李梅玲，張凱，尹彥霞，黃丹楓

（上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，200240）

青菜屬十字花科蕓薹屬蕓薹種白菜亞種[Brassica campestris ssp.Chinensis （L.）]，原產(chǎn)于中國，又稱小白菜、不結(jié)球白菜等，其質(zhì)地鮮嫩、營養(yǎng)豐富，在蔬菜消費中占有重要地位[1]。青菜種植耗水量大，而水資源短缺是一個全球性的問題[2]，因此實現(xiàn)水分低消耗、蔬菜高產(chǎn)出是人們渴望的最終目標(biāo)[3]。

影響蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的因素眾多，土壤（基質(zhì)）水分狀況是影響植物氣體交換、植物蒸騰速率和水分利用率的重要環(huán)境指標(biāo)[4～6]。合理的基質(zhì)含水量不僅可節(jié)約水資源，還可以提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量；栽培氣候也通過影響基質(zhì)含水量變化間接影響作物生長狀況。Doria等[7]研究發(fā)現(xiàn)，栽培地氣候波動導(dǎo)致蒸騰蒸發(fā)量的變化影響作物對灌溉的需求，從而影響作物生長發(fā)育。霍海霞等[8]指出，環(huán)境的變化會導(dǎo)致水分對蔬菜生長發(fā)育的影響，往往與施肥、溫度、空氣濕度、光照等栽培條件有關(guān)，Nazeer等[9]在小麥對高溫和滲透壓下的反應(yīng)一文中提到，溫度過高導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)增多，加劇干旱，從而影響作物生長發(fā)育，因此，研究灌溉對蔬菜生長發(fā)育的影響不能脫離一定的環(huán)境條件。

我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中水分管理缺乏科學(xué)的量化指標(biāo)，依靠豐水高產(chǎn)型的經(jīng)驗灌溉，水分管理比較粗放[10]。精準(zhǔn)灌溉作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分，不僅保護生態(tài)環(huán)境，而且最大限度地優(yōu)化灌溉水用量，以獲得最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟效益[11]。近年來智能精準(zhǔn)灌溉技術(shù)研究頗多，很多技術(shù)應(yīng)運而生，如智能化精準(zhǔn)化灌溉設(shè)備[12]、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)[13]、物聯(lián)網(wǎng)與 ZigBee 技術(shù)[14]等，以上技術(shù)僅依據(jù)監(jiān)測基質(zhì)（土壤）濕度通過計算機指導(dǎo)灌溉，很少將基質(zhì)濕度與穴盤質(zhì)量綜合監(jiān)測綜合起來指導(dǎo)灌溉，其不足在于土壤（基質(zhì)）濕度探頭不穩(wěn)定、穴盤孔穴深度不夠、穴盤各穴孔間差異大等，影響灌溉效果，因此，利用盤質(zhì)量輔助或代替基質(zhì)濕度傳感器監(jiān)測基質(zhì)含水量，有可能更加精確、方便地實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。本試驗分別從基質(zhì)水分、氣候兩方面探究盤質(zhì)量對小青菜生長的直接、間接影響，旨在建立盤質(zhì)量與基質(zhì)含水量的相關(guān)關(guān)系，指導(dǎo)灌溉指標(biāo)的確定，為精準(zhǔn)灌溉提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)管理

試驗于2012年11月5～26日在上海浦東新區(qū)大團鎮(zhèn)多利農(nóng)莊1號溫室內(nèi)進行。溫室水分、溫度、光照及生產(chǎn)管理均與1號棚內(nèi)一致。試驗期間溫室內(nèi)大氣濕度波動幅度較大，白天最低濕度50%以上，晚上接近100%。陰雨天大氣濕度波動較小，但濕度持續(xù)過高，且光照較弱。大氣溫度與基質(zhì)溫度之間呈現(xiàn)規(guī)律的周期性變化。整個生長期白天溫度在13～23℃，夜晚溫度在8～18℃。大氣溫度早晚溫差在0.2～12.4℃，基質(zhì)溫度早晚溫差在5～14℃。管理采用有機基質(zhì)栽培，在小青菜生長期間不施用化肥和營養(yǎng)液，只適當(dāng)補充水分。

