第 33 卷    第 2 期                         農(nóng)  業(yè)  工  程  學(xué)  報                                Vol.33  No.2 234    2017 年      1月           Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering         Jan. 2017        H 型栽培架組合方式對光照及草莓生長和產(chǎn)量的影響王春玲1,2，宋衛(wèi)堂1,3，趙淑梅1,3，曲明山4（ 1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京  100083；   2. 塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，阿拉爾  843300；  3. 農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點實驗室，北京  100083； 4. 北京市農(nóng)業(yè)局土肥工作站，北京  100029）  摘   要： H 型立體栽培架是目前在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的一種草莓立體栽培裝置。針對草莓立體栽培過程中產(chǎn)生的遮光和植株生長不良等問題，該研究提出將兩層和三層的 H 型栽培架進行不同組合，通過在日光溫室中設(shè)置兩層 +兩層（ T1） 、兩層 +三層交替（ T2） 、三層 +三層（ T3）的 H 型栽培架的 3 種布置組合方式，比較不同組合處理下草莓的光照環(huán)境、生長及產(chǎn)量的差異。結(jié)果表明： T1 上、下層草莓的光照條件最佳， T2 次之， T3 最差；試驗期內(nèi)， T1 上層的草莓達到光飽和點（ light saturation point， LSP）的時間比 T2 增加了 40.0%，并 且 T1 上、下層草莓達到光補償點（ light compensation point，LCP）的時間分別比 T2 中兩層栽培架的上、下層增加了 9.3%和 21.3%； T1 處理草莓的生長狀況最佳。 T1 的單元產(chǎn)量最高，為 50.8 kg，分別比 T2 與 T3 的單元產(chǎn)量提高了 2.8%和 33.7%。因此，日光溫室內(nèi) H 型栽培架以兩層與兩層相鄰的布置方式較適合用于草莓的立體栽培，可在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。  關(guān)鍵詞：日光溫室；栽培；光照；H型栽培架；草莓；產(chǎn)量 doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032 中圖分類號： S625.3; S628           文獻標志碼： A           文章編號： 1002-6819(2017)-02-0234-06 王春玲， 宋衛(wèi)堂， 趙淑梅， 曲明山. H 型栽培架組合方式對光照及草莓生長和產(chǎn)量的影響J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2017， 33(2)：234239.    doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032    http:/www.tcsae.org Wang Chungling, Song Weitang, Zhao Shumei, Qu Mingshan. Effect of different combinations of two H-type cultivation frames on light and strawberry growth and yieldJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(2): 234 239. (in Chinese with English abstract)    doi ： 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032    http:/www.tcsae.org 0  引  言草莓立體栽培首先于 20 世紀 80 年代在日本出現(xiàn)1，因其產(chǎn)量高、效益好、節(jié)省土地、勞動強度低等特點深受廣大生產(chǎn)者的喜愛2。隨著草莓反季節(jié)栽培規(guī)模的擴大，中國草莓立體栽培的研究速度也逐步加快。