基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量及水肥利用效率的影響.pdf

書書書梁新書，廉曉娟，張金良，等基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量及水肥利用效率的影響江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，（）：基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量及水肥利用效率的影響梁新書，廉曉娟，張金良，張雪飛，楊 軍，王正祥，張余良，王 艷（天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津；天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院信息研究所，天津）摘要：以日光溫室黃瓜為研究對(duì)象，以傳統(tǒng)滴灌模式為對(duì)照，研究基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式（啟動(dòng)灌溉施肥的土壤水分含量下限為田間持水量，灌水定額為，肥料氮濃度為）對(duì)黃瓜生長(zhǎng)、水肥利用效率及土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)滴灌模式相比，采用基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式進(jìn)行黃瓜水肥管理可使土壤根層水分含量保持在田間持水量，可維持黃瓜植株正常生長(zhǎng)，黃瓜產(chǎn)量提高。該模式在整個(gè)生長(zhǎng)季可有效節(jié)水，節(jié)肥，使灌溉水利用效率提高，肥料偏生產(chǎn)力提高。另外，該模式還可降低土層土壤養(yǎng)分和鹽分的累積及土層含水量，避免水分的深層滲漏。研究結(jié)果表明，黃瓜基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式是溫室黃瓜豐產(chǎn)高效的重要水肥管理方式之一。關(guān)鍵詞：自動(dòng)灌溉；滴灌；黃瓜；土壤水分；日光溫室中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： 文章編號(hào)：（）收稿日期：基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：）；天津市科技支撐重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：）；天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)基金（編號(hào)：）。作者簡(jiǎn)介：梁新書（），男，山東濟(jì)寧人，博士，助理研究員，主要從事設(shè)施蔬菜節(jié)水研究工作。：。通信作者：王 艷，碩士，副研究員，主要從事土壤和水資源高效利用等研究工作。：。我國(guó)設(shè)施蔬菜種植面積發(fā)展十分迅速，但是，目前設(shè)施蔬菜生產(chǎn)大多采用大水大肥的管理模式，有研究結(jié)果表明，在經(jīng)驗(yàn)畦灌條件下，灌溉水的滲漏到耕層以下，大大降低了水分利用率。傳統(tǒng)過量施肥會(huì)引起土壤養(yǎng)分累積、酸化、鹽漬化、地下水和大氣污染等一系列問題，對(duì)我國(guó)設(shè)施蔬菜種植體系的可持續(xù)發(fā)展利用構(gòu)成了很大的威脅。與此同時(shí)，傳統(tǒng)灌溉施肥以畦灌或溝灌為主，這種方式費(fèi)力費(fèi)時(shí)，所需勞動(dòng)力成本在逐漸加大，亟需自動(dòng)控制的農(nóng)業(yè)節(jié)水節(jié)肥技術(shù)。因此，設(shè)施蔬菜灌溉施肥實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化和自動(dòng)化控制是蔬菜安全生產(chǎn)的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)，對(duì)節(jié)約水肥資源、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我國(guó)蔬菜灌溉施肥技術(shù)相對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家比較落后，系統(tǒng)成套性較差，自動(dòng)化及智能化程度較低。但是，針對(duì)我國(guó)的國(guó)情和農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在蔬菜作物合理的灌溉施肥指標(biāo)及配套的灌溉施肥設(shè)備研發(fā)等方面已取得很大進(jìn)展。在蔬菜節(jié)水方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者研究灌水定額主要借助蒸滲儀，、蒸騰儀、蒸發(fā)皿等儀器和測(cè)量土壤含水量等方法。在蔬菜施肥方面，多種蔬菜作物的需肥規(guī)律及平衡施肥研究也有了一定的結(jié)果。另外，水肥一體化技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)高效的灌溉施肥技術(shù)，目前此技術(shù)的研究也逐漸成熟。但是，相比于農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)蔬菜自動(dòng)化灌溉施肥技術(shù)還有很大差距。黃瓜是設(shè)施蔬菜中種植面積較大且經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物，但由于其需水需肥量大且根系較淺，因此灌水施肥操作非常頻繁且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，加之過量灌溉施肥問題尤為突出，所以，本試驗(yàn)以溫室黃瓜為研究對(duì)象，分析基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量及水肥利用效率的影響，旨在為基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式能在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)上推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。 