智能溫室葉菜類蔬菜高產(chǎn)栽培技術(shù)優(yōu)化

0 引言

葉菜類蔬菜作為日常膳食的重要組成部分，市場需求持續(xù)增長。寧夏回族自治區(qū)吳忠市紅寺堡區(qū)位于西北內(nèi)陸地區(qū)，屬于中溫帶干旱氣候區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)量大，晝夜溫差大。土壤類型多樣，以風(fēng)沙土、灌淤土等為主，土壤肥力狀況存在一定差異。同時，這里日照時間長，太陽輻射強(qiáng)，日光資源豐富，這些自然條件既為智能溫室葉菜栽培帶來了機(jī)遇，也提出了挑戰(zhàn)。深入研究并優(yōu)化智能溫室葉菜類蔬菜高產(chǎn)栽培技術(shù)，對提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)、推動設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。

1智能溫室環(huán)境調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)

1.1溫濕度精準(zhǔn)調(diào)控

溫度與濕度是影響葉菜生長的關(guān)鍵環(huán)境因子。在智能溫室中安裝高精度溫濕度傳感器，實時采集溫室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)。玻璃生菜和結(jié)球生菜適宜生長溫度為""，相對濕度保持在 60%～70% ；菠菜適宜生長溫度為""，相對濕度保持在 60%～ 75% ；木耳菜耐熱性強(qiáng)，適宜生長溫度為""相對濕度保持在""。

從熱力學(xué)角度分析，當(dāng)溫度高于""時，智能控制系統(tǒng)自動啟動通風(fēng)設(shè)備與遮陽網(wǎng)，降低室內(nèi)溫度。熱量傳遞公式見式（1）。

式（1）中： Q 為熱量傳遞速率， k 為導(dǎo)熱系數(shù)，A為傳熱面積， 為溫度差， d 為材料厚度。通風(fēng)設(shè)備開啟增大了空氣流通速度，加快熱量傳遞，使用遮陽網(wǎng)則減少了進(jìn)入溫室的太陽輻射熱量，從而降低室內(nèi)溫度[1]。試驗數(shù)據(jù)表明，通風(fēng)設(shè)備開啟后，1h內(nèi)室內(nèi)溫度下降 ，使用遮陽網(wǎng)后，溫室的太陽輻射熱量減少了 。

當(dāng)溫度低于 ，應(yīng)開啟加熱設(shè)備升溫。在濕度調(diào)控方面，當(dāng)濕度過高時應(yīng)通風(fēng)排濕，濕度過低時則通過噴霧系統(tǒng)增濕。濕度計算公式見式（2）。

式（2）中： R H 為相對濕度， e 為實際水汽壓， 為飽和水汽壓。通風(fēng)排濕可降低實際水汽壓 ，噴霧系統(tǒng)增濕則能增加實際水汽壓 e ，以此維持適宜的相對濕度。經(jīng)過多次測試，通風(fēng)排濕可使相對濕度在 0.5h 內(nèi)降低 ，噴霧系統(tǒng)增濕能在 15min 內(nèi)使相對濕度提升 。

1.2光照優(yōu)化管理

紅寺堡區(qū)日照時間長、太陽輻射強(qiáng)，智能溫室配備補(bǔ)光燈與光調(diào)節(jié)幕布。冬季光照不足時，根據(jù)不同葉菜生長階段需求，利用補(bǔ)光燈補(bǔ)充光照。玻璃生菜和結(jié)球生菜在幼苗期每天需要光照 ，生長旺盛期需要光照 ；菠菜幼苗期每天需要光照10＼～11h，生長旺盛期需要光照 ；木耳菜在整個生長周期每天需要光照 ○

光調(diào)節(jié)幕布可在光照過強(qiáng)時遮擋部分光線，避免葉片灼傷，確保葉菜光合作用高效進(jìn)行，促進(jìn)植株健壯生長[2]

2葉菜栽培品種選擇與種植模式優(yōu)化

2.1適宜品種篩選

結(jié)合紅寺堡區(qū)智能溫室環(huán)境特點(diǎn)及當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥赖葪l件，需要篩選出適合的葉菜品種。夏季選擇木耳菜等耐熱品種，冬季選擇菠菜、玻璃生菜、結(jié)球生菜等耐寒品種。以木耳菜為例，在 高溫環(huán)境下，其生長速度比不耐熱葉菜快 ，且對智能溫室高濕環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，發(fā)病率比普通葉菜低 。

