智能化精准灌溉对日光温室番茄生长及水分利用率的影响.pdf

试验 研 究 2 0 2 0 1 2 2 产量 和 产值 由 表 3 可 知 各 参 试 菠 菜 品 种 的 单 株 重 均 高 于 对 照 盛 夏 宝 最 重 的 为 丽 娜 三 号 其 次 为 墨 炎 和 迪 菲 儿 小 区 产 量 最 高 的 是 丽 娜 三 号 折 合 亩 产 量 为 2 45 4 6 3 k g 其 次 是 墨 炎 和 迪 菲 儿 按 照 2 元 kg 的 批 发 价 计 算 产 值 最 高 的 为 丽 娜 三 号 为 4 90 9 2 6 元 其 次 为 迪 菲 儿 和 墨 炎 分 别 为 4 840 8 8 元 4 49 3 02 元 经 过 分 析 认 为 拉 克 斯 神 波 六 号 株 高 较 高 单 株 重 均 在 前 但 产 量 明 显 低 于 丽 娜 三 号 墨 炎 和 迪 菲 儿 虽 然 小 区 播 量 相 同 可 能 与 种 子 的 发 芽 率 有 关 2 3 抗病 性 菠 菜 生 长 期 主 要 发 生 了 霜 霉 病 神 波 六 号 曼 哈 顿 发 病 较 早 墨 炎 表 现 较 抗 霜 霉 病 其 余 品 种 对 霜 霉 病 的 抗 性 居 中 3 小 结 与讨 论 从 试 验 结 果 来 看 丽 娜 三 号 长 势 较 强 植 株 高 大 叶 绿 平 滑 较 抗 霜 霉 病 产 量 最 高 排 序 第 一 其 次 是 迪 菲 儿 墨 炎 神 波 六 号 曼 哈 顿 虽 然 植 株 较 大 产 量 居 中 上 但 是 发 病 最 早 其 余 品 种 虽 然 抗 霜 霉 病 居 中 但 是 产 量 不 及 丽 娜 三 号 墨 炎 和 迪 菲 儿 从 生 长 势 产 量 商 品 性 抗 病 性 等 方 面 综 合 考 虑 丽 娜 三 号 墨 炎 和 迪 菲 儿 这 三 个 品 种 可 在 生 产 中 推 广 应 用 我 国 是 世 界 设 施 蔬 菜 生 产 第 一 大 国 各 类 温 室 大 棚 等 设 施 面 积 已 达 37 0 万 h m 2 1 在 许 多 地 区 成 为 农 村 经 济 发 展 的 支 柱 产 业 由 于 蔬 菜 生 产 需 水 量 大 设 施 内 土 地 复 种 指 数 高 设 施 蔬 菜 产 业 规 模 连 年 扩 大 的 同 时 对 水 资 源 消 耗 也 逐 年 增 长 我 国 是 一 个 水 资 源 分 布 不 均 的 国 家 在 水 资 源 匮 乏 的 北 方 地 区 缺 智能化精准灌溉对日光温室 番茄生长及水分利用率的影响 基 金 项 目 江 苏 省 政 策 引 导 类 计 划 苏 北 科 技 专 项 SZ L Y G2017 005 作 者 简 介 杨 显 贺 男 硕 士 助 理 研 究 员 主 要 从 事 设 施 蔬 菜 栽 培 技 术 推 广 工 作 E m ail xi an he05 0 310 0 163 com 通 讯 作 者 贺 超 兴 男 博 士 研 究 员 研 究 方 向 为 设 施 蔬 菜 栽 培 E m a i l he chaoxing ca as cn 杨 显贺 1 于 帮 红 1 王 嫣嫣 1 彭 卓 1 2 贺超兴 1 2 1 中国 农 科院东海 农业 综 合试 验 站 江 苏 东海 2 22300 2 中 国 农业 科 学 院 北京 1 00081 摘 要 为 实 现 日 光 温 室 蔬 菜 生 产 节 水 省 工 研 究 了 智 能 化 精 准 灌 溉 的 节 水 效 果 为 温 室 番 茄 节 水 灌 溉 提 供 理 论 基 础 和 技 术 参 数 以 传 统 滴 灌 为 对 照 基 于 番 茄 不 同 生 育 期 水 分 需 求 规 律 设 置 了 土 壤 水 分 的 灌 溉 上 