水肥一體化自動管理對葉用萵苣生長及灌 溉水生產(chǎn)效率的影響 李友麗 1趙 倩 1代艷俠 2李銀坤 1曾 燁 2郭文忠 1* （ 1 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京 100097； 2 北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 102600） 摘 要：采用水肥一體化裝備進行水肥自動管理有利于實現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥和增產(chǎn)提效，是設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重點方向。本 試驗基于自主研發(fā)的AWF型水肥一體化裝備，進行水肥自動管理，并以常規(guī)管理為對照，測定葉用萵苣的生長指標、葉 片葉綠素含量、產(chǎn)量和品質(zhì)，統(tǒng)計灌溉量，計算成本和效益，分析使用AWF型水肥一體化裝備自動灌溉施肥對葉用萵苣 生長和灌溉水生產(chǎn)效率的影響。結(jié)果表明：水肥自動管理下3茬葉用萵苣的產(chǎn)量分別為2 593.85、1 168.80、1 900.00 kg· （667 m 2 ） -1 ，比常規(guī)管理分別增產(chǎn)25.00%、54.75%、11.76%；灌溉總量分別減少了23.84%、21.71%、28.91%；灌溉水生產(chǎn) 效率分別提高了64.13%、97.65%、57.24%。成本與效益分析結(jié)果表明，使用AWF型水肥一體化裝備，年收益可提高2 850元· （667 m 2 ） -1 ，增產(chǎn)、節(jié)水和增收效果顯著。 關(guān)鍵詞：水肥自動管理；水肥一體化裝備；節(jié)水灌溉；灌溉水生產(chǎn)效率；葉用萵苣 等，2016）。 隨著水肥一體化技術(shù)應(yīng)用面積的不斷擴大，水 肥設(shè)備的研制與應(yīng)用成為領(lǐng)域熱點和重點。從國外 引進的基于信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的精準水肥調(diào) 控系統(tǒng)和智能裝備，用于消化、吸收再研制，并在 典型示范園區(qū)中展示應(yīng)用（袁壽其 等，2015） 。同 時，相關(guān)研究人員針對精準施肥裝備和自動控制系 統(tǒng)開發(fā)開展了大量工作，研制出一批灌溉施肥機。 楊仁全等（2005）研制的精密施肥機，能夠精確控 制肥液的EC值和pH值，實現(xiàn)定時、定量自動灌 溉施肥；姚舟華等（2012）研制的WGF-6-12型溫 室自動灌溉施肥機和俞衛(wèi)東等（2013）研制的基于 PLC的智能灌溉施肥機，均能實現(xiàn)多路營養(yǎng)液的動 態(tài)配比；狄嬌等（2016）研發(fā)的溫室輕簡式灌溉施 肥機，具有較高的肥水混合精度。國外進口的施肥 機以多通道為主，主要用于連棟溫室生產(chǎn)特別是無 土栽培中。我國自主研發(fā)產(chǎn)品多以硬件優(yōu)化和軟件 開發(fā)來實現(xiàn)水肥調(diào)配（營養(yǎng)液配制）的精細控制為 重點，少有涉及基于灌溉策略的自動化、智能化灌 溉施肥機研發(fā)；該類施肥機借鑒國外產(chǎn)品的設(shè)計思 路，也為多通道類型，不適宜在面積小的單棟塑料 大棚或日光溫室中應(yīng)用，更鮮見在生產(chǎn)中應(yīng)用的報 李友麗，女，助理研究員，主要從事設(shè)施蔬菜水肥一體化研究，E-mail： liylnercita.org.cn *通訊作者（Corresponding author）：郭文忠，男，博士，研究員，主要 從事設(shè)施園藝工程技術(shù)與智能裝備研究，E-mail：guowznercita.org.cn 收稿日期：2017-08-19；接受日期：2018-04-09 基金項目： “十三五”國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFD0201503） ，北 京市大興區(qū)與北京市農(nóng)林科學院院區(qū)科技合作項目，星火計劃項目 （2015GA600005） ，北京市農(nóng)林科學院所級科技創(chuàng)新團隊建設(shè)項目 （JNKST201615） 水肥一體化技術(shù)，是指將可溶性固體或液體 肥料配成肥液，與灌溉水一起，通過灌溉系統(tǒng)輸送 至作物根系土壤層的技術(shù)（李衛(wèi)軍 等，2016） 。