水肥一体化自动管理对叶用莴苣生长及灌溉水生产效率的影响.pdf

水肥一体化自动管理对叶用莴苣生长及灌 溉水生产效率的影响 李友丽 1赵 倩 1代艳侠 2李银坤 1曾 烨 2郭文忠 1* （ 1 北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097； 2 北京市大兴区农业技术推广站，北京 102600） 摘 要：采用水肥一体化装备进行水肥自动管理有利于实现节水节肥和增产提效，是设施农业现代化发展的重点方向。本 试验基于自主研发的AWF型水肥一体化装备，进行水肥自动管理，并以常规管理为对照，测定叶用莴苣的生长指标、叶 片叶绿素含量、产量和品质，统计灌溉量，计算成本和效益，分析使用AWF型水肥一体化装备自动灌溉施肥对叶用莴苣 生长和灌溉水生产效率的影响。结果表明：水肥自动管理下3茬叶用莴苣的产量分别为2 593.85、1 168.80、1 900.00 kg （667 m 2 ） -1 ，比常规管理分别增产25.00%、54.75%、11.76%；灌溉总量分别减少了23.84%、21.71%、28.91%；灌溉水生产 效率分别提高了64.13%、97.65%、57.24%。成本与效益分析结果表明，使用AWF型水肥一体化装备，年收益可提高2 850元 （667 m 2 ） -1 ，增产、节水和增收效果显著。 关键词：水肥自动管理；水肥一体化装备；节水灌溉；灌溉水生产效率；叶用莴苣 等，2016）。 随着水肥一体化技术应用面积的不断扩大，水 肥设备的研制与应用成为领域热点和重点。从国外 引进的基于信息化、网络化、智能化的精准水肥调 控系统和智能装备，用于消化、吸收再研制，并在 典型示范园区中展示应用（袁寿其 等，2015） 。同 时，相关研究人员针对精准施肥装备和自动控制系 统开发开展了大量工作，研制出一批灌溉施肥机。 杨仁全等（2005）研制的精密施肥机，能够精确控 制肥液的EC值和pH值，实现定时、定量自动灌 溉施肥；姚舟华等（2012）研制的WGF-6-12型温 室自动灌溉施肥机和俞卫东等（2013）研制的基于 PLC的智能灌溉施肥机，均能实现多路营养液的动 态配比；狄娇等（2016）研发的温室轻简式灌溉施 肥机，具有较高的肥水混合精度。国外进口的施肥 机以多通道为主，主要用于连栋温室生产特别是无 土栽培中。我国自主研发产品多以硬件优化和软件 开发来实现水肥调配（营养液配制）的精细控制为 重点，少有涉及基于灌溉策略的自动化、智能化灌 溉施肥机研发；该类施肥机借鉴国外产品的设计思 路，也为多通道类型，不适宜在面积小的单栋塑料 大棚或日光温室中应用，更鲜见在生产中应用的报 李友丽，女，助理研究员，主要从事设施蔬菜水肥一体化研究，E-mail： liylnercita.org.cn *通讯作者（Corresponding author）：郭文忠，男，博士，研究员，主要 从事设施园艺工程技术与智能装备研究，E-mail：guowznercita.org.cn 收稿日期：2017-08-19；接受日期：2018-04-09 基金项目： “十三五”国家重点研发计划项目（2017YFD0201503） ，北 京市大兴区与北京市农林科学院院区科技合作项目，星火计划项目 （2015GA600005） ，北京市农林科学院所级科技创新团队建设项目 （JNKST201615） 水肥一体化技术，是指将可溶性固体或液体 肥料配成肥液，与灌溉水一起，通过灌溉系统输送 至作物根系土壤层的技术（李卫军 等，2016） 。它 可利用装备与系统，依据作物的水肥需求规律，均 匀、适时、适量供给作物水分和养分，显著提高了 水肥利用效率，增产效果明显，且有效提高了劳动 效率，降低人工成本，已成为当今世界公认的高效 节水节肥农业新技术（刑英英 等，2014；牛寅， 2016） 。在荷兰、以色列等农业发达国家，水肥一 体化技术及配套设备成熟，已被广泛应用于生产 （Zhang et al.，2008；Neto et al.