岳煥芳，周孝秋，安順偉，胡瀟怡，劉 杰，孟范玉，徐厚成

(1 北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029；2北京市弘科農(nóng)場(chǎng)，北京 102446)

我國(guó)是水資源緊缺的國(guó)家，根據(jù)水資源公報(bào)，2017年，北京市水資源總量為29.77 億m3，按照年末常住人口2 170.7 萬(wàn)人計(jì)算，北京市人均水資源占有量為137 m3，遠(yuǎn)低于世界人均占有量，農(nóng)業(yè)用水量占總用水的13%，傳統(tǒng)的灌溉方式，水肥利用率僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的一半左右[1]，水資源浪費(fèi)是我國(guó)的一個(gè)重要問(wèn)題[2]，我國(guó)化肥用量占世界總消耗量的35%[3]，利用率僅由30%左右[4]，自動(dòng)化、智能化、精準(zhǔn)水肥一體化管理可以有效提高水肥利用率，是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[5]，而精準(zhǔn)的灌溉施肥設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉施肥的核心關(guān)鍵裝置，目前，我國(guó)智能施肥機(jī)種類繁多，但是質(zhì)量參差不齊[6]，水肥管理多采用手動(dòng)控制或者定時(shí)控制，造成灌水不均勻，不及時(shí)，不能滿足作物正常生長(zhǎng)需求，影響果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)[7]，以色列、荷蘭等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家[8,9]，早已實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)智能灌溉，但是，國(guó)外的設(shè)備直接引進(jìn)，存在技術(shù)門(mén)檻高，操作難掌握等問(wèn)題[10]，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備落地，造成智能灌溉施肥機(jī)技術(shù)推廣難度大，使用者認(rèn)可度低，針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，自主研發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的輕簡(jiǎn)式灌溉施肥設(shè)備具有重要意義[11]。由于番茄口感酸甜，營(yíng)養(yǎng)元素豐富，受到消費(fèi)者青睞[12]，作為我國(guó)主要的設(shè)施蔬菜之一，2012年栽培面積已經(jīng)達(dá)到45.33 萬(wàn)hm2[13]，目前我國(guó)番茄水肥管理多采用傳統(tǒng)的管理模式，研究番茄適用的輕簡(jiǎn)式智能灌溉施肥機(jī)，為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)代番茄生產(chǎn)，提供技術(shù)支撐[14]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年3-7月在房山區(qū)弘科農(nóng)場(chǎng)日光溫室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)地處北緯N39°37′33.53″， 東經(jīng)E115°57′49.64″，土壤質(zhì)地屬于黏壤土，有機(jī)質(zhì)為23.8 g/kg，全氮為6.56 g/kg，速效鉀為150 mg/kg，有效磷為102 mg/kg，pH為7.54。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)作物為番茄，試驗(yàn)品種為“財(cái)富天下F1”，栽培密度為4.5 萬(wàn)株/hm2，定植時(shí)間為3月5日。試驗(yàn)區(qū)灌溉施肥由智能灌溉施肥機(jī)控制，施肥機(jī)由北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站集成研發(fā)，委托北京市紫藤連線設(shè)備公司生產(chǎn)[15]，嵌入由北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站自主研發(fā)的基于光輻射智能灌溉決策系統(tǒng)[16]，以農(nóng)戶常規(guī)水肥管理作為對(duì)照，對(duì)照區(qū)采用文丘里施肥器，人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行水肥管理。底肥用量一致，共施用商品有機(jī)肥(N+P2O5+K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%)45 t/hm2，商品菌肥(有機(jī)質(zhì)≥40%，有效活菌數(shù)≥0.2億/g)15 t/hm2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

測(cè)定項(xiàng)目包括植株生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量、品質(zhì)等。每個(gè)小區(qū)選取5株測(cè)定不同生育時(shí)期的株高、莖粗(生長(zhǎng)點(diǎn)向下第4片展開(kāi)葉的基部莖粗)、葉片數(shù)；利用智墑分別測(cè)定土壤含水量變化；每次收獲按小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)；每次收獲時(shí)選取10個(gè)番茄，計(jì)算平均單果重；測(cè)定成熟番茄Vc、可溶性糖、可滴定酸等品質(zhì)指標(biāo)；統(tǒng)計(jì)用水，用肥量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥管理模式對(duì)土壤水分含量的影響