2.2立體種植模式應(yīng)用

在利用A字架進(jìn)行栽培的試驗中，增加種植面積，將玻璃生菜、結(jié)球生菜和菠菜種植在A字架上，監(jiān)測不同層次的光照、溫濕度[3]。結(jié)果顯示，上層光照強(qiáng)度比下層高 ，溫度高 。因此，將喜光的玻璃生菜和結(jié)球生菜種植在上層，菠菜種植在下層。經(jīng)過3個月的種植試驗，A字架栽培比傳統(tǒng)平面種植產(chǎn)量提高了 。在合理搭配種植品種的情況下，立體種植可使種植密度大幅增加，提高葉菜產(chǎn)量。圖1直觀展示了立體種植模式的實際場景。

氣霧栽培將營養(yǎng)液霧化后直接噴灑到植物根系，為根系提供充足的水分和養(yǎng)分。在氣霧栽培玻璃生菜、結(jié)球生菜和菠菜的試驗中，與傳統(tǒng)基質(zhì)栽培相比，氣霧栽培的葉菜根系更發(fā)達(dá)，根系長度比傳統(tǒng)栽培長 ，產(chǎn)量提高了 ，且品質(zhì)更優(yōu)，維生素含量比傳統(tǒng)栽培高 10%～20% 。

在種植墻上種植木耳菜和菠菜的試驗中，對水分和養(yǎng)分供應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，木耳菜的生長周期縮短了10＼～15d，菠菜的產(chǎn)量提高了 25%～35% 。而且種植墻的空氣凈化效果明顯，溫室內(nèi)二氧化碳濃度降低了 O

3智能灌溉與精準(zhǔn)施肥技術(shù)

3.1智能灌溉系統(tǒng)

紅寺堡區(qū)土壤保水能力相對較差，智能溫室配備智能灌溉系統(tǒng)，通過土壤濕度傳感器實時監(jiān)測土壤水分含量。當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定閾值時，系統(tǒng)自動啟動灌溉設(shè)備，根據(jù)葉菜不同生長階段需水量精準(zhǔn)供水。玻璃生菜和結(jié)球生菜在幼苗期每天需水量為 株，生長旺盛期為 株；菠菜幼苗期每天需水量為 株，生長旺盛期為 株；木耳菜幼苗期每天需水量為 株，生長旺盛期為 株。分析土壤水分運(yùn)動情況，可利用達(dá)西定律，見式（3）。

式（3）中： q 為土壤水分通量， K 為土壤水力傳導(dǎo)度， ，為土壤水勢梯度。

智能灌溉系統(tǒng)通過調(diào)控灌溉量和灌溉頻率，改變王壤水勢梯度，從而確保土壤水分含量適宜葉菜生長，有效避免水分過多或過少對葉菜生長的不利影響，提高水分利用效率。達(dá)西定律在智能灌溉系統(tǒng)中的實際應(yīng)用可結(jié)合灌溉系統(tǒng)的工作流程來理解，如土壤濕度傳感器如何感知土壤水勢變化并反饋給控制系統(tǒng)以調(diào)整灌溉量[4]

由表1可知，不同葉菜在不同生長階段，對水分的需求差異明顯，如芹菜和生菜幼苗期需水量相對較少，而生長旺盛期需水量顯著增加。相關(guān)數(shù)據(jù)研究為智能溫室的精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐，使其能夠依據(jù)葉菜生長階段的需水特性，合理調(diào)控灌溉量與頻率。

3.2 精準(zhǔn)施肥技術(shù)

根據(jù)葉菜生長規(guī)律與營養(yǎng)需求，需要采用精準(zhǔn)施肥技術(shù)。紅寺堡區(qū)土壤肥力狀況差異較大，利用土壤養(yǎng)分檢測儀檢測土壤中氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量，結(jié)合葉菜不同生長階段的營養(yǎng)需求，制訂個性化施肥方案。玻璃生菜和結(jié)球生菜在苗期以施氮肥為主，以促進(jìn)莖葉生長；在生長后期應(yīng)增加磷、鉀肥比例，提高品質(zhì)與抗逆性。菠菜在整個生長周期對氮肥需求較大，在生長后期也應(yīng)適量補(bǔ)充磷、鉀肥。木耳菜在生長旺盛期對氮肥和鉀肥的需求較大。

