岳煥芳，胡瀟怡，孟范玉，安順偉，胡 瓚，周孝秋，許鶴鳴，王克武*

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

隨著農(nóng)業(yè)從業(yè)人員老齡化的加劇，自動控制設備具有減少勞動量，提高工作效率等優(yōu)勢，使用需求日益增加。水肥管理是一項重要的農(nóng)事管理技術，實現(xiàn)自動化管理有利于提高生產(chǎn)效率，科學化的水肥管理可提高作物產(chǎn)量和品質[1]。灌溉決策是自動灌溉控制系統(tǒng)的核心，其優(yōu)質性和廣適性決定了自動控制系統(tǒng)的應用價值，相關研究已成為農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水的熱點。目前常用的自動灌溉決策為時序控制法[2]，需要根據(jù)經(jīng)驗設定啟動時間和灌溉量（灌溉時長），該方法簡單易推廣，技術門檻低。時序控制器目前主要有國外進口的控制器和國內簡易的時序開關，國外控制器價格較高，功能復雜，很多控制功能在國內農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用率較低。國內簡易的時序控制開關主要應用場景并不是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，只能實現(xiàn)單個閥門控制，設備功能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求存在脫節(jié)等問題。為了更便捷地實現(xiàn)時序灌溉自動控制，筆者于2020年集成研發(fā)了農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置[3]，界面由旋鈕和按鍵組成，操作簡單，可以實現(xiàn)4個閥門綜合控制，成本低廉，有利于推動農(nóng)業(yè)自動化的發(fā)展。

小西瓜具有口感好，營養(yǎng)豐富，經(jīng)濟價值高等優(yōu)點，已成為北京郊區(qū)設施農(nóng)業(yè)的主栽作物之一[4]?；|栽培可以有效減少土傳病害的發(fā)生，已成為主要的栽培模式。西瓜需水量較大[5]，基質栽培采用少量多次的水肥管理策略，利用自動灌溉控制裝置，可以減少用工，提高勞動效率。為了檢驗農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置的田間應用效果，同時摸索出基質栽培條件下，小西瓜的適宜灌溉定額，本試驗設置了不同的灌溉量處理，通過對比小西瓜的生長指標、產(chǎn)量和品質，最終得出了適宜的田間應用參數(shù)，為基質栽培小西瓜的水肥管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置研發(fā)

農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置可以實現(xiàn)4組通道綜合控制，裝置體積小，方便懸掛?？刂泼姘逶O計簡單，主要包括顯示屏幕、旋鈕和按鍵3個主功能區(qū)。第一，屏幕可以顯示系統(tǒng)實時時間、電磁閥目前的狀態(tài)（ON/OFF）以及設置過程中的數(shù)據(jù)顯示。第二，旋鈕功能區(qū)主要包括4個旋鈕：第1個旋鈕設置啟動時間的時，第2個旋鈕設置啟動時間的分，第3個旋鈕設置單次的工作時長，第4個旋鈕選擇管理通道。第三，按鍵功能區(qū)主要包括4個按鍵：第1個按鍵為功能選擇，共包括10個功能選擇，第1～7為設置每天啟動的時間段，8為手動/自動啟動選擇，9為設置系統(tǒng)時間，10為格式化系統(tǒng)；第2個按鍵為移位功能，在設置系統(tǒng)時間時，進行移位分別設置時、分；第3個按鍵為加/減功能，可以選擇1～10功能中的其中1個，在設置系統(tǒng)時間時，可以上下加減數(shù)字；第4個按鍵為確認鍵（圖1）。該設備覆蓋了時序控制法的技術需求，技術門檻低，性價比高，適合小規(guī)模生產(chǎn)基地的自動化灌溉使用，可減少灌溉用工。

圖1 農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置控制界面設計示意（單位：mm）

2 農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置在基質栽培小西瓜上的應用

2018年在北京市房山區(qū)弘科農(nóng)場日光溫室內開展農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置在基質栽培小西瓜上的應用試驗，試驗地點位于北緯N39°37′33.53″、東經(jīng)E115°57′49.64″，供試小西瓜品種為“超越夢想”，栽培方式為槽式混配基質栽培，2018年8月15日定植，10月17日拉秧，單行種植，667 m2定植976株。利用滴箭進行灌溉，灌水器流量為2 L/h。

