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(shù)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(dòng)控制設(shè)備具有減少勞動(dòng)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(xiàng)重要的農(nóng)事管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理有利于提高生產(chǎn)效率，科學(xué)化的水肥管理可提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。灌溉決策是自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的核心，其優(yōu)質(zhì)性和廣適性決定了自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)研究已成為農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水的熱點(diǎn)。目前常用的自動(dòng)灌溉決策為時(shí)序控制法[2]，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間和灌溉量（灌溉時(shí)長），該方法簡單易推廣，技術(shù)門檻低。時(shí)序控制器目前主要有國外進(jìn)口的控制器和國內(nèi)簡易的時(shí)序開關(guān)，國外控制器價(jià)格較高，功能復(fù)雜，很多控制功能在國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用率較低。國內(nèi)簡易的時(shí)序控制開關(guān)主要應(yīng)用場景并不是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，只能實(shí)現(xiàn)單個(gè)閥門控制，設(shè)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(shí)現(xiàn)時(shí)序灌溉自動(dòng)控制，筆者于2020年集成研發(fā)了農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置[3]，界面由旋鈕和按鍵組成，操作簡單，可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)閥門綜合控制，成本低廉，有利于推動(dòng)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。

小西瓜具有口感好，營養(yǎng)豐富，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，已成為北京郊區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的主栽作物之一[4]?；|(zhì)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(zhì)栽培采用少量多次的水肥管理策略，利用自動(dòng)灌溉控制裝置，可以減少用工，提高勞動(dòng)效率。為了檢驗(yàn)農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置的田間應(yīng)用效果，同時(shí)摸索出基質(zhì)栽培條件下，小西瓜的適宜灌溉定額，本試驗(yàn)設(shè)置了不同的灌溉量處理，通過對比小西瓜的生長指標(biāo)、產(chǎn)量和品質(zhì)，最終得出了適宜的田間應(yīng)用參數(shù)，為基質(zhì)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(shí)序控制裝置研發(fā)

農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置可以實(shí)現(xiàn)4組通道綜合控制，裝置體積小，方便懸掛。控制面板設(shè)計(jì)簡單，主要包括顯示屏幕、旋鈕和按鍵3個(gè)主功能區(qū)。第一，屏幕可以顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)間、電磁閥目前的狀態(tài)（ON/OFF）以及設(shè)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(gè)旋鈕：第1個(gè)旋鈕設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間的時(shí)，第2個(gè)旋鈕設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間的分，第3個(gè)旋鈕設(shè)置單次的工作時(shí)長，第4個(gè)旋鈕選擇管理通道。第三，按鍵功能區(qū)主要包括4個(gè)按鍵：第1個(gè)按鍵為功能選擇，共包括10個(gè)功能選擇，第1～7為設(shè)置每天啟動(dòng)的時(shí)間段，8為手動(dòng)/自動(dòng)啟動(dòng)選擇，9為設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間，10為格式化系統(tǒng)；第2個(gè)按鍵為移位功能，在設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間時(shí)，進(jìn)行移位分別設(shè)置時(shí)、分；第3個(gè)按鍵為加/減功能，可以選擇1～10功能中的其中1個(gè)，在設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間時(shí)，可以上下加減數(shù)字；第4個(gè)按鍵為確認(rèn)鍵（圖1）。該設(shè)備覆蓋了時(shí)序控制法的技術(shù)需求，技術(shù)門檻低，性價(jià)比高，適合小規(guī)模生產(chǎn)基地的自動(dòng)化灌溉使用，可減少灌溉用工。

圖1 農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置控制界面設(shè)計(jì)示意（單位：mm）

2 農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置在基質(zhì)栽培小西瓜上的應(yīng)用

2018年在北京市房山區(qū)弘科農(nóng)場日光溫室內(nèi)開展農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置在基質(zhì)栽培小西瓜上的應(yīng)用試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)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(zhì)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(jìn)行灌溉，灌水器流量為2 L/h。

2.1 農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置的應(yīng)用方法

田間應(yīng)用期間，為了實(shí)現(xiàn)灌溉自動(dòng)控制，利用自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)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(shè)置每天09：00灌溉10 min，首先按第1個(gè)按鍵進(jìn)入功能1，旋轉(zhuǎn)第1個(gè)旋鈕到時(shí)間9，第2個(gè)旋鈕旋轉(zhuǎn)到00，第3個(gè)旋鈕旋轉(zhuǎn)到10 min，最后按確認(rèn)鍵即可，步驟簡單，抽水泵和電磁閥到達(dá)09：00則開始工作，進(jìn)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(shí)現(xiàn)水肥一體化。整個(gè)生育期運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)故障，基地技術(shù)員反饋該設(shè)備操作簡便，容易掌握使用流程，省時(shí)、省工，適合在京郊地區(qū)推廣應(yīng)用。

2.2 農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)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(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的必要條件，根據(jù)作物不同生育階段水分需求，合理供應(yīng)水分，可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的目的。為了確定農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置在小西瓜栽培中的最佳灌溉量，設(shè)計(jì)了3個(gè)不同的灌溉量處理，采用農(nóng)業(yè)灌溉用時(shí)序控制裝置設(shè)置灌溉參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)灌溉。每天均灌溉2次，單次灌溉時(shí)長不同，即灌水定額不同，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jié)瓜期EC值控制在2.0～2.5 mS/cm，整個(gè)生育期營養(yǎng)液pH值控制在5.5～6.0。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 不同灌水定額對小西瓜生長指標(biāo)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(gè)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(zhì)的影響

表2為不同灌水定額對小西瓜品質(zhì)的影響，從表中可以看出，T1處理的瓜長為17.06 cm，為3個(gè)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(gè)百分點(diǎn)，T1的邊糖含量為8.52%，比T2和T3分別提高了0.20和0.34個(gè)百分點(diǎn)，T1處理的小西瓜品質(zhì)最佳。

表2 不同灌水定額對小西瓜品質(zhì)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(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同灌溉制度可以影響小西瓜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)，與前人研究結(jié)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(zhì)最佳。由于近年來追求高品質(zhì)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(biāo)、推薦T1處理用于小西瓜水分管理。