近年來的研究表明： 草莓立體栽培可以提高土地利用率 3 5 倍、提高單位面積產(chǎn)量 2 3 倍3。國內(nèi)外對草莓立體栽培的模式進行了很多研究，如國內(nèi)常用的傳統(tǒng) A 字型、改良架式4-5、后墻式6，吊柱式等，國外的如上下擺動式、懸掛式、可拆卸式、可移動式等7-10。  在立體栽培模式的開發(fā)和使用過程中，人們對各種模式的環(huán)境特點、草莓生長狀況進行了研究，同時也進行了相應(yīng)地改進和調(diào)整11-14。宗靜等15通過對草莓雙層高架栽培模式的氣象條件進行測試，發(fā)現(xiàn)下層的溫、光條件都較上層差，上層草莓可提前 13 d 進行采收。張豫收稿日期： 2016-07-11    修訂日期： 2016-11-30 基金項目： “十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題 植物工廠立體多層栽培系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究（ 2013AA103002） ；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（ CARS-25-06B）  作者簡介：王春玲，河北承德人。主要從事草莓立體栽培技術(shù)方面研究。阿拉爾  塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 843300。 Email： chunlingw130163.com 通信作者：宋衛(wèi)堂，博士，教授，主要從事設(shè)施園藝栽培技術(shù)與設(shè)備研究。北京  中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 100083。 Email： songchalicau.edu.cn 中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會會員：宋衛(wèi)堂（ E040100004M）  超等16對 3 種草莓立體栽培架的生產(chǎn)性能進行了比較研究，明確了單層雙列架型操作最便捷，雙層品字形架型投入產(chǎn)出比最優(yōu)，四層階梯形架型適合草莓立體觀光采摘。楊振華17認為 A 型槽架式與立柱式栽培模式經(jīng)濟效益高于高畦栽培。陳一飛等18研發(fā)了一種日光溫室草莓立體栽培的智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使草莓的掛果期比傳統(tǒng)種植方式平均提前 40 d，產(chǎn)量平均提高 33%。  Li 等19在比較了 A 字型、 H 型、品字型 3 種立體栽培架草莓的生長狀況后認為， H 型栽培架的通風(fēng)和光照更好，同時其種植密度也較另外兩種大，獲得的產(chǎn)量最高。目前， H 型栽培架因其構(gòu)造簡單、管理方便、使用年限長等優(yōu)點，在草莓立體栽培中應(yīng)用較為廣泛。本文對 2 種 H 型栽培架的 3 種不同布置方式：兩層與兩層相鄰布置、兩層與三層交替布置、三層與三層相鄰布置，進行草莓的光照環(huán)境特點測試和研究，并對其生長及產(chǎn)量進行測量分析。比較并確定一種布置方式，能夠使草莓的光環(huán)境較優(yōu)、生長和產(chǎn)量較佳，以期為生產(chǎn)應(yīng)用提供指導(dǎo)和建議。  1  H 型栽培架 1.1  栽培架結(jié)構(gòu) 如圖 1， H 型栽培架由栽培支架、栽培槽、進水管、回水管等組成。栽培架長 6 m，寬 0.4 m，南北向放置于日光溫室內(nèi)，其中栽培支架是由直徑 20 mm 的鍍鋅鋼管焊接而成，為整個栽培架的骨架結(jié)構(gòu)，側(cè)面呈 H 型；栽第 2 期  王春玲等： H 型栽培架組合方式對光照及草莓生長和產(chǎn)量的影響  235 培槽由卡子固定于栽培骨架各層上，其結(jié)構(gòu)從外向內(nèi)依次由黑白膜 （正、 反面分別為黑、 白兩色的聚乙烯薄膜） 、無紡布、防蟲網(wǎng)、基質(zhì)組成；進水管安裝在栽培架北部，回水管在南部，栽培架由北向南有 5 10的傾角，以利于多余的水和營養(yǎng)液流出。圖 1a、 1b 分別為三層和兩層的 H 型栽培架。三層栽培架僅比兩層栽培架多一層栽培槽，其他結(jié)構(gòu)相同，具體尺寸如圖 2。  a. 三層  a. Three layers b. 兩層  b. Two layers 1.栽培支架   2.栽培槽   3.進水管   4.回水管   5.