邢 晉, 呂學(xué)梅

(臨沂市氣象局, 山東 臨沂 276000)

0 引言

【研究意義】番茄(Solanumlycopersicum)是我國產(chǎn)量第二大蔬菜,占設(shè)施蔬菜種植面積的20%,主要集中在山東、河南、河北、江蘇、廣西、廣東等地,其中,山東省的種植面積位居全國前三。山東省的設(shè)施番茄以冬季、早春大棚種植為主,由于降水不足和季節(jié)性低溫,需保水和保溫種植,嚴重限制了設(shè)施番茄的產(chǎn)量。土壤覆膜技術(shù)可有效減少土壤水分蒸發(fā),提高水分利用效率[1]。因此,研究設(shè)施番茄土壤覆膜應(yīng)用技術(shù),對有效解決冬、春季設(shè)施番茄缺水、減產(chǎn)問題有實際應(yīng)用價值?！厩叭搜芯窟M展】目前,關(guān)于覆膜技術(shù)在設(shè)施番茄中的應(yīng)用已有一些報道。葛建坤等[2]通過研究灌水不覆膜、灌水覆膜和不灌水覆膜對番茄生長和水分利用的影響發(fā)現(xiàn),覆膜技術(shù)可以提高根系對深層土壤水分的吸收,提高水分利用效率。汪敏等[3]通過設(shè)置生物降解地膜、PE地膜和不覆膜研究對番茄生長的影響發(fā)現(xiàn)生物降解地膜和PE地膜均明顯促進番茄生長,而生物降解地膜不污染環(huán)境,可進行廣泛推廣;GOTTAM等[4]研究覆膜對番茄土壤溫度、水分及水分利用效率的影響發(fā)現(xiàn),覆膜高效降低土壤的蒸騰作用,保持了最優(yōu)的土壤水分?？梢?覆膜不僅提高番茄的水分利用率還對番茄的生長有明顯促進作用?！狙芯壳腥朦c】不同顏色地膜對土壤具有不同的保溫、保水效果,且對作物的產(chǎn)量和品質(zhì)有不同的影響[5]。目前少見不同顏色地膜在設(shè)施番茄上的應(yīng)用研究報道,尤其是不同顏色地膜對番茄根系活力和品質(zhì)的影響研究更少。【擬解決的關(guān)鍵問題】以不覆膜為對照,研究覆蓋可降解透明薄膜、可降解黑色薄膜和可降解銀色反光薄膜對設(shè)施番茄生長發(fā)育及產(chǎn)量與品質(zhì)的影響,以期為山東地區(qū)設(shè)施番茄的覆膜栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年10月至2022年3月在臨沂市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究試驗農(nóng)場連體塑料大棚內(nèi)進行(118.2°E,35.1°N)。該地屬于溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候,光照充足,年均氣溫12.3～13.3 ℃,試驗期間平均氣溫為3.7～4.8 ℃。棚內(nèi)土壤含水量15.74%、有機質(zhì)14.85 g/kg、速效N 63.42 mg/kg、速效P 37.38 mg/kg,速效K 74.05 mg/kg。

1.2 試驗材料

番茄品種為氣候適應(yīng)性強且耐低溫的普羅旺斯,由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所提供。史丹利復(fù)合肥(N、P、K含量≥45%,比例為15∶15∶15),生物有機肥為諸城金土地有機肥有限責(zé)任公司生產(chǎn)。地膜為全新PE可降解材質(zhì),包括透明地膜、黑色地膜和銀色反光地膜,厚度均為0.01 mm,由山東隆昌塑業(yè)有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

試驗設(shè)置4個處理,分別為無地膜(CK)、透明地膜(T)、黑色地膜(B)和銀色反光地膜(S),每處理4次重復(fù),共16個試驗組,隨機分組。每處理1條畦,畦面積6.4 m2,大棚兩邊各設(shè)置1條保護畦。2021年9月15日開始播種,采用穴盤育苗,10月18日選擇4～5片葉且長勢一致的幼苗進行覆膜打孔定植,孔徑5 cm,定植苗行距60 cm,株間距50 cm,每畦種植2排,共32株苗。種植前施入充分腐熟發(fā)酵的有機肥8 500 kg/667m2,復(fù)合肥40 kg/667m2,旋耕機將土壤深翻35 cm左右,做M字形畦,畦寬0.8 m,高30 cm,長8 m,畦間距1 m。為后期準確計算土壤含水量和水分利用率,整個試驗期間全部采用人工定期定量澆水,其他栽培管理均按當(dāng)?shù)胤N植方法進行。

