T6處理，這些結果說明適當增大基質深度且地面栽培有利于番茄高產(chǎn)優(yōu)質。

2.5 不同處理對番茄營養(yǎng)元素養(yǎng)分吸收累積和基質養(yǎng)分利用率的影響

2.5.1番茄氮素累積吸收量

從表6可得，在開花期，基質袋擺放方式和基質深度及兩者的交互作用對番茄植株N素累積吸收量均有極顯著影響(P<0.01)，初果期以后，基質袋擺放方式對植株N素吸收量影響較小，基質深度對植株的N吸收量影響極顯著(P<0.01)，初果期基質袋擺放方式和基質深度還存在極顯著(P<0.01)的交互作用，盛果期兩者交互作用不顯著。從圖2可以看出，隨著番茄生育期的推進，番茄植株的N 素積累量一直呈現(xiàn)出增加趨勢。在開花期T3處理的N素吸收量最高，初果期T6處理的N素積累量最高，盛果期T3和T6處理的N素吸收量最高且無顯著差異。初果期和盛果期基本呈現(xiàn)出基質深度大的處理比基質深度小的處理植株N含量高。同一基質深度下，開花期T1和T3處理的N素吸收量顯著>T4和T6處理，初果期T1 和T2處理的N素吸收量顯著>T4和T5 處理，但T6處理的N素吸收量卻顯著>T3處理，盛果期基質袋擺放方式不同的處理間植株N含量差異均不顯著。

2.5.2番茄磷素累積吸收量

由表6可知，基質袋擺放方式和基質深度在3個生育期對番茄植株的P素吸收量均有極顯著影響(P<0.01)，且除盛果期外，其余時期2個因素間交互作用極顯著(P<0.01)。從圖3可以看出，隨著生育期的推遲番茄植株的P累積吸收量基本呈現(xiàn)出升高趨勢，只有T6處理的P積累量從初果期到盛果期略有下降。與N積累吸收量相似，在開花期T3處理的P吸收量最高，初果期T6處理的P吸收量最高，盛果期T3和T6處理的P吸收量最高且差異不顯著。3個生育期基本均呈現(xiàn)出隨著基質深度的增大，P累積吸收量也逐漸升高的趨勢。在同一基質深度下，開花期T1和T3處理的P吸收量顯著>T4和T6處理，但T2處理的P吸收量卻顯著T2和T3處理，T1和T4處理的P吸收量差異不顯著；盛果期T1和T2處理的P吸收量顯著>T4和T5處理，T3和T6處理的P吸收量無顯著差異?？梢?，基質袋擺放方式動態(tài)變化影響番茄植株P吸收，初果期地面下沉栽培更有利于植株P素的累積吸收，盛果期地面栽培反而有利于P的累積。

同一生育時期不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。The different letter means significant difference under same growing stage (P<0.05). The same below.圖2 基質深度及基質袋擺放方式對番茄不同生育時期氮素累積吸收量的影響Fig.2 Effects of substrate depth and the way of matrix bag placement on nitrogen accumulation in tomato at different growth stages

表6 基質深度及基質袋擺放方式對番茄N、P和K養(yǎng)分積累量的方差分析(F值)Table 6 Variance analysis of substrate depth and the way of matrix bag placement ontomato N、 P and K nutrient accumulation (F value) mg/株

2.5.3番茄鉀素累積吸收量

由表6可知，3個生育期內，基質袋擺放方式和基質深度對番茄植株K的吸收量有極顯著影響(P<0.01)，且二者存在極顯著(P<0.01)的交互作用。

從圖4可以看出，隨著生育期的延長番茄植株K積累吸收量呈現(xiàn)出不斷升高的趨勢。與番茄N和P積累量相似，開花期T3處理的K吸收量最高，初果期T6處理的K吸收量最高，盛果期T3、T6和T2處理的K吸收量最高且差異不顯著。隨著基質深度的增加番茄K累積吸收量呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。同一基質深度下，除開花期T1和T3處理的K吸收量顯著>T4和T6處理，初果期T6的K吸收量顯著>T3處理，盛果期T1和T2處理的K吸收量顯著>T4和T5處理外，其余不同基質袋擺放方式的處理間植株K吸收量差異均不顯著?？梢?，不同基質袋擺放方式對番茄植株K吸收量的影響隨生育期的推進而不斷變化，開花期和盛果期基本表現(xiàn)為地面栽培的處理優(yōu)于地面下沉的處理，初果期個別處理表現(xiàn)出地面下沉栽培的K吸收量優(yōu)于地面栽培。

圖3 基質深度及基質袋擺放方式對番茄不同生育時期磷素累積吸收量的影響Fig.3 Effects of substrate depth and the way of matrix bag placement on phosphorus accumulation in tomato at different growth stage

圖4 基質深度及基質袋擺放方式對番茄不同生育時期鉀素累積吸收量的影響Fig.4 Effects of substrate depth and the way of matrix bag placement on potassium accumulation in tomato at different growth stage

