基于作物表型的溫室精準(zhǔn)灌溉策略研究進(jìn)展

馮 倩，尹義蕾，王 柳，王春輝，裴慶余，丁小明，張凌風(fēng)，王曉麗，王會(huì)強(qiáng)

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100125；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與智能建造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100125；3.河北潤(rùn)農(nóng)節(jié)水科技股份有限公司，河北 唐山064100；4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定071001）

0 引 言

灌溉是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，作物的水分狀態(tài)直接影響作物生理過(guò)程和潛在生產(chǎn)力[1]，影響其產(chǎn)量和品質(zhì)。持續(xù)控制作物的水分狀況十分重要，嚴(yán)重的水分脅迫或灌溉不及時(shí)將會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)[2]，灌溉量過(guò)多不僅會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，在一定程度上也會(huì)影響作物品質(zhì)，更為嚴(yán)重的將導(dǎo)致作物死亡。基于上述原因，合理的灌溉制度就變得尤為重要，隨著科技的發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)灌溉成為人們研究的熱點(diǎn)[3,4]。精準(zhǔn)灌溉是指依據(jù)作物類(lèi)型、作物生長(zhǎng)過(guò)程的耗水特點(diǎn)等實(shí)際需求，通過(guò)人工或自動(dòng)監(jiān)測(cè)手段、數(shù)據(jù)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)认冗M(jìn)技術(shù)，采用最優(yōu)的灌溉設(shè)施和灌溉施肥制度對(duì)作物進(jìn)行嚴(yán)格有效的灌溉，以確保作物在生長(zhǎng)過(guò)程中的需要，達(dá)到作物高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)高效的灌溉應(yīng)用新模式[5-7]。與憑人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行灌溉的傳統(tǒng)模式相比，精準(zhǔn)灌溉技術(shù)系統(tǒng)考慮了農(nóng)作物、氣候、土壤墑情等多方面因素，可以較好地根據(jù)作物需求精準(zhǔn)控制作物生長(zhǎng)所需水量及時(shí)間，具備節(jié)水、節(jié)能、優(yōu)產(chǎn)、提質(zhì)、增效的潛力[8]，精準(zhǔn)灌溉已成為節(jié)水灌溉發(fā)展的必然方向[9]。目前荷蘭最先進(jìn)精準(zhǔn)灌溉技術(shù)水資源的利用率可達(dá)到95%以上，遙遙領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉的依據(jù)在于掌握作物的需水特征、需水時(shí)期及需水量等參數(shù)[10]，因此如何能夠準(zhǔn)確反映作物水分狀況的指標(biāo)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉的重要基礎(chǔ)。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從以下幾方面進(jìn)行了精準(zhǔn)灌溉研究：①基于土壤水分的灌溉制度[11,12]，該方法主要利用多種傳感器和參數(shù)建模方法預(yù)測(cè)土壤濕度，通過(guò)比較植物生長(zhǎng)各個(gè)階段的含水量并將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用集成到農(nóng)業(yè)中，以減少用水量并提高產(chǎn)量，但缺點(diǎn)在于忽略了環(huán)境因素與灌溉之間的關(guān)系，另一方面來(lái)講，植物生理變化是對(duì)植物自身組織水分狀態(tài)作出的響應(yīng)，而并非對(duì)土壤含水量的響應(yīng)[13]，因此難以真實(shí)的反映作物本身的水分狀況；②利用作物灌溉模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究[14-16]，該方法主要是基于多年的數(shù)據(jù)模擬分配固定時(shí)間內(nèi)的作物灌溉量，缺點(diǎn)在于計(jì)算相對(duì)復(fù)雜、應(yīng)用范圍有限且不具有及時(shí)性[17]；③基于作物表型的灌溉制度，該方法是通過(guò)作物莖直徑變化、莖流速率、冠層溫度等表型參數(shù)以及生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)，通過(guò)建立作物-環(huán)境耦合模型，智能決策作物的需水狀況?；谧魑锉硇蛥?shù)的灌溉策略與其他灌溉制度相比具有簡(jiǎn)單易行、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并準(zhǔn)確獲取作物水分信息等突出優(yōu)勢(shì)，因此本研究主要開(kāi)展了基于作物表型的溫室精準(zhǔn)灌溉策略的研究。