從植物營養(yǎng)生理學(xué)角度分析，葉菜對氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收遵循米氏方程，見式（4）。

式（4）中： 為養(yǎng)分吸收速率， 為最大吸收速率， 為養(yǎng)分濃度， $K_{＼mathfrak{m}}$ 為米氏常數(shù)。根據(jù)該方程，在不同生長階段，通過調(diào)整土壤中養(yǎng)分濃度，使其接近葉菜吸收養(yǎng)分的最適濃度，從而滿足葉菜生長對養(yǎng)分的需求，減少肥料浪費(fèi)，降低環(huán)境污染。對不同施肥方案下葉菜生長狀況進(jìn)行對比試驗，發(fā)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥技術(shù)可使葉菜產(chǎn)量提高 ，肥料利用率提高 ，同時降低了肥料對環(huán)境的污染。

為進(jìn)一步闡釋精準(zhǔn)施肥技術(shù)在葉菜不同生長階段的具體應(yīng)用，通過表2詳細(xì)展示了苗期、生長旺盛期及生長后期葉菜對氮肥、磷肥和鉀肥的需求量。

3.3智能灌溉與精準(zhǔn)施肥的協(xié)同調(diào)控

智能灌溉與精準(zhǔn)施肥技術(shù)在智能溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中雖然各自發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但二者并非孤立存在，將二者進(jìn)行協(xié)同調(diào)控，能進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率與效益，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。

從作物生長的生理需求角度來看，水分與養(yǎng)分在植物體內(nèi)的運(yùn)輸和吸收過程緊密相連。水分是養(yǎng)分在土壤中溶解和向植物根系遷移的載體，而養(yǎng)分的存在也會影響土壤溶液的濃度，進(jìn)而對土壤水勢產(chǎn)生作用，又反過來影響植物對水分的吸收。基于此，協(xié)同調(diào)控技術(shù)需要綜合考慮水分與養(yǎng)分的交互關(guān)系。

在協(xié)同調(diào)控過程中，研究引入水分利用效率（WUE）和肥料利用率（FUE）這2個關(guān)鍵指標(biāo)來衡量調(diào)控效果。水分利用效率的計算公式見式（5）。

式（5）中：Y表示作物產(chǎn)量， ；ET表示作物蒸散量， 。水分利用效率反映了單位蒸散量所生產(chǎn)的作物產(chǎn)量，體現(xiàn)了水分的利用效益。肥料利用率則依據(jù)不同養(yǎng)分有不同的計算方式，以氮肥利用率 為例，計算公式見式（6）。

式（6）中： 表示作物吸收的氮素量， 表示施入的氮素量， kg 。其反映了施入肥料中被作物吸收利用的比例。

智能溫室利用傳感器網(wǎng)絡(luò)實時采集土壤濕度、養(yǎng)分含量、氣象數(shù)據(jù)（如溫度、濕度、光照強(qiáng)度等）及作物生長狀態(tài)數(shù)據(jù)（如葉面積指數(shù)、植株高度等）。采集的數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)用復(fù)雜數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析運(yùn)算。基于作物生長模型（如APSIM模型、DSSAT模型等），結(jié)合實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，預(yù)測作物在不同生長階段對水分和養(yǎng)分的需求。在APSIM模型中，通過一系列方程描述作物生長過程，其中光合作用方程見式（7）。

式（7）中： 表示凈光合速率， 是光量子效率； P A R 為光合有效輻射； $＼upmu＼mathrm{＼mol{＼cdot}m^{-2}＼cdot{s}^{-1}}$ ：？ 是作物的光能轉(zhuǎn)化效率； k 是消光系數(shù)； L A I 是葉面積指數(shù)。通過該方程可計算作物光合作用強(qiáng)度，進(jìn)而推算作物生長對養(yǎng)分和水分的需求。

控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)測結(jié)果，按照水分與養(yǎng)分的耦合關(guān)系，制定精準(zhǔn)灌溉與施肥策略。當(dāng)土壤濕度和養(yǎng)分含量低于作物需求時，系統(tǒng)按一定比例同時啟動灌溉設(shè)備和施肥裝置。在灌溉過程中，考慮不同肥料在水中的溶解性和擴(kuò)散性，通過調(diào)節(jié)灌溉水流速度和時間，確保肥料均勻分布于作物根系周圍。例如，易溶性肥料可在灌溉初期隨水施入，借助水流沖刷使其快速擴(kuò)散；緩釋肥料則在灌溉后期施入，保證肥料長時間持續(xù)釋放。