，2014；Regunath & Kadirkamanathan，2014）；我国近年来先后出台了 一系列关于农业节水的政策，有效推动了水肥一体 化技术的应用和发展（袁洪波 等，2014；刘自飞 44 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 44 研究论文 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 2018（8）：44 - 50 道。基于此，北京农业智能装备技术研究中心相关 团队针对我国塑料大棚和日光温室设施生产特点， 研发了AWF型温室水肥一体化装备，开发了基于 主要决策指标（如土壤含水率）的灌溉模型的自动 管控系统，进行设施蔬菜生产水肥自动管理（李 银坤 等，2017；赵倩 等，2017） 。本文拟分析该装 备与自动管控技术在塑料大棚叶用莴苣栽培中的应 用，对叶用莴苣生长和灌溉水生产效率的影响，旨 在从节水、节肥、省工、增产、增收等方面为该装 备与技术应用的效果和价值提供数据支持，丰富适 用于我国设施生产的水肥一体化装备与技术，推动 设施农业节水、节肥技术的创新发展。 1 材料与方法 1.1 试验地点 试验于2016年49月在北京市大兴区长子 营镇河津营村合作社（大兴区农业科技创新服务 体系项目示范基地）的2栋塑料大棚中进行。2栋 塑料大棚均为南北走向，平行排列，棚间距3 m； 长宽均为12 m5 m，周边无遮挡物，日照条件 完全一致。2栋大棚土壤环境条件基本相同，东侧 大棚020 cm土壤有机质含量23.7 gkg -1 、全氮 1.35 gkg -1 、速效磷297.4 mgkg -1 、速效钾183.4 mgkg -1 ，田间持水量24.6%（体积含水量） ；西侧 大棚020 cm土壤有机质含量22.1 gkg -1 、全氮 1.43 gkg -1 、速效磷326.3 mgkg -1 、速效钾170.9 mgkg -1 ，田间持水量24.0%。 1.2 试验设计 供试叶用莴苣（Lactuca sativa L.）品种为美国 大速生，共栽培3茬，第1茬于4月19日定植，5 月24日收获；第2茬7月3日定植， 8月9日收获； 第3茬8月22日定植，9月24日收获。株行距均 为30 cm见方。第1茬定植前，撒施有机肥5 000 kg（667 m 2 ） -1 作底肥，其他2茬定植前均撒施复 合肥（N-P-K为15-15-15）50 kg（667 m 2 ） -1 。 定植缓苗后，东侧大棚按照基地的常规方式进 行水肥管理（对照，CK） ，即依据管理者的经验进 行灌溉和追肥，其中追肥是采用压差施肥罐完成， 在叶用莴苣快速生长期追施1次水溶性复合肥，施 用量为14 kg（667 m 2 ） -1 。西侧大棚采用AWF型 水肥一体化装备自动管理（处理，WF） ，主要是根 据叶用莴苣的水肥需求规律、土壤条件等，在可编 程序中设定对应的控制参数，包括定植日期、灌溉 面积、土壤含水率和光照强度的灌溉阈值及灌溉液 浓度（电导率）阈值等，再将水溶性复合肥溶解在 母液桶中，选择“自动” ，系统执行基于土壤含水 率管理决策的自动程序。该过程中，利用电导率传 感器将灌溉液浓度调控在阈值范围，进行水、肥一 体化管理，其中施肥量由肥液浓度和灌溉量计算得 到。对照CK和处理WF均采用相同的滴灌系统， 追施同种水溶性复合肥（N-P-K为16-6-32），且 其他农事操作保持一致。 AWF型水肥一体化装备（李银坤 等，2017） 由控制柜体、液晶触控屏、吸肥器、母液桶（肥液 桶） 、电磁阀、过滤器、搅拌泵、开关按钮，以及 电导率传感器、液位传感器、土壤水分传感器、光 照传感器、温湿度传感器等组成（图1） 。其中， 土壤水分传感器探头布置在20 cm土层处，监测土 壤含水率（体积含水率） ，是主灌溉决策指标；光 照传感器和温湿度传感器安装在距地面1.5 m处， 监测大棚内光照强度、空气温度和湿度，辅助决策 灌溉；电导率传感器监测灌溉液EC值，参与调控 肥液和清水电磁阀的开闭，使灌溉液浓度在设定阈 值内；流量计安装在装备出液管路起点，用于监测 实际灌溉量，判断灌溉终点。