表型是作物基因型與環(huán)境互作后呈現(xiàn)出來(lái)的性狀，包括形態(tài)學(xué)、生育期、產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等性狀[18]。植物表型性狀可以分為三大類(lèi)：形態(tài)結(jié)構(gòu)性狀、生理功能性狀和組分含量性狀。相關(guān)研究表明，植物水分狀況與莖稈直徑微變化、葉溫或冠層溫度、莖流速率等植物表型參數(shù)密切相關(guān)[19]，即‘植物“脅迫”感應(yīng)’[20]。一般情況下，植物在水分脅迫下的蒸散發(fā)量較低，將會(huì)導(dǎo)致葉片萎蔫、葉面積減少、莖粗生長(zhǎng)減少和植物生長(zhǎng)阻滯等水分脅迫癥狀的發(fā)生，以及葉片水分狀況、光合作用、莖流、葉片溫度、滲透調(diào)節(jié)等生理生化過(guò)程的改變。本文主要針對(duì)基于作物表型參數(shù)（莖直徑變化、莖流、冠層溫度）進(jìn)行溫室精準(zhǔn)灌溉的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和討論，指出了基于作物表型參數(shù)指導(dǎo)精準(zhǔn)灌溉存在的問(wèn)題，并從加強(qiáng)作物表型與灌溉領(lǐng)域基礎(chǔ)理論研究、探索先進(jìn)技術(shù)、加快裝備研發(fā)進(jìn)程、提升國(guó)內(nèi)溫室環(huán)境控制水平和積極開(kāi)展溫室操作人員技術(shù)培訓(xùn)工作等方面提出了針對(duì)性建議，以期為實(shí)現(xiàn)溫室種植自動(dòng)、智能、精準(zhǔn)灌溉提供相關(guān)依據(jù)。

1 研究現(xiàn)狀分析

1.1 基于莖直徑變化的灌溉策略

莖直徑變化（stem diameter variation, SDV）是衡量作物干旱脅迫的一項(xiàng)重要指標(biāo)，莖直徑隨著水在木質(zhì)部和韌皮部之間運(yùn)動(dòng)而變化[21]。SDV的主要機(jī)制是內(nèi)部水分含量的變化導(dǎo)致了莖組織中的死組織和活組織的可逆收縮和膨脹，從而造成莖直徑的收縮和膨脹現(xiàn)象。莖的收縮-膨脹是木質(zhì)部對(duì)水勢(shì)變化的響應(yīng)[22,23]。在水分脅迫下，莖稈收縮將會(huì)阻礙莖稈的生長(zhǎng)，因此莖直徑變化可對(duì)植株內(nèi)部水分狀況作出響應(yīng)，從而使人們了解植株水分狀況，指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉[24]。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者一直在根據(jù)莖直徑的變化及其對(duì)作物內(nèi)部水分狀況的響應(yīng)閾值尋找精準(zhǔn)且有效的灌溉策略。國(guó)外GALLARDO 等學(xué)者[25]在溫室條件下利用SDV 衍生指數(shù)，最大日收縮率（MDS）和莖生長(zhǎng)速率（SGR）對(duì)番茄植株的水分狀況指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)表明在冬季低蒸發(fā)需求條件下，SDV 衍生指數(shù)對(duì)植株水分狀況檢測(cè)的靈敏度較低；在春夏季高蒸發(fā)需求條件下，SDV 衍生指數(shù)對(duì)植株水分狀況檢測(cè)的靈敏度較高。同時(shí)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MDS 對(duì)番茄成熟植株的水分狀況檢測(cè)比較敏感，SGR 對(duì)番茄幼苗水分狀況檢測(cè)更為敏感，因此SDV 衍生指標(biāo)可用于反映番茄植株的水分狀況。Abdelfatah 等學(xué)者[26]在溫室條件下研究了櫻桃樹(shù)干MDS 與環(huán)境和生理變量之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)MDS 可作為指導(dǎo)櫻桃灌溉的指標(biāo)，MDS 對(duì)水分脅迫較為敏感，對(duì)灌溉停止引起的基質(zhì)電位下降有較強(qiáng)烈的反應(yīng)，建議閾值為0.30 mm。