材料與方法 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況試驗(yàn)于年月日年月日在天津市北辰區(qū)雨農(nóng)蔬菜種植專業(yè)合作社號(hào)日光溫室進(jìn)行。日光溫室長(zhǎng)，室內(nèi)跨度，后墻高，脊高，供試溫室內(nèi)部溫光條件見圖。供試土壤為重黏土，砂粒、粉粒及黏粒的比例分別為、及?；A(chǔ)土樣水解氮含量為，速效磷含量為，速效鉀含量為，有機(jī)質(zhì)含量為，全鹽含量為，值為，容重為，田間持水量（）為。 試驗(yàn)設(shè)計(jì)定植前撒施商品有機(jī)肥，過磷酸鈣，用旋耕機(jī)翻耕。做畦方式為傳統(tǒng)的高平畦，畦寬，溝寬。供試作物為黃瓜，葉心的黃瓜幼苗于年月日定植，每畦行，行內(nèi)株距為，畦內(nèi)行距為，種植密度為株。定植后灌水，周后澆緩苗水，待根瓜坐住（月日）后開始處理。試驗(yàn)共分個(gè)處理：傳統(tǒng)滴灌模式（）：按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民溫室黃瓜滴灌管理習(xí)江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 年第卷第期網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2020-01-03 15:28:57網(wǎng)絡(luò)出版地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/32.1214.S.20200103.1528.118.html慣進(jìn)行水肥控制，隔次水沖次肥，每次灌溉定額為，每次純養(yǎng)分（）投入量為；結(jié)果前期（月日之前）氮磷鉀比例為，結(jié)果中后期氮磷鉀比例為?；谕寥浪值淖詣?dòng)滴灌模式，簡(jiǎn)稱：此模式借助筆者所在課題組研發(fā)的灌溉施肥設(shè)備完成，此設(shè)備土壤水分傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤墑情，可設(shè)定的參數(shù)包括判定是否啟動(dòng)灌溉的時(shí)間、灌水量和施肥量。此模式設(shè)定每天：控制系統(tǒng)開始判定，當(dāng)深度土壤水分下降到一定閾值（黃瓜結(jié)果期土壤相對(duì)含水量閾值設(shè)為，由前期預(yù)試驗(yàn)得出，水分傳感器此時(shí)對(duì)應(yīng)的土壤容積含水量讀數(shù)為）時(shí)，控制器開啟定量灌水施肥，每次小定額供應(yīng)水肥。每次灌水定額為，每次施純濃度為，氮磷鉀比例為，折算后每次純養(yǎng)分（）投入量為，肥料種類為尿素、磷酸二氫鉀和硝酸鉀。每個(gè)小區(qū)的面積為×，每個(gè)處理設(shè)次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。個(gè)處理均采用滴灌系統(tǒng)，滴頭間距為，保證每個(gè)滴孔對(duì)應(yīng)株植株，并安裝了精度為的水表。試驗(yàn)過程中除水肥管理不同外，其余田間管理均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)管理一致，具體灌溉施肥制度見圖。 測(cè)定項(xiàng)目與方法 安裝氣象站監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)光輻射強(qiáng)度、空氣溫度及空氣濕度的變化 溫室內(nèi)安裝個(gè)小型自動(dòng)環(huán)境氣象站（，美國(guó)）并配置相應(yīng)的傳感器，利用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集器記錄。光輻射強(qiáng)度（）及空氣溫度傳感器（）高度為距離地面；測(cè)量土溫傳感器（）埋深；所有數(shù)據(jù)保存間隔為。 測(cè)定根層土壤水分動(dòng)態(tài)變化 土壤水分傳感器（）在處理前埋深來監(jiān)測(cè)土壤容積含水量的變化。數(shù)據(jù)保存間隔為。 測(cè)定植株生長(zhǎng)參數(shù)（株高、莖粗、葉片數(shù)及葉面積） 處理后每隔每小區(qū)選取株代表性植株，測(cè)定黃瓜的生長(zhǎng)量。用米尺測(cè)量株高；用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗；記錄葉片數(shù)；選取黃瓜最大葉片，測(cè)量其長(zhǎng)度和寬度，然后根據(jù)黃瓜成熟葉片葉面積公式（葉面積×長(zhǎng)×寬）計(jì)算江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 年第卷第期可得最大葉面積。 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量 分別統(tǒng)計(jì)每小區(qū)黃瓜的產(chǎn)量，折算成單位面積產(chǎn)量；并且記錄每小區(qū)商品瓜數(shù)（條），并折算成單株瓜數(shù)（條）。 水肥利用率的測(cè)定 分別記錄各處理下黃瓜整個(gè)生長(zhǎng)期的灌水與施肥總量，結(jié)合黃瓜產(chǎn)量計(jì)算水肥利用率。灌溉水利用效率為單位面積黃瓜產(chǎn)量與灌水總量的比值；肥料偏生產(chǎn)力為單位面積黃瓜產(chǎn)量與純、及投入量之和的比值。 測(cè)定拉秧后土壤的理化性質(zhì) 在拉秧期取土樣，取、及土層土樣分析土壤水解氮、速效磷、速效鉀、全鹽含量及值。堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗顯色法測(cè)定，速效鉀含量采用醋酸銨火焰光度計(jì)法測(cè)定，全鹽含量采用質(zhì)量法測(cè)定，值采用電位法測(cè)定，土水比為。 數(shù)據(jù)處理與分析數(shù)據(jù)處理采用及，個(gè)處理的方差分析采用獨(dú)立樣本檢驗(yàn)，在水平上進(jìn)行比較。 