書書書梁新書，廉曉娟，張金良，等基于土壤水分的自動滴灌模式對溫室黃瓜產(chǎn)量及水肥利用效率的影響江蘇農(nóng)業(yè)科學，（）：基于土壤水分的自動滴灌模式對溫室黃瓜產(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)科學院信息研究所，天津）摘要：以日光溫室黃瓜為研究對象，以傳統(tǒng)滴灌模式為對照，研究基于土壤水分的自動滴灌模式（啟動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）對黃瓜生長、水肥利用效率及土壤理化性質的影響。結果顯示，與傳統(tǒng)滴灌模式相比，采用基于土壤水分的自動滴灌模式進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，黃瓜產(chǎn)量提高。該模式在整個生長季可有效節(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。研究結果表明，黃瓜基于土壤水分的自動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。關鍵詞：自動灌溉；滴灌；黃瓜；土壤水分；日光溫室中圖分類號： 文獻標志碼： 文章編號：（）收稿日期：基金項目：國家科技支撐計劃（編號：）；天津市科技支撐重點項目（編號：）；天津市農(nóng)業(yè)科學院院長基金（編號：）。作者簡介：梁新書（），男，山東濟寧人，博士，助理研究員，主要從事設施蔬菜節(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。：。我國設施蔬菜種植面積發(fā)展十分迅速，但是，目前設施蔬菜生產(chǎn)大多采用大水大肥的管理模式，有研究結果表明，在經(jīng)驗畦灌條件下，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，對我國設施蔬菜種植體系的可持續(xù)發(fā)展利用構成了很大的威脅。與此同時，傳統(tǒng)灌溉施肥以畦灌或溝灌為主，這種方式費力費時，所需勞動力成本在逐漸加大，亟需自動控制的農(nóng)業(yè)節(jié)水節(jié)肥技術。因此，設施蔬菜灌溉施肥實現(xiàn)精準化和自動化控制是蔬菜安全生產(chǎn)的發(fā)展方向和必然趨勢，對節(jié)約水肥資源、提高勞動生產(chǎn)率和促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我國蔬菜灌溉施肥技術相對于農(nóng)業(yè)發(fā)達國家比較落后，系統(tǒng)成套性較差，自動化及智能化程度較低。但是，針對我國的國情和農(nóng)業(yè)發(fā)展目標，國內(nèi)學者在蔬菜作物合理的灌溉施肥指標及配套的灌溉施肥設備研發(fā)等方面已取得很大進展。在蔬菜節(jié)水方面，國內(nèi)學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果。另外，水肥一體化技術被認為是一項高效的灌溉施肥技術，目前此技術的研究也逐漸成熟。但是，相比于農(nóng)業(yè)發(fā)達國家，我國蔬菜自動化灌溉施肥技術還有很大差距。黃瓜是設施蔬菜中種植面積較大且經(jīng)濟價值較高的作物，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時費力，加之過量灌溉施肥問題尤為突出，所以，本試驗以溫室黃瓜為研究對象，分析基于土壤水分的自動滴灌模式對溫室黃瓜產(chǎn)量及水肥利用效率的影響，旨在為基于土壤水分的自動滴灌模式能在設施蔬菜生產(chǎn)上推廣應用提供數(shù)據(jù)支撐。 材料與方法 試驗點基本情況試驗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)合作社號日光溫室進行。日光溫室長，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土樣水解氮含量為，速效磷含量為，速效鉀含量為，有機質含量為，全鹽含量為，值為，容重為，田間持水量（）為。 試驗設計定植前撒施商品有機肥，過磷酸鈣，用旋耕機翻耕。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。試驗共分個處理：傳統(tǒng)滴灌模式（）：按照當?shù)剞r(nóng)民溫室黃瓜滴灌管理習江蘇農(nóng)業(yè)科學 年第卷第期網(wǎng)絡出版時間：2020-01-03 15:28:57網(wǎng)絡出版地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/32.1214.S.20200103.1528.118.html慣進行水肥控制，隔次水沖次肥，每次灌溉定額為，每次純養(yǎng)分（）投入量為；結果前期（月日之前）氮磷鉀比例為，結果中后期氮磷鉀比例為?；谕寥浪值淖詣拥喂嗄Ｊ剑喎Q：此模式借助筆者所在課題組研發(fā)的灌溉施肥設備完成，此設備土壤水分傳感器實時監(jiān)測土壤墑情，可設定的參數(shù)包括判定是否啟動灌溉的時間、灌水量和施肥量。此模式設定每天：控制系統(tǒng)開始判定，當深度土壤水分下降到一定閾值（黃瓜結果期土壤相對含水量閾值設為，由前期預試驗得出，水分傳感器此時對應的土壤容積含水量讀數(shù)為）時，控制器開啟定量灌水施肥，每次小定額供應水肥。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。每個小區(qū)的面積為×，每個處理設次重復，隨機區(qū)組排列。個處理均采用滴灌系統(tǒng)，滴頭間距為，保證每個滴孔對應株植株，并安裝了精度為的水表。試驗過程中除水肥管理不同外，其余田間管理均與當?shù)剞r(nóng)民常規(guī)管理一致，具體灌溉施肥制度見圖。 測定項目與方法 安裝氣象站監(jiān)測溫室內(nèi)光輻射強度、空氣溫度及空氣濕度的變化 溫室內(nèi)安裝個小型自動環(huán)境氣象站（，美國）并配置相應的傳感器，利用數(shù)據(jù)自動采集器記錄。光輻射強度（）及空氣溫度傳感器（）高度為距離地面；測量土溫傳感器（）埋深；所有數(shù)據(jù)保存間隔為。 測定根層土壤水分動態(tài)變化 土壤水分傳感器（）在處理前埋深來監(jiān)測土壤容積含水量的變化。