追日式草莓立體栽培架改善光溫環(huán)境提高草莓產(chǎn)量

王春玲，宋衛(wèi)堂，趙淑梅，曲明山

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，北京 100083；2. 塔里木大學水利與建筑工程學院，阿拉爾 843300；3. 農(nóng)業(yè)部設施農(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）

追日式草莓立體栽培架改善光溫環(huán)境提高草莓產(chǎn)量

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)大學水利與土木工程學院，北京 100083；2. 塔里木大學水利與建筑工程學院，阿拉爾 843300；3. 農(nóng)業(yè)部設施農(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）

為解決草莓多層立體栽培中同一栽培架上位層對下位層的遮光問題，將固定式A字型栽培架在添加轉動和控制部件后，使其以“追日”的方式運動，實現(xiàn)栽培架行向與太陽光照射方向平行，最大限度地利用直射光。試驗測試并比較了3層追日式與固定式栽培架上草莓冠層光環(huán)境、根際以及冠層溫度環(huán)境、草莓產(chǎn)量。結果表明：冬季3個月內（2015年11月8日立冬至2016年2月4日立春），追日式栽培架上、中、下層與固定式相應位置光合有效光量子流密度（photosynthetic photon flux density，PPFD）日累積量平均值相比，東側分別高28.0%、79.3%、38.6%，西側分別高30.1%、41.0%、18.2%。追日式栽培架西側上、中、下層根際達到根系最適生長溫度15 ～20 ℃的時間分別比固定式相應位置長60、40、120 min；相應地，前者冠層溫度2016年1月19日晴天低于5 ℃的時間分別比后者短130、170、230 min。追日式栽培架東側和西側上、中、下草莓單株產(chǎn)量分別高于固定式栽培架相應位置，在試驗時間內追日式栽培架的總產(chǎn)量比固定式栽培架高214.8 kg/667 m2。因此，追日式栽培系統(tǒng)可有效地改善冠層光溫環(huán)境，提高作物產(chǎn)量和效益。

溫室；太陽輻射；光；溫；草莓；立體栽培；追日式；產(chǎn)量

0 引 言

立體栽培是通過栽培架或栽培管道、吊掛等形式按垂直梯度的分層栽培，以充分利用溫室空間和太陽能。立體栽培比較適用于種植低矮作物，如生菜、草莓等[1]。而草莓的立體栽培近兩年被種植者廣泛使用。研究表明，立體栽培與常規(guī)地面栽培相比，栽培密度可提高25%以上[2]，土地利用率提高3～5倍，單位面積產(chǎn)量提高2～3倍[3]。此外，立體無土栽培模式可以避免地面土壤栽培帶來的一些不利影響，如連作障礙、土傳病害導致的產(chǎn)量下降等。立體栽培還便于溫度、濕度、水肥等的精準統(tǒng)一化管理，產(chǎn)品不受泥土等污染，清潔衛(wèi)生，觀賞性好，因此經(jīng)濟效益可觀[4-5]。

關于草莓立體栽培的研究在國外已有很多報道，栽培模式多種多樣[6-10]。而中國的草莓立體栽培種類也很多，如吊柱式、高低架式、A字形或X形架式、后墻式栽培[11]等，與草莓立體栽培相關的研究也很多[12-15]。但現(xiàn)有立體栽培多為固定式的栽培架或栽培槽模式，此種方式存在的主要問題是同一栽培架上位層對下位層產(chǎn)生遮光，會導致不同層的草莓光照環(huán)境不一致，影響其產(chǎn)量及品質[16]。此外，草莓在不同的發(fā)育階段對溫度的要求較為嚴格[17]，其生物學零度為5 ℃，根系最適生長溫度為15 ～20 ℃，光合作用最適溫度為15～25 ℃[18]。有研究表明，立體栽培中不同形式栽培架如支架型、A字形等的根際平均溫度為10～15 ℃，略低于草莓根系生長最適溫度[19]，還有研究表明，在垂直塔架的底部草莓冠層受到的光密度僅為頂層的10%，塔架中下層光照、溫度條件差導致了植物生長延遲[20]。