它 可利用裝備與系統(tǒng)，依據(jù)作物的水肥需求規(guī)律，均 勻、適時、適量供給作物水分和養(yǎng)分，顯著提高了 水肥利用效率，增產(chǎn)效果明顯，且有效提高了勞動 效率，降低人工成本，已成為當今世界公認的高效 節(jié)水節(jié)肥農(nóng)業(yè)新技術(shù)（刑英英 等，2014；牛寅， 2016） 。在荷蘭、以色列等農(nóng)業(yè)發(fā)達國家，水肥一 體化技術(shù)及配套設(shè)備成熟，已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn) （Zhang et al.，2008；Neto et al.，2014；Regunath & Kadirkamanathan，2014）；我國近年來先后出臺了 一系列關(guān)于農(nóng)業(yè)節(jié)水的政策，有效推動了水肥一體 化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展（袁洪波 等，2014；劉自飛 44 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 44 研究論文 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 2018（8）：44 - 50 道。基于此，北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心相關(guān) 團隊針對我國塑料大棚和日光溫室設(shè)施生產(chǎn)特點， 研發(fā)了AWF型溫室水肥一體化裝備，開發(fā)了基于 主要決策指標（如土壤含水率）的灌溉模型的自動 管控系統(tǒng)，進行設(shè)施蔬菜生產(chǎn)水肥自動管理（李 銀坤 等，2017；趙倩 等，2017） 。本文擬分析該裝 備與自動管控技術(shù)在塑料大棚葉用萵苣栽培中的應(yīng) 用，對葉用萵苣生長和灌溉水生產(chǎn)效率的影響，旨 在從節(jié)水、節(jié)肥、省工、增產(chǎn)、增收等方面為該裝 備與技術(shù)應(yīng)用的效果和價值提供數(shù)據(jù)支持，豐富適 用于我國設(shè)施生產(chǎn)的水肥一體化裝備與技術(shù)，推動 設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水、節(jié)肥技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。 1 材料與方法 1.1 試驗地點 試驗于2016年49月在北京市大興區(qū)長子 營鎮(zhèn)河津營村合作社（大興區(qū)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新服務(wù) 體系項目示范基地）的2棟塑料大棚中進行。2棟 塑料大棚均為南北走向，平行排列，棚間距3 m； 長×寬均為12 m×5 m，周邊無遮擋物，日照條件 完全一致。2棟大棚土壤環(huán)境條件基本相同，東側(cè) 大棚020 cm土壤有機質(zhì)含量23.7 g·kg -1 、全氮 1.35 g·kg -1 、速效磷297.4 mg·kg -1 、速效鉀183.4 mg·kg -1 ，田間持水量24.6%（體積含水量） ；西側(cè) 大棚020 cm土壤有機質(zhì)含量22.1 g·kg -1 、全氮 1.43 g·kg -1 、速效磷326.3 mg·kg -1 、速效鉀170.9 mg·kg -1 ，田間持水量24.0%。 