设施番茄轻简式智能灌溉施肥机的应用.pdf

节水灌溉 Water Saving Irrigation ISSN 1007-4929,CN 42-1420/TV 节水灌溉网络首发论文 题目： 设施番茄轻简式智能灌溉施肥机的应用 作者： 岳焕芳，周孝秋，安顺伟，胡潇怡，刘杰，孟范玉，徐厚成 网络首发日期： 2020-02-21 引用格式： 岳焕芳，周孝秋，安顺伟，胡潇怡，刘杰，孟范玉，徐厚成设施番茄轻简式智能灌溉施肥机的应用节水灌溉. http:/kns.cnki.net/kcms/detail/42.1420.tv.20200221.1031.004.html 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合出版管理条例和期刊出版管理规定的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有限公司签约，在中国学术期刊（网络版）出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为中国学术期刊（网络版）是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。 设施 番茄轻简式 智能灌溉 施肥机 的 应用 岳焕芳 1 周孝秋 2安顺伟 1胡潇怡 1 刘杰 2孟范玉 1*徐厚成 1 （ 1 北京市农业技术推广站，北京 100029； 2 北京市弘科农场，北京 102446） 摘要： 基于自主研发的轻简式智能灌溉施肥机，嵌入依据光辐射智能灌溉系统，在 土 壤栽培番茄上进行田间效果试验，结果表明：施肥机管理的番茄土壤060cm 土层的土壤含水量保持在 30%40%之 间 ，保证了番茄根层土壤始终处在 适宜的水分范围内。与人工常规管理相比 较可以提高番茄的品质，经济效益提高 9.89%，达到了节水，节肥，节省人工，提质，增效的目的。 关键词： 灌溉施肥机，光辐射，番茄 Application of minitype intelligent fertigation control machine for facilities tomato Yue Huanfang1,Zhou Xiaoqiu2,An Shunwei1,Hu Xiaoyi1,Liu Jie2,Meng Fanyu1,Xu Houcheng1 (1 Beijing Agriculture Technology Extension Station, Beijing 100029. 2 Beijing Hongke Farm， Beijing 102446.) Abstract: Based on independent research and development of intelligent fertigation machine,under the irrigation mode controlled by cumulative radiation, tested the effect of tomato. The results showed that management of tomato of fertigation control machine, the water content of 0 60 cm soil remained between 30%- 40%, ensured the tomato root layer in suitable soil moisture. Compared with conventional management, the quality of tomato can be improved, and the benefit increased by 9.89%, achieved the purpose of saving water, saving fertilizer, saving labor, improving quality and increasing efficiency. Key words: fertigation control machine; optical radiation; tomato 中图分类号： S641.2,S224.21. 