為了改善草莓多層立體栽培的光溫環(huán)境，本文將常用的A字形栽培架由固定模式設計成以“追日”為運動特點且可以繞中心轉動的運動模式，以期使栽培架各層都能夠接受盡量多且均勻的太陽光，使草莓均能正常生長，從而獲得較高產(chǎn)量和較好品質。

1 追日式草莓多層立體栽培系統(tǒng)

1.1 栽培系統(tǒng)的組成

1.1.1 栽培架

追日式草莓多層立體栽培系統(tǒng)如圖1：栽培架底部4腳中的3個采用萬向輪，另一個安裝帶滾輪的智能遙控開門機，中間采用壓力軸承進行支撐，以便整個系統(tǒng)可以繞其中心進行轉動。

圖1 追日式多層草莓立體栽培系統(tǒng)示意圖Fig.1 Sketch map of sun-tracking three-dimensional multi-layer strawberry cultivation system

栽培架骨架為等邊三角形，邊長1.4 m，由方鋼焊接而成。與萬向地輪總高度合計為1.5 m，栽培架兩側各布3組栽培管道，同側相鄰兩栽培管道之間的間距0.6 m。栽培架行向長6 m。栽培管道直徑16 cm，內填充基質，基質上鋪設滴灌帶，栽培架中部設置進水管、營養(yǎng)液回收管與滴管帶組成整個系統(tǒng)的灌溉部件。

1.1.2 動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)由CANUOL智能遙控開門機和2線多功能智慧型控制器（歐碼克智能科技有限公司）組成，通過時控開關的時間設置來調節(jié)整個系統(tǒng)的運行。

開門機由限位組件、離合器鎖孔、鎖鉤、滾輪等組成，通過控制器來實現(xiàn)運動和停止。

控制器具有軟啟、軟停、慢速的功能?？刂破靼惭b在溫室北墻，由變壓器將交流電壓220 V轉換成直流電壓24 V供控制器使用，通過設定的程序來控制開門機的運行，最終驅動栽培架運動。

時控開關，可以控制栽培架運行的總時間、運行時間間隔、每次運行時間、運行次數(shù)以及栽培架歸位時運行的時間長度。

1.2 栽培系統(tǒng)的運行

1.2.1 栽培系統(tǒng)的運轉參數(shù)

本栽培系統(tǒng)的運轉模式是根據(jù)太陽方位角的變化來確定的，隨著太陽方位角的變化而轉動。表1是北京地區(qū)冬季典型節(jié)氣溫室內主要采光時段（9:00～16:00）太陽方位角的變化，其中：太陽方位角以正南方向為零，逆時針由南向東向北為負，由南向西向北為正[21-23]。

由表1可知，冬至日（12月22日）的太陽方位角變化最小，自立冬至立春，太陽方位角呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢。因此，栽培系統(tǒng)的轉動模式隨著時間的變化要靈活地調整，根據(jù)表1初步設定追日式栽培系統(tǒng)在冬季各個月份隨著太陽方位角的變化而轉動的運行模式如表2。

表1 北京地區(qū)冬季典型節(jié)氣主要采光時段太陽方位角變化Table 1 Changes of solar azimuth during lighting period at typical solar terms in winter in Beijing

表2 北京地區(qū)冬季典型節(jié)氣主要采光時段栽培架運行模式Table 2 Running mode of cultivation in main lighted period at typical solar term in winter in Beijing