该系统硬件采用模块 化设计理念，以可编程控制器（PLC）为核心，包 括电源模块、AD模拟量采集模块、传感器模块和 上位触摸屏模块（图2） 。AD模拟量采集模块实时 接收外围光照传感器、温湿度传感器、流量传感组 件和EC传感组件的信号，转化成数字信号后发送 至PLC，参与内部模型控制算法，一方面逻辑判断 是否启动灌溉，另一方面自动根据本次实际灌溉量 停止灌溉，同时PI算法实时调节灌溉液EC值；上 位机在线监控，并连接数据库上传环境参数和灌溉 参数，供管理者查询和下载。该装备具有手/自动 两种运行模式。自动模式下，系统根据PLC内置 灌溉模型（算法） ，通过上位机输入的参数值，进 行水肥自动管理，包括生育期计数、灌溉决策、灌 溉液浓度调控、母液搅拌及缺肥等异常情况报警等 （赵倩 等，2017）。 处理WF采用基于土壤含水率的决策方法： 通过人机交互上位触摸屏模块输入灌溉面积 S（60 45 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 45 研究论文 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES m 2 ）、土壤湿润比 p（100%）、灌水计划湿润层 h（0.2 m）和水分利用系数（0.9） ，灌溉启动时间点 （10：00）和定植日期；参考大量研究结果，设定 叶用莴苣对应的土壤含水率阈值 q 0 和 q 1 （q 0 为土 壤含水率上限，即田间持水量 24.0%， q 1 为土壤含水率下限值； 体积含水率） 、光照强度阈值、 灌溉液电导率阈值等灌溉决策 参数（表1） 。系统计算生长发 育时间（d），每10 min记录1次、 分析数据，根据灌溉量计算公 式 M=pSh（q 0 -q 2 ）/（q 2 为实测土壤含水率） （杨志刚， 2011）计算和显示理论灌溉量。 每天10：00时，系统将各决策 指标的实测值与设定下限值进 行对比，当土壤含水率测定值 q 2 下限值 q 1 ，且光照强度测 定值设定值时，启动灌溉， 待灌溉量计算灌溉量时，结 束本次灌溉；否则当天不启动 灌溉（图3）。 1.3 项目测定 本试验中，AWF型水肥一 体化装备系统每10 min采集1 次并存储土壤含水率、光照强 度、空气温度、空气湿度，计 算出计算灌溉量，采集并存储 实际灌溉量。 在对照CK和处理WF 2个 大棚中，将栽培区从北到南均 匀划分成3个重复区。叶用莴 苣收获前，每重复各取5株（采 用五点取样法） ，株高（从茎基 部到植株最高处的长度） 、开展 度（冠层最宽处）和叶片叶绿 素含量（SPAD-502型叶绿素 含量测定仪）在田间测定活体 样本；叶片长度（叶片基部至 叶尖的长度） 、叶片宽度（叶片 最宽处的长度） 、叶片数和单株 鲜质量（地上部）则取样保鲜带回实验室测定。同 时，取叶用莴苣地上部保鲜带回实验室测品质指标 （取样方法同上），包括硝酸盐（NY/1279-2007标 准） 、可溶性总糖（蒽酮比色法） 、粗蛋白（凯氏 16 13 14 15 3 4 8 10 6 9 12 11 7 1 2 5 图 1 AWF型水肥一体化装备 1，控制柜；2，液晶触摸屏；3，进水口；4，电磁阀；5，吸肥器；6，吸肥管；7，母液桶； 8，液位传感器；9，搅拌泵；10，电导率传感器；11，过滤器；12，流量计；13，光照传感器； 14，温湿度传感器；15，土壤水分传感器；16，田间灌溉区。 图 2 AWF型水肥一体化控制系统框架图 光照传感器、温湿度传感器 46 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 46 研究论文 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 定氮法）和粗纤维（碱处理法）的含量（曹建康 等，2007） 。