1.2 供試材料

試驗材料為小青菜，供試品種為青陽，采用200孔穴盤進行機器播種。育苗基質(zhì)為園欣牌育苗基質(zhì)，其養(yǎng)分配比為泥炭∶珍珠巖∶園藝蛭石=1∶1∶1（體積比），有機質(zhì)含量50%，pH值5.6～6.5，腐殖質(zhì)含量35%，N、P、K含量3%。有機肥占15%（質(zhì)量比），其養(yǎng)分配比為有機質(zhì)含量5%，N、P、K含量6%，有益菌含量5億/g。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)播種穴盤和未播種穴盤2個處理，4個區(qū)組 （按照溫室位置從南到北依次分為N1、N2、N3、N4）。在播種穴盤和未播種穴盤內(nèi)分別固定插入一個土壤水分傳感器。將溫度傳感器插入播種穴盤監(jiān)測基質(zhì)溫度，將農(nóng)用通設(shè)定為30 min導(dǎo)出一次環(huán)境參數(shù)監(jiān)測環(huán)境變化。農(nóng)用通是北京旗碩科技公司研發(fā)的遠程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可自動采集溫度、濕度、土壤溫度、土壤水分、光照強度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)。數(shù)據(jù)通過無線方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶能借助電腦或手機了解現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)。

1.4 指標(biāo)測定與方法

盤質(zhì)量每天7：30和16：30測定，基質(zhì)濕度、大氣濕度、基質(zhì)溫度、大氣溫度、光照強度采用農(nóng)用通自動監(jiān)測，每隔30min獲得一次數(shù)據(jù)?；|(zhì)含水量分別由基質(zhì)相對水分含量和基質(zhì)濕度表征，其測定方法不同，基質(zhì)相對水分含量采用烘干法測定[15]，為質(zhì)量比；基質(zhì)相對濕度由農(nóng)用通監(jiān)測，為體積比。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)均采用SAS 9.1.3 Portable、WPS表格軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 盤質(zhì)量的日變化

圖1-A可看出，整體上盤質(zhì)量降低的趨勢是晴天大于陰雨天，由圖1-B可更直觀地看出，12：00～14：00時段晴天與陰雨天盤質(zhì)量減少量差異最大，這是由于此時段晴天光照和溫度最強烈，蒸騰、蒸發(fā)作用強烈，故盤質(zhì)量減少量最大。圖1-B中14：00～16：00時段晴天、陰雨天盤質(zhì)量減少量相同，其原因可能是晴天此時段室外光照降低，由于溫室位置下午光照無法輻射至試驗區(qū)，導(dǎo)致蒸騰蒸發(fā)量減少，而陰天雖然光照較弱，但密閉環(huán)境下溫室內(nèi)溫度積聚導(dǎo)致溫室內(nèi)溫度未明顯降低，故出現(xiàn)兩者盤質(zhì)量減少量無差異情況。本試驗結(jié)果表明，晴天、陰雨天白天盤質(zhì)量減少量總和分別為0.148、0.082 kg，晴天蒸騰蒸發(fā)量是陰天的1.8倍。

圖1 晴天、陰雨天盤質(zhì)量日變化規(guī)律及盤質(zhì)量減少量對比

2.2 基質(zhì)相對濕度日變化

從圖2中可看出，陰雨天基質(zhì)相對濕度是一條趨于平行于坐標(biāo)橫軸的直線，基質(zhì)相對濕度降低極緩慢，而晴天基質(zhì)相對濕度降低極顯著。結(jié)合圖1可以看出，晴天、陰雨天基質(zhì)含水量變化差異很大，因此在工廠化生產(chǎn)中其灌溉方式應(yīng)分別對待，以適應(yīng)作物生長需求。徐磊等[1]認為，晴天基質(zhì)中含水量要高于陰天，有利于植物生長和干物質(zhì)積累，陰天弱光下基質(zhì)含水量較高會導(dǎo)致植株徒長形成弱苗，影響蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)，因此，合理控制基質(zhì)含水量對增產(chǎn)增收意義重大。