草莓植株  1.Cultivation structure support  2.Cultivation trough  3.Water inlet pipe  4.Water return pipe  5.Strawberry 圖1  不同層數(shù)H型栽培架示意圖 Fig.1  Sketch map of different H-cultivation layers 注： T1 表示兩層栽培架與兩層栽培架相鄰布置； T2 表示兩層栽培架與三層栽培架交替布置； T3 表示三層栽培架與三層栽培架相鄰布置；下同。圖中數(shù)值單位： cm。  Note: T1 represents two-layer frames arranged adjacently;  T2 represents two-layer frame and three-layer frame are alternately arranged;  T3 represents three-layer frames are arranged adjacently; the same as below. Numerical unit: cm. 圖2  兩種栽培架的三種組合及栽培架尺寸 Fig.2 Three combinations of two kinds of cultivation frames and their dimensions 1.2  兩種栽培架的三種布置組合 2 種栽培架的組合分為兩層與兩層相鄰布置（ T1）、兩層與三層交替布置（ T2）、三層與三層相鄰布置（ T3）三種，如圖 2。兩層栽培架的總高度為 95 cm，三層栽培架的總高度為 160 cm； 栽培槽厚度為 20 cm， 相鄰兩層的間距為 65 cm，最下層距地面 30 cm；相鄰兩栽培架的間距為 60 cm20。  2  試驗材料與設(shè)計 2.1  試驗條件  本試驗于 2015 年 8 月至 2016 年 4 月在北京市昌平區(qū)興壽鎮(zhèn)的一個日光溫室內(nèi)進行，溫室東西長度為100 m，南北跨度為 8 m。草莓品種為“紅顏”，定植日期為 2015 年 8 月 29 日，株距為 20 cm，行距為 30 cm。每個栽培槽定植兩列，共 60 株草莓。  2.2  試驗設(shè)計 供試栽培架均放置在溫室中部，所處環(huán)境基本一致，每個處理栽培架 20 個，選擇中間位置的 6 個栽培架為試驗區(qū)，重復(fù) 3 次。栽培架和栽培槽的編號見表 1。  表 1  不同栽培架組合中栽培槽的位置編號 Table 1  Position numbers of cultivating troughs in different combine frame combinations 處理  Treatment栽培槽位置  Cultivation trough site 位置  編號  Site number 處理  Treatment 栽培槽位置  Cultivation trough site 位置編號Site number上層  1U 兩層中的上層  2U T1 下層  1L 兩層中的下層  2L 上層  3S 三層中的上層  2S 中層  3Z 三層中的中層  2Z T3 下層  3X T2 三層中的下層  2X 采用順序排列的試驗設(shè)計方法。根據(jù)試驗設(shè)計，將S-LIA-M003 型光照傳感器布置于試驗區(qū)每個栽培架各層的中部、基質(zhì)上方約 25 cm 的位置，進行草莓冠層光合有效光量子流密度（ photosynthetic photon flux density, PPFD）的測量。  待草莓緩苗后，在每個處理試驗區(qū)栽培架的每層上，選擇植株健壯、長勢一致的草莓 24 株進行標記。 2015 年10 月 5 日開始對標記的草莓的株高和葉片葉綠素相對含量（ soil and plant analyzer development， SPAD） 值進行測量。葉綠素相對含量測量方法： 采用 SPAD-502 便攜式葉綠素測量儀21，選擇草莓新葉外第 3 片葉進行測量，測量時應(yīng)避開葉脈，每個葉片測量 3 次取平均值。草莓成熟后測量草莓的單株果實個數(shù)、平均單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量，測試時間為： 2016 年 1 月 15 日 2016 年 4 月 15 日。  采用 SPSS20.0 軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，顯著性由 Duncan 新復(fù)極差法檢測，采用 Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理。  