收获时分别统计试验与对照大棚的总 产量，根据当日收购价计算销售金额；计算灌溉水 的生产效率（叶用莴苣产量与灌溉水总量的比值， kgm -3 ）。 1.4 数据处理 试验数据采用Excel软件进行处理，运用SPSS 17.0软件进行差异显著性分析（P0.05）。 2 结果与分析 2.1 基于 AWF型水肥一体化装备的水肥自动管理 处理WF中，AWF型水肥一体化装备处于“自 动”运行模式，系统根据决策算法和输入的参数值 进行水肥自动管理，系统采集、存储了土壤含水 率、光照强度、空气温度及湿度，并计算了灌溉 量。以2016年8月1日（叶用莴苣生育后期）为 例（图4） ，土壤含水率先逐渐下降，在10：00时 降至19.18%，10：30上升至22.11%，此后呈现极 缓慢下降趋势；计算灌溉量则先增大再急剧下降， 然后缓慢增加，10：00时计算灌溉量达到最大值 0.536 m 3 ，10：30减少至0.266 m 3 ；光照强度先上 升再逐级下降至零，10：00时达到了43 625 lx；空 气温度和湿度的变化范围分别为15.7434.68 和 28.6%96.5%。综上可知，上午10：00时，实测 土壤含水率低于设定土壤含水率下限（19.2%） ，且 光照强度大于设定下限（5 000 lx） ，系统分析数据 发送了“灌溉”命令，且自动完成了灌溉操作。说 明AWF型水肥一体化装备可较好地实现基于灌溉 模型与算法的水肥自动管控。 表 1 叶用莴苣的水肥管理决策参数 生育期 土壤含水率/% 光照强度/lx EC/mScm -1 苗期（110 d） 19.224.0 5 000 0.81.5 快速生长期（1125 d） 19.224.0 5 000 1.51.9 生育后期（2640 d）19.224.0 5 000 1.21.5 图 3 AWF型水肥一体化系统控制流程图 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 开始 是否切换至自动模式 手动灌溉 交互参数确认 Y N 决策因子是否满足启动灌溉条件 根据灌溉模型计算出计算 灌溉量 启动灌溉 灌溉液EC 值是否在设定范围 Y 继续灌溉 N 打开吸肥阀门 灌溉液EC 值= 设定上限 灌溉液EC 值= 计算灌溉量 关闭灌溉阀门 结束 Y N 图 4 AWF型水肥一体化装备系统自动测定、存储数据 （2016年 8月 1日） 0：00 1：00 2：00 3：00 4：00 5：00 6：00 7：00 8：00 9：00 10：00 11：00 12：00 13：00 14：00 15：00 16：00 17：00 18：00 19：00 20：00 21：00 22：00 23：00 时间 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0 空气温度 空气湿度% 5 4 3 2 1 0 光照强度万lx 23 22 21 20 19 18 17 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0 土壤含水率% 计算灌溉量m 3 土壤含水率 光照强度 空气温度 计算灌溉量 空气湿度 2.2 水肥自动管理对叶用莴苣生长指标和叶绿素 含量（SPAD）的影响 水、肥是影响叶用莴苣生长的两个关键因子， 科学合理的水肥管理对确保叶用莴苣长势至关重 要，与叶片叶绿素含量密切相关。传统栽培管理中， 生产者认为大水、大肥是确保叶用莴苣良好长势的 关键之一。从表2可以看出，AWF型水肥一体化 47 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 47 研究论文 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 装备的水肥自动管理条件下（WF） ，3茬叶用莴苣 （除第3茬的株高外）的各生长指标均高于对照， 其中第1茬的株高、叶片数、单株叶长叶宽的 总和，第2茬的株高、开展度及第3茬的单株鲜 质量均显著高于对照；处理WF和对照叶绿素含量 （SPAD）差异不显著。