1.2 試驗設(shè)計 供試葉用萵苣（Lactuca sativa L.）品種為美國 大速生，共栽培3茬，第1茬于4月19日定植，5 月24日收獲；第2茬7月3日定植， 8月9日收獲； 第3茬8月22日定植，9月24日收獲。株行距均 為30 cm見方。第1茬定植前，撒施有機肥5 000 kg·（667 m 2 ） -1 作底肥，其他2茬定植前均撒施復(fù) 合肥（N-P-K為15-15-15）50 kg·（667 m 2 ） -1 。 定植緩苗后，東側(cè)大棚按照基地的常規(guī)方式進 行水肥管理（對照，CK） ，即依據(jù)管理者的經(jīng)驗進 行灌溉和追肥，其中追肥是采用壓差施肥罐完成， 在葉用萵苣快速生長期追施1次水溶性復(fù)合肥，施 用量為14 kg·（667 m 2 ） -1 。西側(cè)大棚采用AWF型 水肥一體化裝備自動管理（處理，WF） ，主要是根 據(jù)葉用萵苣的水肥需求規(guī)律、土壤條件等，在可編 程序中設(shè)定對應(yīng)的控制參數(shù)，包括定植日期、灌溉 面積、土壤含水率和光照強度的灌溉閾值及灌溉液 濃度（電導率）閾值等，再將水溶性復(fù)合肥溶解在 母液桶中，選擇“自動” ，系統(tǒng)執(zhí)行基于土壤含水 率管理決策的自動程序。該過程中，利用電導率傳 感器將灌溉液濃度調(diào)控在閾值范圍，進行水、肥一 體化管理，其中施肥量由肥液濃度和灌溉量計算得 到。對照CK和處理WF均采用相同的滴灌系統(tǒng)， 追施同種水溶性復(fù)合肥（N-P-K為16-6-32），且 其他農(nóng)事操作保持一致。 AWF型水肥一體化裝備（李銀坤 等，2017） 由控制柜體、液晶觸控屏、吸肥器、母液桶（肥液 桶） 、電磁閥、過濾器、攪拌泵、開關(guān)按鈕，以及 電導率傳感器、液位傳感器、土壤水分傳感器、光 照傳感器、溫濕度傳感器等組成（圖1） 。其中， 土壤水分傳感器探頭布置在20 cm土層處，監(jiān)測土 壤含水率（體積含水率） ，是主灌溉決策指標；光 照傳感器和溫濕度傳感器安裝在距地面1.5 m處， 監(jiān)測大棚內(nèi)光照強度、空氣溫度和濕度，輔助決策 灌溉；電導率傳感器監(jiān)測灌溉液EC值，參與調(diào)控 肥液和清水電磁閥的開閉，使灌溉液濃度在設(shè)定閾 值內(nèi)；流量計安裝在裝備出液管路起點，用于監(jiān)測 實際灌溉量，判斷灌溉終點。該系統(tǒng)硬件采用模塊 化設(shè)計理念，以可編程控制器（PLC）為核心，包 括電源模塊、AD模擬量采集模塊、傳感器模塊和 上位觸摸屏模塊（圖2） 。AD模擬量采集模塊實時 接收外圍光照傳感器、溫濕度傳感器、流量傳感組 件和EC傳感組件的信號，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后發(fā)送 至PLC，參與內(nèi)部模型控制算法，一方面邏輯判斷 是否啟動灌溉，另一方面自動根據(jù)本次實際灌溉量 停止灌溉，同時PI算法實時調(diào)節(jié)灌溉液EC值；上 位機在線監(jiān)控，并連接數(shù)據(jù)庫上傳環(huán)境參數(shù)和灌溉 參數(shù)，供管理者查詢和下載。該裝備具有手/自動 兩種運行模式。自動模式下，系統(tǒng)根據(jù)PLC內(nèi)置 灌溉模型（算法） ，通過上位機輸入的參數(shù)值，進 行水肥自動管理，包括生育期計數(shù)、灌溉決策、灌 溉液濃度調(diào)控、母液攪拌及缺肥等異常情況報警等 （趙倩 等，2017）。 