限 和 灌 溉 下 限 利 用 土 壤 水 分 传 感 器 和 电 磁 阀 控 制 灌 溉 以 无 线 水 表 测 定 灌 溉 量 研 究 了 精 准 灌 溉 P I 和 传 统 滴 灌 C DI 对 番 茄 生 长 品 质 产 量 及 水 分 利 用 效 率 的 影 响 结 果 表 明 1 不 同 灌 溉 处 理 下 精 准 灌 溉 与 传 统 滴 灌 的 植 株 株 高 差 异 显 著 精 准 灌 溉 的 植 株 茎 秆 较 为 粗 壮 叶 片 数 处 理 间 差 异 不 显 著 2 精 准 灌 溉 处 理 为 作 物 创 造 了 一 个 适 度 的 土 壤 干 湿 交 替 条 件 番 茄 果 实 的 可 溶 性 糖 可 溶 性 蛋 白 含 量 高 于 传 统 滴 灌 处 理 V c 含 量 两 处 理 之 间 无 显 著 差 异 3 与 传 统 滴 灌 相 比 精 准 灌 溉 模 式 下 番 茄 产 量 与 传 统 滴 灌 处 理 相 差 不 大 但 灌 水 量 显 著 减 少 1 9 1 水 分 利 用 效 率提 高 2 0 8 节水效 果显 著 关键 词 日光 温室 番茄 精 准 灌溉 生长 水分利用率 1 5 9 2 0 2 0 1 试验研究 水 问 题 越 来 越 凸 显 制 约 着 当 地 设 施 蔬 菜 产 业 的 发 展 然 而 在 设 施 蔬 菜 实 际 生 产 过 程 中 不 合 理 的 灌 溉 造 成 的 水 资 源 浪 费 现 象 十 分 严 重 过 多 无 效 的 灌 水 不 仅 造 成 土 壤 水 气 比 的 失 调 土 壤 中 的 硝 酸 盐 等 盐 分 随 多 余 水 分 下 渗 还 会 造 成 地 下 水 污 染 在 冬 季 过 多 的 灌 水 会 加 重 设 施 环 境 内 空 气 湿 度 引 发 病 害 造 成 直 接 经 济 损 失 如 何 根 据 不 同 生 产 条 件 不 同 生 产 要 求 进 行 合 理 高 效 的 灌 水 减 少 水 资 源 浪 费 合 理 利 用 有 限 水 资 源 不 仅 是 当 今 构 建 资 源 节 约 型 环 境 友 好 型 社 会 的 必 然 要 求 也 是 改 变 传 统 农 业 种 植 方 式 的 需 要 随 着 国 内 设 施 蔬 菜 产 业 的 发 展 以 及 国 家 农 业 科 研 部 门 推 广 部 门 多 年 的 研 发 引 进 推 广 许 多 灌 溉 新 技 术 如 滴 灌 微 喷 灌 渗 灌 涌 泉 灌 地 下 灌 溉 交 替 灌 溉 局 部 控 水 灌 溉 等 比 较 先 进 的 节 水 灌 溉 技 术 及 节 水 理 念 被 广 泛 应 用 到 大 棚 温 室 蔬 菜 生 产 中 为 农 业 生 产 者 带 来 了 显 著 的 经 济 和 社 会 效 益 大 量 研 究 表 明 通 过 不 同 灌 溉 方 式 对 水 的 调 控 可 以 改 善 作 物 土 壤 生 长 环 境 2 实 现 调 节 作 物 品 质 3 4 改 善 作 物 生 理 状 态 减 少 营 养 元 素 淋 失 5 提 高 肥 水 利 用 效 率 等 6 但 这 些 灌 溉 技 术 在 生 产 应 用 过 程 中 具 体 的 灌 水 时 间 灌 水 定 额 等 技 术 参 数 的 把 握 依 然 存 在 很 大 的 盲 目 性 种 植 者 基 本 靠 经 验 做 出 判 断 或 灌 溉 策 略 实 施 过 程 中 无 法 精 准 控 制 如 何 将 这 些 先 进 的 灌 溉 技 术 与 作 物 不 同 生 育 期 不 同 需 水 规 律 相 结 合 实 现 智 能 化 精 准 化 控 制 达 到 节 约 灌 溉 用 水 的 目 的 是 近 年 来 研 究 的 趋 势 7 智 能 精 准 灌 溉 