说明基于AWF型水肥一体 化装备的水肥自动管理为叶用莴苣栽培提供了良好 的水肥管理制度，较好地满足了叶用莴苣生长的水 分、养分需求，相比常规管理更有利于促进生长。 2.3 水肥自动管理对叶用莴苣品质的影响 与对照相比，基于AWF型水肥一体化装备的 水肥自动管理（WF）对第1茬和第3茬叶用莴苣 的粗蛋白、可溶性总糖、还原型VC、粗纤维含量 无显著影响，而显著降低了第3茬叶用莴苣的硝酸 盐含量（表3） 。说明基于AWF型水肥一体化装备 的水肥自动管理有利于提高叶用莴苣品质。 表 2 水肥自动管理对叶用莴苣生长指标和叶绿素含量的影响 茬口 处理 株高/cm 开展度/cm 单株叶长叶宽的总和/cm 2 叶片数/片 单株鲜质量/g 叶绿素含量（SPAD） 第1茬 CK 17.501.61 b 39.801.72 a 5 201.76389.83 b 16.000.21 b 288.0017.09 a 19.000.55 a WF 23.431.19 a 40.731.30 a 7 691.39349.12 a 18.670.33 a 361.6734.40 a 18.970.85 a 第2茬 CK 14.170.71 b 27.102.46 b 2 778.25324.12 a 15.000.58 a 75.5310.42 a 19.500.69 a WF 17.500.15 a 36.602.10 a 4 026.35527.68 a 16.340.88 a 116.8813.33 a 19.970.69 a 第3茬 CK 16.030.12 a 33.002.46 a 6 402.08451.78 a 18.501.50 a 170.003.00 b 22.400.23 a WF 15.700.45 a 34.531.21 a 6 577.40476.27 a 19.670.33 a 190.003.21 a 19.531.76 a 注：表中同列数据后不同小写字母表示差异显著（P0.05），下表同。 表 3 水肥自动管理对叶用莴苣品质的影响 茬口 处理 粗蛋白/% 可溶性总糖/% 还原型VC/mgkg -1 粗纤维/% 硝酸盐/mgkg -1 第1茬 CK 1.650.11 a 2.860.23 a 121.738.52 a 0.890.02 a 270.0019.34 a WF 1.530.06 a 2.250.12 a 91.634.23 a 0.730.06 a 298.0012.56 a 第3茬 CK 4.060.21 a 1.060.27 a 228.0020.55 a 1.190.15 a 665.0085.23 a WF 3.970.05 a 1.310.09 a 213.3313.64 a 1.800.28 a 306.3334.51 b 注：因试验中误操作，致使第2茬品质指标数据缺失。 2.4 水肥自动管理对叶用莴苣产量、灌溉量和灌 溉水生产效率的影响 水肥管理是蔬菜生产管理的关键，直接影响 着作物生长发育，并最终影响产量形成、产品商 品性及经济效益。科学合理的水肥供应制度，可适 时、适量为作物生长发育提供所需的水分、养分， 确保产量，降低水肥用量，提高水分利用效率。 从表4可以看出，基于AWF型水肥一体化装备的 水肥自动管理（WF） ，3茬叶用莴苣的产量分别 为2 593.85、1 168.80、1 900.00 kg（667 m 2 ） -1 ， 均高于对照，产量增幅分别为25.00%、54.75%、 11.76%。WF处理的3茬灌溉总量和追肥量均 低于对照，其中灌溉总量分别减少了23.84%、 21.71%、28.91%，节水效果明显。进一步计算灌 溉水生产效率，WF处理的3茬灌溉水生产效率分 别为78.60、36.21、58.95 kgm -3 ，比对照分别提 高了64.13%、97.65%、57.24%。