基于物聯網技術的草莓水肥一體化應用效果研究

翟 晶，張淑玲，周 鵬

(上海農林職業技術學院植物科學技術系，上海 201609)

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基于物聯網技術的草莓水肥一體化應用效果研究

翟 晶，張淑玲，周 鵬

(上海農林職業技術學院植物科學技術系，上海 201609)

設施大棚條件下，對基于物聯網技術的水肥一體化系統在草莓種植上的應用效果進行了研究。結果表明：相對于常規灌溉土壤含水量控制在70%對草莓葉片葉綠素相對含量的影響不明顯，增加追肥次數會明顯提高葉片葉綠素相對含量；70%土壤含水量時，草莓對鉀的吸收略有下降；水分控制處理未降低草莓產量，提高了草莓種植水分利用率；70%土壤含水量時，增加追肥次數可以提高草莓種植效益。

草莓;水肥一體化;產量;種植效益

農業物聯網為當今現代農業技術研發的熱點之一。2013年農業部將上海市列為農業物聯網的示范省市，同年上海農林職業技術學院開始建設五厙農業物聯網示范基地。草莓是對土壤水肥控制準確程度要求較高的作物，各個生育期的土壤含水量及追肥量對草莓的產量或品質都有比較明顯的影響，草莓是目前實際生產中利用水肥一體化設備最為普及的作物。上海農林職業技術學院五厙農業物聯網示范基地基于物聯網技術的水肥一體化系統可以自動監測田間環境(土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強度等指標)，并可以根據作物生長發育規律及環境監測指標設定水肥灌溉閾值，到達相應閾值時智能系統將自動進行水肥灌施。進行農業物聯網水肥一體化設施在草莓上的應用效果研究，以進一步探明上海地區農業物聯網智能水肥一體化條件下草莓生產灌水閾值及追肥量，為農業物聯網條件下的草莓生產技術集成提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點為上海農林職業技術學院五厙農業物聯網示范基地設施大棚。智能水肥一體化系統由上海農林職業技術學院和上海市農業信息有限公司共同研制。

1.2 供試品種

草莓品種：章姬(種苗由建德市俊偉果蔬合作社提供)。

1.3 試驗土壤

供試土壤理化性質見表1。

表1 供試土壤理化性質

Table 1 Physical and chemical properties of soil

1.4 試驗設計

試驗設2個水分處理：W1，常規澆水；W2，土壤含水量的70%。3個肥料處理：F1，不追肥；F2，頂花序果采收后追肥；F3，追肥4次(第1次追肥，頂花序顯蕾時；第2次追肥，頂花序果開始膨大時；第3次追肥，頂花序果采收后期；第4次追肥，第一腋花序果開始膨大時)。基肥統一施用，施用量為農用硫酸鉀100kg/667m2，過磷酸鈣40kg/667m2，碳酸氫銨100kg/667m2，復合肥40kg/667m2，有機肥3000kg/667m2，每次追肥4kg/667m2復合肥。采用完全隨機區組排列，2次重復。

1.5 測定項目及方法

葉綠素相對含量：葉綠素快速測定儀測定相對含量。

草莓鮮果產量：根據草莓成熟情況，分批次采收后稱重，各次采收量相加。草莓生產水分利用率：用草莓水分農學利用效率來表示草莓的水分利用效率，即水分利用效率(IWUE)=產量(g)/灌溉用水量(L)。

植株體氮、磷、鉀含量的測定：全氮含量的測定采用H2O2-H2SO4消煮，凱氏定氮法測定；速效磷含量的測定用鉬銻抗比色法；速效鉀含量的測定采用火焰光度計法。

2 結果與分析

2.1 不同水肥處理對草莓葉片葉綠素相對含量的影響

圖1為不同水肥處理條件下不同時期草莓葉片中葉綠素相對含量，從圖中可以看出，常規灌溉條件下，不同肥料處理的葉綠素相對含量的影響較大，在不同時期均是隨著后期的追肥次數也多，葉綠素相對含量越高。后期追肥是草莓本身保持了較強的營養吸收尤其是氮素吸收能力，應該對植物后期的光合作用和生長能力有一定的促進作用。同時從圖1可以看到在土壤水分控制在70%左右時，草莓葉片葉綠素相對含量并沒有表現較常規灌溉條件下有所降低，表明在草莓果實膨大期、成熟采收期降低約10%土壤含水量并沒有表現出葉片葉綠素的明顯退化。