2.3 盤質(zhì)量與基質(zhì)水分含量相關(guān)關(guān)系

圖3-A中播種處理穴盤質(zhì)量與基質(zhì)水分含量間線性相關(guān)系數(shù)為0.821 9，圖3-B中未播種處理穴盤質(zhì)量與基質(zhì)水分含量線性相關(guān)系數(shù)為0.985 5，遠大于0.70[16]，結(jié)果顯示，兩處理盤質(zhì)量與基質(zhì)水分含量間存在極顯著線性相關(guān)，說明盤質(zhì)量能夠反映基質(zhì)相對水分含量的變化，從而指導(dǎo)灌溉。對比圖3-A與圖3-B相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn)，播種穴盤質(zhì)量與基質(zhì)水分含量線性相關(guān)系數(shù)遠低于未播種穴盤，說明除操作繁瑣外，采用烘干法測得基質(zhì)水分含量時基質(zhì)中植物殘留物對測定結(jié)果的影響不容忽視。

2.4 盤質(zhì)量與基質(zhì)相對濕度相關(guān)關(guān)系

圖4-A中播種處理穴盤質(zhì)量與基質(zhì)相對濕度之間線性相關(guān)系數(shù)為0.977 3，圖4-B中盤質(zhì)量與基質(zhì)相對濕度線性相關(guān)系數(shù)達到0.977 7，遠大于0.70[16，兩處理穴盤質(zhì)量與基質(zhì)相對濕度之間均具有極顯著線性相關(guān)關(guān)系，說明用盤質(zhì)量能夠反映基質(zhì)相對濕度的變化，進而指導(dǎo)灌溉。圖4-A、圖4-B相關(guān)系數(shù)一致，說明基質(zhì)中殘留的植物成分對測定結(jié)果的影響可以忽略。

圖3 盤質(zhì)量與基質(zhì)水分含量間的相關(guān)關(guān)系

2.5 蒸發(fā)、蒸騰量與穴盤質(zhì)量的相互關(guān)系

由圖5-A可看出，播種穴盤質(zhì)量的減少量大于未播種穴盤，這是由于播種穴盤中植物蒸騰作用所造成的；但兩者無差異顯著性（p=0.189 5）。圖5-B結(jié)果顯示，晴天、陰天盤質(zhì)量減少量差異極顯著（p=0.001），晴天盤質(zhì)量減少量為陰雨天的2～8倍，晴天植物蒸騰和基質(zhì)蒸發(fā)量遠大于陰雨天，故在生產(chǎn)中，天氣變化時灌溉措施也應(yīng)分別調(diào)整，以適應(yīng)植物生長需求。圖5-C和圖5-D分別為隨機一個陰雨天及晴天盤質(zhì)量減少量對比，分析結(jié)果顯示，無論陰天（p=0.342 2）還是晴天（p=0.547 1）4 個區(qū)組盤質(zhì)量減少量無顯著性差異，這說明在溫室條件下，不同區(qū)組穴盤質(zhì)量減少量無顯著性差異，但相同區(qū)組內(nèi)，晴天、陰天盤質(zhì)量減少量差異極顯著。

3 結(jié)論與討論

3.1 盤質(zhì)量與基質(zhì)含水量相關(guān)性分析

圖3分析結(jié)果顯示，盤質(zhì)量與其基質(zhì)水分含量之間有極顯著的線性相關(guān)關(guān)系，可以用盤質(zhì)量反映基質(zhì)含水量的變化?；|(zhì)水分含量由烘干法測定，該方法相對較精確，但烘干法測定基質(zhì)含水量不僅操作繁瑣、耗時長，不能實時指導(dǎo)灌溉，而且在采樣過程中基質(zhì)中會因殘留一部分植物根系而影響測定結(jié)果。圖3分析顯示，播種盤質(zhì)量及未播種盤質(zhì)量與基質(zhì)水分含量相關(guān)系數(shù)差異較大，說明在操作過程中殘留根系導(dǎo)致測定結(jié)果存在較大的試驗誤差，故綜合以上因素烘干法測基質(zhì)相對含水量并不是指導(dǎo)精準(zhǔn)灌溉最佳方法。