说明基于AWF型 水肥一体化装备的水肥自动管理较常规水肥管理合 理，可以为叶用莴苣生长提供更科学的水肥管理制 度，满足叶用莴苣生长的水肥需求，实现增产和节 表 4 水肥自动管理对叶用莴苣产量、灌溉量及灌溉水生产效率的影响 茬口 处理 产量/kg （667 m 2 ） -1 比CK% 灌溉总量/m 3 （667 m 2 ） -1 节水/% 追肥量kg （667 m 2 ） -1 灌溉水生产效 率/kgm -3 比CK% 第1茬 CK 2 075.08 43.33 14.00 47.89 WF 2 593.85 25.00 33.00 23.84 7.00 78.60 64.13 第2茬 CK 755.30 41.23 14.00 18.32 WF 1 168.80 54.75 32.28 21.71 6.00 36.21 97.65 第3茬 CK 1 700.00 45.34 14.00 37.49 WF 1 900.00 11.76 32.23 28.91 7.34 58.95 57.24 叶用莴苣第1茬和第3茬（除 株高外）的其他生长指标及第2茬 的所有生长指标均高于对照，但差 异不显著； 48 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 48 研究论文 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 水节肥，进而提高了灌溉水的生产效益。 2.5 水肥自动管理对叶用莴苣栽培经济效益的影响 从表5可以看出，每套AWF型水肥一体化装 备可管理叶用莴苣栽培的灌溉面积为667 m 2 ，即设 备成本总投入16 700元 （667 m 2 ） -1 。按照使用年 限10 a计算，年折旧费1 670元（667 m 2 ） -1 。按 照试验基地的生产茬口安排，全年共定植、收获5 茬叶用莴苣。根据本试验结果估算，基于该装备进 行叶用莴苣栽培的水肥自动管理，可实现增产3 675 元（667 m 2 ） -1 ，省工600元 （667 m 2 ） -1 ，节 肥245元（667 m 2 ） -1 ，节水50 m 3 （667 m 2 ） -1 ， 则年节本增收达2 850元（667 m 2 ） -1 。 有几点值得说明：一是上述装备的管理面积是 限于本试验中所用普通配置，升级核心部件性能可 扩大管控面积，从而降低单位面积的成本投入；二 是试验基地采用地下水灌溉没有收取费用，本文仅 计算节水量，未能估算其经济效益；三是由此带来 的生态效益和社会效益很难用货币进行衡量，但是 该价值是可观的。从上述分析可知，仅从增产、省 工、节肥、节水等几个方面产生的效益就很可观， 符合我国设施生产节水、节肥技术创新发展方向， 具有较高的应用价值和良好的应用前景。 表 5 水肥自动管理对叶用莴苣栽培经济效益的影响 项目 数量 金额/元 （667 m 2 ） -1 AWF型水肥一 成本 1台（667 m 2 ） -1 16 700 体化装备投入 年折旧费 1 670 年总效益 增产效益 1 818.30 kg（667 m 2 ） -1 3 675 省工效益 7.5个 （667 m 2 ） -1 600 节肥效益 35 kg（667 m 2 ） -1 245 节水效益 50 m 3 （667 m 2 ） -1 年增收 2 850 3 结论与讨论 水肥一体化技术是当今世界公认的一项高效 节水节肥农业新技术，发达国家农业生产经验表 明，推广水肥一体化技术是实现农业可持续发展 的关键。传统认知中，将可溶性肥料溶解到水里， 用棍棒或机械搅拌，通过田间灌溉系统，随灌溉水 一起输送至田间土壤，被作物吸收利用的技术即为 水肥一体化技术。传统的水肥一体化技术，水、肥 供应仍主要依靠经验或采用简单时间控制，未能真 正根据作物需求供应水分和养分，难以突破水肥的 精细化、高效化管理瓶颈。通过实时采集作物生长 的环境参数和作物生育信息，构建模型将作物生长 发育与环境信息耦合，智能决策作物的水肥需求， 利用配套灌溉施肥系统，可实现水肥一体精准施 入，大大提高灌水和肥料的利用效率（赵春江和郭 文忠，2017） 。