是 基 于 对 土 壤 含 水 量 测 量 而 控 制 灌 溉 实 现 节 水 的 一 种 设 施 农 业 新 技 术 它 利 用 了 近 年 发 展 起 来 的 移 动 互 联 网 及 人 工 智 能 技 术 通 过 物 联 网 远 程 监 测 根 据 农 作 物 不 同 发 育 期 的 需 水 规 律 调 控 灌 溉 最 大 限 度 地 满 足 蔬 菜 不 同 生 育 期 对 水 分 的 需 求 实 现 对 根 区 最 佳 的 水 分 调 控 管 理 8 本 试 验 以 温 室 番 茄 为 研 究 对 象 利 用 基 于 互 联 网 的 精 准 灌 溉 控 制 决 策 系 统 对 日 光 温 室 番 茄 智 能 化 滴 灌 管 理 根 据 番 茄 不 同 生 长 发 育 期 需 水 规 律 设 定 土 壤 水 分 含 量 范 围 进 行 灌 溉 旨 在 为 自 动 化 灌 溉 技 术 的 推 广 应 用 提 供 理 论 依 据 和 技 术 参 数 1 材料 与方法 1 1 试验 温 室及供试 番茄 品 种 试 验 于 2 01 8 年 9 月 8 日 至 2 01 9 年 3 月 5 日 在 江 苏 连 云 港 东 海 县 山 左 口 乡 黑 埠 村 中 国 农 科 院 东 海 农 业 综 合 试 验 站 示 范 点 日 光 温 室 中 进 行 供 试 日 光 温 室 长 1 48 m 跨 度 16 m 为 下 挖 式 日 光 温 室 土 壤 有 机 质 含 量 2 6 速 效 氮 60 6 mg kg 速 效 磷 52 mg kg 速 效 钾 193 m g kg 土 壤 容 重 1 2 2 g cm 3 土 壤 田 间 最 大 持 水 量 32 供 试 蔬 菜 为 粉 果 番 茄 品 种 为 圣 罗 兰 穴 盘 种 苗 购 于 济 南 安 信 种 苗 公 司 1 2 试 验方 法 试 验 设 精 准 灌 溉 precis ion irri gati o n P I 和 传 统 滴 灌 conventional drip ir rigation CD I 两 个 处 理 试 验 小 区 南 北 长 1 4 4 m 东 西 宽 4 5 m 小 区 面 积 64 8 m 2 随 机 区 组 排 列 3 次 重 复 番 茄 于 2 01 8 年 9 月 8 日 定 植 采 用 双 行 定 植 方 式 栽 培 行 距 沟 宽 0 6 m 株 距 0 4 5 m 植 株 行 间 铺 设 滴 灌 带 一 条 覆 银 灰 色 地 膜 田 间 操 作 行 距 0 9 m 定 植 后 大 水 灌 一 次 缓 苗 水 之 后 开 始 智 能 灌 溉 处 理 以 常 规 滴 灌 处 理 为 对 照 智 能 精 准 灌 溉 参 数 设 置 开 花 坐 果 期 前 土 壤 含 水 量 低 于 30 体 积 含 水 量 下 同 进 行 灌 溉 灌 溉 上 限 为 3 5 即 土 壤 含 水 量 达 到 上 限 时 停 止 灌 溉 果 实 膨 大 采 收 期 土 壤 含 水 量 低 于 37 进 行 灌 溉 灌 溉 上 限 为 4 3 果 实 成 熟 期 土 壤 含 水 量 低 于 35 时 进 行 灌 溉 灌 溉 上 限 为 41 9 1 1 当 含 水 量 降 至 该 处 理 土 壤 持 水 量 设 置 的 灌 溉 下 限 时 自 动 开 始 灌 水 灌 水 至 水 分 处 理 上 限 停 止 温 室 灌 水 通 过 传 感 器 及 电 磁 阀 来 精 准 控 制 灌 溉 决 策 参 数 由 紫 藤 连 线 科 技 公 司 的 大 棚 云 管 家 手 机 AP P 软 件 设 置 施 肥 按 照 当 地 生 产 习 惯 使 用 大 量 元 素 水 溶 肥 随 水 冲 施 的 方 法 番 