圖1 不同水肥處理條件下草莓葉片葉綠素相對含量Fig.1 Relative chlorophyll content of strawberry leaves under different water and fertilizer treatments

2.2 不同水肥處理對草莓鮮果產量的影響

圖2 不同水肥處理條件下草莓鮮果產量Fig.2 Fresh fruit yield of strawberry under different water and fertilizer treatments

不同水肥處理條件下草莓鮮果產量如圖2所示，從圖中可以看到，隨著追肥次數的增加草莓的產量呈現增長的趨勢。在常規灌溉條件下，追肥一次和4次追肥的差別不大，以追肥4次產量為最高。土壤相對含水量控制在70%時，同樣是4次追肥的產量最高。在草莓漿果膨脹期充分及時的營養供應明顯可以改善果實的發育，提高產量。而相對草莓種植過程中常規的水分管理來說，土壤含水量控制在70%并沒有明顯降低草莓的產量，在地下水位較高的上海地區草莓種植過程中控制為70%土壤含水量是有必要進一步深入研究的灌溉水平。

2.3 不同水肥處理對草莓生產水分利用率的影響

在土壤水分控制過程中，通過灌溉時間及水壓可以計算出具體灌水量，草莓產量和具體灌水量的比值可以反映在草莓生產過程中的水分利用情況，不同水肥處理條件下草莓的水分利用率如圖3，由于常規灌溉條件下的灌水量明顯大于土壤水分控制為最大持水量的70%，常規灌溉水分利用率(7kg/m3左右)明顯低于水分控制處理(9kg/m3左右)。而在果實膨大期的追肥較為明顯的提高了草莓產量，其水分利用率也有所提高。

圖3 不同水肥處理條件下水分利用率Fig.3 Water use efficiency under different water and fertilizer treatments

2.4 不同水肥處理對草莓地上部分植株體內氮磷鉀含量的影響

圖4為不同水肥處理條件下草莓地上部分植株體內氮磷鉀含量。從中可以看出，草莓對氮磷鉀的吸收情況與常見大田作物相同，表現為鉀的吸收量較大。對于不同水肥處理條件下，成熟期草莓的氮磷鉀吸收情況受到水分條件和追肥情況的影響。具體表現為，氮和鉀的吸收量隨追肥次數的提高逐步增加，磷的吸收沒有受到明顯的影響，這應該是磷在土壤中的移動性較差，追施的磷肥沒有及時的被草莓吸收，以及實驗誤差造成的。而3種施肥條件下均表現為土壤水分控制為土壤最大持水量的70%時植株對鉀的吸收明顯低于常規灌溉，這種情況尚未有研究報道，有必要進行進一步的研究。氮磷是吸收情況兩種灌溉水平差別不大，表面兩種土壤水分的差別還不足以草莓植株對氮磷的吸收水平造成明顯的影響。

圖4 不同水肥處理條件下草莓地上部分氮磷鉀含量Fig.4 Nitrogen, phosphorus and potassium contents of aerial parts of strawberry under different water and fertilizer treatments

2.5 不同水肥處理對草莓經濟效益的影響

表2為不同水肥處理條件下草莓種植效益情況，其中年前、年后草莓統一以30元/kg，計算。從中可以看出70%土壤含水量時草莓的產量并沒有明顯降低，而在草莓漿果發育成熟時期的追肥可以提高草莓產量。所以，種植總收入也是隨追肥次數的增加而增加，而節水灌溉方式下總收入并沒有明顯降低，而由于降低了水分投入和用工成本種植收益明顯高于常規灌溉。另外，試驗結果表明，進行將土壤水分控制在70%左右可以提高草莓的單果重，而且實際試驗過程中，水分控制處理較常規灌溉草莓成熟時間提前，早期成熟的草莓單果重明顯較高，如果再考慮到年前市場草莓價格較高，水分控制處理對提高種植收益的作用更加明顯。

表2 不同水肥處理條件下草莓種植效益

Table 2 Strawberry cultivation benefits under different water and fertilizer treatments