處理WF采用基于土壤含水率的決策方法： 通過人機交互上位觸摸屏模塊輸入灌溉面積 S（60 45 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 45 研究論文 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES m 2 ）、土壤濕潤比 p（100%）、灌水計劃濕潤層 h（0.2 m）和水分利用系數(shù)（0.9） ，灌溉啟動時間點 （10：00）和定植日期；參考大量研究結(jié)果，設(shè)定 葉用萵苣對應(yīng)的土壤含水率閾值 q 0 和 q 1 （q 0 為土 壤含水率上限，即田間持水量 24.0%， q 1 為土壤含水率下限值； 體積含水率） 、光照強度閾值、 灌溉液電導率閾值等灌溉決策 參數(shù)（表1） 。系統(tǒng)計算生長發(fā) 育時間（d），每10 min記錄1次、 分析數(shù)據(jù)，根據(jù)灌溉量計算公 式 M=p×S×h×（q 0 -q 2 ）/（q 2 為實測土壤含水率） （楊志剛， 2011）計算和顯示理論灌溉量。 每天10：00時，系統(tǒng)將各決策 指標的實測值與設(shè)定下限值進 行對比，當土壤含水率測定值 q 2 下限值 q 1 ，且光照強度測 定值設(shè)定值時，啟動灌溉， 待灌溉量計算灌溉量時，結(jié) 束本次灌溉；否則當天不啟動 灌溉（圖3）。 1.3 項目測定 本試驗中，AWF型水肥一 體化裝備系統(tǒng)每10 min采集1 次并存儲土壤含水率、光照強 度、空氣溫度、空氣濕度，計 算出計算灌溉量，采集并存儲 實際灌溉量。 在對照CK和處理WF 2個 大棚中，將栽培區(qū)從北到南均 勻劃分成3個重復(fù)區(qū)。葉用萵 苣收獲前，每重復(fù)各取5株（采 用五點取樣法） ，株高（從莖基 部到植株最高處的長度） 、開展 度（冠層最寬處）和葉片葉綠 素含量（SPAD-502型葉綠素 含量測定儀）在田間測定活體 樣本；葉片長度（葉片基部至 葉尖的長度） 、葉片寬度（葉片 最寬處的長度） 、葉片數(shù)和單株 鮮質(zhì)量（地上部）則取樣保鮮帶回實驗室測定。同 時，取葉用萵苣地上部保鮮帶回實驗室測品質(zhì)指標 （取樣方法同上），包括硝酸鹽（NY/1279-2007標 準） 、可溶性總糖（蒽酮比色法） 、粗蛋白（凱氏 16 13 14 15 3 4 8 10 6 9 12 11 7 1 2 5 圖 1 AWF型水肥一體化裝備 1，控制柜；2，液晶觸摸屏；3，進水口；4，電磁閥；5，吸肥器；6，吸肥管；7，母液桶； 8，液位傳感器；9，攪拌泵；10，電導率傳感器；11，過濾器；12，流量計；13，光照傳感器； 14，溫濕度傳感器；15，土壤水分傳感器；16，田間灌溉區(qū)。 圖 2 AWF型水肥一體化控制系統(tǒng)框架圖 光照傳感器、溫濕度傳感器 46 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 46 研究論文 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 定氮法）和粗纖維（堿處理法）的含量（曹建康 等，2007） 。收獲時分別統(tǒng)計試驗與對照大棚的總 產(chǎn)量，根據(jù)當日收購價計算銷售金額；計算灌溉水 的生產(chǎn)效率（葉用萵苣產(chǎn)量與灌溉水總量的比值， kg·m -3 ）。 1.4 數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行處理，運用SPSS 17.0軟件進行差異顯著性分析（P0.05）。 2 結(jié)果與分析 2.1 基于 AWF型水肥一體化裝備的水肥自動管理 處理WF中，AWF型水肥一體化裝備處于“自 動”運行模式，系統(tǒng)根據(jù)決策算法和輸入的參數(shù)值 進行水肥自動管理，系統(tǒng)采集、存儲了土壤含水 率、光照強度、空氣溫度及濕度，并計算了灌溉 量。以2016年8月1日（葉用萵苣生育后期）為 例（圖4） ，土壤含水率先逐漸下降，在10：00時 降至19.18%，10：30上升至22.11%，此后呈現(xiàn)極 緩慢下降趨勢；計算灌溉量則先增大再急劇下降， 然后緩慢增加，10：00時計算灌溉量達到最大值 0.536 m 3 ，10：30減少至0.266 m 3 ；光照強度先上 升再逐級下降至零，10：00時達到了43 625 lx；空 氣溫度和濕度的變化范圍分別為15.7434.68 和 28.6%96.5%。