茄 留 5 穗 果 后 打 顶 灌 溉 控 制 系 统 示 意 图 见 图 1 1 3 数 据测 定 日 光 温 室 番 茄 的 土 壤 水 分 含 量 测 定 由 北 京 紫 藤 连 线 科 技 公 司 提 供 的 温 室 环 境 监 测 系 统 测 定 灌 水 量 用 精 密 度 为 0 1 L 的 无 线 智 能 水 表 测 定 定 植 20 d 后 开 始 测 定 番 茄 生 长 指 标 每 小 区 随 机 选 取 5 株 株 高 用 卷 尺 从 茎 基 部 处 起 测 定 茎 粗 6 7 节 用 电 子 游 标 卡 尺 测 定 叶 片 数 目 测 测 定 在 第 一 次 测 定 生 长 指 标 后 每 30 d 测 定 一 次 番 茄 果 实 品 质 指 标 在 成 熟 期 摘 取 节 位 一 致 同 一 天 开 花 的 果 实 进 行 可 溶 性 糖 可 溶 性 蛋 白 Vc 含 量 测 定 分 别 采 用 蒽 酮 比 色 法 考 马 斯 亮 蓝 G 25 0 法 及 2 6 二 氯 靛 酚 比 色 法 测 定 1 2 小 区 产 量 每 次 采 收 后 用 电 子 称 称 重 记 录 核 算 单 位 面 积 产 量 试 验 结 束 后 计 算 试 验 小 区 的 水 分 利 用 率 水 分 利 用 率 产 量 灌 水 量 1 6 0 试验 研 究 2 0 2 0 1 注 同 列 数 据 后 不 同 小 写 字 母 表 示 处 理 间 差 异 显 著 P 0 05 下 同 表 1 不同灌溉对番茄果实品质的影响 处 理 可 溶 性 糖 含 量 F W 可 溶 性 蛋 白 含 量 mg g F W 维 生 素 C 含 量 mg 1 0 0 g FW P I 6 36 a 1 82 a 13 10 a C D I 5 8 7 b 1 61 b 13 41 a 图 1 精 准灌 溉 控制 系 统 1 4 数据 分 析及处理 数 据 统 计 分 析 采 用 D P S7 0 数 据 处 理 系 统 方 差 分 析 采 用 Du nc an 新 复 极 差 法 P 0 0 5 E xc el 2 01 6 作 图 2 结果 与分 析 2 1 不同 灌 溉对番茄 生长 指 标 的影 响 由 图 2 可 以 看 出 随 着 水 分 处 理 时 间 的 延 长 番 茄 植 株 生 长 差 异 有 逐 渐 增 大 的 趋 势 传 统 滴 灌 处 理 对 照 CD I 在 水 分 处 理 后 4 次 生 长 指 测 定 中 株 高 均 高 于 精 准 灌 溉 处 理 P I 在 1 0 月 29 日 1 1 月 29 日 达 显 著 水 平 而 茎 粗 均 小 于 P I 在 水 分 处 理 后 1 1 月 29 日 12 月 2 6 日 达 显 著 水 平 叶 片 数 两 处 理 无 显 著 差 异 说 明 传 统 滴 灌 水 分 过 多 供 应 番 茄 节 间 较 长 精 准 灌 溉 处 理 下 番 茄 生 长 较 为 粗 壮 2 2 不 同灌 溉 对 番茄 果 实品质的 影响 由 表 1 可 以 看 出 P I 处 理 的 可 溶 性 糖 含 量 和 可 溶 性 蛋 白 含 量 均 显 著 高 于 CD I 处 理 V c 含 量 两 处 理 之 间 无 显 著 差 异 说 明 精 准 灌 溉 给 番 茄 创 造 了 一 个 适 宜 的 土 壤 水 气 环 境 有 利 于 番 茄 果 实 可 溶 性 糖 和 蛋 白 的 积 累 C DI 处 理 过 多 灌 水 果 实 含 水 量 较 高 从 图 2 不同灌溉对番茄生长指标的影响 注 P I 精 准 灌 溉 C D I 传 统 滴 灌 1 6 1 2 0 2 0 1 试验研究 表 2 不同灌溉对番茄产量 及 水分利用 效 