國(guó)內(nèi)孟兆江等學(xué)者[27]在溫室條件下通過(guò)對(duì)茄子進(jìn)行了莖直徑變化與作物水分狀況關(guān)系的研究，結(jié)果表明莖直徑變化量與葉水勢(shì)、葉片相對(duì)含水量有很好的相關(guān)性，可以反映植株體內(nèi)的水分狀況，同時(shí)研究也發(fā)現(xiàn)由于莖直徑變化受外界環(huán)境影響較大，因此MDS 不宜單獨(dú)作為診斷指標(biāo)，需建立莖直徑變化與環(huán)境因子耦合的診斷模型；王曉森等學(xué)者[28]通過(guò)對(duì)春季番茄不同生育期莖直徑變化特征與氣象因子的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)莖直徑日變化與葉水勢(shì)日變化相似，但莖直徑變化落后于葉水勢(shì)變化，二者存在相關(guān)性，莖直徑變化能夠很好的反映番茄的水分狀況，同時(shí)提出了相對(duì)最大收縮量（RMDS）指標(biāo)，可以消除氣象因子對(duì)結(jié)果的影響，局限性在于作物不同生育期莖直徑變化范圍是不同的，因此也需分時(shí)期進(jìn)行研究。胡笑濤等[29]研究了溫室番茄莖稈直徑微變化對(duì)分根區(qū)交替灌溉以及固定部分根區(qū)滴灌兩種灌溉方式的響應(yīng)，通過(guò)建立MDS 與代表當(dāng)日天氣狀況的參考作物蒸發(fā)蒸騰量（ET0）關(guān)系發(fā)現(xiàn)，MDS 與ET0存在顯著線性正相關(guān)（R2=0.38，P＜0.000 1），可用于指導(dǎo)番茄灌溉。

眾多研究表明，莖直徑變化可作為指導(dǎo)溫室精準(zhǔn)灌溉的一項(xiàng)重要指標(biāo)，可以反映植株體內(nèi)的水分狀況，但是由于莖直徑變化受外界環(huán)境影響較大，因此在研究中通常建立莖直徑變化、作物生長(zhǎng)發(fā)育及環(huán)境等因素共同考慮的多模型融合的作物需水預(yù)測(cè)模型。

1.2 基于莖流速率的灌溉策略

掌握作物蒸騰耗水的前提是要了解作物莖流變化[30]，植物莖流是指植物在蒸騰作用下莖稈內(nèi)產(chǎn)生的上升液流，在水分脅迫條件下，由于氣孔關(guān)閉，蒸騰速率降低，進(jìn)而影響莖流，因此莖流作為一種可衡量作物蒸騰作用的指標(biāo)，判斷作物是否遭受水分脅迫[31]。目前農(nóng)業(yè)方面測(cè)定莖流的方式主要有熱脈沖速率法（Heat Pulse Velocity，HPV）[32]、莖熱平衡法（Stem Heat Balance，SHB）[33,34]、熱擴(kuò)散法（Thermal Dissipation Probe, TDP）[35]等，用于溫室作物測(cè)量莖流的方法主要采用莖熱平衡法（SHB）。