1.4 測定項目

1.4.1 土壤含水量和水分利用率測定 分別在番茄幼苗生長期、開花坐果期、果實生長期和成熟期采用環(huán)刀法5點取土樣,取樣點為離番茄根莖10 cm處,采用烘干法測定0～30 cm根系層土壤含水量。通過土壤水分平衡原理計算4個時期的土壤耗水量、含水率和灌水量[6]。因研究試驗地為封閉大棚,雨水量為0,且地下水位較深,灌水量有限,可將地下水補充量、地表徑流量和土壤漏水量設(shè)置為0。土壤耗水量和水分利用率公式如下:

土壤耗水量=灌水量+雨水量+地下水補充量-地表徑流量-土壤漏水量-前后土壤含水量變化

水分利用效率=番茄產(chǎn)量/土壤耗水量

1.4.2 根系活力測定 每組定株標(biāo)定5株,進行不同時期根系活力測定,分別在4個時期采集標(biāo)定番茄根系,帶回實驗室后清洗根系土壤,濾紙控干,采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定根系活力[7]。

1.4.3 生長發(fā)育指標(biāo)測定 由于番茄植株的生長主要在幼苗生長階段,從開花坐果期開始對植株進行打頂處理。因此,生長性狀的測量在幼苗生長階段進行。在番茄幼苗生長期,每組隨機選取5株測定株高和莖粗。株高采用卷尺測量,莖粗采用游標(biāo)卡尺測量,測量點為根莖連接點上1 cm。將地上部分和地下部分從根莖連接處分開,在清水里分別清洗干凈,控干表面水分后,稱取鮮質(zhì)量,在105 ℃下殺青處理20 min,在60 ℃烘箱中烘干至恒重,稱取干質(zhì)量。在開花坐果期固定10株觀察果實生長情況,觀察至成熟期并計算坐果率和產(chǎn)量(將每次采收的番茄稱鮮重,計算每株產(chǎn)量)。

1.4.4 果實品質(zhì)測定 果實成熟期,每處理選取5個第5穗大小、顏色較一致的果實,清洗并擦干表面水分后用勻漿機混合勻漿,分別準確稱取5 g測定Vc、可溶性糖、可溶性蛋白和硝酸鹽含量,Vc含量采用鉬藍比色法測定[8],可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[8],可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法(BCA法)測定[9],硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定[10]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2020對數(shù)據(jù)進行初步處理;用SPSS 22.0進行單因素方差統(tǒng)計分析,使用Origin 2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋不同顏色地膜土壤的含水量和水分利用率

2.1.1 土壤含水量 從表1可知,番茄不同生長期土壤含水量均以無地膜覆蓋(CK)最低,且差異顯著;覆膜處理中,黑膜(B)的土壤含水量均最高,銀色反光地膜(S)其次,透明地膜(T)最低,且B與S間差異不顯著,均顯著高于T。與CK相比,土壤含水量幼苗生長期T、B、S分別提高8.10%、26.39%和22.21%,開花坐果期分別提高14.62%、27.67%和21.84%,果實生長期分別提高10.69%、24.72%和24.51%,成熟期分別提高12.53%、40.34%和37.71%。表明,覆蓋地膜后顯著提高了土壤含水量,降低了土壤水分的蒸發(fā)作用,覆蓋黑色地膜對土壤的保水效果最好,其次是銀色反光膜,最后為透明地膜。

表1 覆蓋不同顏色地膜番茄不同生長期土壤的含水量

2.1.2 水分利用率 從圖1看出,土壤水分利用率以B最高,為26.74%;其余依次是S、T和CK,分別為24.83%、18.84%、14.32%。其中,B與S間差異不顯著,均顯著高于T和CK,T顯著高于CK。與CK相比,水分利用率B提高86.73%,S提高73.39%,T提高31.56%。可見,黑色地膜的蓄水保墑作用最好,對土壤水分的利用率最高。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05),下同。

2.2 覆蓋不同顏色地膜番茄的根系活力

根系活力是根系生長狀況強弱的一個重要指標(biāo)。從圖2可知,不同處理番茄的根系活力為S>B>T>CK,不同生長期根系活力變化趨勢均一致,均為開花坐果期最高,成熟期最低。幼苗生長期、開花坐果期、果實生長期和成熟期S、B、T處理的根系活力均顯著高于CK,其中,S的根系活力較CK分別顯著提高85.71%、96.85%、61.74%和61.97%。表明,覆蓋地膜可顯著提高番茄的根系活力,覆蓋銀色反光地膜的效果好于黑色地膜和透明地膜。