3  試驗結(jié)果與分析 3.1  不同處理栽培架上的光環(huán)境特點 為使數(shù)據(jù)具有代表性，選擇典型天氣的光照數(shù)據(jù)進行分析。圖 3 是 2016-03-02 2016-03-05（ 4 d）中 T2 和T3 中的三層栽培架上、中、下各層的光照數(shù)據(jù)，其中 3月 4 日為陰天。由圖 3 可以看出， 2 個處理中的栽培架中各層草莓冠層的 PPFD 曲線走勢基本一致，但在 4 d 內(nèi)的相同時刻中 2S、 2Z、 2X 的草莓冠層 PPFD 值均高于 3S、3Z、 3X。 以 3 月 2 日為例， 2S 達到草莓光飽和點22（ light saturation point， LSP） 377.4 566.0 mol/(m2s)的時長比3S 長約 250 min； 2Z 達到 LSP 的時長約為 240 min，而 3Z的全天光照都在 LSP 以下；此外， 2X 達到草莓光補償點22（ light compensation point， LCP） 94.3 188.7 mol/(m2s)的時長約為 230 min，但 3X 的光照全天都在 LCP 以下。以上結(jié)果說明， T3 與 T2 相比，栽培架增加一層會使其中、下層的光照受到了較大程度的遮擋，不利于草莓的生長。  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報（ http:/www.tcsae.org）                                 2017 年    236 a. T2 三層處理中上、中、下各層的 PPFD 曲線圖  a. PPFD curves of each layer of treatment T2 b. T3 上、中、下各層的 PPFD 曲線圖  b. PPFD curves of each layer of treatment T3 圖3  T2和T3處理栽培架各層的光合有效光量子流密度（2016-03-02 03-05） Fig.3  Photosynthetic photon flux density (PPFD) in each layer of T2 and T3 cultivation frames (2016-03-0203-05) 表 2 是 3 月 12 13 日 2 d 內(nèi) T1 和 T2 中的兩層栽培架上、下層的光照情況?？梢钥闯?T1 上、下兩層 2 d 內(nèi)達到 LSP 和 LCP 的時長均大于 T2 上、 下層。 累積計算 2 d的 LSP， 結(jié)果顯示： 1U 的草莓冠層達到 LSP 的時長比 2U增加了 40%； 1L、 2L 達到 LSP 的時長分別為 100、 0 min。1U、 1L 草莓冠層達到 LCP 的時長分別比 2U、 2L 增加了9.3%、 21.4%。因 此 ， T1 處理比 T2 處理的光照環(huán)境更佳。  表 2  T1 與 T2 中兩層不同布置方式的各層光照環(huán)境（ 2016-03-02 03-13） Table 2  Light in different arrangement of two cultural layers (2016-03-02 03-13) 位置  Site 兩日內(nèi)達到 LSP 的時長  Duration of two days reached LSP/min 兩日內(nèi)達到 LCP 的時長  Duration of two days reached LCP/min 1U 770 1 180 1L 100 512U 550 1 080 2L 0 42注： LSP 表示光飽和點， LCP 表示光補償點；累計采集測量時間為每日7:00-19:00。  Note: LSP represents light saturation point, LCP represents light compensation point; cumulative acquisition time is 7:00-19:00 each day. 3.2  不同處理草莓的生長指標 苗期時，對各處理不同層草莓的株高和 SPAD 進行了測量。從圖 4a、 4b 中可以看出， T1 與 T2 處理中各層草莓的株高不存在顯著性差異（ P 0.05）。 T2 與 T3 中的三層栽培架上層與中層草莓的株高不存在顯著性差異，但其下層草莓株高顯著低于上、中層； 2S、 2Z、 2X的株高分別比 3S、 3Z、 3X 分別增加了 2.7%、 3.3%、 6.7%。說明 T2 的三層栽培架上的草莓植株生長情況優(yōu)于 T3 相應(yīng)的栽培架上的草莓。  草莓葉片葉綠素含量、 含氮量與 SPAD 值顯著相關(guān)23，葉片含氮量會影響草莓和其他植物的生長及產(chǎn)量24-26，因此測量草莓葉片的 SPAD 值可以直接反應(yīng)其生長狀況。  