1.2.2 栽培系統(tǒng)運轉方式

根據(jù)表2并結合管理的要求，本立體栽培系統(tǒng)將調控的目標時間設定為11月1日～翌年3月17日的每天9:00－16:20，每天轉9次，每次轉動時間間隔為55 min；其中：11月、翌年2、3月轉4 s/次，12月、翌年1月轉3.6 s/次；當栽培架16:20轉完最后一次時，在16:30栽培架回歸轉動起始位置。栽培系統(tǒng)轉動過程中隨時關注運行狀態(tài)，根據(jù)實際需要及時調整。

2 材料與方法

2.1 試驗條件

本試驗于2015年11月至2016年3月在北京市昌平區(qū)興壽鎮(zhèn)的一個日光溫室內進行。溫室長74 m，跨度8 m，脊高3.5 m；墻體為磚墻，東、西山墻厚度0.61 m，北墻厚度0.8 m；屋面覆蓋材料為聚烯烴（Polyolefin，PO）膜，透光率為73.8%；保溫被由防水材料、棉氈、黑色無紡布等復合材料組成，厚度約為2.1 cm，作為夜間的保溫覆蓋物。保溫被的收、放根據(jù)白天光照時間長短進行調整，通常在每天8:00收起，16:30放下，溫室內的光照時數(shù)為8.5 h左右。

栽培管道選用長6 m、直徑160 mm的聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）管。管道上部開寬90 mm的槽口，基質體積為栽培管道容積的2/3，采用水肥一體化滴灌，肥料為“圣誕樹”草莓專用肥。草莓定植時間為2015年9月8日，品種為“紅顏”，株距約20 cm，每個栽培管道上種植27株草莓。

2.2 試驗方法

試驗所用栽培架安裝在同一個溫室內，距離東、西山墻較遠，周圍無遮擋物，栽培架所處的環(huán)境基本一致，同時為便于管理，將追日式栽培架和固定式栽培架分開放置。試驗采用2組立體栽培架進行試驗，每組5個，一組追日式多層立體栽培架為試驗組，另一組固定式立體栽培架為對照組，其中每組栽培架最外側2個作為保護行，中間3個作為試驗區(qū)。兩組栽培架在溫室中的位置如圖2a所示，每個栽培架之間的間距為0.8 m，栽培架距溫室后墻1.3 m，距溫室南端0.7 m，兩組栽培架的間距是6.8 m，對照組距溫室東山墻6.2 m。經(jīng)過計算，東山墻在試驗期間的8:00～10:00在地面東西方向上的陰影長度為5.66～2.34 m之間，對照組保護行位于山墻最大陰影之外，并未受到東山墻的影響。不存在遮擋對照組光線的問題。經(jīng)現(xiàn)場測試，對照組接受太陽光照射的情況，與試驗組沒有差異，東側門在試驗之前就進行了封閉，并做了相應保溫措施；并且在冬季生產(chǎn)過程中，東門不開，對溫室內的溫度基本不會產(chǎn)生影響。

圖2 溫室內栽培架及光照、溫度測點布置圖Fig.2 Arrangement of cultivation frames , light and temperature measuring points in greenhouse

2.2.1 測試位點布置

傳感器分別布置于試驗組和對照組中間的栽培架上，其中光照傳感器置于每個栽培管道中部草莓的冠層（距離基質上約15 cm），溫度傳感器置于栽培管道南、北部草莓的冠層（基質上約15 cm）和根際（基質表面下約12 cm），南、北兩測點將栽培管道三等分。分別測量草莓冠層的光照、冠層和根際基質的溫度。

將追日式栽培架編為T，固定式栽培架為F，統(tǒng)一將東側測點編號為E，西側為W，栽培管道南部為S，北部為N，上、中、下層分別編號為1、2、3，根際為R，冠層為C。具體標記如圖2b和表3，其中表3以固定式栽培架為例，追日式將F換成T即可。

表3 固定式栽培架光照和溫度測點的標記Table 3 Tag of light and temperature measuring point of fixed cultivation frame