GREY 等學(xué)者[36]觀察到番茄在水分脅迫處理3 天后莖流明顯下降，莖流與ET0之間具有較好的相關(guān)性，研究表明，植物莖流速率對(duì)水分脅迫有一定的響應(yīng)，可以合理地利用莖流速率來(lái)確定植物的水分脅迫水平。YANG 等學(xué)者[37]研究發(fā)現(xiàn)，在番茄開(kāi)花期和坐果期，充分灌溉的2/3 灌水量處理的莖流速率明顯低于充分灌溉，晴天番茄莖流量的日變化呈雙峰曲線。QIU 等[38]報(bào)道，與番茄充分灌溉相比，充分灌溉量2/3和1/2處理的莖流速率分別降低了22.1%和42.8%，莖液日流量與太陽(yáng)輻射、氣溫、水汽壓差、參考蒸散量均呈顯著正相關(guān)。VERMEULEN 等學(xué)者[39]對(duì)水培番茄作物進(jìn)行干旱處理發(fā)現(xiàn)，作物遭受干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致液流速率顯著降低，從而迫使作物利用其內(nèi)部?jī)?chǔ)存的水分來(lái)支撐蒸騰作用，莖流速率的變化可以在癥狀發(fā)生之前就檢測(cè)到了干旱脅迫，因此可以在早期預(yù)警系統(tǒng)中進(jìn)行利用。

楊再?gòu)?qiáng)等學(xué)者[40]研究表明番茄開(kāi)花期和坐果期，嚴(yán)重的水分虧缺處理使得莖流降低，在正常灌溉和輕度水分虧缺下處理下，晴天番茄莖流日變化呈雙峰曲線，中午太陽(yáng)輻射強(qiáng)，氣孔關(guān)閉，莖流速率出現(xiàn)低谷，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)輻射和空氣溫濕度是影響番茄莖流的主要?dú)庀笠蜃印Ｅ碇鹿Φ萚41]對(duì)影響日光溫室內(nèi)茄子莖流變化規(guī)律的因子進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以太陽(yáng)輻射、空氣溫濕度和土壤溫度為主要影響因子，運(yùn)用回歸分析法建立了主要環(huán)境因子與茄子植株蒸騰之間的回歸關(guān)系式，并能很好的擬合實(shí)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)植株蒸騰速率。劉浩等[42]采用莖熱平衡理論對(duì)番茄植株莖流進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)，在充分供水條件下，影響莖流最主要的環(huán)境因子是太陽(yáng)輻射和飽和水汽壓差，同時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤水分狀況明顯影響植株莖流狀況，莖流速率隨水分脅迫的加劇而急劇降低，研究證明番茄莖流速率經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后可以反映蒸騰規(guī)律。冀健紅等[43]研究了溫室番茄莖流與氣象因子之間的關(guān)系，探索了利用莖流計(jì)法監(jiān)測(cè)溫室番茄需水量的可行性，試驗(yàn)表明太陽(yáng)輻射和水汽壓差是影響番茄莖流的主要因素，其中太陽(yáng)輻射對(duì)莖流速率的影響更為顯著，同時(shí)發(fā)現(xiàn)采用莖流計(jì)測(cè)量蒸騰量的結(jié)果與稱(chēng)重法幾乎一致，因此可用莖流計(jì)法直接測(cè)量番茄的需水量。

上述研究表明，莖流速率對(duì)作物的干旱脅迫有一定的響應(yīng)，莖流速率在癥狀發(fā)生之前就可以檢測(cè)到干旱脅迫的發(fā)生，從而起到預(yù)警的作用。同理，莖流速率與莖直徑變化這一作物需水診斷指標(biāo)相似，不同的生育期對(duì)水分需求量不同，導(dǎo)致作物不同生育期莖流速率的變化規(guī)律不同。莖流速率受環(huán)境因子影響較大，因此研究基于莖流速率的灌溉策略需結(jié)合作物不同生育期的需水特征，同時(shí)需把控莖流速率與環(huán)境因子之間的關(guān)系，整合出作物各生育期莖流速率-環(huán)境因子耦合的作物需水模型。

1.3 基于冠層溫度的灌溉策略

冠層溫度是能量平衡的結(jié)果和體現(xiàn)，冠層與外界的能量交換是通過(guò)輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流和蒸騰的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且伴隨著光合作用、呼吸作用、酶促作用等一系列代謝活動(dòng)[44]。植物通過(guò)蒸騰失水以維持葉片溫度的相對(duì)穩(wěn)定，蒸騰作用的發(fā)生將使得葉片溫度降低[45]，而當(dāng)植株遭受干旱脅迫時(shí)，為保證植株的生長(zhǎng)，葉片將關(guān)閉氣孔以減少蒸騰散發(fā)，使得葉片溫度升高[46]，溫度升高在一定程度上會(huì)破壞酶的活性，損害植株的正常功能，造成植株減產(chǎn)[47]。蒸騰強(qiáng)度的改變通常決定葉片表面能量損失程度的大小，從而導(dǎo)致冠層溫度的變化。因此，冠層溫度的變化常被作為監(jiān)測(cè)植株受脅迫情況的指標(biāo)之一。