由圖 4c 可以看出， 1U 與 1L 的草莓 SPAD 值無顯著性差異，均分別顯著高于 2U 與 2L。說明在兩層栽培架中，同一處理栽培架上、下層之間草莓的 SPAD 值無顯著性差異；相同層之間 T1 與 T2 處理相比，能顯著地提高草莓的 SPAD。圖 4d 顯示， T2 和 T3 處理的上、中層草莓的 SPAD 高于下層的。其中 2S、 2X 為 30.3、 25.2高于 3S、 3X 的 29.6、 24.7，且有 2Z 的 27.9 顯著高于 3Z的 25.7。說明 T2 的三層栽培架與 T3 相比，各層草莓的葉綠素含量均有所提高，反映了 T2 的草莓生長狀況在某種程度上優(yōu)于 T3。  注： 不同的小寫字母代表不同處理草莓生長指標差異顯著， 顯著水平為 0.05。采樣時間為 2015-10-05。  Note: Different small letters indicate that there is significant difference of growth indicators between different processing strawberries， significant level is 0.05. Sampling time is 2015-10-05. 圖 4  各處理草莓的生長指標  Fig.4  Strawberries growth indicators for each treatment  3.3  不同處理草莓的產(chǎn)量及效益 光照環(huán)境是引起草莓生長及產(chǎn)量品質(zhì)變化的重要環(huán)境因素27-33，表 3、表 4 為各處理草莓的產(chǎn)量指標。  表 3  T1、 T2 處理兩層栽培架上各層草莓的產(chǎn)量指標 Table 3  Strawberry yield index of T1and T2 on two layers 處理  Treatment位置  Site 單株產(chǎn)量  Yield per plant/g 單株果實個數(shù)  Fruit number per plant 平均單果質(zhì)量Average weight per fruit/g 1U 263.3a 12.2a 21.7aT1 1L 159.6b 8.2b 19.6b 2U 169.0b 8.3b 20.4aT2 2L 120.7c 6.7c 18.0b 注：同一列中不同小寫字母表示不同位置草莓間差異顯著，顯著水平為 0.05，下同。  Note: Same columns with the different small letters indicate that there is significant difference on strawberry yield index between different sites, and significant level is 0.05, the same as below. 第 2 期  王春玲等： H 型栽培架組合方式對光照及草莓生長和產(chǎn)量的影響  237 表 4  T2、 T3 處理三層栽培架上各層草莓的產(chǎn)量指標 Table 4  Strawberry yield index of T2 and T3 on three layers 處理  Treatment 位置  Site 單株產(chǎn)量  Yield per plant/g 單株果實個數(shù)  Fruit number per plant 平均單果質(zhì)量Average weight per fruit/g 2S 192.7b 10.6a 18.3b 2Z 223.9a 10.4a 21.4a T2 2X 117.2d 5.8c 20.3ab 3S 127.6c 6.8b 18.7ab 3Z 116.0d 5.9c 19.6ab T3 3X 73.3e 3.8d 19.3ab 從表 3 可以看出， 1U、 1L 的單株產(chǎn)量分別顯著高于2U、 2L，增加量為 94.3、 38.9 g；同時 1U、 1L 的單株果實個數(shù)也分別顯著高于 2U、 2L，產(chǎn)生此種現(xiàn)象主要是由于 T2 處理中三層栽培架對光照的遮擋所造成。平均單果質(zhì)量均是上層顯著高于下層，并且 T1 大于 T2。由此可見 T1 處理較 T2 處理顯著地增加了果實的單株產(chǎn)量和單株果實個數(shù)，但 2 個處理對果實的平均單果質(zhì)量無顯著性影響。此外，從表 4 中可以看出 2S、 2Z、 2X 的單株果實個數(shù)和單株產(chǎn)量分別顯著高于 3S、 3Z、 3X，表現(xiàn)出此差異的主要原因是： T2 的兩層與三層栽培架交替布置，光照條件在一定程度上優(yōu)于 T3 處理的全部三層栽培架的布置方式。 