2.2.2 光溫數(shù)據(jù)采集

光照測量使用S-LIA-M003光照傳感器和H21-002數(shù)據(jù)采集器（Onest公司，美國）可測定400～700 nm波段的光合有效光量子流密度（PPFD），其測定范圍為0～2 500 μmol/(m2·s)，精密度為±5 μmol/(m2·s)；溫度測量使用T型熱電偶，可以測量的溫度范圍是?200 ～350 ℃，精度為±0.5 ℃，數(shù)據(jù)采集器為Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集器。本試驗將數(shù)據(jù)采集時間間隔設定為10 min，測試時間：2015年11月－2016年3月，共5個月。其中PPFD累積量的計算公式為

式中Q表示PPFD累積量，mol/m2；P為每10 min采集的PPFD平均值，μmol/(m2·s)；i=1,2,…,n；t為采集時間，s。

2.2.3 草莓產(chǎn)量測定

栽培架東、西兩側以及同側各層所處的環(huán)境均不同，每個栽培管道作為一個處理，因此兩種栽培架共12個處理，重復3次，各處理編碼如表3所示。草莓定植一個月后，在試驗組和對照組中間3個栽培架的東、西兩側每個栽培管道上選擇24株植株健壯、長勢一致的草莓進行標記。待果實成熟后進行草莓平均單株產(chǎn)量的測量，測產(chǎn)時間段為2016年1月13日－2016年3月17日。

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS20.0及Excel 2007及對數(shù)據(jù)進行分析與作圖。

3 結果與分析

3.1 2種栽培架東、西側不同層的光照分布日變化

3.1.1 固定式栽培架東、西兩側的光照分布日變化

選擇典型晴朗天氣，對固定式栽培架東、西兩側各層的光環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析。由圖3可知，在12月18日（近冬至日），最大PPFD值為741.8 μmol/(m2·s)，出現(xiàn)在12:32。與中、下兩層比F-E1與F-W1除受部分溫室骨架遮擋外，全天光照環(huán)境最佳，但是中層和下層的PPFD明顯低于上層。從圖中可以看出，F(xiàn)-E2在13:30-15:00有遮光現(xiàn)象，F(xiàn)-W2、F-W3在9:30-12:30有遮光現(xiàn)象，且西側上午的遮光程度較東側下午嚴重。由于栽培架是固定的，上午照射在栽培架東側的陽光較為充分，下午時西側的光照情況好于東側；此外由于太陽高度角較小，光照較弱，上午時刻栽培架西側的光照比下午時刻東側的更差。

圖3 晴天固定式及追日式栽培架各測點光合有效光量子流密度(PPFD)日變化（2015-12-18）Fig.3 Diurnal changes of photosynthetic photon flux density (PPFD)on measuring points of fixed and sun-tracking cultivation systems in sunny day (2015-12-18)

3.1.2 追日式栽培架東、西兩側的光照分布日變化

下面對同一天中追日式栽培架的光照環(huán)境進行分析，以明確兩種栽培架的光環(huán)境是否存在差異。

當栽培架進行追日式轉動時，其光照環(huán)境完全不同于固定式栽培架。由圖3可知，追日式栽培架最大PPFD值為755.6 μmol/(m2·s)，出現(xiàn)在11:47，比固定式栽培架光照最強時間提前45 min。追日式栽培架上午時段T-W2、T-W3與下午時段T-E2、T-E3光照，較固定式栽培架有明顯地改善。

因此，追日式栽培架改變了固定式栽培架明顯遮光的情況，提高了中下層的光照度，且使光照分布更加均勻。

3.2 一段時間內2種栽培架各層光照環(huán)境特性的比較

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，追日式栽培架一定程度上改善了固定式栽培架不同層之間的遮光問題。為進一步明確追日式栽培架的優(yōu)勢，下面分別對固定式與追日式栽培架的東、西側各層進行對應比較。表4是2015年11月8日（立冬）至2016年2月4日（立春）2種栽培架的光照情況對比，其中Q值計算時間段為每天8:00～17:00。