网络首发时间：2020-02-21 18:30:36网络首发地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/42.1420.tv.20200221.1031.004.html文献标识码： A 我国是水资源紧缺的国家，根据水资源公报， 2017年，北京市水资源总量为29.77亿 m3，按照年末常住人口 2170.7万人计算，北京市人均水资源占有量为137m3，远低于世界人均占有量，农业用水量占总用水的 13%，传统的灌溉方式 ，水肥利用率仅为发达国家的一半左右 1，水资源浪费是我国的一个重要问题 2，我国化肥用量占世界总消耗量的 35%3，利用率仅 30%左右 4，自动化、智能化、精准水肥一体化管理可以有效提高水肥利用率，是未来的发展趋势 5，而精准的灌溉施肥设备，是实现精准灌溉施肥的核心关键装置，目前，我国智能施肥机种类繁多，但是质量参差不齐 6，水肥管理多采用手动控制或者定时控制，造成灌水不均匀，不及时，不能满足作物正常生长需求，影响果实产量和品质 7，以1 材料与方法 1.1 试验地概况 试验于 2018 年 3 月至 7 月在房山区弘科农场日光温室内进行，试验地处北纬 N39° 37 33.53 ， 东经 E115° 57 49.64 ，土壤质地属于粘壤土，有机质为 23.8 g/kg，全氮为 6.56 g/kg，速效钾为 150 mg/kg，有效磷为 102 mg/kg，pH 为 7.54。 1.2 试验材料 试验作物为番茄，试验品种为 “ 财富天下 F1” ， 栽培密度为 3000 株 /亩，定植时间为 3 月 5 日。试验区灌溉施肥由智能灌溉施肥机控制，施肥机由北京色列、荷兰等农业发达国家 8-9，早已实现精准智能灌溉，但是，国外的设备直接引进，存在技术门槛高，操作难掌握等问题 10，无法实现设备落地，造成智能灌溉施肥机技术推广难度大，使用者认可度低，针对我国农业发展现状，自主研发适合我国国情的轻简式灌溉施肥设备具有重要意义 11。由于番茄口感酸甜，营养元素丰富，受到消费者青睐 12，作为我国主要的设施蔬菜之一，2012 年栽培面积已经达到45.33 万 hm 213 ，目前我国番茄水肥管理多采用传统的管理模式，研究番茄适用的轻简式智能灌溉施肥机，为高产、优质的现代番茄生产，提供技术支撑 14。市农业技术推广站集成研发，委托北京市紫藤连线设备公司生产 15，嵌入由北京市农业技术推广站自主研发的基于光辐射智能灌溉决策系统 16，以农户常规水肥管理作为对照，对照区采用文丘里施肥器，人工根据经验进行水肥管理。底肥用量一致，共施用商品有机肥（ N+P2O5+K2O 5%，有机质 45%）45t/hm2，商品菌肥（有机质 40%，有效活菌数 0.2 亿 /克） 15t/hm2。 1.3 测定项目 测定项目包括植株生长指标、产量、品质等。 每个小区选取 5 株测定不同生育时期的株高、茎粗（生长点向下第 4 片展开叶的基部茎粗）、叶片数 ； 利用 智墒 分别测定 土壤 含水量变化 ； 每次收获按小区实收计产 ； 每次收获时选取10 个番茄，计算平均单果重 ；测定成熟 番茄 Vc、可溶性糖、可滴定酸等 品质指标； 统计用水，用肥量。 2 结果与分析 2.1 不同水肥管理模式对土壤水分含量的影响 图 1 施肥机管理番茄土壤含水量变化 Fig. 1 Soil moisture content of tomato under the management of fertigation control machine 图 2 人工常规管理番茄土壤含水量变化 Fig.2 Soil moisture content of tomato under the management of manual 图 1 为施肥机管理的土壤含水量变化趋势图，图 2 为人工常规管理土壤含水量变化趋势图，从图中可以看出，施肥机管理的番茄土壤含水量整个生育期呈现的趋势为苗期变动较 为平缓， 060cm 土层的土壤含水量保持在 30%40%之间，开花期则控制灌溉，土壤含水量呈现下降趋势，土壤含水量波动范围为25%35%。进入结果期后增加灌溉频率，土壤含水量变化范围为 35%40%。人工常规水肥管理模式为灌溉频率低，单次灌溉量大，整个生育期土壤含水量变化范围为 20%40%，变化幅度比较大，会造成每次灌溉前，根系附近土壤缺水严重，或者根本不缺水的情况下补充水分，不合理灌溉制度，会导致水分的浪费或者亏缺，影响作物的正常生长。 2.2 不同水肥管理模式对番茄生长指标的影响 图 3 为施肥机和常规管理的番茄生长指标，从图中可以看出，随着生育期的推进，株高逐渐增加，至定植 91 天时，施肥机管理的番茄株高为 124.4cm，常规管理为 125cm。茎粗呈现先增加后下降的趋势，定植后 28 天，茎粗达到最大值，施肥机管理番茄茎粗为 9.6mm，常规管理番茄茎粗为 9.7mm。定植 91 天后番茄叶片数为 22.2 片，施肥机和人工常规管理番茄生长指标差异不显著。 图 3 不同处理对番茄生长指 标的影响 Fig. 3 Effects of different treatments on growth index of tomato plants 2.3 不同水肥管理模式对番茄品质的影响 表 1 为施肥机和人工常规管理下番茄的品质，从表中可以看出，施肥机管理的番茄可溶性糖含量为 4.42%，人工常规管理的番茄仅为 1.27%，施肥机管理可以提高番茄糖酸比 88.46%，番茄维生素 C 含量提高了 31.5%，番茄红素含量提高了 10.98%，施肥机内嵌的依据光辐射智能灌溉系统可以较好的提高番茄的果实品质。 