2.5.4基質養(yǎng)分利用率

從圖5可以看出，K的基質養(yǎng)分利用率最高，其次是P，N最低。3種元素的基質養(yǎng)分利用率均呈現(xiàn)出隨著基質深度的增加其養(yǎng)分利用率也隨之升高的規(guī)律。T3和T6處理的基質N、P、K養(yǎng)分利用率在所有處理中最高且無顯著差異，分別為34.64%和34.48%、37.52%和36.63%及42.82%和42.95%。當基質深度相同時，基質袋不同擺放方式對基質N和K利用率無顯著差異，而P的基質養(yǎng)分利用率則表現(xiàn)為T1處理>T4處理、T2處理

同種元素不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Different letters of the same element indicate significant differences between treatments (P<0.05).圖5 基質深度及基質袋擺放方式對基質養(yǎng)分利用率的影響Fig.5 Effect of substrate depth and the way of matrix bag placement on nutrient use efficiency of matrix

3 討論與結論

Thuring等[22]研究表明，隨著基質深度的增大，相思樹和六角樹的生長量不斷擴大。本試驗結果表明，栽培基質深度對袋培番茄的株高、莖粗、產(chǎn)量、品質和養(yǎng)分吸收均有極顯著的影響，總體表現(xiàn)為隨著栽培基質深度的增加，番茄產(chǎn)量升高，品質改善，植株養(yǎng)分吸收量增多，基質的養(yǎng)分利用率也明顯提高。Drew等[23]發(fā)現(xiàn)隨著基質深度的增加，基質水分的保持率也隨之升高，而較深基質的含水量較大是植物生長指標升高的主要原因[24]；較深的基質會促進植物根系向垂直空間生長，使植物根系更發(fā)達[25]，同時還能防止根系周圍溫度出現(xiàn)較大波動[24]。根系是植物體的重要組成部分，是植物吸收水分和礦質元素的主要器官[26]，前人在甘蔗[27]、菊花[28]和水稻[29]上研究發(fā)現(xiàn)，根系性狀同植物地上部生長指標及產(chǎn)量之間有顯著的正相關關系。本試驗中基質深度同番茄生長指標、產(chǎn)量和品質呈現(xiàn)正相關可能是因為較深基質下番茄根系性狀更好，其促進了番茄對水分和礦質元素的吸收，從而進一步促進番茄地上部的生長。番茄的基質養(yǎng)分利用率隨基質深度的增大而提高，一方面是因為較深基質下番茄根系更為發(fā)達有利于番茄的養(yǎng)分吸收，另一方面是由于基質深度越大其對水分的保持率也越大，澆灌營養(yǎng)液時從基質袋下的小孔中損耗的營養(yǎng)液相較于基質深度淺的處理更少。

周彤等[15]在黃瓜上研究發(fā)現(xiàn)當基質供應量達到一定程度時，其對黃瓜的增產(chǎn)效果將越來越小，本試驗結果也表明隨著基質深度(基質供應量)的不斷增加，基質深度對番茄產(chǎn)量的增產(chǎn)幅度越來越小。本試驗條件下，基質深度為13.5 cm(基質供應量為9.0 L/株)時，番茄的單株產(chǎn)量最大，但當基質深度大于13.5 cm時，投入成本將增大，其是否具有增產(chǎn)效果，投入產(chǎn)出比值是否會減小，這有待進一步研究。李芳等[18]研究結果表明，向32 cm×25 cm的無紡布栽培袋中加5.5 L的基質適合為期4個月的秋冬茬番茄袋式栽培。劉升學[30]的研究結果發(fā)現(xiàn)，基質用量為12.0 L/株時，基質中的營養(yǎng)可基本滿足番茄生長發(fā)育的需求，且成本較低,經(jīng)濟效益高。可見，前人在袋培番茄基質用量上的研究結果間有較大出入，而本試驗的研究結果卻表明向栽培袋內加入 9.0 L 基質(基質深度為13.5 cm)最有利于番茄的生長，且地面栽培和地面下沉栽培的N、P和K元素的基質養(yǎng)分利用率分別達到34.64%和34.48%、37.52%和36.63%及42.82%和42.95%，這表明基質深度和擺放方式會改變基質的元素利用率，進而改變植物體內的N、P和K元素積累量，從而影響番茄的產(chǎn)量和品質。

因較難通過單一指標評價不同處理的番茄產(chǎn)量和品質，故本試驗對產(chǎn)量和品質指標進行綜合評價，得出，當基質供應量相同時，除T1和T4處理外，地面栽培的番茄綜合評分都高于地面下沉處理栽培的番茄?？梢?，地面栽培更有利于番茄獲得高產(chǎn)優(yōu)質，這可能與番茄體內K素的累積吸收有關。K素在植物體生理代謝過程中發(fā)揮著重要作用，可有效的提高果實品質，改善果實風味，被稱為“品質元素”[31]。在盛果期時，地面栽培番茄植株K素的累積吸收量大于地面下沉栽培的處理。正是由于地面栽培K素積累量高，所以呈現(xiàn)出地面栽培的番茄品質更優(yōu)的試驗結果。因此，在生產(chǎn)中推薦使用地面栽培，既能保證果實品質與產(chǎn)量，又能實現(xiàn)省工省力栽培。

綜上所述，為促進設施袋培番茄資源節(jié)約型可持續(xù)發(fā)展和高產(chǎn)優(yōu)質生產(chǎn)，在實際生產(chǎn)中推薦使用的番茄基質深度為13.5 cm(基質用量為9.0 L/株)且栽培基質袋地面擺放。