基于植株冠層溫度得到廣泛研究，1981年IDSO 等學(xué)者[48]提出了水分脅迫指數(shù)（Crop Water Stress Index，CWSI）。作物水分脅迫指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：Tc-Ta為冠層溫度-氣溫差；Tc為冠層溫度；Ta為冠層上方空氣溫度；(Tc-Ta)ll為冠層溫度-氣溫差下限，是作物充分供水時(shí)的冠氣溫差；(Tc-Ta)ul為冠層溫度-氣溫差上限，是作物遭受?chē)?yán)重水分脅迫、蒸騰為0時(shí)的冠氣溫差。

作物水分脅迫指數(shù)（CWSI）方法已成功用于多種作物和氣候條件。 國(guó)外ALORDZINU 等[49]利用紅外熱像儀（Workswell Wiris Agro R Infrared Camera，WWARIC）評(píng)估番茄生長(zhǎng)的水分脅迫指數(shù)，發(fā)現(xiàn)將作物水分狀態(tài)保持在0＜CWSI≤0.25之間可獲得最佳產(chǎn)量，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種基于環(huán)境和作物數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的新型紅外相機(jī)，不需要?dú)庀髷?shù)據(jù)，就可以有效地評(píng)價(jià)番茄作物水分脅迫指數(shù)（CWSI），同時(shí)使用3D 圖像來(lái)估計(jì)番茄的水分脅迫，以指導(dǎo)植株灌溉；Yetik 等[50]研究表明，在整個(gè)試驗(yàn)期間，CWSI值通常在0 和1 之間變化，2019年平均CWSI值在0.12至0.85之間，2021年平均CWSI值在0.19至0.89之間，推薦將CWSI值0.12 作為確定灌溉時(shí)間的閾值，以獲得最大的甜菜根和糖產(chǎn)量；?olak 等學(xué)者[51]對(duì)地下和地表滴灌系統(tǒng)下茄子作物水分脅迫指數(shù)（CWSI）進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明在CWSI值為0.18～0.20 的條件下灌溉茄子可獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)；SEZEN 等[52]進(jìn)行了水分脅迫對(duì)滴灌和溝灌不同灌溉方式下紅辣椒水分脅迫指數(shù)的研究，結(jié)果表明滴灌和溝灌的水分脅迫指數(shù)（CWSI）閾值分別為0.26 和0.38，產(chǎn)量與CWSI之間存在顯著的相關(guān)性。

由于作物水分脅迫指數(shù)精確度高，計(jì)算過(guò)程中利用的參數(shù)較多，且對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)地具有一定的要求，較難應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，因此一些學(xué)者更青睞于采用冠氣溫差、冠氣溫度比等指標(biāo)對(duì)植株的水分狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。國(guó)內(nèi)張曉東等學(xué)者[53]研究了油菜的冠層溫度特征，并建立了冠氣溫差模型及CWSI模型，結(jié)果表明可以利用CWSI模型對(duì)油菜的植株含水率進(jìn)行預(yù)測(cè)，以此應(yīng)用于油菜水分脅迫診斷。李波等[54]通過(guò)對(duì)溫室秋冬茬青椒冠氣溫差與環(huán)境因子進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在土壤含水量較低時(shí)，青椒冠氣溫差明顯較高，可以很好地反映作物水分虧缺程度。劉嬋等[55]研究了番茄結(jié)果期冠層葉-氣溫差（ΔT）與土壤容積含水率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者之間呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，確定了冠層葉-氣溫差的臨界值，即當(dāng)ΔT≥-1.5 ℃時(shí)，番茄開(kāi)始表現(xiàn)出缺水癥狀。張舜凱等[56]量化了包括CWSI、相對(duì)氣孔導(dǎo)度指數(shù)、葉片溫度、葉氣溫差在內(nèi)的4個(gè)常用熱紅外指標(biāo)與植株生理指標(biāo)之間的響應(yīng)關(guān)系，研究表明CWSI與相對(duì)氣孔導(dǎo)度指數(shù)可用于預(yù)測(cè)番茄植株葉氣交換水平，作為衡量植株是否缺水的代表性熱紅外指標(biāo)。

