H型栽培架组合方式对光照及草莓生长和产量的影响-农业工程学报2017.2

p第 33 卷 nbsp; nbsp;第 2 期 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 农 nbsp;业 nbsp;工 nbsp;程 nbsp;学 nbsp;报 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Vol.33 nbsp;No.2 234 nbsp; nbsp;2017 年 nbsp; nbsp; nbsp;1月 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; Jan. 2017 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;H 型栽培架组合方式对光照及草莓生长和产量的影响王春玲1,2，宋卫堂1,3※，赵淑梅1,3，曲明山4（ 1. 中国农业大学水利与土木工程学院，北京 nbsp;100083； nbsp; 2. 塔里木大学水利与建筑工程学院，阿拉尔 nbsp;843300； nbsp;3. 农业部设施农业工程重点实验室，北京 nbsp;100083； 4. 北京市农业局土肥工作站，北京 nbsp;100029） nbsp;摘 nbsp; 要 H 型立体栽培架是目前在生产中应用较广的一种草莓立体栽培装置。针对草莓立体栽培过程中产生的遮光和植株生长不良等问题，该研究提出将两层和三层的 H 型栽培架进行不同组合，通过在日光温室中设置两层 两层（ T1） 、两层 三层交替（ T2） 、三层 三层（ T3）的 H 型栽培架的 3 种布置组合方式，比较不同组合处理下草莓的光照环境、生长及产量的差异。结果表明 T1 上、下层草莓的光照条件最佳， T2 次之， T3 最差；试验期内， T1 上层的草莓达到光饱和点（ light saturation point， LSP）的时间比 T2 增加了 40.0，并 且 T1 上、下层草莓达到光补偿点（ light compensation point，LCP）的时间分别比 T2 中两层栽培架的上、下层增加了 9.3和 21.3； T1 处理草莓的生长状况最佳。 T1 的单元产量最高，为 50.8 kg，分别比 T2 与 T3 的单元产量提高了 2.8和 33.7。因此，日光温室内 H 型栽培架以两层与两层相邻的布置方式较适合用于草莓的立体栽培，可在生产中推广应用。 nbsp;关键词日光温室；栽培；光照；H型栽培架；草莓；产量 doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032 中图分类号 S625.3; S628 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 文献标志码 A nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 文章编号 1002-68192017-02-0234-06 王春玲， 宋卫堂， 赵淑梅， 曲明山. H 型栽培架组合方式对光照及草莓生长和产量的影响[J]. 农业工程学报， 2017， 332234－239. nbsp; nbsp;doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032 nbsp; nbsp;http//www.tcsae.org Wang Chungling, Song Weitang, Zhao Shumei, Qu Mingshan. Effect of different combinations of two H-type cultivation frames on light and strawberry growth and yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE, 2017, 332 234 － 239. in Chinese with English abstract nbsp; nbsp;doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032 nbsp; nbsp;http//www.tcsae.org 0 nbsp;引 nbsp;言草莓立体栽培首先于 20 世纪 80 年代在日本出现[1]，因其产量高、效益好、节省土地、劳动强度低等特点深受广大生产者的喜爱[2]。随着草莓反季节栽培规模的扩大，中国草莓立体栽培的研究速度也逐步加快。近年来的研究表明 草莓立体栽培可以提高土地利用率 3～ 5 倍、提高单位面积产量 2～ 3 倍[3]。国内外对草莓立体栽培的模式进行了很多研究，如国内常用的传统 A 字型、改良架式[4-5]、后墙式[6]，吊柱式等，国外的如上下摆动式、悬挂式、可拆卸式、可移动式等[7-10]。 nbsp;在立体栽培模式的开发和使用过程中，人们对各种模式的环境特点、草莓生长状况进行了研究，同时也进行了相应地改进和调整[11-14]。宗静等[15]通过对草莓双层高架栽培模式的气象条件进行测试，发现下层的温、光条件都较上层差，上层草莓可提前 13 d 进行采收。张豫收稿日期 2016-07-11 nbsp; nbsp;修订日期 2016-11-30 基金项目 “十二五”农村领域国家科技计划课题 植物工厂立体多层栽培系统及其关键技术与装备研究（ 2013AA103002） ；现代农业产业技术体系建设专项（ CARS-25-06B） nbsp;作者简介王春玲，河北承德人。主要从事草莓立体栽培技术方面研究。阿拉尔 nbsp;塔里木大学水利与建筑工程学院， 843300。 Email ※通信作者宋卫堂，博士，教授，主要从事设施园艺栽培技术与设备研究。