圖4分析結(jié)果顯示，無論是播種穴盤還是未播種穴盤質(zhì)量與其基質(zhì)相對濕度間均有極強的線性相關(guān)關(guān)系，可用盤質(zhì)量反應(yīng)基質(zhì)濕度的變化?；|(zhì)相對濕度由農(nóng)用通測定，可實時監(jiān)測基質(zhì)相對濕度的變化，而且基質(zhì)相對濕度與基質(zhì)水分含量具有線性關(guān)系，準(zhǔn)確性可靠。以下分別為播種處理（Y1）及未播種處理（Y2）基質(zhì)相對濕度與基質(zhì)水分含量之間的關(guān)系，

圖4 盤質(zhì)量與基質(zhì)相對濕度間的相關(guān)關(guān)系

工廠化灌溉生產(chǎn)蔬菜是一個資本密集型的產(chǎn)業(yè)[17]，相對于基質(zhì)水分含量的測定，采用農(nóng)用通測定基質(zhì)相對濕度具有快捷方便并可遠程操作的優(yōu)點，更加適于工廠化生產(chǎn)的灌溉管理。然而，農(nóng)用通濕度傳感器定點測定基質(zhì)相對濕度代表性不強且價格昂貴，大面積工廠化栽培中單純依靠農(nóng)用通指示基質(zhì)含水量需要多個傳感器進行監(jiān)測，成本太高。以上分析表明盤質(zhì)量可作為指導(dǎo)灌溉的指標(biāo)之一，結(jié)合盤質(zhì)量變化和基質(zhì)濕度變化作為灌溉的理論依據(jù)不僅能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定實現(xiàn)灌溉管理，同時還能減少濕度傳感器的應(yīng)用使之更廣泛地應(yīng)用在不同生長期、作物、季節(jié)等栽培管理中。

3.2 盤質(zhì)量標(biāo)定方法的優(yōu)化

圖5-C和圖5-D分析了播種和未播種處理間盤質(zhì)量減少量的差異顯著性，結(jié)果顯示，無論是晴天還是陰天區(qū)組間盤質(zhì)量減少量均無顯著性差異，可不分位置統(tǒng)一灌溉量管理。有3種情況會導(dǎo)致這種結(jié)果，第一種情況是從南到北溫室中光照強度無顯著性差異，穴盤及基質(zhì)的蒸騰蒸發(fā)量（ET）差異不明顯，可造成以上結(jié)果[18]；第二種情況是4個區(qū)組光照差異顯著，即苗床從南到北光照強度逐漸降低，ET逐漸降低，植物生長量逐漸降低，故盤質(zhì)量減少無顯著差異；第三種情況是忽略光照強度變化對ET和生長量的影響。人工灌溉如果南北不均也會影響試驗結(jié)果，人工灌溉不均勻?qū)е禄|(zhì)含水量差異巨大，影響植物生長，而工廠化生產(chǎn)采用機械灌溉相對人工灌溉更加均勻、統(tǒng)一，章鷗等[19]在研究不同基質(zhì)含水量對花椰菜工廠化育苗的影響中采用自走式移動噴灌機進行灌溉，從而控制灌溉量和盤質(zhì)量。在工廠化栽培中采用稱重法測盤質(zhì)量或盆質(zhì)量作為灌溉指標(biāo)的研究也越來越廣泛[20，21]。本試驗在王淑琴等[20]的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)盤質(zhì)量不僅與基質(zhì)水分含量具有極顯著的線性關(guān)系，還與基質(zhì)相對濕度具有極顯著的線性關(guān)系。盤質(zhì)量作為灌溉指標(biāo)操作復(fù)雜，以基質(zhì)相對濕度變化反映盤質(zhì)量變化可以實時準(zhǔn)確的指導(dǎo)灌溉，可作為指導(dǎo)灌溉的輔助措施。另外，大面積工廠化栽培中基質(zhì)相對濕度監(jiān)測成本過高，因此要實現(xiàn)工廠化栽培的節(jié)約化、精準(zhǔn)化還需要更進一步的研究，如利用機器視覺監(jiān)測植物葉片顏色、葉片開展度、葉片溫度等指導(dǎo)灌溉，要實現(xiàn)這一目標(biāo)還需要大量的研究工作。

圖5 穴盤質(zhì)量日減少量對比

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