T1 處理的草莓單株產(chǎn)量和單株果實個數(shù)高于其他處理， T3 處理草莓產(chǎn)量的相關(guān)指標最差，但是其單位土地面積上的種植密度最大。因此，需進一步測試和計算單元面積上各處理草莓的產(chǎn)量和成本，以確定較優(yōu)的布置組合。  根據(jù)不同處理組合中定植的草莓株數(shù)，計算試驗期間內(nèi)草莓總產(chǎn)量、經(jīng)濟效益、栽培架成本。每個處理由 2個栽培架為組成單元，因此，以每個處理的 2 個栽培架為計算單位，占地面積為 8.4 m2。栽培架按照 10 a 的使用年限來計算。 3 個處理的草莓總產(chǎn)量及栽培架年成本如表 5。試驗期內(nèi)為草莓產(chǎn)量形成的主要時間段，其平均價格約為 60 元 / kg，由表可知 3 個月內(nèi) T1、 T2、 T3 的收益分別約為 3 048、 2 964、 2 280 元。由此可知，所獲收益遠大于栽培架年成本消耗，因此 3 個處理的效果可直接通過其產(chǎn)量進行比較分析。  表 5  T1、 T2、 T3 處理試驗期間草莓的總產(chǎn)量及成本 Table 5  Yield and cost in a period of T1, T2 and T3  處理  Treatment 草莓株數(shù) /株  Plant number 平均單株產(chǎn)量  Yield per plantg 總產(chǎn)量  Total yield kg 栽培架年成本Annual cost of cultivation/yuanT1 240 211.5 50.8 257.0 T2 300 164.7 49.4 321.8 T3 360 105.6 38.0 386.5 注：每個處理單元的總產(chǎn)量所占面積為 8.4 m2，試驗測產(chǎn)期為 2016-01-15  2016-04-15。  Note: The total area of each treatment unit is 8.4 m2, the yield test was measured from 2016-01-15 2016-04-15. 從表 5 可以看出， T1 的栽培密度最低，但其單元產(chǎn)量在試驗期間內(nèi)最高，為 50.8 kg，同時其年消耗成本最低。 T1 雖較 T2 栽培密度減少了， 但總產(chǎn)量卻提高了 2.8%；T3 的種植密度雖然最大，但其平均單株產(chǎn)量最低。 T1 平均單株產(chǎn)量較 T3 增加了 100.3%，試驗期內(nèi) T1 的草莓總產(chǎn)量較 T3 增加了 33.7%。由此可知 3 個處理中 T1 是最適合于草莓栽培的布置方式。 4  結(jié)  論 本研究對 2 種 H 形栽培架的 3 種不同布置方式，進行了草莓光照環(huán)境及其生長狀況的測試分析，并對產(chǎn)量和效益進行對比。結(jié)果如下：  1）兩層與兩層栽培架相鄰布置的方式（ T1）草莓能夠獲得較佳的光照環(huán)境，三層與三層相鄰布置（ T3）的最差，兩層與三層交替布置（ T2）的介于前兩者之間。典型晴天下，兩層栽培架上： T1 上層草莓達到 LSP 的時間比 T2 增加了 40.0%，且 T1 上、下層達到 LCP 的時間分別較 T2 上、下層增加了 9.3%、 21.3%；三層栽培架中T3 的上、中、下三層的 PPFD 值均低于 T2 相應(yīng)位置。  2） T1 與 T2 的兩層栽培架中，上、下層之間草莓的株高和 SPAD 值無顯著性差異（ P 0.05），但 T2 與 T3的下層，草莓植株顯著低于上、中層，說明 T3 處理的下層草莓的生長受到了影響。  3）試驗期間 T1 的單元總產(chǎn)量最高為 50.8 kg，分別比 T2、 T3 處理的單元總產(chǎn)量提高了 2.8%、 33.7%。  因此，在長度 100 m，跨度 8 m 的日光溫室內(nèi)， H 型栽培架以兩層與兩層相鄰的布置方式可使草莓的光環(huán)境達到較佳，生長較適宜，同時成本也較低，并且可以獲得較高的效益，適宜在實際生產(chǎn)中進行推廣應(yīng)用。  參  考  文  獻 1 紀開燕，郭成寶，童曉利，等 . 設(shè)施草莓立體無土栽培的主要模式與發(fā)展對策 J. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013， 41(6)：136 138.  Ji Kaiyan, GuoChengbao, Tong Xiaoli, et al. 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