圖1為施肥機(jī)管理的土壤含水量變化趨勢(shì)圖，圖2為人工常規(guī)管理土壤含水量變化趨勢(shì)圖，從圖中可以看出，施肥機(jī)管理的番茄土壤含水量整個(gè)生育期呈現(xiàn)的趨勢(shì)為苗期變動(dòng)較為平緩，0～60 cm土層的土壤含水量保持在30%～40%之間，開(kāi)花期則控制灌溉，土壤含水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，土壤含水量波動(dòng)范圍為25%～35%。進(jìn)入結(jié)果期后增加灌溉頻率，土壤含水量變化范圍為35%～40%。人工常規(guī)水肥管理模式為灌溉頻率低，單次灌溉量大，整個(gè)生育期土壤含水量變化范圍為20%～40%，變化幅度比較大，會(huì)造成每次灌溉前，根系附近土壤缺水嚴(yán)重，或者根本不缺水的情況下補(bǔ)充水分，不合理灌溉制度，會(huì)導(dǎo)致水分的浪費(fèi)或者虧缺，影響作物的正常生長(zhǎng)。

圖1 施肥機(jī)管理番茄土壤含水量變化Fig.1 Soil moisture content of tomato under the management of fertigation control machine

圖2 人工常規(guī)管理番茄土壤含水量變化Fig.2 Soil moisture content of tomato under the management of manual

2.2 不同水肥管理模式對(duì)番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

圖3為施肥機(jī)和常規(guī)管理的番茄生長(zhǎng)指標(biāo)，從圖3中可以看出，隨著生育期的推進(jìn)，株高逐漸增加，至定植91 d時(shí)，施肥機(jī)管理的番茄株高為124.4 cm，常規(guī)管理為125 cm。莖粗呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，定植后28 d，莖粗達(dá)到最大值，施肥機(jī)管理番茄莖粗為9.6 mm，常規(guī)管理番茄莖粗為9.7 mm。定植91 d后番茄葉片數(shù)為22.2片，施肥機(jī)和人工常規(guī)管理番茄生長(zhǎng)指標(biāo)差異不顯著。

圖3 不同處理對(duì)番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Fig. 3 Effects of different treatments on growth index of tomato plants

2.3 不同水肥管理模式對(duì)番茄品質(zhì)的影響

表1為施肥機(jī)和人工常規(guī)管理下番茄的品質(zhì)，從表中可以看出，施肥機(jī)管理的番茄可溶性糖含量為4.42%，人工常規(guī)管理的番茄僅為1.27%，施肥機(jī)管理可以提高番茄糖酸比88.46%，番茄維生素C含量提高了31.5%，番茄紅素含量提高了10.98%，施肥機(jī)內(nèi)嵌的依據(jù)光輻射智能灌溉系統(tǒng)可以較好的提高番茄的果實(shí)品質(zhì)。

表1 不同處理對(duì)番茄品質(zhì)的影響Tab.1 Effects of different treatments on tomato quality

2.4 不同水肥管理模式對(duì)效益的影響

表2為施肥機(jī)管理和人工常規(guī)管理番茄投入和產(chǎn)出對(duì)比，從表2中可以看出施肥機(jī)管理的番茄產(chǎn)量為98 769 kg/hm2，比人工常規(guī)管理提高了18.5%，用水節(jié)約了43.51%，用肥節(jié)省了40%，產(chǎn)出提高了6.02%，施肥機(jī)管理的番茄效益達(dá)到165 150 元/hm2，比人工常規(guī)管理提高了9.89%，采用輕簡(jiǎn)式智能施肥機(jī)可以達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、提質(zhì)、增效的目的。

表2 不同處理對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響Tab.2 Effects of different treatments on economic benefits

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究設(shè)計(jì)了輕簡(jiǎn)式智能灌溉施肥機(jī)，內(nèi)嵌依據(jù)光輻射智能灌溉系統(tǒng)，在土壤栽培春茬番茄進(jìn)行田間應(yīng)用，番茄整個(gè)生長(zhǎng)季，設(shè)備運(yùn)行正常，施肥機(jī)管理和人工管理相比較，土壤含水量更符合番茄耗水規(guī)律[17]，將土壤含水量控制在一定的范圍內(nèi)，變化幅度小，保證了番茄根層土壤始終處在適宜的水分范圍內(nèi)[18]。輕簡(jiǎn)式智能灌溉施肥機(jī)和人工常規(guī)管理相比較，番茄生長(zhǎng)指標(biāo)差異不顯著；番茄可溶性糖含量為4.42%，可以提高番茄糖酸比88.46%，提高番茄維生素C含量31.5%，提高番茄紅素含量10.98%；施肥機(jī)管理的番茄效益達(dá)到165 150 元/hm2，比人工常規(guī)管理提高了9.89%。通過(guò)田間效果試驗(yàn)，驗(yàn)證了依據(jù)光輻射灌溉決策可行性，以及灌溉施肥設(shè)備的可推廣性，達(dá)到了節(jié)水，節(jié)肥，提質(zhì)，增效的目的。