新疆柠檬种植水肥一体化灌溉技术研究与示范

何宜倡 代晓强

摘 要：在新疆设施农业中种植柠檬观光型作物有利于设施农业的发展，设施农业中柠檬的需水需肥特性与露天种植的不同，需要通过KBE自学习系统进行学习并实现水、肥精准精量控制。

关键词：关键词：柠檬;水肥一体化;按需灌溉

中图分类号：S607+.1       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190830005

柠檬（学名：Citrus limon （L.） Burm. f.），属于柑橘类植物，由于其富含维生素C、柠檬酸、柠檬多酚类、柠檬苦素、柠檬精油、柠檬膳食纤维素、高量钾元素和低量钠元素等元素，对人体十分有益，因此柠檬是世界上最有药用价值的水果之一。通过科研人员研究分析，柠檬对于增强人体抗疲劳、增强人体免疫力和具有明显的促进作用，柠檬市场需求量较高，产品价值高，属于特色经济作物。

世界柠檬种植广泛， 2015年全世界柠檬种植面积为113.33万hm2，产量在2000万t以上[1]。中国在2012年以前人均年消费量不足0.3kg，2014年人均年消费量0.68kg，2015年人均年消费量达到1.68kg，预计到2025年人均年消费将达到10kg以上，年需求量在1000万t以上，柠檬在中国市场的有着较大的发展空间。新疆柠檬种植还属于空白，新疆市面上销售的柠檬都是从内地进口，在新疆发展设施柠檬对设施农业提质增效、观光旅游有非常重大的意义。

1 柠檬需水、需肥特性

柠檬在我国广泛种植于四川境内，由于四川土壤温暖而土层深厚且排水能力较好。柠檬适合种植的土壤pH值在5.5～7.0之间属于弱酸性土壤环境，柠檬生长很快，树体可达柠3～6m，喜水喜肥。

在柠檬栽培过程中，秋季是施有机肥的好时机，需要将牛羊粪腐熟后施入温室中当温室底肥，底肥施好后开始定值柠檬，柠檬的定值是将培养好的幼苗栽入温室中，这时要注意柠檬幼苗期树冠较小但是当其长大后就会不断地增加树冠的直径，这里每隔3m栽种1颗柠檬树，温室跨度为9m，可以栽培3排柠檬树。定值成功后每月施1次浓度为30%的腐熟人畜粪水，然后以氮80g、磷40g、钾30g复合肥进行追肥，在追施氮肥时不能过量施入，这样会使柠檬树枝出现徒长现象，营养过剩导致果实早熟，造成落花落果的现象。在果实膨大期与抽梢期要格外注意肥料管理，肥料可以用农家肥，但是要充分腐熟，多追施尿素和磷钾肥。且柠檬树是极不耐旱的水果，一定要及时进行浇水和灌溉。

柠檬树具体的施肥原则：按植株挂果多少和土壤供肥情况来确定施肥量及次数。例如，1颗柠檬树产30kg鲜柠檬，采用穴施、条沟或放射状沟的方式施氮0.3kg、磷0.2kg、钾0.2kg左右。出现弱树并且花量较多的植株应该尽量多施，出现强树且花量较少的植株应少施或不施。

2 水肥一体化灌溉

2.1 基于KBE的专家系统

KBE（Knowledge Based Engineering），是知识的表示形式，可以分成知识获取、知识的表达、知识的推理3个部分，任何一种知识多可以应用KBE系统实现学习、分析和推理。

在基于KBE的灌溉智能决策系统中，通過知识获取和表示从知识管理系统中获取柠檬需求灌溉方式等相关信息，建立知识库并存储与计算机中，根据已有的知识库推导出近似与专家设计控制的思想和方法，基于长期灌溉经验的总结，并通过学习不断更新，能够智能决策出灌溉量和灌溉时间，因此其具有智能性和自学习性。

柠檬需肥量的确定，目前尚没有成熟的计算公式，但可根据柠檬的生长需求和已获取的作为当前的养分信息，依据专家经验，确定柠檬的需肥量。

2.2 灰色预测算法研究

所谓灰色系统，就是既含有已知参数（白色参数），又含有未知参数（黑色参数）的系统。在少数据不确定背景下，数据的处理、现象的分析、模型的建立、发展趋势的预测、事物的决策、系统的控制与状态的评估，是灰色理论的技术内容。

在普通PID控制器基础上添加灰色预测控制和模糊逻辑控制功能[2]，并在灰色预测控制器的输出端“预测误差”处引入一个自适应调节因子（权重因子）x，组成新的自调节灰色预测模糊PID控制器（如图2所示）。引入的自适应调节因子x可以在灰色预测GM模型的预测精度不高时减小预测误差值在控制器中的权重（比例），而当灰色预测GM模型的预测精度较高时增加预测误差值在控制器中的权重（比例），以减小预测带来的误差对系统的影响，提高控制的精确性。

在此采用灰色预测控制与模糊逻辑控制相结合的控制方法及策略，在此基础上建立灰色预测模糊控制器，传感器将土壤湿度变化反应成电信号，通过信号放大器及数据处理模块得到直接反应土壤湿度的数值输入系统，输入的土壤湿度与系统内的标准湿度值进行比较，得到输入偏差e，若偏差e>0则土壤湿度大于系统内设计的最佳湿度，即土壤不缺水，系统不输出灌溉信号。若e

3 新疆设施农业柠檬种植示范及发展

新疆心果艺农业科技有限责任公司是我区首家以柠檬设施种植、研发、销售和设施建造、农业技术推广服务为主的农业科技企业，在天山区南草滩街道翠园社区建立了占地3.33hm2的柠檬设施种植基地，包括1座占地0.33hm2的“鸟巢”温室大棚和11座日光温室大棚，公司结合新疆的地域特点，研发了适合柠檬等经济作物种植的温室，从20多个柠檬品种中优选出了适合新疆气候生长的品种——尤力克，该品种具有一年四季开花、结果，果实储存时间100d以上，且保鲜率达90%以上。

日益增长的人们对新鲜蔬菜的市场需求，为新疆日光温室技术的发展创造了良好的发展空间。设施新品种引进、设施观光旅游、设施采摘等多种设施新的领域必将逐渐的建立并推广，设施柠檬在设施观光中可以作为观赏类果树，设施采摘也会让人们耳目一新，设施生产中更能创造出很高的经济价值，设施柠檬在新疆必将被大家接受，设施柠檬的产业也必将会成为新疆设施农业发展的亮点。观光采摘单座温室可以种植柠檬树300株，每株柠檬树年挂果约50个，每个柠檬售价10元，可收益约15万元/a。销售盆栽柠檬，单座温室可以种植柠檬树600盆，每盆柠檬售价约300元，可收益约18万元/a。在新疆发展设施柠檬产业是新疆设施农业提质增效、设施观光、设施农业可持续发展的发展方向，柠檬庄园的建立也为多种类、多渠道、多样性设施农业提供了亮点及特色。

参考文献

[1] 谢晓林.柠檬栽培技术[J].四川农业科技，2012（6）：14-16.

[2]张广立，付莹，杨汝清.一种新型自调节灰色预测控制器[J].控制与决策， 2004（2）：212-215.