基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的草莓水肥一體化應(yīng)用效果研究

翟 晶，張淑玲，周 鵬

(上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)系，上海 201609)

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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的草莓水肥一體化應(yīng)用效果研究

翟 晶，張淑玲，周 鵬

(上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)系，上海 201609)

設(shè)施大棚條件下，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化系統(tǒng)在草莓種植上的應(yīng)用效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：相對(duì)于常規(guī)灌溉土壤含水量控制在70%對(duì)草莓葉片葉綠素相對(duì)含量的影響不明顯，增加追肥次數(shù)會(huì)明顯提高葉片葉綠素相對(duì)含量；70%土壤含水量時(shí)，草莓對(duì)鉀的吸收略有下降；水分控制處理未降低草莓產(chǎn)量，提高了草莓種植水分利用率；70%土壤含水量時(shí)，增加追肥次數(shù)可以提高草莓種植效益。

草莓;水肥一體化;產(chǎn)量;種植效益

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為當(dāng)今現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)之一。2013年農(nóng)業(yè)部將上海市列為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的示范省市，同年上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院開(kāi)始建設(shè)五厙農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)示范基地。草莓是對(duì)土壤水肥控制準(zhǔn)確程度要求較高的作物，各個(gè)生育期的土壤含水量及追肥量對(duì)草莓的產(chǎn)量或品質(zhì)都有比較明顯的影響，草莓是目前實(shí)際生產(chǎn)中利用水肥一體化設(shè)備最為普及的作物。上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院五厙農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)示范基地基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化系統(tǒng)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)田間環(huán)境(土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度等指標(biāo))，并可以根據(jù)作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律及環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)設(shè)定水肥灌溉閾值，到達(dá)相應(yīng)閾值時(shí)智能系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行水肥灌施。進(jìn)行農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化設(shè)施在草莓上的應(yīng)用效果研究，以進(jìn)一步探明上海地區(qū)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能水肥一體化條件下草莓生產(chǎn)灌水閾值及追肥量，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)條件下的草莓生產(chǎn)技術(shù)集成提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)為上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院五厙農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)示范基地設(shè)施大棚。智能水肥一體化系統(tǒng)由上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院和上海市農(nóng)業(yè)信息有限公司共同研制。

1.2 供試品種

草莓品種：章姬(種苗由建德市俊偉果蔬合作社提供)。

1.3 試驗(yàn)土壤

供試土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

Table 1 Physical and chemical properties of soil

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)水分處理：W1，常規(guī)澆水；W2，土壤含水量的70%。3個(gè)肥料處理：F1，不追肥；F2，頂花序果采收后追肥；F3，追肥4次(第1次追肥，頂花序顯蕾時(shí)；第2次追肥，頂花序果開(kāi)始膨大時(shí)；第3次追肥，頂花序果采收后期；第4次追肥，第一腋花序果開(kāi)始膨大時(shí))。基肥統(tǒng)一施用，施用量為農(nóng)用硫酸鉀100kg/667m2，過(guò)磷酸鈣40kg/667m2，碳酸氫銨100kg/667m2，復(fù)合肥40kg/667m2，有機(jī)肥3000kg/667m2，每次追肥4kg/667m2復(fù)合肥。采用完全隨機(jī)區(qū)組排列，2次重復(fù)。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

葉綠素相對(duì)含量：葉綠素快速測(cè)定儀測(cè)定相對(duì)含量。

草莓鮮果產(chǎn)量：根據(jù)草莓成熟情況，分批次采收后稱(chēng)重，各次采收量相加。草莓生產(chǎn)水分利用率：用草莓水分農(nóng)學(xué)利用效率來(lái)表示草莓的水分利用效率，即水分利用效率(IWUE)=產(chǎn)量(g)/灌溉用水量(L)。

植株體氮、磷、鉀含量的測(cè)定：全氮含量的測(cè)定采用H2O2-H2SO4消煮，凱氏定氮法測(cè)定；速效磷含量的測(cè)定用鉬銻抗比色法；速效鉀含量的測(cè)定采用火焰光度計(jì)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對(duì)草莓葉片葉綠素相對(duì)含量的影響

