基于物联网技术的草莓水肥一体化应用效果研究

翟 晶，张淑玲，周 鹏

(上海农林职业技术学院植物科学技术系，上海 201609)



基于物联网技术的草莓水肥一体化应用效果研究

翟 晶，张淑玲，周 鹏

(上海农林职业技术学院植物科学技术系，上海 201609)

设施大棚条件下，对基于物联网技术的水肥一体化系统在草莓种植上的应用效果进行了研究。结果表明：相对于常规灌溉土壤含水量控制在70%对草莓叶片叶绿素相对含量的影响不明显，增加追肥次数会明显提高叶片叶绿素相对含量；70%土壤含水量时，草莓对钾的吸收略有下降；水分控制处理未降低草莓产量，提高了草莓种植水分利用率；70%土壤含水量时，增加追肥次数可以提高草莓种植效益。

草莓;水肥一体化;产量;种植效益

农业物联网为当今现代农业技术研发的热点之一。2013年农业部将上海市列为农业物联网的示范省市，同年上海农林职业技术学院开始建设五厍农业物联网示范基地。草莓是对土壤水肥控制准确程度要求较高的作物，各个生育期的土壤含水量及追肥量对草莓的产量或品质都有比较明显的影响，草莓是目前实际生产中利用水肥一体化设备最为普及的作物。上海农林职业技术学院五厍农业物联网示范基地基于物联网技术的水肥一体化系统可以自动监测田间环境(土壤温湿度、空气温湿度、光照强度等指标)，并可以根据作物生长发育规律及环境监测指标设定水肥灌溉阈值，到达相应阈值时智能系统将自动进行水肥灌施。进行农业物联网水肥一体化设施在草莓上的应用效果研究，以进一步探明上海地区农业物联网智能水肥一体化条件下草莓生产灌水阈值及追肥量，为农业物联网条件下的草莓生产技术集成提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点为上海农林职业技术学院五厍农业物联网示范基地设施大棚。智能水肥一体化系统由上海农林职业技术学院和上海市农业信息有限公司共同研制。

1.2 供试品种

草莓品种：章姬(种苗由建德市俊伟果蔬合作社提供)。

1.3 试验土壤

供试土壤理化性质见表1。

表1 供试土壤理化性质

Table 1 Physical and chemical properties of soil

1.4 试验设计

试验设2个水分处理：W1，常规浇水；W2，土壤含水量的70%。3个肥料处理：F1，不追肥；F2，顶花序果采收后追肥；F3，追肥4次(第1次追肥，顶花序显蕾时；第2次追肥，顶花序果开始膨大时；第3次追肥，顶花序果采收后期；第4次追肥，第一腋花序果开始膨大时)。基肥统一施用，施用量为农用硫酸钾100kg/667m2，过磷酸钙40kg/667m2，碳酸氢铵100kg/667m2，复合肥40kg/667m2，有机肥3000kg/667m2，每次追肥4kg/667m2复合肥。采用完全随机区组排列，2次重复。

1.5 测定项目及方法

叶绿素相对含量：叶绿素快速测定仪测定相对含量。

草莓鲜果产量：根据草莓成熟情况，分批次采收后称重，各次采收量相加。草莓生产水分利用率：用草莓水分农学利用效率来表示草莓的水分利用效率，即水分利用效率(IWUE)=产量(g)/灌溉用水量(L)。

植株体氮、磷、钾含量的测定：全氮含量的测定采用H2O2-H2SO4消煮，凯氏定氮法测定；速效磷含量的测定用钼锑抗比色法；速效钾含量的测定采用火焰光度计法。

2 结果与分析

2.1 不同水肥处理对草莓叶片叶绿素相对含量的影响

图1为不同水肥处理条件下不同时期草莓叶片中叶绿素相对含量，从图中可以看出，常规灌溉条件下，不同肥料处理的叶绿素相对含量的影响较大，在不同时期均是随着后期的追肥次数也多，叶绿素相对含量越高。后期追肥是草莓本身保持了较强的营养吸收尤其是氮素吸收能力，应该对植物后期的光合作用和生长能力有一定的促进作用。同时从图1可以看到在土壤水分控制在70%左右时，草莓叶片叶绿素相对含量并没有表现较常规灌溉条件下有所降低，表明在草莓果实膨大期、成熟采收期降低约10%土壤含水量并没有表现出叶片叶绿素的明显退化。

图1 不同水肥处理条件下草莓叶片叶绿素相对含量Fig.1 Relative chlorophyll content of strawberry leaves under different water and fertilizer treatments

2.2 不同水肥处理对草莓鲜果产量的影响

图2 不同水肥处理条件下草莓鲜果产量Fig.2 Fresh fruit yield of strawberry under different water and fertilizer treatments