從表4可以看出，追日式栽培架的東、西兩側各層在冬季3個月內的PPFD累積量（Q）均高于固定式栽培架相應位置上的值，同時有兩栽培架的東側光照情況好于西側。其中，T-E1、T-E2、T-E3的Q分別比F-E1、F-E2、F-E3增加28.0%、79.3%、38.6%，T-W1、T-W2、T-W3上的Q分別比F-W1、F-W2、F-W3增加30.1%、41.0%、18.2%，一段時間內追日式栽培架東、西兩側上層的PPFD累積量增加幅度相近，中、下層增加量東側幾乎為西側的2倍。此結果表明，追日式栽培架在截獲陽光的能力上優(yōu)于固定式栽培架，也表明追日式栽培架的東側改善光照條件的優(yōu)勢比西側明顯。

表4 2種栽培架東、西側的光照情況對比Table 4 Light conditions of two kinds of cultivation frame at east and west(2015-11-08－2016-02-04)

3.3 3種栽培架東側不同層的溫度分布日變化

在2015年11月8日至2016年2月4日期間內，選擇部分時間，對兩種栽培架東側各層草莓的冠層和根際基質溫度數(shù)據(jù)進行分析。圖4為12月18日（近冬至日），典型晴朗天氣的溫度變化情況。

圖4 晴天追日式和固定式栽培架東側各測點溫度日變化（2015-12-18）Fig.4 Diurnal changes of temperature on east measuring points of the sun-tracking and fixed cultivation system on sunny day (2015-12-18)

由圖4a、b、c可知，追日式和固定式栽培架東側南部上、中、下層草莓的冠層和根際基質溫度變化趨勢基本一致。其中，約在00:00-9:00、15:00-24:00時段TE1-CS、TE2-CS、TE3-CS溫度略高于FE1-CS、FE2-CS、FE3-CS，而09:00-15:00時段內大部分時間是固定式栽培架草莓冠層溫度高于追日式栽培架，最高溫度是FE2-CS為30.0 ℃，但此溫度已超過草莓生長的最適溫度范圍；固定式栽培架各層草莓根際基質溫度的最小值均低于追日式栽培架各層，在08:40時根際基質溫度達到最低，F(xiàn)E2-RS為8.4 ℃，TE2-RS為9.4 ℃，相差1 ℃。

由圖4d可知，追日式和固定式栽培架東側北部草莓的冠層和根際溫度變化趨勢與南部基本一致，所以只對栽培架東側北部第二層進行分析。在9:10時FE2-RN和TE2-RN的最低溫度分別是8.5和9.2 ℃，相差0.7 ℃。

3.4 2種栽培架西側不同層的溫度分布

3.4.1 2種栽培架西側北部的溫度變化

固定式和追日式栽培架西側北部各層草莓的冠層和根際基質溫度變化如表5。表中數(shù)據(jù)是對2016年1月19日（近大寒日）00:00－24:00時段相應的溫度指標進行計算得到。由表可知，固定式和追日式栽培架西側北部3層的草莓冠層平均溫度與根際基質溫度無顯著差異，同時追日式栽培架的冠層下層溫度和根際上層及下層溫度都高于固定式栽培架相應位置的溫度。追日式栽培架上、中、下層冠層溫度低于5 ℃的時間比固定式栽培架相應位置短130、170、230 min。