圖1為不同水肥處理?xiàng)l件下不同時(shí)期草莓葉片中葉綠素相對(duì)含量，從圖中可以看出，常規(guī)灌溉條件下，不同肥料處理的葉綠素相對(duì)含量的影響較大，在不同時(shí)期均是隨著后期的追肥次數(shù)也多，葉綠素相對(duì)含量越高。后期追肥是草莓本身保持了較強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)吸收尤其是氮素吸收能力，應(yīng)該對(duì)植物后期的光合作用和生長(zhǎng)能力有一定的促進(jìn)作用。同時(shí)從圖1可以看到在土壤水分控制在70%左右時(shí)，草莓葉片葉綠素相對(duì)含量并沒(méi)有表現(xiàn)較常規(guī)灌溉條件下有所降低，表明在草莓果實(shí)膨大期、成熟采收期降低約10%土壤含水量并沒(méi)有表現(xiàn)出葉片葉綠素的明顯退化。

圖1 不同水肥處理?xiàng)l件下草莓葉片葉綠素相對(duì)含量Fig.1 Relative chlorophyll content of strawberry leaves under different water and fertilizer treatments

2.2 不同水肥處理對(duì)草莓鮮果產(chǎn)量的影響

圖2 不同水肥處理?xiàng)l件下草莓鮮果產(chǎn)量Fig.2 Fresh fruit yield of strawberry under different water and fertilizer treatments

不同水肥處理?xiàng)l件下草莓鮮果產(chǎn)量如圖2所示，從圖中可以看到，隨著追肥次數(shù)的增加草莓的產(chǎn)量呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在常規(guī)灌溉條件下，追肥一次和4次追肥的差別不大，以追肥4次產(chǎn)量為最高。土壤相對(duì)含水量控制在70%時(shí)，同樣是4次追肥的產(chǎn)量最高。在草莓漿果膨脹期充分及時(shí)的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)明顯可以改善果實(shí)的發(fā)育，提高產(chǎn)量。而相對(duì)草莓種植過(guò)程中常規(guī)的水分管理來(lái)說(shuō)，土壤含水量控制在70%并沒(méi)有明顯降低草莓的產(chǎn)量，在地下水位較高的上海地區(qū)草莓種植過(guò)程中控制為70%土壤含水量是有必要進(jìn)一步深入研究的灌溉水平。

2.3 不同水肥處理對(duì)草莓生產(chǎn)水分利用率的影響

在土壤水分控制過(guò)程中，通過(guò)灌溉時(shí)間及水壓可以計(jì)算出具體灌水量，草莓產(chǎn)量和具體灌水量的比值可以反映在草莓生產(chǎn)過(guò)程中的水分利用情況，不同水肥處理?xiàng)l件下草莓的水分利用率如圖3，由于常規(guī)灌溉條件下的灌水量明顯大于土壤水分控制為最大持水量的70%，常規(guī)灌溉水分利用率(7kg/m3左右)明顯低于水分控制處理(9kg/m3左右)。而在果實(shí)膨大期的追肥較為明顯的提高了草莓產(chǎn)量，其水分利用率也有所提高。

圖3 不同水肥處理?xiàng)l件下水分利用率Fig.3 Water use efficiency under different water and fertilizer treatments

2.4 不同水肥處理對(duì)草莓地上部分植株體內(nèi)氮磷鉀含量的影響

圖4為不同水肥處理?xiàng)l件下草莓地上部分植株體內(nèi)氮磷鉀含量。從中可以看出，草莓對(duì)氮磷鉀的吸收情況與常見(jiàn)大田作物相同，表現(xiàn)為鉀的吸收量較大。對(duì)于不同水肥處理?xiàng)l件下，成熟期草莓的氮磷鉀吸收情況受到水分條件和追肥情況的影響。具體表現(xiàn)為，氮和鉀的吸收量隨追肥次數(shù)的提高逐步增加，磷的吸收沒(méi)有受到明顯的影響，這應(yīng)該是磷在土壤中的移動(dòng)性較差，追施的磷肥沒(méi)有及時(shí)的被草莓吸收，以及實(shí)驗(yàn)誤差造成的。而3種施肥條件下均表現(xiàn)為土壤水分控制為土壤最大持水量的70%時(shí)植株對(duì)鉀的吸收明顯低于常規(guī)灌溉，這種情況尚未有研究報(bào)道，有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。氮磷是吸收情況兩種灌溉水平差別不大，表面兩種土壤水分的差別還不足以草莓植株對(duì)氮磷的吸收水平造成明顯的影響。