綜上可知，上午10：00時，實測 土壤含水率低于設(shè)定土壤含水率下限（19.2%） ，且 光照強度大于設(shè)定下限（5 000 lx） ，系統(tǒng)分析數(shù)據(jù) 發(fā)送了“灌溉”命令，且自動完成了灌溉操作。說 明AWF型水肥一體化裝備可較好地實現(xiàn)基于灌溉 模型與算法的水肥自動管控。 表 1 葉用萵苣的水肥管理決策參數(shù) 生育期 土壤含水率/% 光照強度/lx EC/mS·cm -1 苗期（110 d） 19.224.0 5 000 0.81.5 快速生長期（1125 d） 19.224.0 5 000 1.51.9 生育后期（2640 d）19.224.0 5 000 1.21.5 圖 3 AWF型水肥一體化系統(tǒng)控制流程圖 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 開始 是否切換至自動模式 手動灌溉 交互參數(shù)確認 Y N 決策因子是否滿足啟動灌溉條件 根據(jù)灌溉模型計算出計算 灌溉量 啟動灌溉 灌溉液EC 值是否在設(shè)定范圍 Y 繼續(xù)灌溉 N 打開吸肥閥門 灌溉液EC 值>= 設(shè)定上限 灌溉液EC 值= 計算灌溉量 關(guān)閉灌溉閥門 結(jié)束 Y N 圖 4 AWF型水肥一體化裝備系統(tǒng)自動測定、存儲數(shù)據(jù) （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 時間 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0 空氣溫度 空氣濕度% 5 4 3 2 1 0 光照強度萬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% 計算灌溉量m 3 土壤含水率 光照強度 空氣溫度 計算灌溉量 空氣濕度 2.2 水肥自動管理對葉用萵苣生長指標和葉綠素 含量（SPAD）的影響 水、肥是影響葉用萵苣生長的兩個關(guān)鍵因子， 科學合理的水肥管理對確保葉用萵苣長勢至關(guān)重 要，與葉片葉綠素含量密切相關(guān)。傳統(tǒng)栽培管理中， 生產(chǎn)者認為大水、大肥是確保葉用萵苣良好長勢的 關(guān)鍵之一。從表2可以看出，AWF型水肥一體化 47 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 47 研究論文 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 裝備的水肥自動管理條件下（WF） ，3茬葉用萵苣 （除第3茬的株高外）的各生長指標均高于對照， 其中第1茬的株高、葉片數(shù)、單株葉長×葉寬的 總和，第2茬的株高、開展度及第3茬的單株鮮 質(zhì)量均顯著高于對照；處理WF和對照葉綠素含量 （SPAD）差異不顯著。說明基于AWF型水肥一體 化裝備的水肥自動管理為葉用萵苣栽培提供了良好 的水肥管理制度，較好地滿足了葉用萵苣生長的水 分、養(yǎng)分需求，相比常規(guī)管理更有利于促進生長。 2.3 水肥自動管理對葉用萵苣品質(zhì)的影響 與對照相比，基于AWF型水肥一體化裝備的 水肥自動管理（WF）對第1茬和第3茬葉用萵苣 的粗蛋白、可溶性總糖、還原型VC、粗纖維含量 無顯著影響，而顯著降低了第3茬葉用萵苣的硝酸 鹽含量（表3） 。說明基于AWF型水肥一體化裝備 的水肥自動管理有利于提高葉用萵苣品質(zhì)。 