注：單果重在9g以上的12元/kg，單果重在9g以下的8元/kg。投入為肥料、水和人工的投入，控釋肥5元/kg，尿素4.5元/kg，磷酸二胺2.6元/kg，硫酸鉀6元/kg，水1.5元/m3人工費用10元/h。

3 小結與討論

研究70%土壤含水量的水分控制下草莓葉片葉綠素含量沒有明顯的降低，結合前人曾研究證明水分脅迫會造成草莓葉片葉綠素的退化，表明水分精準控制至70%土壤最大持水量沒有明顯造成草莓的水分脅迫。后期葉綠素相對含量沒有明顯降低，應該是由于比較適合的水分供應以及本試驗草莓品種后期葉片厚度有所增加造成。70%土壤含水量時，草莓對氮磷的吸收不受影響，而對鉀的吸收略有下降。水分控制處理產量沒有明顯降低，水分投入明顯減少，大大提高了草莓種植的水分利用率。而且實際試驗過程中，水分控制處理較常規灌溉草莓成熟時間提前，基本可以早采一個批次。早期成熟的草莓單果重明顯較高，如果再考慮到年前草莓市場價格較高，水分控制處理對種植收益的提高將更加明顯。

[1] 劉陽，郝欣，全青龍等.有機微肥施肥量對草莓產量和品質的影響[J] .北方園藝，2009，(4):85-87.

[2] 青英，馬紅松，邢后銀.南京地區大棚草莓高效栽培技術[J] .安徽農學通報，2010，16(23):106，117.

[3] 山侖，徐萌.節水農業及其生理生態基礎[J] . 應用生態學報，1991，2(1)：70-76.

[4] 余德琴.南通地區大棚草莓優質高效栽培及病蟲害防治關鍵技術[J] .江蘇農業科學，2011，39(6):300-301.

[5] 張依章，張秋英，孫菲菲.水肥空間耦合對冬小麥光合特性的影響[J] .干旱地區農業研究，2006，(2)：57-60.

[6] 周明耀，趙瑞龍，顧玉芬，張鳳翔，徐華平．水肥耦合對水稻地上部分生長與生理性狀的影響[J] ．農業工程學報，2006，22(8)：38-43.

[7] Cassel S.F., Miller S.D..Assessment of drip and flood irrigation on waterandfertilizeruseefficiencies for sugar beets[J].Agricultural watermanagement, 2001, 46(3)：241-251.

[8] Fan X., Zhang J. and Wu P. Water and nitrogen useeffciency of lowland rice in ground covering rice productionsystem in south China[J]. J. Plant Nutr. 2002, 25: 1855-1862.

[9] Hubbard N L．Huber S C Pha Ⅱ D M. Sucrose phosphatesynthase and acid inverase detemlinants of sucloseconcentration in developing muskmelon(Cucumis melo L)fruits[J].Plant Physiology,1989,(91):1527-1534.

[10] PheneCJ, HutmacherRB, Davis K R, etal .Water-ferti lizer management of processing tomatoes[J].Actaort., 1990,277 :137-193.

[11] Shaw D. Response to seleetion and—iated changes ingenetic variance for soluble solids and titratableacids colltent in strawberries[J]. Journalofthe AmericanSociety for HorticulturalScience, 1990, (115):839-843.

Application Effect of Water and Fertilizer Integration on Strawberry Based on Internet of Things

ZHAI Jing, ZHANG Shu-ling, ZHOU Peng

(DepartmentofPlantScienceandTechnology,ShanghaiAgricultureandForestryVocationalandTechnicalCollege,Shanghai201609,China)

The application effect of water and fertilizer integrated system based on Internet of Things technology in strawberry cultivation was studied under greenhouse condition. The results showed that the relative content of chlorophyll in strawberry leaves was not significantly affected by the control of 70% soil water content compared with the conventional irrigated soil. The increase of chlorophyll content in strawberry leaves increased the number of foliage treatments significantly. The water use efficiency of the strawberry was improved, and the strawberry planting efficiency was increased when the soil water content was 70%.

strawberry；water and fertilizer integration；yield；planting benefit

2016-11-21

翟 晶(1981-)，男，講師，主要從事農業物聯網應用及作物栽培研究。