黄沙基质水肥一体化对番茄产量与品质的影响.pdf

新疆农业科学 2020 57 12 2250 2259 Xinjiang Agricultural Sciences doi 10 6048 j issn 1001 4330 2020 12 011 黄沙基质水肥一体化对番茄产量与品质的影响 刘聪聪 黄春燕 王登伟 石河子大学农学院 新疆建设设兵团绿洲生态农业重点实验室 新疆石河子 832003 摘 要 目的 验证黄沙基质优势与种植效果 研究物联网水肥一体化技术对温室番茄产量与品质的影响 为西北地区沙漠绿洲农业建设提供技术支持 方法 选用世佳1812 1814 1867三个番茄品系F1代为供试 材料 以袋式黄沙基质水肥一体化系统模式对番茄植株进行栽培管理 统计分析温室番茄产量品质参数 利用 隶属函数法对3个番茄品系综合性评价 结果 3个世佳番茄品系实收产量介于134 0 146 3 t hm2 均已 达到温室番茄高产水平 果实营养品质处于中高等水平 糖酸比均在7 71以上 很适合做水果番茄 经模糊 数学算得世佳1812综合品质最高 结论 袋式黄沙基质作为番茄种植的替代基质 可降低土壤环境病虫害 及次生盐渍化发生的几率 黄沙基质与水肥一体化技术组配合适宜 使番茄产量与品质有保证 关键词 设施番茄 黄沙基质 水肥一体化 产量 品质 隶属函数 中图分类号 S641 2 文献标识码 A 文章编号 1001 4330 2020 12 2250 10 收稿日期 Received 2019 04 11 基金项目 兵团重大科技计划项目 现代设施农业综合配套技术开发与示范 2016AA002 兵团重大科技计划项目 田地区设施蔬菜高 效节水栽培研究与示范 2015AF036 作者简介 刘聪聪 1994 男 河北沧州人 硕士研究生 研究方向为智能水肥一体化技术 E mail 1977449041 qq com 通信作者 王登伟 1984 男 河北枣强人 教授 研究方向为农业信息技术研究与水肥一体化技术开发 E mail wdw37660279 si na com 0 引言 研究意义 黄沙透气 透水性好 采用黄沙 基质袋种植技术 灌溉方式易采用少量 多次的滴 灌方式 设定黄沙基质含水量是关键 水分过高 番茄植株徒长 营养生长旺盛 最终影响到番茄的 生殖生长 产量与品质均会降低 相反 缺水会造 成果实表皮加厚 口感品质降低 根据番茄生长 的需水规律 须合理的制定出黄沙基质的含水量 EC值可表示种植基质中的可溶性离子的总浓度 和反映植株需肥情况 试验中水肥一体化技术的 核心在于根据植株对营养元素的需要 将肥料溶 液精确 定量的滴灌在根系附近 借助传感器测定 与传输出EC值参数 以表征黄沙基质内离子的 浓度 即基质内肥料营养的状况 根据设定参数选 择性供给 影响植株的生长与发育 EC值过高可 溶性盐类会使植物受到损伤或造成植株根系的死 亡 过低会导致植株生长营养不良使产量品质下 降 设置合理的EC值区间显得尤为重要 正常 的EC值范围在1 0 2 5 mS cm 番茄单果重是 构成番茄产量的一项重要指标 试验以番茄的第 3穗果为样本 测试番茄的单果重 可溶性固形 物含量 番茄红素和VC是表征番茄营养品质重 要的指标 风味价值与外观品相均是影响效益的 关键 为了使评价更加合理 准确 可靠的评价3 个番茄品系营养风味价值与品相价值 采用模糊 数学隶属函数法对可溶性固形物 番茄红素含量 VC含量 总糖含量 总酸含量和糖酸比6项营养 品质指标与果形指数 单果重2项外观品质指标 进行综合评价 黄沙是一种优质种植基质 具有 良好应用推广前景 水肥一体化技术可根据各生 育时期内植株生长发育需要精准供水供肥 为番 茄提供良好生长发育环境并节约农业成本与人力 投入 袋式黄沙基质水肥一体化模式是一种创新 番茄种植的模式 使经济效益与环保节能达到统 一 推动设施农业可持续性发展 为进一步规模化 12期刘聪聪等 黄沙基质水肥一体化对番茄产量与品质的影响 发展沙漠绿洲农业提供实践 前人研究进展 我国沙漠总面积约71 29 104hm2 但沙漠开发 利用有较多空白 1 6 甘肃河西走廊率先开展了 水肥一体化 沙产业 实践 20年间河西五市成为 主要的产粮基地和经济作物产区 7 8 新疆沙漠 面积43 04 104hm2 是典型的 沙漠大区 近 年来已采用黄沙基质种植木瓜 9 辣椒 10 等作物 