表 1 不同处理对番茄品质的影响 Table 1 Effects of different treatments on tomato quality 处理 可溶性糖 （ %） 可滴定酸 （ g/mL） 维生素 C （ mg/100g） 硝酸盐 （ mg/kg） 番茄红素 （ mg/100g） 对照 1.27 0.48 12.7 160 17.3 施肥机 4.42 0.9 16.7 20 19.2 变化（ %） 248.03% 87.50% 31.50% -87.50% 10.98% 2.4 不同水肥管理模式对效益的影响 表 2 为施肥机管理和人工常规管理番茄投入和产出对比，从表中可以看出施肥机管理的番茄产量为 98769 kg/hm2，比人工常规管理提高了 18.5%，用水节约了 43.51%，用肥节省了 40%，产出提高了 6.02%，施肥机管理的番茄效益达到 165150元 /hm2，比人工常规管理提高了 9.89%，采用轻简式智能施肥机可以达到节水、节肥、提质、增效的目的。 表 2 不同处理对经济效益的影响 Table 2 Effects of different treatments on economic benefits 处理 产量（ kg/hm2） 灌水（ m3/hm2） 施肥（ kg/hm2） 投入 (元 /hm2) 产出 （元 /hm2） 效益 （元 /hm2） 对照 96975 3930 3750 222750 387900 165150 施肥机 98769 2220 2250 229755 411240 181485 变化（ %） 18.50% -43.51% -40.00% 3.14% 6.02% 9.89% 3 结论与讨论 本研究设计了轻简式智能灌溉施肥机，内嵌依据光辐射智能灌溉系统，在土壤栽培春茬番茄进行田间应用，番茄整个生长季，设备运行正常，施肥机管理和人工管理相比较，土壤含水量更符合番茄耗水规律 17，将土壤含水量控制在一定的范围内，变化幅度小，保证了番茄根层土壤始终处在适宜的水分范围内 18。轻简式智能灌溉施肥机和人工常规管理相比较，番茄生长指标差异不显著；番茄可溶性糖含量为 4.42%，可以提高番茄糖酸比 88.46%，提高番茄维生素 C 含量 31.5%，提高番茄红素含量 10.98%；施肥机管理的番茄效益达到165150元 /hm2，比人工常规管理提高了 9.89%。通过田间效果试验，验证了依据光辐射灌溉决策可行性，以及灌溉施肥设备的可推广性，达到了节水，节肥，提质，增效的目的。 参考文献： 1穆天亮 . 以色列节水灌溉考察报告 J. 山西水土保持科技 , 2000, (01): 35-37. 2鞠加亮 ,孙洋洋 .基于节水激励的农业水资源流转模式研究 J山西农业科学 ,2017,45(2):139 142. 3彭发智 ,张俊杰 ,焦海涛 ,李霄鹤 ,张亚振 ,张西群 .水肥一体智能化高效精准灌溉的发展趋势 J.河北农机 ,2017(10):23. 4周亮亮，柯建宏 .基于模糊控制的温室灌溉施肥控制系统 J .浙江农业科学 ,2012,(12):1648-1652. 5张雪飞 ,彭凯 ,王建春 ,宋治文 ,王艳 ,梁新书 ,钱春阳 ,李鹏 .设施蔬菜水肥一体化智能灌溉控制系统的设计及试验 J.山西农业科学 ,2017,45(09):1534-1538. 6韩启彪 ,冯绍元 ,黄修桥 ,李金山 ,孙浩 ,李浩 .我国节水灌溉施肥装置研究现状 J.节水灌溉 ,2014(12):76-79+83. 7陈志 ,赵成萍 ,刘晓光 ,马志 ,陈胜萍 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2019 年生态农业建设项目 ( PXM2019_036204_000026)； 北京市农业技术推广站： 2019 年水溶性微生物肥的研发与示范推广项目（ PXM2019_036204_000014）； 北京市农业局：果类蔬菜产业技术体系北京市创新团队项目 (BAIC01-2019)； 作者简介： 岳焕芳（ 1991-），女，硕士，中级农艺师，从事智能灌溉决策和设备研究。通讯地址：北京市朝阳区高原街农业技术推广站，邮编： 100029，电话： 84642880， E-mail:yuehuanfang163.com. 通讯作者简介：孟范玉（ 1985-），男，硕士，高级农艺师，从事节水方面研究推广等工作。通讯地址：北京市朝阳区高原街农业技术推广站，邮编： 100029，电话：84642880， E-mail: 287509738qq.com.