表5 2種栽培架西側北部的溫度變化Table 5 Temperature of the west of two cultivations on north

有研究表明：根際溫度會明顯影響植物對礦質元素的吸收、激素的含量和保護性酶的活性等[24]，適當提高根際溫度可以促進草莓的生長[25-28]。表中可以看出固定式栽培架上、中層的溫度均優(yōu)于下層，而追日式栽培架上層溫度優(yōu)于中、下層。以下層為例，F(xiàn)W3-RN的最高溫度14.4 ℃，全天都低于草莓根系生長最適溫度，而TW3-RN的最高溫度為15.5 ℃，顯著高于FW3-RN，全天不低于15 ℃的時間為120 min。FW3-CN的最低溫度為3.8 ℃，并且低于5 ℃的時長為230 min，嚴重影響了草莓的生長；TW3-CN的最低溫度為5.1 ℃，顯著高于FW3-CN，能夠維持草莓的正常生長。此外，除上層外，固定式栽培架草莓冠層溫度極差均顯著高于追日式；FW1-RN溫度極差顯著大于TW1-RN，中、下層差異不顯著，綜合可以說明追日式栽培架的溫度變化較固定式的平緩。同時追日式栽培架3層的草莓根際基質溫度在適于草莓生長的15～20℃范圍內的時間長度均比固定式栽培架的長60、40、120 min，表明追日式栽培架明顯地改善了草莓根際溫度環(huán)境。

3.4.2 兩種栽培架西側南部的溫度變化

由表6可以看出，栽培架南部的平均溫度稍高于北部，但各個指標的變化趨勢與北部基本相似，即：追日式栽培架上草莓冠層和根際溫度環(huán)境均好于固定式栽培架相應位置。但是兩種栽培架各層草莓冠層低于5 ℃的時間均長于北部，主要原因是栽培架南部靠近溫室南端的棚膜，散熱量大于栽培架北部。此外，從栽培架南部的溫度極差較大也能反應出這一現(xiàn)象。

表6 2種栽培架西側南部的溫度變化Table 6 Temperature of west of two cultivations on south

3.5 2種栽培架上草莓產(chǎn)量及效益

3.5.1 草莓的平均單株產(chǎn)量

2015年11月的霧霾天影響了草莓的生長。霧霾會使陽光透過率降低，溫室內氣溫較低，濕度大，草莓易感病[29]。因為生長受阻、授粉不良、果實畸型等原因，第一穗花并沒有保留。因此，第一次采果時間較往年推遲20～30 d。定植后125 d第一次采收，各處理草莓平均單株產(chǎn)量如表7。

表7 固定式與追日式栽培架草莓的產(chǎn)量對比（2016-01-13－2016-03-17）Table 7 Comparison of strawberry yield by using fixed and sun-tracking cultivation frame (2016-01-13－2016-03-17)

從表7可以看出，追日式栽培架東、西側的上、中、下各層平均單株產(chǎn)量均高于固定式栽培架對應位置。其中平均單株產(chǎn)量最高的是T-E2為151.8 g，其次是T-E1為136.3 g，平均單株產(chǎn)量最低的是F-W3為71.0 g；除F-W1平均單株產(chǎn)量大于F-E1外，追日式和固定式栽培架東側各層草莓平均單株產(chǎn)量均大于西側對應層，這與2種栽培架東側的光照環(huán)境優(yōu)于西側有關，有研究表明：溫室內光照效果較好時，可以提高草莓的產(chǎn)量和品質[30-31]；T-E1對應F-E1的增產(chǎn)率最高為72.1%，T-W1的增產(chǎn)率最低為20.3%，可見追日式栽培架的增產(chǎn)效果非常好。

3.5.2 效益評價

追日式栽培架在提高草莓單株產(chǎn)量的同時成本也有所增加，相對于固定式栽培架，其成本包括開門機和配套的控制部件，耗電和安裝維護等。以試驗溫室為例（74 m長、8 m寬），在試驗期間內（2015年9月8日～2016年3月17日）計算整個溫室內分別合理布滿固定式和追日式栽培架所能產(chǎn)出的草莓產(chǎn)量，減去增加的成本，分析出追日式栽培架是否有效益的增加，在實際生產(chǎn)中是否有應用的價值。