验证了其效果显著 黄沙基质基本不含营养物 质 番茄移栽后的整个生育期内需要持续性的肥 料灌入 以保证作物正常合理生长 11 本研究 切入点 无土栽培获得高产优质番茄一直是设施 农业的热点与难点 12 研究采用黄沙基质袋隔 离土壤种植 配合水肥一体化技术无土栽培管理 温室番茄植株 拟解决的关键问题 研究整个 生育期内植株长势 分析番茄果实收获情况 分析 该系统模式对番茄果实产量与品质的作用效果 为发展设施沙漠农业提供理论依据 1 材料与方法 1 1 材料 试验于2019年在石河子大学农科综合教实 验学中心设施温室大棚基地 E86 03 N44 18 进行 日光温室为混钢结构 覆聚乙烯塑料薄膜 温室面积720 m2 90 m 8 m 温室配备新一代智能环境控制系统 可采集 与监管室内温度 空气湿度 光照强度 CO2浓度 等参数 实时调整室内小气候环境 试验选用世佳番茄杂交F1代1867 1812 1814三个品系 以下简称 番茄品系1867 1814 和1812 均为中早熟无限生长型大果番茄 且具 有抗病性强 优质 高产的特性 1 2 方法 1 2 1 试验设计 试验选定3个番茄品系 随机区组排列 重复 3次 共设置9个小区 单行15株为院个小区 保护行种植 番茄幼苗于3月13日定植于黄沙 基质袋内 5月20日打顶 第5果穗花期 生育 期内采用水肥一体化系统供水供肥 田间栽培管 理同常规温室番茄管理一致 1 2 2 黄沙基质与种植袋 1 2 2 1 黄沙基质物理特性 试验所用黄沙基质均取于古尔班通古特沙 漠 黄沙具有松散化 粘着性差 颗粒圆化等特 点 13 黄沙孔隙率较大 比重为1 45 1 65 颗 粒直径介于0 46 0 49 14 饱和含水量为18 20 pH值为6 8 7 0 电导率EC值为0 05 0 78 mS m 1 2 2 2 黄沙基质袋 种植袋为无纺布材料 厚0 15 cm 设计为圆 桶型 带有孔盖 附两耳 容积0 012 m3 0 17 m 0 15 m 2 黄沙基质填充种植袋内 各 基质袋单株种植 1 2 2 3 基质栽培模式 番茄植株采用宽窄行种植 窄行基质袋间距 约0 15 m 宽行基质袋间距0 7 m 株行距0 4 m 0 7 m定植 图1 图1 黄沙基质栽培模式 Fig 1 Cultivation model of yellow sand substrate 1522 新疆农业科学57卷 1 2 3 水肥设备系统 1 2 3 1 营养液配制 营养液由化肥和有机肥组合配制 化肥分为 A肥与B肥 A肥为N P K大量元素构成 B肥 为Ca Mg Cu Zn B Mn等中微量元素构成 有机 肥为海藻肥 纯矿源腐殖酸组成 番茄植株各生 育时期对养分需求的数量与比例不同 营养液内 各离子含量与比例根据植株需要由水肥一体化系 统施入 1 2 3 2 物联网云平台水肥一体化系统设施 基于物联网云平台的水肥一体化系统由控制 中心系统 根系环境信息采集系统 灌溉施肥系统 和物联网云平台4部分组成 根系环境信息采集 系统实时采集根系附近温度 湿度 EC值 电导 率 等环境参数 控制中心系统对其整合 并管控 灌溉施肥系统对植株及时供水供肥 管理人员通 过物联网云平台终端查看实时动态参数 历史记 录 报警提醒等 对整个水肥系统进行监督与管 理 最终实现物联网云平台水肥一体化系统对植 株精确水肥管理 1 2 3 3 管网设计与组装 管网由干道 支管 毛细管 滴箭4部分组成 1支管置于2窄行番茄植株之间 毛细管接头安 装滴箭 插入黄沙基质袋中 1 2 4 育苗 为防种子带菌 3个世佳番茄品系的种子采 用温汤浸种 二氧化氯锭100 mg L消毒处理 2 月初 采用72穴穴盘进行点播 28 30 催芽 待 真叶展开后 生长温度保持在18 26 并对幼 苗钠灯补光1 2 h d 3月13日 幼苗达到4 5 片真叶 移栽到黄沙基质袋中 1 2 5 温湿管控 番茄在温度为20 25 环境内同化作用最 高 石河子市夏季温度较高 6月30日大棚的室 外最高温度达37 棚内湿度过大易导致病虫 害 通过棚窗 排风扇 遮阳网 最大光强达7 238 104 lx 因此 当光强超过5 800 104 lx 中午 12 00 15 00打开遮阳网 缓解高温与强光 避 免高温胁迫与蒸腾作用过强造成植株失水萎蔫 等操作进行控温排湿使棚内温度保持30 以下 图2 图2 