在實際應(yīng)用中，以玻璃生菜種植為例，在其生長旺盛期，通過協(xié)同調(diào)控系統(tǒng)，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定閾值且土壤中氮含量不足時，系統(tǒng)自動啟動灌溉設(shè)備，按計算好的灌溉量補(bǔ)水，同時通過滴灌系統(tǒng)精準(zhǔn)施人適量氮肥。經(jīng)一個生長周期試驗，協(xié)同調(diào)控技術(shù)使玻璃生菜產(chǎn)量提高 ，水分利用效率（WUE）提高 ，肥料利用率（ （F U E） 提高20%～25% 。

智能灌溉與精準(zhǔn)施肥的協(xié)同調(diào)控技術(shù)，顯著提升了水分利用效率和肥料利用率，降低了生產(chǎn)成本，減少了不合理灌溉和施肥導(dǎo)致的環(huán)境污染問題，為智能溫室農(nóng)業(yè)可持續(xù)、高效發(fā)展提供了有力保障。

4病蟲害綠色防控技術(shù)

4.1 物理防控措施

在智能溫室通風(fēng)口與出入口設(shè)置防蟲網(wǎng)，可以阻止害蟲進(jìn)入。懸掛黃板、藍(lán)板可以誘殺害蟲，利用害蟲趨光性將其誘捕。例如，蚜蟲對黃色敏感，可被黃板有效誘捕。定期清理溫室內(nèi)雜草與殘株，可以減少病蟲害滋生。對物理防控措施的效果進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)設(shè)置防蟲網(wǎng)后，害蟲入侵率降低了60%～70% ，黃板、藍(lán)板對蚜蟲的誘捕率在 70%～ 80% 。

從昆蟲行為學(xué)角度分析，害蟲的趨光性可用光刺激反應(yīng)公式簡單描述，見式（8）。

R=f（I）（8）

式（8中： R 為害蟲對光的反應(yīng)行為， I 為光強(qiáng)度。不同害蟲對不同波長光的強(qiáng)度有不同的表現(xiàn)，利用這一特性設(shè)置黃板、藍(lán)板誘捕害蟲，可以達(dá)到較好的誘捕效果。

4.2生物防控技術(shù)

釋放害蟲天敵可以進(jìn)行生物防治，如在溫室中釋放捕食螨防治紅蜘蛛，利用七星瓢蟲捕食蚜蟲[5]。同時，使用生物農(nóng)藥，如蘇云金芽孢桿菌防治菜青蟲，既能有效控制病蟲害，又能減少化學(xué)農(nóng)藥殘留，保障葉菜品質(zhì)安全。利用生物防控技術(shù)，能使紅蜘蛛和蚜蟲的種群數(shù)量減少 ，使菜青蟲的防治效果在 。

從生態(tài)系統(tǒng)食物鏈角度分析，生物防治遵循食物鏈能量傳遞公式，見式（9）。

式（9）中：A為害蟲天敵，B為害蟲。通過引入害蟲天敵，構(gòu)建生態(tài)平衡，控制害蟲種群數(shù)量，實現(xiàn)綠色防控。生物防治的生態(tài)鏈?zhǔn)疽鈭D見圖2，圖2有助于理解生物防控技術(shù)在智能溫室中的應(yīng)用。

5結(jié)束語

研究圍繞寧夏回族自治區(qū)吳忠市紅寺堡區(qū)智能溫室玻璃生菜、結(jié)球生菜、菠菜、木耳菜的高產(chǎn)栽培技術(shù)展開研究，從環(huán)境調(diào)控、品種選擇、種植模式、灌溉施肥及病蟲害防控等多方面進(jìn)行優(yōu)化。實踐表明，優(yōu)化后的栽培技術(shù)顯著提升了葉菜產(chǎn)量與品質(zhì)，提高了智能溫室資源利用效率。精準(zhǔn)的環(huán)境調(diào)控與科學(xué)的栽培管理措施，為葉菜生長創(chuàng)造了理想條件。這不僅為設(shè)施蔬菜教學(xué)提供了實踐案例，也為葉菜類蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的技術(shù)方案，有力推動了設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程。

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（欄目編輯：劉敏翟媛媛）