表 2 水肥自動管理對葉用萵苣生長指標和葉綠素含量的影響 茬口 處理 株高/cm 開展度/cm 單株葉長×葉寬的總和/cm 2 葉片數(shù)/片 單株鮮質(zhì)量/g 葉綠素含量（SPAD） 第1茬 CK 17.50±1.61 b 39.80±1.72 a 5 201.76±389.83 b 16.00±0.21 b 288.00±17.09 a 19.00±0.55 a WF 23.43±1.19 a 40.73±1.30 a 7 691.39±349.12 a 18.67±0.33 a 361.67±34.40 a 18.97±0.85 a 第2茬 CK 14.17±0.71 b 27.10±2.46 b 2 778.25±324.12 a 15.00±0.58 a 75.53±10.42 a 19.50±0.69 a WF 17.50±0.15 a 36.60±2.10 a 4 026.35±527.68 a 16.34±0.88 a 116.88±13.33 a 19.97±0.69 a 第3茬 CK 16.03±0.12 a 33.00±2.46 a 6 402.08±451.78 a 18.50±1.50 a 170.00±3.00 b 22.40±0.23 a WF 15.70±0.45 a 34.53±1.21 a 6 577.40±476.27 a 19.67±0.33 a 190.00±3.21 a 19.53±1.76 a 注：表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著（P0.05），下表同。 表 3 水肥自動管理對葉用萵苣品質(zhì)的影響 茬口 處理 粗蛋白/% 可溶性總糖/% 還原型VC/mg·kg -1 粗纖維/% 硝酸鹽/mg·kg -1 第1茬 CK 1.65±0.11 a 2.86±0.23 a 121.73±8.52 a 0.89±0.02 a 270.00±19.34 a WF 1.53±0.06 a 2.25±0.12 a 91.63±4.23 a 0.73±0.06 a 298.00±12.56 a 第3茬 CK 4.06±0.21 a 1.06±0.27 a 228.00±20.55 a 1.19±0.15 a 665.00±85.23 a WF 3.97±0.05 a 1.31±0.09 a 213.33±13.64 a 1.80±0.28 a 306.33±34.51 b 注：因試驗中誤操作，致使第2茬品質(zhì)指標數(shù)據(jù)缺失。 2.4 水肥自動管理對葉用萵苣產(chǎn)量、灌溉量和灌 溉水生產(chǎn)效率的影響 水肥管理是蔬菜生產(chǎn)管理的關(guān)鍵，直接影響 著作物生長發(fā)育，并最終影響產(chǎn)量形成、產(chǎn)品商 品性及經(jīng)濟效益?？茖W合理的水肥供應(yīng)制度，可適 時、適量為作物生長發(fā)育提供所需的水分、養(yǎng)分， 確保產(chǎn)量，降低水肥用量，提高水分利用效率。 從表4可以看出，基于AWF型水肥一體化裝備的 水肥自動管理（WF） ，3茬葉用萵苣的產(chǎn)量分別 為2 593.85、1 168.80、1 900.00 kg·（667 m 2 ） -1 ， 均高于對照，產(chǎn)量增幅分別為25.00%、54.75%、 11.76%。WF處理的3茬灌溉總量和追肥量均 低于對照，其中灌溉總量分別減少了23.84%、 21.71%、28.91%，節(jié)水效果明顯。進一步計算灌 溉水生產(chǎn)效率，WF處理的3茬灌溉水生產(chǎn)效率分 別為78.60、36.21、58.95 kg·m -3 ，比對照分別提 高了64.13%、97.65%、57.24%。說明基于AWF型 水肥一體化裝備的水肥自動管理較常規(guī)水肥管理合 理，可以為葉用萵苣生長提供更科學的水肥管理制 度，滿足葉用萵苣生長的水肥需求，實現(xiàn)增產(chǎn)和節(jié) 表 4 水肥自動管理對葉用萵苣產(chǎn)量、灌溉量及灌溉水生產(chǎn)效率的影響 茬口 處理 產(chǎn)量/kg· （667 m 2 ） -1 比CK±% 灌溉總量/m 3 · （667 m 2 ） -1 節(jié)水/% 追肥量kg· （667 m 2 ） -1 灌溉水生產(chǎn)效 率/kg·m -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 葉用萵苣第1茬和第3茬（除 株高外）的其他生長指標及第2茬 的所有生長指標均高于對照，但差 異不顯著； 48 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 48 研究論文 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 水節(jié)肥，進而提高了灌溉水的生產(chǎn)效益。 