番茄生育期内环境温度变化 Fig 2 Environment temperature change during 1 2 6 测定项目 针对病虫害 研究坚持农业防治 生物防治为 首选 化学农药防治为辅 主要通过控温排湿 高 温闷棚 大量粘虫板 定期二氧化氯锭消毒等方 式 降低病虫害的发生几率 15 1 2 6 1 产量 按番茄种植行实收测产 参照 GB 8852 1988 标准 测定单果重 果实产量 1 2 6 2 品质 共测定7个番茄品质指标 其中可溶性固形 物含量 番茄红素 mg 100g VC mg 100g 总糖含量 g 100g 总酸含量 g kg 糖 酸比6个内含物品质指标由新疆农业科学院农业 农村品质监督检验测试中心采用国标法测定 果 形指数分别测量番茄果实纵 横径的长度 计算两 者比值而得 1 2 6 3 品种综合评价 采用模糊数学隶属函数法对3个番茄品系进 行综合评价 16 21 函数计算公式如下 Uij X Xmin Xmax Xmin 函数公式中 Uij表示番茄果实品质变化隶属 函数值 i表示品种 j表示指标数 Xmax表示各指 标的最大测定值 Xmin表示各指标的最小测定值 隶属函数值越大 表示品质效果越好 1 3 数据处理 采用Excel2010 SPSS24 0和RStudio软件处 理数据和作图 并进行T检验显著性方差分析 2522 12期刘聪聪等 黄沙基质水肥一体化对番茄产量与品质的影响 2 结果与分析 2 1 水肥管理 2 1 1 番茄各生育时期黄沙基质含水量 研究表明 移栽后的番茄苗较弱小 缓苗期含 水量为14 5 17 5 有助于缓苗 苗期含水量 为14 5 17 5 促进根系生长与提高抗旱能 力 花 果期适度降低含水量 为14 0 16 0 尤其苗期到第1穗果期间降低灌水量 促使植株生 根与避免第1穗果过大影响其他穗果的生长发育 果实成熟期进一步降低黄沙基质的含水量 区间为 14 0 15 5 可使果实甜度适当的增加 番茄 植株各生育时期内耗水量在番茄生育期内先增后 减 开花坐果期耗水量最高 结果期逐渐降低基质 含水量 有利于降低裂果率 图3 表1 图3 番茄各生育时期黄沙基质含水量变化 Fig 3 Changes of yellow sand substrate water content 表1 番茄各生育时期灌溉量 Table 1 Amount of tomato in each growing period 生育时期 Growth period 移栽缓苗期 Slow seedling period 苗期 Seedling period 开花坐果期 Flowering and fruiting period 结果期 Fruiting period 日期 M D 3 13 3 28 3 28 5 5 5 5 6 15 6 15 8 6 灌溉量 m3 hm2 70 48 756 50 1 779 21 1 478 84 2 1 2 番茄各生育时期施肥 研究表明 番茄植株N P K比例 移栽后至 开花期为1 1 1 坐果期至红果期为1 0 5 2 同 时添加中微量元素 在抗病 尤其防果实脐腐病方 面有显著效果 至番茄花 果期更应提高番茄中微 量元素的施肥比例 开始坐果后加大钙离子与镁 离子施用量 增厚表皮防止降低裂果率 随营养 生长与生殖生长施肥量逐渐增加 开花坐果期耗 肥量最多 收获期内逐渐减少肥料施用 表2 表3 表2 番茄各生育时期施肥配比 Table 2 The amount of fertilizer applied in each growing period of tomato 生育时期 Growth period N P K 氧化镁 Magnesium Oxide 氧化钙 Calcium oxide 微量元素肥 Micronutrient 移栽缓苗期 Slow seedling period 1 1 1微量微量0 5 苗期 Seedling period 1 1 1微量微量0 5 开花坐果期 Flowering and fruiting period 1 1 1 花期 1 0 5 2 果期 3 0 8 0 0 5 结果期 Fruiting period 1 0 5 2 3 0 8 0 0 5 表3 番茄各生育时期施肥量 Table 3 Fertilizer consumption