數(shù)據(jù)保存間隔為。 測定植株生長參數(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，測定黃瓜的生長量。用米尺測量株高；用游標卡尺測量莖粗；記錄葉片數(shù)；選取黃瓜最大葉片，測量其長度和寬度，然后根據(jù)黃瓜成熟葉片葉面積公式（葉面積×長×寬）計算江蘇農(nóng)業(yè)科學 年第卷第期可得最大葉面積。 經(jīng)濟產(chǎn)量 分別統(tǒng)計每小區(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）。 水肥利用率的測定 分別記錄各處理下黃瓜整個生長期的灌水與施肥總量，結合黃瓜產(chǎn)量計算水肥利用率。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。 測定拉秧后土壤的理化性質 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散法測定，有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗顯色法測定，速效鉀含量采用醋酸銨火焰光度計法測定，全鹽含量采用質量法測定，值采用電位法測定，土水比為。 數(shù)據(jù)處理與分析數(shù)據(jù)處理采用及，個處理的方差分析采用獨立樣本檢驗，在水平上進行比較。 結果與分析 根層土壤水分動態(tài)變化從土壤容積含水量的動態(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)測的土壤容積含水量下限的范圍為，變異幅度較大，會造成每次灌溉前根層土壤缺水嚴重或根本不缺水的情況會發(fā)生，如此不合理的灌溉往往會導致水分的浪費；而基于土壤水分的自動滴灌模式處理下啟動灌水施肥程序前傳感器監(jiān)測的土壤容積含水量下限范圍為，變異幅度較小，此數(shù)值對應的相對含水量均為，能夠保證根層土壤處于適宜水分范圍內(nèi)。 黃瓜生長參數(shù)的分析從黃瓜生長參數(shù)的數(shù)據(jù)（圖）可以得出，隨著生長周期的延長，傳統(tǒng)滴灌模式和基于土壤水分的自動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。表明相對于傳統(tǒng)滴灌模式，基于土壤水分的自動滴灌模式在水肥投入減少的情況下并沒有引起黃瓜生長受限。 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滴灌模式處理顯著提高黃瓜產(chǎn)量，而對瓜條數(shù)及平均單果質量均沒有產(chǎn)生顯著影響。表明相對于傳統(tǒng)滴灌模式，基于土壤水分的自動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，但總的趨勢是，基于土壤水分的自動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。說明基于土壤水分的自動滴灌模式可降低土壤養(yǎng)分和鹽分的累積，避免土壤酸化，是一種有效保護土壤環(huán)境的水肥管理方式。 結論與討論水分和養(yǎng)分是作物生長發(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)高效的關鍵。一般認為，按照蔬菜作物生長階段對水分和養(yǎng)分的需求，定量地供給到作物根系附近，就可以實現(xiàn)作物豐產(chǎn)高效的目的。有研究表明，按照設施黃瓜需水需肥規(guī)律，采用自動灌溉施肥系統(tǒng)，實行每日供應水肥可達到節(jié)水節(jié)肥豐產(chǎn)的效果。但是，當異常天氣出現(xiàn)時，按照黃瓜需水需肥規(guī)律進行自動水肥管理效果不理想，所以還需配備相應的土壤水分監(jiān)測傳感器進一步調(diào)整灌溉施肥決策，進而實現(xiàn)變量控制作物水肥供應。本試驗中，基于土壤水分的自動滴灌模式借助土壤水分測定儀監(jiān)測土壤墑情，當土壤水分下降到一定閾值（結果期閾值為，土層深度水分傳感器讀數(shù)為）時，借助控制器進行定量灌水施肥，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 年第卷第期表 傳統(tǒng)滴灌模式和基于土壤水分的自動滴灌模式對黃瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量組成的影響處理瓜條數(shù)（條株）平均單果質量（）產(chǎn)量（）±±±±±±注：同列數(shù)據(jù)后標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滴灌模式對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的基于土壤水分的自動滴灌模式可以實現(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?，F(xiàn)階段，依據(jù)土壤相對含水量的水平進行溫室黃瓜灌溉已被廣泛證明是可取的，但是，國內(nèi)土壤水分傳感器設備卻存在差異，因此，不同的水分傳感器在應用前應充分了解其特性，應提前測定土壤相對含水量為田間持水量時土壤水分傳感器所對應的數(shù)值，可把此值作為灌溉程序啟動的土壤水分下限值。本試驗結果表明，基于土壤水分的自動滴灌模式可以更好地實現(xiàn)設施黃瓜節(jié)水節(jié)肥與可持續(xù)種植。參考文獻：符娜，劉小剛，楊啟良設施蔬菜水肥高效調(diào)控的研究進展安徽農(nóng)業(yè)科學，（）：，高麗紅，王樹忠，任華中，等日光溫室果菜農(nóng)藝節(jié)水綜合技術研究與示范中國科技成果，（）：張福鎖，馬文奇肥料投入水平與養(yǎng)分資源高效利用的關系土壤與環(huán)境，（）：李銀坤，武雪萍，武其甫，等不同水氮處理對溫室黃瓜產(chǎn)量、品質及水分利用效率的影響中國土壤與肥料，（）：，（）：，（）：白由路植物營養(yǎng)與肥料研究的回顧與展望中國農(nóng)業(yè)科學，（）：孫麗萍，溫永剛，王樹忠，等灌水量對日光溫室黃瓜灌溉水分配江蘇農(nóng)業(yè)科學 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