王春玲，宋衛(wèi)堂，趙淑梅，曲明山

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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. 農業(yè)部設施農業(yè)工程重點實驗室，北京 100083；4. 北京市農業(yè)局土肥工作站，北京100029）

H型立體栽培架是目前在生產(chǎn)中應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，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)中推廣應用。

日光溫室；栽培；光照；H型栽培架；草莓；產(chǎn)量

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]。國內外對草莓立體栽培的模式進行了很多研究，如國內常用的傳統(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，同時也進行了相應地改進和調整[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)應用提供指導和建議。

1 H型栽培架

1.1 栽培架結構

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，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構，側面呈H型；栽培槽由卡子固定于栽培骨架各層上，其結構從外向內依次由黑白膜（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，其他結構相同，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

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 cm[20]。

2 試驗材料與設計

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

采用順序排列的試驗設計方法。根據(jù)試驗設計，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新復極差法檢測，采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理。

3 試驗結果與分析

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）377.4～566.0mol/(m2·s)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）94.3～188.7mol/(m2·s)的時長約為230 min，但3X的光照全天都在LCP以下。以上結果說明，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。

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

表2是3月12—13日2 d內T1和T2中的兩層栽培架上、下層的光照情況?？梢钥闯鯰1上、下兩層2 d內達到LSP和LCP的時長均大于T2上、下層。累積計算2 d的LSP，結果顯示：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）

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（≤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[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。

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

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.

表4 T2、T3處理三層栽培架上各層草莓的產(chǎn)量指標

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

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 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（≤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，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)中進行推廣應用。

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Effect of different combinations of H-type cultivation frames on light and strawberry growth and yield

Wang Chungling1,2, Song Weitang1,3※, Zhao Shumei1,3, Qu Mingshan4

(1.,,100083,; 2.,,843300,; 3.,,100083,; 4.,100029,)

In the process of facility horticulture cultivation, the model of three-dimensional cultivation has been paid more and more attention. “H” type cultivation frame is widely used in stereo-cultivation of strawberry at present. In practical applications, growers choose the different layers of cultivation for planting. The most common arrangement of planting frame is two or three layers, which way can reduce the costs with higher yields and benefits, we do not know now. Therefore, an experiment aimed to select a better combination of cultivation frame was performed in this study. In this experiment, three combinations of “H” type cultivating shelves were set up, namely, two-layer frames arranged adjacently (T1), two-layer frame and three-layer frame are alternately arranged (T2), three-layer frames are arranged adjacently(T3), to compare the light conditions, growth status and yield differences. The experiment was carried out in a solar greenhouse in Changping district of Beijing from August 2015 to April 2016. The length of the greenhouse is 100 m and the span is 8 m. Strawberry varieties is “Hong Yan”, planting date was August 29, 2015. Photosynthetic photon flux density (PPFD) of strawberry canopy and growth index were measured during the trial. Growth index include strawberry plant height and leaf chlorophyll relative content (SPAD), strawberry yield per plant, the number of fruits per plant, the average weight of fruit. Measured production time was three months. Results showed that under T1 treatment, the strawberries light conditions were the best of the upper and lower cultivars. During the experiment, the trend of light curves of the three cultivars in T2 and T3 were basically the same, but PPFD of the upper, middle and lower layers in T2 were higher than that in T3 corresponding position. During the experiment, the time length that light intensity at strawberry canopy reached light saturation point (LSP) of T2 upper layer was longer than that of T3 corresponding position; the time length of T2 middle layer reached the strawberry LSP was 240 min, and that of T3 middle layer was always below the LSP. In addition, the light intensity at strawberry canopy in the lower layer of T2 reached light compensation point was 230 min, and that of T3 lower layer was always below the light compensation point (LCP) all day. During the experiment, the time length that light intensity at strawberry canopy reached the LSP within two days of T1 and T2 were calculated, results showed that the time length reached LSP in T1 upper layer increased by 40% compared with that of T2. The time length of reaching at LSP in lower of T1 and T2 was 100 min and 0 min, respectively. The time length of reaching the LCP in the upper, lower layers of T1 increased by 9.3%, 21.4% compared with that of T2, respectively. Thus, the light environment of T1 was better than that of T2. Growth index of T1 strawberry was the best, yield per plant and the number of fruits per plant in T1 was higher than that of other treatments. Correlation indexes of strawberry yield were the worst in T3. During the test period, the yield per unit area of T1 was 50.8 kg, and the cost of T1 was the lowest in three treatments, yield per unit area of T1 was increased by 2.8%, 33.7% compared with that of T2 and T3, respectively. Therefore, strawberries of all two layers arrangement of “H” type cultivation frame got better lighting conditions, reduced costs and obtained better economic benefit. All two layers arrangement of “H” type cultivation frame (T1) was suitable for application in actual production.

greenhouse; cultivation; light; “H” cultivation frame; strawberry; yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032

S625.3; S628

A

1002-6819(2017)-02-0234-06

2016-07-11

2016-11-30

“十二五”農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)代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項（CARS-25-06B）

王春玲，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

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

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]. 農業(yè)工程學報，2017，33(2)：234－239. 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 yield[J]. 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