率的影响 处 理 小 区 产 量 kg 亩 灌 水 量 m 3 亩 水 分 利 用 效 率 kg m 3 PI 701 6 2 a 1 36 1 b 51 6 a CD I 717 4 4 a 168 2 a 42 7 b 3 讨 论 番 茄 在 不 同 的 生 育 期 苗 期 开 花 坐 果 期 果 实 膨 大 期 成 熟 期 其 需 水 规 律 不 同 灌 水 策 略 也 不 同 1 3 目 前 温 室 番 茄 生 产 过 程 中 种 植 户 为 追 求 产 量 获 得 更 多 收 益 往 往 过 量 灌 水 与 施 肥 在 番 茄 定 植 初 期 缓 苗 水 浇 过 之 后 幼 苗 期 植 株 较 小 土 壤 水 分 湿 度 不 宜 过 大 一 般 浇 一 次 透 水 后 为 促 进 长 根 壮 苗 在 开 花 之 前 不 再 灌 水 然 而 当 地 多 数 种 植 户 认 为 苗 期 干 旱 缺 水 番 茄 会 发 生 病 毒 病 导 致 苗 期 过 量 频 繁 灌 水 在 9 月 份 当 地 气 温 依 然 较 高 的 环 境 条 件 下 植 株 徒 长 茎 秆 较 细 图 2B 精 准 灌 溉 处 理 依 据 作 物 不 同 时 期 需 水 规 律 结 合 移 动 互 联 网 等 现 代 设 备 将 灌 溉 策 略 精 准 执 行 到 位 番 茄 土 壤 水 分 含 量 始 终 处 于 适 宜 的 范 围 为 作 物 提 供 了 良 好 的 土 壤 水 气 环 境 虽 比 过 量 传 统 滴 灌 在 株 高 增 长 上 有 所 减 少 但 在 茎 的 生 长 上 得 到 了 一 定 的 促 进 植 株 生 长 健 壮 温 室 蔬 菜 生 产 中 种 植 户 凭 经 验 灌 水 往 往 是 过 量 灌 水 不 仅 造 成 一 定 时 间 内 土 壤 孔 隙 度 透 气 性 等 土 壤 环 境 变 差 而 且 在 一 定 程 度 上 影 响 了 作 物 与 土 壤 之 间 的 水 肥 运 动 进 而 影 响 生 理 代 谢 及 形 态 生 长 1 1 研 究 表 明 通 过 对 灌 水 量 的 控 制 创 造 适 度 的 干 旱 胁 迫 条 件 有 利 于 番 茄 果 实 营 养 品 质 的 提 升 1 4 精 准 灌 溉 可 在 番 茄 不 同 生 育 期 设 置 不 同 的 灌 溉 上 下 限 为 作 物 创 造 一 个 适 度 的 土 壤 干 湿 交 替 条 件 增 加 番 茄 果 实 可 溶 性 糖 可 溶 性 蛋 白 的 积 累 水 分 过 量 供 应 则 对 可 溶 性 物 质 具 有 稀 释 作 用 1 5 最 终 产 量 略 比 充 分 灌 水 减 少 2 2 水 分 利 用 率 却 比 C DI 提 高 了 20 8 说 明 过 多 的 灌 水 不 仅 不 能 增 加 产 量 反 而 会 增 加 无 效 的 蒸 腾 降 低 水 分 利 用 效 率 4 结 论 精 准 灌 溉 系 统 可 实 现 依 据 作 物 不 同 生 育 期 的 灌 水 需 求 进 行 灌 溉 为 作 物 提 供 适 宜 生 长 的 土 壤 水 气 环 境 促 进 作 物 植 株 生 长 传 统 滴 灌 过 多 水 分 供 应 对 产 量 的 提 升 幅 度 不 显 著 精 准 灌 溉 可 通 过 对 水 的 精 确 调 控 提 升 番 茄 品 质 精 准 灌 溉 大 幅 度 提 高 了 水 分 利 用 效 率 节 约 用 水 量 在 日 光 温 室 蔬 菜 生 产 中 能 够 达 到 节 水 调 质 的 效 果 参考文献 1 束 胜 康 云 艳 王 玉 等 世 界 设 施 园 艺 发 展 概 况 特 点 及 趋 势 分 析 J 中 国 蔬 菜 2 018 7 1 13 2 