經(jīng)計算，每667 m2（83.4 m長、8 m寬）的溫室內可布置固定式栽培架35個，追日式栽培架33個，追日式栽培架整體增加的總成本為4 241.5元/667 m2，在試驗草莓測產(chǎn)期間2種栽培架草莓的總產(chǎn)量及效益如表8。

表8 2種栽培架一段時間的草莓總產(chǎn)量及效益（2016-01-13－2016-03-17）Table 8 Strawberry yield and benefit by using fixed and sun-tracking cultivation frames in a certain period of time (2016-01-13－2016-03-17)

由表8可以看出，追日式栽培架在一段時間（2016年1月13日至2016年3月17日）內與固定式栽培架相比，其產(chǎn)量增加214.8 kg/667 m2、效益增加6 498.5～12 942.5元/667 m2，因草莓單價較高的時期集中在1－3月，故1－3月的收益占收益的絕大部分，收益增加幅度較大，在生產(chǎn)中可以將其作為新的草莓立體栽培模式。

4 結 論

本文通過對一種追日式草莓多層立體栽培架的光環(huán)境特性分析，以及草莓產(chǎn)量計算，得到如下結論：

1）追日式栽培架的光照環(huán)境優(yōu)于固定式栽培架，“追日”的運動方式很好地改善了栽培架西側上午、東側下午遮光較為嚴重的現(xiàn)象。冬季3個月內，追日式栽培架東側上、中、下層草莓冠層的PPFD累積量分別比固定式東側上、中、下層高28.0%、79.3%、38.6%，西側分別高30.1%、41.0%、18.2%。

2）追日式立體栽培架三層草莓冠層的溫度環(huán)境均好于固定式立體栽培架，在溫度較高的天氣，固定式栽培架東側中層草莓冠層的最高溫度達到30.0 ℃，超過了草莓冠層葉片光合作用的最適溫度范圍。追日式立體栽培架東、西兩側各個部位草莓的根際平均溫度均高于固定式栽培架，在1月19日，追日式栽培架西側上、中、下層根際達到根系最適生長溫度15～20 ℃的時間分別比固定式相應位置長60、40、120 min；相應地，前者冠層溫度低于5 ℃的時間分別比后者短130、170、230 min。

3）追日式立體栽培架上各層的草莓單株產(chǎn)量分別高于固定式栽培架相應位置。在試驗期間，追日式栽培架較固定式栽培架可多產(chǎn)出草莓214.8 kg/667 m2。

因此，追日式草莓多層立體栽培系統(tǒng)可以改善整個栽培架的光溫環(huán)境，有助于提高草莓的產(chǎn)量和效益，是一種可行并值得推廣應用的溫室草莓栽培新系統(tǒng)。

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Sun-tracking multi-layer stereo-cultivation system improving light and temperature environment and increasing yield for strawberry

Wang Chungling1,2, Song Weitang1,3※, Zhao Shumei1,3, Qu Mingshan4
(1. College of Water Resources and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. College of Water Resources and Architectural Engineering, Tarim University, Alar 843300, China; 3. Key Laboratory of Agricultural Engineering in Structure and Environment, Ministry of Agriculture, Beijing 100083, China; 4. Beijing Soil and Fertilizer Working Station, Beijing 100029, China)