2.5 水肥自動管理對葉用萵苣栽培經(jīng)濟效益的影響 從表5可以看出，每套AWF型水肥一體化裝 備可管理葉用萵苣栽培的灌溉面積為667 m 2 ，即設(shè) 備成本總投入16 700元· （667 m 2 ） -1 。按照使用年 限10 a計算，年折舊費1 670元·（667 m 2 ） -1 。按 照試驗基地的生產(chǎn)茬口安排，全年共定植、收獲5 茬葉用萵苣。根據(jù)本試驗結(jié)果估算，基于該裝備進 行葉用萵苣栽培的水肥自動管理，可實現(xiàn)增產(chǎn)3 675 元·（667 m 2 ） -1 ，省工600元· （667 m 2 ） -1 ，節(jié) 肥245元·（667 m 2 ） -1 ，節(jié)水50 m 3 ·（667 m 2 ） -1 ， 則年節(jié)本增收達2 850元·（667 m 2 ） -1 。 有幾點值得說明：一是上述裝備的管理面積是 限于本試驗中所用普通配置，升級核心部件性能可 擴大管控面積，從而降低單位面積的成本投入；二 是試驗基地采用地下水灌溉沒有收取費用，本文僅 計算節(jié)水量，未能估算其經(jīng)濟效益；三是由此帶來 的生態(tài)效益和社會效益很難用貨幣進行衡量，但是 該價值是可觀的。從上述分析可知，僅從增產(chǎn)、省 工、節(jié)肥、節(jié)水等幾個方面產(chǎn)生的效益就很可觀， 符合我國設(shè)施生產(chǎn)節(jié)水、節(jié)肥技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向， 具有較高的應(yīng)用價值和良好的應(yīng)用前景。 表 5 水肥自動管理對葉用萵苣栽培經(jīng)濟效益的影響 項目 數(shù)量 金額/元· （667 m 2 ） -1 AWF型水肥一 成本 1臺·（667 m 2 ） -1 16 700 體化裝備投入 年折舊費 1 670 年總效益 增產(chǎn)效益 1 818.30 kg·（667 m 2 ） -1 3 675 省工效益 7.5個· （667 m 2 ） -1 600 節(jié)肥效益 35 kg·（667 m 2 ） -1 245 節(jié)水效益 50 m 3 ·（667 m 2 ） -1 年增收 2 850 3 結(jié)論與討論 水肥一體化技術(shù)是當今世界公認的一項高效 節(jié)水節(jié)肥農(nóng)業(yè)新技術(shù)，發(fā)達國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗表 明，推廣水肥一體化技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展 的關(guān)鍵。傳統(tǒng)認知中，將可溶性肥料溶解到水里， 用棍棒或機械攪拌，通過田間灌溉系統(tǒng)，隨灌溉水 一起輸送至田間土壤，被作物吸收利用的技術(shù)即為 水肥一體化技術(shù)。傳統(tǒng)的水肥一體化技術(shù)，水、肥 供應(yīng)仍主要依靠經(jīng)驗或采用簡單時間控制，未能真 正根據(jù)作物需求供應(yīng)水分和養(yǎng)分，難以突破水肥的 精細化、高效化管理瓶頸。通過實時采集作物生長 的環(huán)境參數(shù)和作物生育信息，構(gòu)建模型將作物生長 發(fā)育與環(huán)境信息耦合，智能決策作物的水肥需求， 利用配套灌溉施肥系統(tǒng)，可實現(xiàn)水肥一體精準施 入，大大提高灌水和肥料的利用效率（趙春江和郭 文忠，2017） 。