注：不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異顯著(P<0.05),下同。

2.3 覆蓋不同顏色地膜番茄苗的株高、莖粗和干物質(zhì)質(zhì)量

從表2看出,覆蓋不同顏色地膜番茄的株高和地上干物質(zhì)質(zhì)量均顯著高于CK,不同顏色地膜處理間差異不顯著,均以B處理最高,分別較CK高32.97%和25.55%;各覆膜處理番茄的莖粗均顯著高于CK,以B處理的莖最粗,其次是S處理,兩者間差異不顯著,均顯著高于T處理;各覆膜處理番茄的地下干物質(zhì)質(zhì)量均顯著高于CK,以S處理最高,較CK顯著提高76%,其次是B處理,兩者間差異不顯著,均顯著高于T處理。表明,覆蓋地膜對番茄苗的生長具有明顯促進作用,均能顯著提高番茄植株地上和地下干物質(zhì)質(zhì)量,銀色反光地膜和黑色地膜差異不大,但作用顯著大于透明薄膜。

表2 覆蓋不同顏色地膜番茄幼苗期的生長情況

2.4 覆蓋不同顏色地膜番茄的坐果率和產(chǎn)量

2.4.1 坐果率 從圖3可知,覆蓋地膜各處理的坐果率均顯著高于CK(72.68%),以S最高,為92.73%,顯著高于B和T,而B與T處理間差異不顯著;與CK相比,S、B、T處理的坐果率分別提高27.59%、23.53%和16.35%。表明,覆蓋地膜可以顯著提高番茄的坐果率,以銀色反光膜覆蓋的效果最好。

圖3 覆蓋不同顏色地膜番茄的坐果率

2.4.2 產(chǎn)量 從圖4可知,覆蓋不同顏色地膜番茄的單株產(chǎn)量和單位產(chǎn)量均顯著高于CK,以S處理最高,分別為3.76 kg/株和7 564.28 kg/hm2;其次為B處理,分別為3.48 kg/株和7 225.92 kg/hm2;T處理分別為3.16 kg/株和6 974.82 kg/hm2;CK分別為2.85 kg/株和6 236.72 kg/hm2。與CK相比,S、B、T處理的單株產(chǎn)量分別提高31.93%、22.11%和10.88%,單位產(chǎn)量分別提高21.29%、15.86%和11.83%。表明,覆蓋地膜可以顯著提高番茄產(chǎn)量,以銀色反光膜覆蓋提高產(chǎn)量最顯著。

圖4 覆蓋不同顏色地膜番茄的產(chǎn)量

2.5 覆蓋不同顏色地膜番茄的品質(zhì)

從圖5可知,可溶性蛋白含量以T最高,為7.96 mg/kg,與其他處理間差異顯著;其余依次為S(7.63 mg/kg)、CK(6.87 mg/kg)和B(6.45 mg/kg)處理。Vc含量以T最高,為83.47 mg/kg,與其他處理間差異顯著;B含量最低,為46.82 mg/kg;CK與S間差異不顯著?？扇苄蕴呛恳許最高,為52.36 mg/g;CK最低,僅28.73 mg/g;S是CK的1.82倍;各處理表現(xiàn)為S>T>B>CK。硝酸鹽含量以CK最高,達11.36 mg/kg;S最低,為4.32 mg/kg;T和B分別為7.28 mg/kg和6.85 mg/kg,4個處理的硝酸鹽含量均顯著低于國家衛(wèi)生標(biāo)準中蔬菜可生食的最高標(biāo)準430 mg/kg。以上表明,覆蓋不同顏色地膜對番茄中營養(yǎng)元素和硝酸鹽含量具有不同的影響,番茄中可溶性蛋白和Vc含量以覆蓋透明地膜的最高,可溶性糖含量以覆蓋銀色反光地膜的最高,且硝酸鹽含量最低。綜合看,覆蓋銀色反光膜對番茄品質(zhì)的提升效果最佳。

圖5 覆蓋不同顏色地膜番茄的可溶性蛋白、Vc、可溶性糖和硝酸鹽含量

3 討論

在北方地區(qū)種植番茄,土壤溫度和水分是影響番茄生長發(fā)育的重要因素,溫度和水分的較大變化對植物的生長產(chǎn)生明顯抑制作用,尤其是根系的生長[11]。不同顏色地膜對太陽光的吸收和反射作用不同,對土壤產(chǎn)生的光熱效應(yīng)也不同,從而影響土壤含水量。陸信娟等[12]研究發(fā)現(xiàn),銀色地膜可提高大蒜土壤含水量和氮素的利用率;閆靜琦等[13]研究顯示,覆蓋白色地膜的土壤含水量較黑色地膜提高0.71%;MUKHERJEE等[14]研究不同顏色地膜對番茄生長和土壤水分的影響發(fā)現(xiàn),覆蓋白色地膜的水分利用率高于黑色地膜。本研究結(jié)果表明,覆蓋地膜后土壤含水量和番茄的水分利用率顯著提高,以覆蓋黑色地膜的效果最好,其次是銀色反光地膜和白色地膜,這與NAGARAIAN 等[15]和CHEN 等[16]的研究結(jié)果一致,但與其他學(xué)者的研究結(jié)果存在一定差異,這可能是由于研究地氣候和研究材料不同。