朱 艳 蔡 焕 杰 宋 利 兵 等 加 气 灌 溉 改 善 温 室 番 茄 根 区 土 壤 通 气 性 J 农 业 工 程 学 报 201 7 33 21 16 3 17 2 3 王 燕 蔡 焕 杰 陈 新 明 等 根 区 局 部 控 水 无 压 地 下 灌 溉 对 番 茄 生 理 特 性 及 产 量 品 质 的 影 响 J 中 国 农 业 科 学 200 7 40 2 32 2 32 9 4 刘 小 刚 张 彦 张 富 仓 等 交 替 灌 溉 下 不 同 水 氮 供 给 对 番 茄 产 量 和 品 质 的 影 响 J 水 土 保 持 学 报 2 013 27 4 283 287 5 高 兵 任 涛 李 俊 良 等 灌 溉 策 略 及 氮 肥 施 用 对 设 施 番 茄 产 量 及 氮 素 利 用 的 影 响 J 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 200 8 14 6 110 4 11 09 6 王 春 辉 祝 鹏 飞 束 良 佐 等 分 根 区 交 替 灌 溉 和 氮 形 态 影 响 土 壤 硝 态 氮 的 迁 移 利 用 J 农 业 工 程 学 报 201 4 30 11 92 101 7 李 福 强 张 恒 嘉 王 玉 才 等 我 国 精 准 灌 溉 技 术 研 究 进 展 J 中 国 水 运 20 17 17 4 145 148 8 刘 秀 珍 郑 德 聪 马 骏 等 精 确 灌 溉 与 施 肥 自 动 化 管 理 系 统 的 研 制 与 实 现 J 水 土 保 持 学 报 200 6 20 5 197 200 9 李 波 任 树 梅 杨 培 岭 等 供 水 条 件 对 温 室 番 茄 根 系 分 布 及 产 量 影 响 J 农 业 工 程 学 报 2007 23 9 39 4 4 10 李 建 明 邹 志 荣 灌 溉 土 壤 水 分 上 限 对 温 室 番 茄 开 花 坐 果 期 生 理 指 标 的 影 响 J 西 北 农 业 学 报 200 0 9 4 71 7 4 11 贺 超 兴 陈 双 臣 张 志 斌 温 室 番 茄 越 夏 栽 培 肥 水 精 确 量 化 指 标 的 研 究 J 华 北 农 学 报 2006 21 3 31 3 6 12 李 合 生 植 物 生 理 生 化 实 验 原 理 和 技 术 M 北 京 高 等 教 育 出 版 社 200 1 13 程 智 慧 蔬 菜 栽 培 学 总 论 M 北 京 科 学 出 版 社 20 10 148 151 14 唐 晓 伟 刘 明 池 郝 静 等 调 亏 灌 溉 对 番 茄 品 质 与 风 味 组 分 的 影 响 J 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 201 0 16 4 970 977 15 陈 秀 香 马 富 裕 方 志 刚 等 土 壤 水 分 含 量 对 加 工 番 茄 产 量 和 品 质 的 影 响 的 研 究 J 节 水 灌 溉 200 6 4 1 4 而 使 可 溶 性 糖 和 可 溶 性 蛋 白 含 量 降 低 2 3 不 同灌 溉 对 番茄产量及水 分利 用 效 率的 影 响 由 表 2 可 以 看 出 P I 的 产 量 比 C DI 略 有 下 降 但 无 显 著 差 异 而 灌 水 量 P I 比 CD I 减 少 19 1 水 分 利 用 效 率 提 高 2 0 8 说 明 传 统 凭 经 验 灌 溉 存 在 过 多 无 效 灌 水 不 仅 不 能 再 增 加 番 茄 产 量 反 而 会 增 加 作 物 无 效 的 蒸 腾 土 壤 表 面 蒸 发 以 及 土 壤 深 层 渗 漏 显 著 降 低 灌 溉 水 利 用 效 率 1 6 2