of tomato at different growth stages 生育时期 Growth period 移栽缓苗期 Slow seedling period 苗期 Seedling period 开花坐果期 Flowering and fruiting period 结果期 Fruiting period 日期 M D 3 13 3 28 3 28 5 5 5 5 6 15 6 15 8 6 施肥量 kg hm2 31 36 336 50 791 41 657 80 3522 新疆农业科学57卷 2 1 3 番茄关键生育时期黄沙基质EC值特征 研究表明 移栽后植株苗较弱 容易失水 缓 苗期EC值区间为0 9 1 5 mS cm 有利于缓苗 与提高根系抗胁迫能力 苗期开始营养生长 相比 缓苗期提高EC值设定区间 但要避免营养生长 过旺 苗期EC值区间为1 4 1 8 mS cm 花 果 期进一步提高EC值 此时期营养需求最大 可逐 步再次提高营养供应 但要避免第1果穗番茄过 大引起其他穗番茄减产 花 果期EC值区间为 1 4 2 0 mS cm 收获期内番茄逐渐长成与采 摘 营养需求逐步降低 转色期后 为防止裂果适 度控水 EC值仍相对较高 收获期EC值区间为 1 3 2 3 mS cm 可保证收获期内各穗番茄全部 正常成熟与上市 图4 2 2 黄沙基质栽培番茄产量特征 研究表明 3个番茄品系单果重均达到了大 果的标准 其中 单果重最重的番茄品系1812比 单果重最轻的番茄品系1814高出13 72 分析 番茄实收产量 3个番茄品系的产量在134 0 146 3 t hm2 均达到高产水平 其中 番茄品系 1812和1867产量水平相当 与番茄品系1814相 比产量差异性显著 P 0 05 番茄品系1812比 番茄品系1814产量高7 81 表4 图4 番茄各生育时期EC值变化 Fig 4 EC Changes in different growth periods 表4 番茄品系产量方差分析 Table 4 Yield components and analysis of tomato varieties 品种 系 Varieties lines 密度 株 hm2 Planting density plants hm2 单果重 Weight of single fruit g 产量 Yield t hm2 世佳1812 Shijia1812 34 000 179 0 a 145 4a 世佳1867 Shijia1867 34 000 168 1 a 146 3a 世佳1814 Shijia1814 34 000 154 4 b 134 0b 注 番茄大果的标准为 单果重为150 199 g a b和c表示同列不同品系达到5 的显著水平 Note Big tomato fruit standard is single fruit weight is 150 199 g a b and c at the same column were significant at 5 levels respectively 2 3 黄沙基质栽培番茄内在品质指标 2 3 1 黄沙基质栽培番茄营养品质 研究表明 可溶性固形物含量3个番茄品系 均较高 番茄红素是自然界中最强抗氧化剂之一 药用与营养价值都较高 3个番茄品系的番茄红 素含量没有达到显著性差异 P 0 05 其中 1867的番茄红素含量比1814的高50 7 番茄 1867和1812的番茄红素含量分别处于极高和中 上等水平 番茄1867可作为优选高番茄红素品系 加以种植 番茄是获取VC的重要来源 方差分析 表明 番茄1814与1812和1867的VC含量存在 显著性差异 P 0 05 图5C 其中VC含量最 高的是1814比最低1867高4 00 3个番茄品 系VC含量均达到了较高水平 图5 4522 12期刘聪聪等 黄沙基质水肥一体化对番茄产量与品质的影响 图5 番茄3个品系营养品质比较 Fig 5 Analysis and comparison of nutrition quality of three tomato varieties 2 3 2 黄沙基质栽培番茄口感品质与外观品质 研究表明 番茄1814与1867相比总糖含量 差异性显著 P 0 05 前者总糖含比后者高 11 94 