冠層溫度的變化通常可以反映出作物蒸騰強(qiáng)度的變化，蒸騰可以反映作物水分含量的變化。國(guó)內(nèi)大多研究通常采用冠氣溫差、冠氣溫度比或CWSI等診斷指標(biāo)對(duì)作物的水分狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立冠層溫度-氣象因子耦合需水模型及CWSI模型，以應(yīng)用于作物水分狀況的預(yù)測(cè)，局限性在于需要考慮氣象因子的影響。相比較而言，國(guó)外對(duì)于這項(xiàng)研究有了一定程度的突破，利用新型紅外熱像儀不需要考慮氣象因子就可以估計(jì)作物水分脅迫，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)基于冠層溫度的灌溉策略的發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用。

小結(jié)：上述3種不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 作物表型用于檢測(cè)作物水分狀況的優(yōu)缺點(diǎn)比較Tab.1 Comparison of advantages and disadvantages of crop phenotypes for detecting crop water status

2 存在問(wèn)題與未來(lái)展望

2.1 存在問(wèn)題

基于作物表型參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉的相關(guān)研究國(guó)外開(kāi)始的較早，而國(guó)內(nèi)起步較晚，在基礎(chǔ)理論、設(shè)備研發(fā)和實(shí)際應(yīng)用等方面與國(guó)外相比還存在較大的差距，迫切需要進(jìn)一步系統(tǒng)研究。在基礎(chǔ)理論研究方面，以基于莖直徑微變化灌溉決策為例，國(guó)外集中研究作物的不同生育期下基于莖直徑微變化監(jiān)測(cè)作物水分狀況的指標(biāo)體系及監(jiān)測(cè)模式，明確了不同生育期判斷水分狀況的莖直徑衍生指標(biāo)，從而可以針對(duì)不同時(shí)期使用不同的診斷指標(biāo)判斷水分狀況，以此精準(zhǔn)指導(dǎo)灌溉，而國(guó)內(nèi)目前在這方面還尚不完善，大多數(shù)試驗(yàn)僅進(jìn)行了某一生育期的研究，形成的結(jié)論應(yīng)用范圍普遍具有一定的局限性。

在技術(shù)研發(fā)方面，最新研究表明國(guó)外開(kāi)發(fā)了可以專(zhuān)門(mén)用來(lái)估計(jì)CWSI的新型紅外攝像機(jī)設(shè)備，從紅外攝像機(jī)獲得的CWSI可快速、準(zhǔn)確反映作物的水分狀況，而無(wú)需考慮作物類(lèi)型和環(huán)境條件的影響。相比較而言，國(guó)內(nèi)的裝備系統(tǒng)研發(fā)還較為落后，暫不具備細(xì)、精、深等特點(diǎn)，對(duì)于我國(guó)國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的植物表型傳感器還存在一系列的問(wèn)題，例如①設(shè)備不簡(jiǎn)便，配套線路繁瑣，占地空間大，影響農(nóng)事操作；②傳感器具有易滑落的危險(xiǎn)，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確和缺失；③適用范圍不廣泛，長(zhǎng)季節(jié)作物需要進(jìn)行落蔓以及移動(dòng)，因此需要傳感器也進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)，操作不便；④接觸式數(shù)據(jù)采集方式，夾持時(shí)易對(duì)作物產(chǎn)生損傷。