AWF型水肥一體化裝備配備了相關(guān) 信息的實時采集、傳輸和寄存的傳感設(shè)備，系統(tǒng)開 發(fā)了分析、決策和執(zhí)行等功能；以土壤含水率為主 要決策因子的決策方法耦合了作物生長發(fā)育所對應(yīng) 的水分需求、土壤含水率和光照強度等信息，該裝 備的自動管理，可實現(xiàn)適時、適量地將作物生長發(fā) 育所需水分和養(yǎng)分均勻輸送至其根部土壤層。本試 驗中，在該裝備系統(tǒng)控制下，根據(jù)管理決策和算 法，比對設(shè)定參數(shù)值與實測值，較好地執(zhí)行了自動 管理程序，即在設(shè)定時間點系統(tǒng)檢測到土壤含水 率 q 2 低于設(shè)定下限 q 1 （19.2%） ，且光照強度高于 下限值（5 000 lx）時，灌溉程序啟動執(zhí)行了灌溉 指令，并在實際灌溉量達到計算灌溉量時結(jié)束本次 灌溉。同時，按照計算灌溉量灌溉后，10：30土 壤水分傳感器采集到灌溉后的最大土壤含水率數(shù) 據(jù)為22.11%，該值低于設(shè)定的灌溉上限（24%） ， 即灌溉后土壤含水率低于目標值，這可能與土壤理 化性狀或土壤水分傳感器性能等相關(guān)，有待進一步 研究。 蔬菜栽培的水肥管理，即及時供應(yīng)（或補充） 作物需要的（或消耗的）水分、養(yǎng)分，如供應(yīng)（補 充）不及時或不足，會影響作物正常生長；過量則 導致水、肥資源浪費，甚至造成土壤環(huán)境污染。與 傳統(tǒng)水肥管理相比，AWF型水肥一體化裝備的自 動管理下葉用萵苣產(chǎn)量提高了11.76%54.75%， 總灌溉量降低了21.71%28.91%，灌溉水生產(chǎn)效 率增幅達57.24%97.65%。因此認為AWF型水肥 一體化智能裝備可較好地執(zhí)行水肥自動管理程序， 其系統(tǒng)控制下基于土壤含水率灌溉策略的自動管 理，可為葉用萵苣生長提供更合理的水肥管理制 度，確保葉用萵苣的長勢和品質(zhì)，節(jié)水節(jié)肥、增產(chǎn) 提效效果顯著。該裝備與技術(shù)的應(yīng)用符合設(shè)施農(nóng)業(yè) 節(jié)水、節(jié)肥技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向，對推動我國設(shè)施農(nóng) 業(yè)水肥一體化技術(shù)發(fā)展具有重要意義，應(yīng)用前景非 ?？捎^。 49 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 49 研究論文 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 參考文獻 曹建康，姜微波，趙玉梅2007果蔬采后生理生化實驗指導北 京：中國輕工業(yè)出版社 狄嬌，汪小旵，孫國祥，施印炎，王煊2016溫室輕簡式灌溉施 肥機的設(shè)計西北農(nóng)林科技大學學報：自然科學版，44（5） ： 222-228 李衛(wèi)軍，張宏，奚輝，陳喜靖2016日光溫室滴灌水肥一體化系 統(tǒng)選擇與應(yīng)用技術(shù)中國農(nóng)業(yè)信息，（3）：55-57 李銀坤，李友麗，趙倩，郭文忠，賈冬冬，田野2017溫室水 肥一體化自控裝備及其應(yīng)用農(nóng)業(yè)工程技術(shù)：溫室園藝，37 （10）：50-53 劉自飛，賈小紅，趙永志，劉瑜，何威明，劉繼遠，韓寶2016 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fertilizer and increasing production efficiencyThis experiment was carried out based on the independent-developed AWF-type 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 t·hm -2 ，respectively，and increased 25.00%，54.75%