3番茄品系的总酸含量存在显著差异 P 0 05 图6B 番茄总酸含量最高的是1814比 最低的1867高出23 63 番茄3个品系的总酸 含量均为中等水平 良好的风味是建立在适宜的 糖酸比基础上的 21 经方差分析番茄世佳1814 品系与其它2个品系的糖酸比存在显著差异 P 0 05 图6C 其中糖酸比最高的番茄世佳 1812品系比糖酸比最低的1814品系的高 17 01 偏甜口味人群倾向糖酸比6 9 10 8 3 个番茄世佳品系糖酸比介于7 71 9 21 3个番 茄世佳品系偏甜 适合作水果番茄 果形指数是指 果实纵径与横径的比值 是商品果实的重要外观 指标之一 3个世佳品系平均果形指数范围为 0 79 0 82 果实形状为扁圆形 H D 0 71 0 86为扁圆 均较为适中 图6 图6 番茄3个品系口感品质与外观品质比较 Fig 6 Analysis and comparison of taste and appearance quality of three tomato varieties 5522 新疆农业科学57卷 2 4 黄沙基质番茄应用模糊数学综合性评分 研究表明 隶属函数值越大营养风味价值越 高 综合价值世佳1812 世佳1867 世佳1814 但3个品系综合评价指数相接近 均适合选为水 果番茄种植与推广 表5 表5 利用隶属函数法对3个品种材料综合评价 Table 5 The analysis and uation of nutritional quality for different varieties of tomato 品种 系 Varieties lines 可溶性固 形物含量 Soluble solid 番茄红素 Lycopene VC Vitamin C 总糖含量 Total sugar 总酸含量 Total acid 糖酸比 Sugaracid ratio 果形指数 Fruit shape index 单果重 Weightof single fruit 隶属函数值 Membership 排序 Rank 世佳1812 Shijia 1812 0 402 0 526 0 443 0 477 0 528 0 476 0 613 0 465 0 491 1 世佳1814 Shijia 1814 0 402 0 564 0 575 0 489 0 330 0 415 0 421 0 438 0 454 3 世佳1867 Shijia 1867 0 479 0 394 0 451 0 556 0 531 0 540 0 338 0 496 0 473 2 3 讨论 试验采用黄沙基质种植番茄 有效避免了土 传性病虫害与次生盐渍化积累的困扰 同时 减少 了水分流失 与郝梦超等 9 王雅芳等 10 研究结 果一致 黄楠等 22 研究表明 袋式种植模式具有 促进植株生长 提高产量品质等作用 试验表明 袋式栽培的植株一旦被病虫侵害 物理损伤 可选 用正常植株替补 以保持设定种植密度与避免被 感染植株二次扩散传染 桂敏等 23 查向阳等 24 研究比较常用基质特性 而黄沙基质具有根系环 境易控 不易发霉腐烂 成本极低 适合大面积种 植等优势 且在沙漠资源丰富的地区 综合比较优 势明显 有利于推进沙漠绿洲农业的建设 李建明等 25 研究表明番茄产量随水肥量增 加先升高再降低 黄业茹等 11 研究表明 黄沙内 矿物质与水分极低 选用水肥一体化技术精准科 学调控水肥成为关键 试验番茄生育期内控制黄 沙基质含水量区间为14 0 17 5 区间 随生 育时期进程先高后低 到番茄果实采收期 为防裂 果等因素灌溉阈值下调 控制基质含水量在 15 5 以下 与王虎兵 26 研究一致 各生育时期 内EC值区间设置是关键 过高则易烧苗 过低则 养分供应不足 因此 番茄生育期内EC值随着植 株与果实的需要逐渐提高 收获期末期EC值随 养分需要减少而降低 与苗相伟等 27 研究一致 为使番茄生物产量更高 仍需进一步精确设定各 生育时期内EC阈值 采用黄沙基质栽培水肥一体化系统模式最终 目的仍是获得高产优质的番茄 该试验的3个番 茄品系的产量 营养品质 口感品质在新疆地区均 已达到较高水平 28 30 黄沙基质栽培水肥一体化 系统模式对番茄水肥管理合理适宜 番茄普遍抗 重茬效果较差 31 该系统模式对番茄连茬种植效 果有待验证 且试验采用番茄为试验材料 