在實(shí)際應(yīng)用方面，灌溉策略適用范圍具有局限性，一方面為試驗(yàn)環(huán)境原因，由于灌溉策略受環(huán)境影響很大，因此基于作物表型的灌溉策略不適用于指導(dǎo)環(huán)境處于高度波動(dòng)下的作物，在環(huán)境的高度波動(dòng)下可能會(huì)導(dǎo)致模型失真，確定基于植物表型的灌溉策略總體而言是一項(xiàng)較為復(fù)雜和長(zhǎng)期的試驗(yàn)，涉及到溫室內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)采集、模型的建立、模型的修正與簡(jiǎn)化等一系列操作，目前國(guó)內(nèi)溫室大多數(shù)裝備信息采集不準(zhǔn)確，難以獲取關(guān)鍵參數(shù)來(lái)進(jìn)行相關(guān)研究應(yīng)用。另一方面為人員技術(shù)因素，在灌溉策略的使用過(guò)程中，需要操作者具備一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與能力，能熟練操作信息化裝備，甄別和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，目前大多數(shù)溫室種植農(nóng)戶可能在技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備不足，因此無(wú)法將先進(jìn)的技術(shù)真正實(shí)踐應(yīng)用到我們?nèi)粘５臏厥掖笈镏腥ィ@往往也是限制這項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用的原因之一。

2.2 未來(lái)展望

在溫室領(lǐng)域，智能灌溉決策未來(lái)將是持續(xù)研究的熱點(diǎn)，植物表型研究將是未來(lái)的一個(gè)重要途徑。目前國(guó)內(nèi)基于表型的溫室灌溉策略還存在適用性不強(qiáng)、環(huán)境因子影響大、人員技術(shù)要求高、設(shè)備監(jiān)測(cè)不精確、技術(shù)研發(fā)不先進(jìn)等問(wèn)題，對(duì)于植物表型在溫室灌溉中未來(lái)將如何發(fā)展，本研究進(jìn)行了如下展望：

（1）加強(qiáng)作物表型與灌溉領(lǐng)域基礎(chǔ)理論研究。從基礎(chǔ)理論方面入手，全面系統(tǒng)的研究作物在不同生育時(shí)期所呈現(xiàn)出的生理狀態(tài)與自身水分狀況之間的關(guān)系，分時(shí)期、分條件的詳細(xì)分析，做到每一時(shí)期都有具體的灌溉決策，更加全面地了解不同作物需水狀況，及時(shí)做到補(bǔ)水控水，保證作物正常生長(zhǎng)。

（2）探索先進(jìn)技術(shù)，加快裝備研發(fā)進(jìn)程。積極建設(shè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，研發(fā)性能可靠、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、價(jià)格適中的新型設(shè)備，為試驗(yàn)進(jìn)行打好堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）提升國(guó)內(nèi)溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，保證環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。環(huán)境數(shù)據(jù)在作物灌溉方面影響較大，提高環(huán)境系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與實(shí)用性，系統(tǒng)記錄溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，并與作物表型參數(shù)相結(jié)合，才能真正建立起植物表型-環(huán)境因子耦合的溫室灌溉控制模型，精準(zhǔn)指導(dǎo)灌溉。

（4）積極開(kāi)展溫室操作人員技術(shù)培訓(xùn)工作，提高操作人員在管理過(guò)程中的實(shí)用技術(shù)能力，讓更多的農(nóng)業(yè)人員學(xué)習(xí)了解新技術(shù)，在未來(lái)的溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展中能夠真正做到應(yīng)用與推廣。

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究總結(jié)了國(guó)內(nèi)外植物表型在溫室灌溉領(lǐng)域取得的成績(jī)，分析了植物表型用于指導(dǎo)灌溉在我國(guó)存在的問(wèn)題，并對(duì)植物表型在溫室灌溉行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。目前精準(zhǔn)灌溉策略研究和應(yīng)用在我國(guó)剛剛起步，基于作物表型的溫室灌溉策略未來(lái)也將成為灌溉行業(yè)研究的熱點(diǎn)，以期為我國(guó)精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)更簡(jiǎn)便化、智能化、無(wú)人化奠定相應(yīng)的基礎(chǔ)。