結(jié)果與分析 根層土壤水分動(dòng)態(tài)變化從土壤容積含水量的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)（圖）可以看出，傳統(tǒng)滴灌模式共灌水次，而基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式共灌水次。處理開始后，傳統(tǒng)滴灌模式每次灌水前傳感器監(jiān)測(cè)的土壤容積含水量下限的范圍為，變異幅度較大，會(huì)造成每次灌溉前根層土壤缺水嚴(yán)重或根本不缺水的情況會(huì)發(fā)生，如此不合理的灌溉往往會(huì)導(dǎo)致水分的浪費(fèi)；而基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式處理下啟動(dòng)灌水施肥程序前傳感器監(jiān)測(cè)的土壤容積含水量下限范圍為，變異幅度較小，此數(shù)值對(duì)應(yīng)的相對(duì)含水量均為，能夠保證根層土壤處于適宜水分范圍內(nèi)。 黃瓜生長(zhǎng)參數(shù)的分析從黃瓜生長(zhǎng)參數(shù)的數(shù)據(jù)（圖）可以得出，隨著生長(zhǎng)周期的延長(zhǎng)，傳統(tǒng)滴灌模式和基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式兩處理在株高、莖粗、葉片數(shù)及葉面積上均沒有顯著差異。表明相對(duì)于傳統(tǒng)滴灌模式，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式在水肥投入減少的情況下并沒有引起黃瓜生長(zhǎng)受限。 黃瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量組成分析從黃瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量組成數(shù)據(jù)（表）可以得出，相比于傳統(tǒng)滴灌模式，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式處理顯著提高黃瓜產(chǎn)量，而對(duì)瓜條數(shù)及平均單果質(zhì)量均沒有產(chǎn)生顯著影響。表明相對(duì)于傳統(tǒng)滴灌模式，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式在水肥投入減少的情況下仍能確保黃瓜高產(chǎn)。 灌溉水利用率和肥料偏生產(chǎn)力分析從黃瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量組成數(shù)據(jù)（表）可以看出，相比于傳統(tǒng)滴灌模式，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式處理在節(jié)水、節(jié)肥的前提下，可使灌溉水利用效率提高，肥料偏生產(chǎn)力提高。說明智能滴灌模式是一種有效的節(jié)水節(jié)肥的水肥管理方式。 拉秧后不同土層土壤理化性狀從不同土層土壤理化性狀的數(shù)據(jù)（圖）可以看出，黃瓜拉秧后，相比于傳統(tǒng)滴灌模式，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式處理顯著降低了土層的速效磷、速效鉀含量及土層的全鹽含量。雖然其他土層理化性狀數(shù)據(jù)差異不顯著，但總的趨勢(shì)是，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式處理可降低土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和全鹽的含量，提高土壤值。另外，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式處理可有效降低深層土壤（）的含水量，避免土壤深層滲漏，減少水分的浪費(fèi)。說明基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式可降低土壤養(yǎng)分和鹽分的累積，避免土壤酸化，是一種有效保護(hù)土壤環(huán)境的水肥管理方式。 結(jié)論與討論水分和養(yǎng)分是作物生長(zhǎng)發(fā)育的兩大必需要素，合理的灌溉施肥措施是蔬菜作物高產(chǎn)高效的關(guān)鍵。一般認(rèn)為，按照蔬菜作物生長(zhǎng)階段對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，定量地供給到作物根系附近，就可以實(shí)現(xiàn)作物豐產(chǎn)高效的目的。有研究表明，按照設(shè)施黃瓜需水需肥規(guī)律，采用自動(dòng)灌溉施肥系統(tǒng)，實(shí)行每日供應(yīng)水肥可達(dá)到節(jié)水節(jié)肥豐產(chǎn)的效果。但是，當(dāng)異常天氣出現(xiàn)時(shí)，按照黃瓜需水需肥規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)水肥管理效果不理想，所以還需配備相應(yīng)的土壤水分監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)一步調(diào)整灌溉施肥決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變量控制作物水肥供應(yīng)。本試驗(yàn)中，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式借助土壤水分測(cè)定儀監(jiān)測(cè)土壤墑情，當(dāng)土壤水分下降到一定閾值（結(jié)果期閾值為，土層深度水分傳感器讀數(shù)為）時(shí)，借助控制器進(jìn)行定量灌水施肥，每次灌水定額為，可以保證土壤水分保持在根層土壤，另外，從拉秧后不同土層的含水量數(shù)據(jù)也可看出，滴灌智能模式的灌溉強(qiáng)烈影響土層的土壤含水量，沒有造成水分向更深土層的滲江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 年第卷第期表 傳統(tǒng)滴灌模式和基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式對(duì)黃瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量組成的影響處理瓜條數(shù)（條株）平均單果質(zhì)量（）產(chǎn)量（）±±±±±±注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同小寫字母表示在水平差異顯著。