AWF型水肥一体化装备配备了相关 信息的实时采集、传输和寄存的传感设备，系统开 发了分析、决策和执行等功能；以土壤含水率为主 要决策因子的决策方法耦合了作物生长发育所对应 的水分需求、土壤含水率和光照强度等信息，该装 备的自动管理，可实现适时、适量地将作物生长发 育所需水分和养分均匀输送至其根部土壤层。本试 验中，在该装备系统控制下，根据管理决策和算 法，比对设定参数值与实测值，较好地执行了自动 管理程序，即在设定时间点系统检测到土壤含水 率 q 2 低于设定下限 q 1 （19.2%） ，且光照强度高于 下限值（5 000 lx）时，灌溉程序启动执行了灌溉 指令，并在实际灌溉量达到计算灌溉量时结束本次 灌溉。同时，按照计算灌溉量灌溉后，10：30土 壤水分传感器采集到灌溉后的最大土壤含水率数 据为22.11%，该值低于设定的灌溉上限（24%） ， 即灌溉后土壤含水率低于目标值，这可能与土壤理 化性状或土壤水分传感器性能等相关，有待进一步 研究。 蔬菜栽培的水肥管理，即及时供应（或补充） 作物需要的（或消耗的）水分、养分，如供应（补 充）不及时或不足，会影响作物正常生长；过量则 导致水、肥资源浪费，甚至造成土壤环境污染。与 传统水肥管理相比，AWF型水肥一体化装备的自 动管理下叶用莴苣产量提高了11.76%54.75%， 总灌溉量降低了21.71%28.91%，灌溉水生产效 率增幅达57.24%97.65%。因此认为AWF型水肥 一体化智能装备可较好地执行水肥自动管理程序， 其系统控制下基于土壤含水率灌溉策略的自动管 理，可为叶用莴苣生长提供更合理的水肥管理制 度，确保叶用莴苣的长势和品质，节水节肥、增产 提效效果显著。该装备与技术的应用符合设施农业 节水、节肥技术创新发展方向，对推动我国设施农 业水肥一体化技术发展具有重要意义，应用前景非 常可观。 49 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 49 研究论文 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 参考文献 曹建康，姜微波，赵玉梅2007果蔬采后生理生化实验指导北 京：中国轻工业出版社 狄娇，汪小旵，孙国祥，施印炎，王煊2016温室轻简式灌溉施 肥机的设计西北农林科技大学学报：自然科学版，44（5） ： 222-228 李卫军，张宏，奚辉，陈喜靖2016日光温室滴灌水肥一体化系 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equipment and conducted automatic management for integration of water and fertilizerThe paper also took conventional management as the contrast；measured the growth index，chlorophyll contents of leaf blades，yield and quality of lettuce；calculated amount of irrigation，cost and benefit；and analyzed the effect of using AWF-type equipment for integration of water and fertilizer by automatic irrigation on lettuce growth and production efficiencyThe results showed that lettuce yield of 3 stubble under the automatic management of AWF-type equipment were 38.91、17.53、28.50 thm -2 ，respectively，and increased 25.00%，54.75%