In order to efficiently solve the shading problem between the upper layer and lower layer in the same cultivation system and between adjacent cultivation systems in multi-layer stereo-cultivation of strawberry, and to improve the fixed A-shaped frame system, a novel sun-tracking cultivation system was developed, which could keep the line of cultivation frame parallel to sunray to make the best use of direct light. In this study, some instruments, including the CANUOL intelligent remote control door opener, supporting multi-function controller, and the time control switch, were installed on the fixed A-shaped frame. So the fixed frame could rotate about its central axis according to a preset procedure, and the door opener revolved through the multi-function controller operation, thus boosting the cultivation frame motion. Time controller may set the start time of cultivation shelf running, running times, running time interval and the time length of operation as cultivation shelf homing according to the different needs of different seasons. The operating parameters of the cultivation frame were determined according to the changes of solar elevation and azimuth of the sun in winter in Beijing, based on the characteristics of the light environment of Beijing. This test set the running time of the sun-tracking frame to be 9: 00-16: 00 every day from November 2015 to March 2016, rotating once every 55 min, and turning 9 times every day. In November and next February and March, the total daily movement angle was 103.5°, each rotation angle was 11.5°, and each exercise took 4 s; the total daily movement angle was 96°, each rotation angle was 10.5°, and each exercise took 3.6 s in December and January next year. Parameters could be adjusted according to the actual situation in the process of actual production and application. In this study, the strawberry planting time was September 8th, 2015, and the harvest time was from January 13thto March 17th, 2016. Experimental design was that 5 sun-tracking frames were set as the test group, and 5 fixed frames were as a control group; then the difference between the 2 light environments was compared, and the temperature of canopy and root, the yield and the profit of strawberry were used to validate whether the sun-tracking frames could improve light environment and increase the production. Results showed that integrated photosynthetic photon flux density (PPFD) of sun-tracking system was higher than that of fixed system on both middle and lower layers. Within 3 months of winter, compared with fixed system, integrated PPFD on upper, middle and lower layer of sun-tracking system increased by 28.0%, 79.3% and 38.6% respectively in the east side and 30.1%, 41.0% and 18.2% respectively in the west side. So, the sun-tracking frame could change the light-shielding. The strawberry canopy and rhizosphere temperature of the sun-tracking cultivation were better than the fixed stereo cultivation frame, and the minimum value of the cultivated strawberry rhizosphere temperature of fixed frame at each layer was lower than the sun-tracking cultivation frame. Meeting the most suitable rhizosphere temperature of 15-20 ℃ for upper, middle and lower layer of west side, the time of the sun-tracking cultivation frame was 60, 40 and 120 min longer than the corresponding position of the fixed cultivation frame, respectively. Accordingly, the time of the former canopy temperature below 5 ℃ was 130, 170, 230 min shorter than the latter, respectively. The strawberry yield per plant on sun-tracking frame was higher than the corresponding position on fixed frame. During the trial, compared with the fixed system, the strawberry output of the sun-tracking system was increased by 214.8 kg/667 m2. Benefits were increased by 6 498.5-12 942.5 yuan. So, the sun-tracking system can improve the light and temperature environment condition, which promotes the output of strawberry and benefit. Therefore, it is valuable cultivation technology and should be widely applied.

greenhouse; solar radiation; light; temperature; strawberry; stereo-cultivation; sun-tracking; yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.024

S625.3; S627

A

1002-6819(2017)-11-0187-08

王春玲，宋衛(wèi)堂，趙淑梅，曲明山. 追日式草莓立體栽培架改善光溫環(huán)境提高草莓產(chǎn)量[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(11)：187－194.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.024 http://www.tcsae.org

Wang Chungling, Song Weitang, Zhao Shumei, Qu Mingshan. Sun-tracking multi-layer stereo-cultivation system improving light and temperature environment and increasing yield for strawberry[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(11): 187－194. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.024 http://www.tcsae.org

2016-03-16

2017-03-06

“十二五”農(nóng)村領域國家科技計劃課題——植物工廠立體多層栽培系統(tǒng)及其關鍵技術與裝備研究（2013AA103002）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項（CARS-25-06B）

王春玲，女，河北承德人，主要從事草莓立體栽培技術方面研究。阿拉爾 塔里木大學水利與建筑工程學院，843300。

Email：chunlingw130@163.com

※通信作者：宋衛(wèi)堂，男，博士，教授，主要從事設施園藝栽培技術與設備研究。北京 中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，100083。Email：songchali@cau.edu.cn中國農(nóng)業(yè)工程學會會員：宋衛(wèi)堂（E040100004M）