表同。表 傳統(tǒng)滴灌模式和基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式對(duì)黃瓜灌溉水利用率和肥料偏生產(chǎn)力的影響處理灌水量（）灌溉水利用率（）比增加（）±±處理施肥量（）肥料偏生產(chǎn)力（）比增加（）±±漏。根系是作物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，黃瓜的根系主要分布在土層中，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式可以使土壤有效水分和養(yǎng)分的分布與黃瓜根系分布保持空間一致性，并且使根層土壤的含水量始終基本處于之間，這可能是可實(shí)現(xiàn)黃瓜豐產(chǎn)高效的重要原因，。采用土壤含水量下限和小定額水肥供應(yīng)的基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式可以實(shí)現(xiàn)水肥管理的變量控制，能夠解決由土壤、氣候、人事操作等變化所引起的水肥管理措施也需隨之改變的問題，可以更好地提高溫室黃瓜水肥利用率。現(xiàn)階段，依據(jù)土壤相對(duì)含水量的水平進(jìn)行溫室黃瓜灌溉已被廣泛證明是可取的，但是，國(guó)內(nèi)土壤水分傳感器設(shè)備卻存在差異，因此，不同的水分傳感器在應(yīng)用前應(yīng)充分了解其特性，應(yīng)提前測(cè)定土壤相對(duì)含水量為田間持水量時(shí)土壤水分傳感器所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，可把此值作為灌溉程序啟動(dòng)的土壤水分下限值。本試驗(yàn)結(jié)果表明，基于土壤水分的自動(dòng)滴灌模式可以更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)施黃瓜節(jié)水節(jié)肥與可持續(xù)種植。參考文獻(xiàn)：符娜，劉小剛，楊啟良設(shè)施蔬菜水肥高效調(diào)控的研究進(jìn)展安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，（）：，高麗紅，王樹忠，任華中，等日光溫室果菜農(nóng)藝節(jié)水綜合技術(shù)研究與示范中國(guó)科技成果，（）：張福鎖，馬文奇肥料投入水平與養(yǎng)分資源高效利用的關(guān)系土壤與環(huán)境，（）：李銀坤，武雪萍，武其甫，等不同水氮處理對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響中國(guó)土壤與肥料，（）：，（）：，（）：白由路植物營(yíng)養(yǎng)與肥料研究的回顧與展望中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，（）：孫麗萍，溫永剛，王樹忠，等灌水量對(duì)日光溫室黃瓜灌溉水分配江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 年第卷第期的影響西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，（）：孔祥悅，王永泉，眭曉蕾，等灌水量對(duì)溫室自根與嫁接黃瓜根系分布及水分利用效率的影響園藝學(xué)報(bào)，（）：趙偉霞，蔡煥杰，單志杰，等無壓灌溉日光溫室番茄高產(chǎn)指標(biāo)農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，（）：賀忠群，鄒志榮，陳小紅，等溫室黃瓜節(jié)水灌溉指標(biāo)的研究西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），（）：魏恒文，楊培嶺日光溫室黃瓜智能灌溉控制指標(biāo)研究灌溉排水學(xué)報(bào)，（）：陳 清，張福鎖，李曉林蔬菜生產(chǎn)的氮素調(diào)控技術(shù)與應(yīng)用中國(guó)蔬菜，（增刊）：，（）：高 兵，李俊良，陳 清，等設(shè)施栽培條件下番茄適宜的氮素管理和灌溉模式中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，（）：高 麗，李紅嶺，王鐵臣，等水氮耦合對(duì)日光溫室黃瓜根系生長(zhǎng)的影響農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，（）：李俊良，張經(jīng)緯，王麗英，等根層調(diào)控對(duì)設(shè)施番茄生長(zhǎng)及氮素利用的影響中國(guó)蔬菜，（增刊）：黃紹文設(shè)施番茄水肥一體化技術(shù)中國(guó)蔬菜，（）：高祥照，杜 森，鐘永紅，等水肥一體化發(fā)展現(xiàn)狀與展望中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，（）：白由路我國(guó)肥料發(fā)展若干問題的思考中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，（）：張金良，梁新書，廉曉娟，等自動(dòng)灌溉施肥模式對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量及水肥利用的影響節(jié)水灌溉，（）：，谷麗麗，魏 珉，侯加林，等精準(zhǔn)灌溉施肥對(duì)日光溫室土壤性狀及黃瓜產(chǎn)量品質(zhì)的影響中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，（）：，（），（）：江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 年第卷第期