该系统 模式对其它农作物的种植效果仍需要进一步验 证 4 结论 基于黄沙基质种植的番茄世佳1812 1814 1867三个品系实收产量分别为145 4 134 0 146 3 t hm2 均已达到高产水平 检测番茄内在 品质指标均为中上等水平 其糖酸比介于7 71 9 21 均为高水平属于偏甜品系 适合选作水果番 茄推广 经过模糊数学隶属函数法进行统一处理 综合分析比较 番茄世佳1812品系风味营养综合 品质评价最高 参考文献 References 1 南雄雄 李惠军 王芳 等 以色列沙漠农业对我国西部旱区 发展节水农业的启示 J 宁夏农林科技 2016 57 10 58 60 NAN Xiongxiong LI Huijun WANG Fang et al Enlighten ment of Israeli desert agriculture on developing water saving ag riculture in arid areas of western China J Ningxia agroforestry Science and Technology 2016 57 10 58 60 2 王水平 大漠桑田 以色列沙漠农业初感 J 农村 农 业 农民 A版 2014 5 45 46 WANG Shuiping Enhanced desert Kuwata Israel early feeling 6522 12期刘聪聪等 黄沙基质水肥一体化对番茄产量与品质的影响 J Journal of Desert Agriculture 2014 5 45 46 3 邓林 以色列农业 干旱沙漠变绿洲 J 湖南农机 2014 41 8 166 167 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Shanwen CHEN Yongkuai et al Con struction of integrated fertilizer system for greenhouse substrate culture J Jiangsu Agricultural Sciences 2019 47 21 278 281 17 高子星 马进芳 胡晓辉 高寒地区日光温室不同番茄品种 产量和品质的比较 J 北方园艺 2019 15 61 68 GAO Zhixin MA Jinfang HU Xiaohui Comparison of yield and quality of different tomato varieties in solar greenhouse in alpine regions J North Horticulture 2019 15 61 68 18 徐义康 高飞 施柳 等 利用隶属函数法综合评价8个大 白菜品种性状 J 浙江农林大学学报 2018 35 5 845 852 XU Yikang GAO Fei SHI Liu et al Comprehensive uation of eight Chinese cabbage varieties by the membership function J Journal of Zhejiang Agriculture and Forestry Univer sity 2008 35 5 845 852 19 王军娥 薛晋轩 景维坤 等 利用隶属函数法对8种不同 石竹属材料主要观赏性状的综合评价 J 山西农业大学学 7522 新疆农业科学57卷 报 自然科学版 2016 36 10 709 714 WANG June XUE Jinxuan JING Weikun et al Comprehen sive uation of main ornamental characters of 8 species of caryophylla from different genera using the membership function J Journal of Shanxi Agricultural University Natural Science Ed 2016 36 10 709 714 20 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