圖4 不同水肥處理?xiàng)l件下草莓地上部分氮磷鉀含量Fig.4 Nitrogen, phosphorus and potassium contents of aerial parts of strawberry under different water and fertilizer treatments

2.5 不同水肥處理對(duì)草莓經(jīng)濟(jì)效益的影響

表2為不同水肥處理?xiàng)l件下草莓種植效益情況，其中年前、年后草莓統(tǒng)一以30元/kg，計(jì)算。從中可以看出70%土壤含水量時(shí)草莓的產(chǎn)量并沒(méi)有明顯降低，而在草莓漿果發(fā)育成熟時(shí)期的追肥可以提高草莓產(chǎn)量。所以，種植總收入也是隨追肥次數(shù)的增加而增加，而節(jié)水灌溉方式下總收入并沒(méi)有明顯降低，而由于降低了水分投入和用工成本種植收益明顯高于常規(guī)灌溉。另外，試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)行將土壤水分控制在70%左右可以提高草莓的單果重，而且實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，水分控制處理較常規(guī)灌溉草莓成熟時(shí)間提前，早期成熟的草莓單果重明顯較高，如果再考慮到年前市場(chǎng)草莓價(jià)格較高，水分控制處理對(duì)提高種植收益的作用更加明顯。

表2 不同水肥處理?xiàng)l件下草莓種植效益

Table 2 Strawberry cultivation benefits under different water and fertilizer treatments

注：?jiǎn)喂卦?g以上的12元/kg，單果重在9g以下的8元/kg。投入為肥料、水和人工的投入，控釋肥5元/kg，尿素4.5元/kg，磷酸二胺2.6元/kg，硫酸鉀6元/kg，水1.5元/m3人工費(fèi)用10元/h。

3 小結(jié)與討論

研究70%土壤含水量的水分控制下草莓葉片葉綠素含量沒(méi)有明顯的降低，結(jié)合前人曾研究證明水分脅迫會(huì)造成草莓葉片葉綠素的退化，表明水分精準(zhǔn)控制至70%土壤最大持水量沒(méi)有明顯造成草莓的水分脅迫。后期葉綠素相對(duì)含量沒(méi)有明顯降低，應(yīng)該是由于比較適合的水分供應(yīng)以及本試驗(yàn)草莓品種后期葉片厚度有所增加造成。70%土壤含水量時(shí)，草莓對(duì)氮磷的吸收不受影響，而對(duì)鉀的吸收略有下降。水分控制處理產(chǎn)量沒(méi)有明顯降低，水分投入明顯減少，大大提高了草莓種植的水分利用率。而且實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，水分控制處理較常規(guī)灌溉草莓成熟時(shí)間提前，基本可以早采一個(gè)批次。早期成熟的草莓單果重明顯較高，如果再考慮到年前草莓市場(chǎng)價(jià)格較高，水分控制處理對(duì)種植收益的提高將更加明顯。

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Application Effect of Water and Fertilizer Integration on Strawberry Based on Internet of Things

ZHAI Jing, ZHANG Shu-ling, ZHOU Peng

(DepartmentofPlantScienceandTechnology,ShanghaiAgricultureandForestryVocationalandTechnicalCollege,Shanghai201609,China)

The application effect of water and fertilizer integrated system based on Internet of Things technology in strawberry cultivation was studied under greenhouse condition. The results showed that the relative content of chlorophyll in strawberry leaves was not significantly affected by the control of 70% soil water content compared with the conventional irrigated soil. The increase of chlorophyll content in strawberry leaves increased the number of foliage treatments significantly. The water use efficiency of the strawberry was improved, and the strawberry planting efficiency was increased when the soil water content was 70%.

strawberry；water and fertilizer integration；yield；planting benefit

2016-11-21

翟 晶(1981-)，男，講師，主要從事農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及作物栽培研究。