2.1 農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置的應用方法

田間應用期間，為了實現(xiàn)灌溉自動控制，利用自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置控制抽水泵和電磁閥的啟閉，例如，使用者想要設置每天09：00灌溉10 min，首先按第1個按鍵進入功能1，旋轉第1個旋鈕到時間9，第2個旋鈕旋轉到00，第3個旋鈕旋轉到10 min，最后按確認鍵即可，步驟簡單，抽水泵和電磁閥到達09：00則開始工作，進行田間灌溉，09：10則停止工作，灌溉停止，配合文丘里或者比例施肥器，實現(xiàn)水肥一體化。整個生育期運行正常，沒有出現(xiàn)故障，基地技術員反饋該設備操作簡便，容易掌握使用流程，省時、省工，適合在京郊地區(qū)推廣應用。

2.2 農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置灌溉量的確定

水分管理對于作物生長具有重要意義，合理的灌溉制度是實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質的必要條件，根據(jù)作物不同生育階段水分需求，合理供應水分，可以實現(xiàn)高產(chǎn)高效的目的。為了確定農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置在小西瓜栽培中的最佳灌溉量，設計了3個不同的灌溉量處理，采用農(nóng)業(yè)灌溉用時序控制裝置設置灌溉參數(shù)，進行自動灌溉。每天均灌溉2次，單次灌溉時長不同，即灌水定額不同，具體試驗設計見表1。采用營養(yǎng)液施肥，苗期EC值控制在1.5～1.8 mS/cm，開花期EC值控制在1.8～2.0 mS/cm，結瓜期EC值控制在2.0～2.5 mS/cm，整個生育期營養(yǎng)液pH值控制在5.5～6.0。

表1 試驗設計

2.2.1 不同灌水定額對小西瓜生長指標的影響

圖2為不同灌水定額對小西瓜株高和莖粗的影響，從圖中可以看出，T3的株高大于其他處理，9月10日T3的株高為175.2 cm，比T1和T2分別增加28.7%和3.3%。小西瓜莖粗呈現(xiàn)先增加后下降再上升的趨勢，8月30日是小西瓜莖粗為整個生育期最大值，T3為4.698 mm，比T1和T2增加了8.6%和4.4%。

圖2 不同灌水定額對小西瓜株高和莖粗的影響

2.2.2 不同灌水定額對小西瓜品質的影響

表2為不同灌水定額對小西瓜品質的影響，從表中可以看出，T1處理的瓜長為17.06 cm，為3個處理中最高。T1處理的小西瓜心糖含量為12.06%，比T2和T3分別提高了1.82和2.02個百分點，T1的邊糖含量為8.52%，比T2和T3分別提高了0.20和0.34個百分點，T1處理的小西瓜品質最佳。

表2 不同灌水定額對小西瓜品質的影響

2.2.3 不同灌水定額對小西瓜產(chǎn)量的影響

圖3為不同灌水定額對小西瓜產(chǎn)量的影響，T2處理667 m2用水為145.8 m3，667 m2產(chǎn)量為1 527.6 kg，水分生產(chǎn)效率為10.5 kg/m3，T1和T3的667 m2產(chǎn)量分別為1 086.3 kg和1 162.2 kg，水分生產(chǎn)效率分別為9.2 kg/m3和6.5 kg/m3，T2的667 m2產(chǎn)量分別比T1和T3增加了40.6%和31.4%，水分生產(chǎn)效率分別提高了13.4%和60.4%。

圖3 不同灌水定額對小西瓜產(chǎn)量的影響

2.2.4 小結

試驗結果表明，不同灌溉制度可以影響小西瓜生長、產(chǎn)量和品質，與前人研究結果一致[6]，T1處理667 m2用水117.6 m3，水分生產(chǎn)效率為9.2 kg/m3，小西瓜心糖含量為12.06%，邊糖含量為8.52%，品質最佳。由于近年來追求高品質農(nóng)產(chǎn)品成為發(fā)展趨勢，以高糖度小西瓜為生產(chǎn)目標、推薦T1處理用于小西瓜水分管理。