土壤溫度和水分的變化首先影響作物根系,根系作為植物營養(yǎng)物質(zhì)吸收的器官,對外界環(huán)境的響應(yīng)尤其敏感,當(dāng)根系活力受到抑制或脅迫時,將會影響整個植株生長和產(chǎn)量。王俊鵬[17]在研究不同地膜對玉米根系活力影響時發(fā)現(xiàn),覆蓋地膜明顯提高了玉米根系生長和根系活力,而透明地膜的效果顯著好于黑色地膜;劉燦玉等[18]研究發(fā)現(xiàn),有色地膜顯著提高了大蒜根系活力,覆蓋銀色地膜的效果最佳。本研究結(jié)果顯示,在番茄幼苗生長期、開花坐果期、果實生長期和成熟期,覆蓋地膜均顯著提高番茄根系活力,以覆蓋銀色反光地膜的效果最好。

覆蓋地膜具有一定增溫保墑作用,同時還能提高植物根系對水肥的吸收,進而促進植物的生長發(fā)育和增產(chǎn)[19]。不同顏色地膜由于透光率的差異,其對植物生長的影響會隨光照強度和氣溫的變化而變化。黃盛綢等[20]研究顯示,覆蓋不同顏色地膜可促進玉米生長發(fā)育和提高產(chǎn)量,以銀色地膜對產(chǎn)量的提高效果最顯著;梁超等[21]研究表明,覆蓋黑色地膜更能促進玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量的提高;陳晨等[22]研究表明,覆蓋銀色地膜對于提高辣椒產(chǎn)量效果最明顯。本研究表明,覆蓋地膜可顯著促進番茄植株生長,以覆蓋銀色反光地膜和黑色地膜的效果較好,兩者間差異不顯著,銀色反光地膜較優(yōu),這可能是銀色反光地膜具有良好的反光性能,可以增強番茄葉片的光照強度,提高光合性能,從而促進產(chǎn)量的提高。

番茄果實品質(zhì)受多種因素影響,主要由土壤環(huán)境和氣候變化影響。覆蓋不同顏色地膜對作物品質(zhì)差異具有明顯影響[23]。張婷等[24]研究發(fā)現(xiàn),不同顏色地膜對草莓品質(zhì)具有不同的影響,透明地膜草莓可溶性蛋白含量高于黑色地膜;WINIFRED[25]研究顯示,覆蓋透明地膜甘薯的胡蘿卜素含量最高;李文旺等[26]研究表明,覆蓋白色地膜大蒜的可溶性蛋白和大蒜素含量均最高。本研究表明,覆蓋透明地膜番茄的可溶性蛋白和Vc含量最高,銀色地膜番茄的可溶性糖含量最高,與上述部分研究結(jié)果一致。目前,對于果實品質(zhì)評價不再只關(guān)注營養(yǎng)元素含量,更加重視果實的安全指標(biāo)。果實生長過程中會產(chǎn)生一定的硝酸鹽,當(dāng)硝酸鹽含量較多時,會對人體健康產(chǎn)生一定的威脅。試驗中不覆蓋地膜的番茄硝酸鹽含量最高,原因可能是其土壤水分喪失較大,土壤溫度變化大,對根系生長產(chǎn)生了一定的脅迫作用,抑制了根系活力和其對水分養(yǎng)分的吸收作用,從而使果實內(nèi)硝酸鹽含量增加[6]。

4 結(jié)論

覆蓋地膜可明顯提高土壤含水量、番茄的水分利用率及整個生長期番茄的根系活力,促進番茄植株生長,提高番茄產(chǎn)量和果實品質(zhì),降低硝酸鹽含量。在番茄植株生長和產(chǎn)量方面,覆蓋黑色地膜土壤的保水效果和水分利用率最好,銀色反光地膜的根系活力、坐果率和產(chǎn)量最高,另外,黑色地膜和銀色反光地膜促進植株的生長顯著優(yōu)于透明地膜。在番茄果實品質(zhì)方面,覆蓋透明地膜果實的可溶性蛋白和Vc含量最高,銀色地膜的可溶性糖含量最高,不覆蓋地膜的硝酸鹽含量最高。綜合比較,設(shè)施番茄種植過程中選擇銀色反光地膜覆蓋效果最好,其次為黑色地膜。