不同水肥处理条件下草莓鲜果产量如图2所示，从图中可以看到，随着追肥次数的增加草莓的产量呈现增长的趋势。在常规灌溉条件下，追肥一次和4次追肥的差别不大，以追肥4次产量为最高。土壤相对含水量控制在70%时，同样是4次追肥的产量最高。在草莓浆果膨胀期充分及时的营养供应明显可以改善果实的发育，提高产量。而相对草莓种植过程中常规的水分管理来说，土壤含水量控制在70%并没有明显降低草莓的产量，在地下水位较高的上海地区草莓种植过程中控制为70%土壤含水量是有必要进一步深入研究的灌溉水平。

2.3 不同水肥处理对草莓生产水分利用率的影响

在土壤水分控制过程中，通过灌溉时间及水压可以计算出具体灌水量，草莓产量和具体灌水量的比值可以反映在草莓生产过程中的水分利用情况，不同水肥处理条件下草莓的水分利用率如图3，由于常规灌溉条件下的灌水量明显大于土壤水分控制为最大持水量的70%，常规灌溉水分利用率(7kg/m3左右)明显低于水分控制处理(9kg/m3左右)。而在果实膨大期的追肥较为明显的提高了草莓产量，其水分利用率也有所提高。

图3 不同水肥处理条件下水分利用率Fig.3 Water use efficiency under different water and fertilizer treatments

2.4 不同水肥处理对草莓地上部分植株体内氮磷钾含量的影响

图4为不同水肥处理条件下草莓地上部分植株体内氮磷钾含量。从中可以看出，草莓对氮磷钾的吸收情况与常见大田作物相同，表现为钾的吸收量较大。对于不同水肥处理条件下，成熟期草莓的氮磷钾吸收情况受到水分条件和追肥情况的影响。具体表现为，氮和钾的吸收量随追肥次数的提高逐步增加，磷的吸收没有受到明显的影响，这应该是磷在土壤中的移动性较差，追施的磷肥没有及时的被草莓吸收，以及实验误差造成的。而3种施肥条件下均表现为土壤水分控制为土壤最大持水量的70%时植株对钾的吸收明显低于常规灌溉，这种情况尚未有研究报道，有必要进行进一步的研究。氮磷是吸收情况两种灌溉水平差别不大，表面两种土壤水分的差别还不足以草莓植株对氮磷的吸收水平造成明显的影响。

图4 不同水肥处理条件下草莓地上部分氮磷钾含量Fig.4 Nitrogen, phosphorus and potassium contents of aerial parts of strawberry under different water and fertilizer treatments

2.5 不同水肥处理对草莓经济效益的影响

表2为不同水肥处理条件下草莓种植效益情况，其中年前、年后草莓统一以30元/kg，计算。从中可以看出70%土壤含水量时草莓的产量并没有明显降低，而在草莓浆果发育成熟时期的追肥可以提高草莓产量。所以，种植总收入也是随追肥次数的增加而增加，而节水灌溉方式下总收入并没有明显降低，而由于降低了水分投入和用工成本种植收益明显高于常规灌溉。另外，试验结果表明，进行将土壤水分控制在70%左右可以提高草莓的单果重，而且实际试验过程中，水分控制处理较常规灌溉草莓成熟时间提前，早期成熟的草莓单果重明显较高，如果再考虑到年前市场草莓价格较高，水分控制处理对提高种植收益的作用更加明显。

表2 不同水肥处理条件下草莓种植效益

Table 2 Strawberry cultivation benefits under different water and fertilizer treatments

注：单果重在9g以上的12元/kg，单果重在9g以下的8元/kg。投入为肥料、水和人工的投入，控释肥5元/kg，尿素4.5元/kg，磷酸二胺2.6元/kg，硫酸钾6元/kg，水1.5元/m3人工费用10元/h。

3 小结与讨论

研究70%土壤含水量的水分控制下草莓叶片叶绿素含量没有明显的降低，结合前人曾研究证明水分胁迫会造成草莓叶片叶绿素的退化，表明水分精准控制至70%土壤最大持水量没有明显造成草莓的水分胁迫。后期叶绿素相对含量没有明显降低，应该是由于比较适合的水分供应以及本试验草莓品种后期叶片厚度有所增加造成。70%土壤含水量时，草莓对氮磷的吸收不受影响，而对钾的吸收略有下降。水分控制处理产量没有明显降低，水分投入明显减少，大大提高了草莓种植的水分利用率。而且实际试验过程中，水分控制处理较常规灌溉草莓成熟时间提前，基本可以早采一个批次。早期成熟的草莓单果重明显较高，如果再考虑到年前草莓市场价格较高，水分控制处理对种植收益的提高将更加明显。

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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，讲师，主要从事农业物联网应用及作物栽培研究。