北京 nbsp;中国农业大学水利与土木工程学院， 100083。 Email 中国农业工程学会会员宋卫堂（ E040100004M） nbsp;超等[16]对 3 种草莓立体栽培架的生产性能进行了比较研究，明确了单层双列架型操作最便捷，双层品字形架型投入产出比最优，四层阶梯形架型适合草莓立体观光采摘。杨振华[17]认为 A 型槽架式与立柱式栽培模式经济效益高于高畦栽培。陈一飞等[18]研发了一种日光温室草莓立体栽培的智能控制系统，该系统可以使草莓的挂果期比传统种植方式平均提前 40 d，产量平均提高 33。 nbsp;Li 等[19]在比较了 A 字型、 H 型、品字型 3 种立体栽培架草莓的生长状况后认为， H 型栽培架的通风和光照更好，同时其种植密度也较另外两种大，获得的产量最高。目前， H 型栽培架因其构造简单、管理方便、使用年限长等优点，在草莓立体栽培中应用较为广泛。本文对 2 种 H 型栽培架的 3 种不同布置方式两层与两层相邻布置、两层与三层交替布置、三层与三层相邻布置，进行草莓的光照环境特点测试和研究，并对其生长及产量进行测量分析。比较并确定一种布置方式，能够使草莓的光环境较优、生长和产量较佳，以期为生产应用提供指导和建议。 nbsp;1 nbsp;H 型栽培架 1.1 nbsp;栽培架结构 如图 1， H 型栽培架由栽培支架、栽培槽、进水管、回水管等组成。栽培架长 6 m，宽 0.4 m，南北向放置于日光温室内，其中栽培支架是由直径 20 mm 的镀锌钢管焊接而成，为整个栽培架的骨架结构，侧面呈 H 型；栽第 2 期 nbsp;王春玲等 H 型栽培架组合方式对光照及草莓生长和产量的影响 nbsp;235 培槽由卡子固定于栽培骨架各层上，其结构从外向内依次由黑白膜 （正、 反面分别为黑、 白两色的聚乙烯薄膜） 、无纺布、防虫网、基质组成；进水管安装在栽培架北部，回水管在南部，栽培架由北向南有 5～ 10的倾角，以利于多余的水和营养液流出。图 1a、 1b 分别为三层和两层的 H 型栽培架。三层栽培架仅比两层栽培架多一层栽培槽，其他结构相同，具体尺寸如图 2。 nbsp;a. 三层 nbsp;a. Three layers b. 两层 nbsp;b. Two layers 1.栽培支架 nbsp; 2.栽培槽 nbsp; 3.进水管 nbsp; 4.回水管 nbsp; 5.草莓植株 nbsp;1.Cultivation structure support nbsp;2.Cultivation trough nbsp;3.Water inlet pipe nbsp;4.Water return pipe nbsp;5.Strawberry 图1 nbsp;不同层数H型栽培架示意图 Fig.1 nbsp;Sketch map of different H-cultivation layers 注 T1 表示两层栽培架与两层栽培架相邻布置； T2 表示两层栽培架与三层栽培架交替布置； T3 表示三层栽培架与三层栽培架相邻布置；下同。图中数值单位 cm。 nbsp;Note T1 represents two-layer frames arranged adjacently; nbsp;T2 represents two-layer frame and three-layer frame are alternately arranged; nbsp;T3 represents three-layer frames are arranged adjacently; the same as below. Numerical unit cm. 图2 nbsp;两种栽培架的三种组合及栽培架尺寸 Fig.2 Three combinations of two kinds of cultivation frames and their dimensions 1.2 nbsp;两种栽培架的三种布置组合 2 种栽培架的组合分为两层与两层相邻布置（ T1）、两层与三层交替布置（ T2）、三层与三层相邻布置（ T3）三种，如图 2。两层栽培架的总高度为 95 cm，三层栽培架的总高度为 160 cm； 栽培槽厚度为 20 cm， 相邻两层的间距为 65 cm，最下层距地面 30 cm；相邻两栽培架的间距为 60 cm[20]。 nbsp;2 nbsp;试验材料与设计 2.1 nbsp;试验条件 nbsp;本试验于 2015 年 8 月至 2016 年 4 月在北京市昌平区兴寿镇的一个日光温室内进行，温室东西长度为100 m，南北跨度为 8 m。草莓品种为“红颜”，定植日期为 2015 年 8 月 29 日，株距为 20 cm，行距为 30 cm。每个栽培槽定植两列，共 60 株草莓。 nbsp;2.2 nbsp;试验设计 供试栽培架均放置在温室中部，所处环境基本一致，每个处理栽培架 20 个，选择中间位置的 6 个栽培架为试验区，重复 3 次。栽培架和栽培槽的编号见表 1。 nbsp;表 1 nbsp;不同栽培架组合中栽培槽的位置编号 Table 1 nbsp;Position numbers of cultivating troughs in different combine frame combinations 处理 nbsp;Treatment栽培槽位置 nbsp;Cultivation trough site 位置 nbsp;编号 nbsp;Site number 处理 nbsp;Treatment 栽培槽位置 nbsp;Cultivation trough site 位置编号Site number上层 nbsp;1U 两层中的上层 nbsp;2U T1 下层 nbsp;1L 两层中的下层 nbsp;2L 上层 nbsp;3S 三层中的上层 nbsp;2S 中层 nbsp;3Z 三层中的中层 nbsp;2Z T3 下层 nbsp;3X T2 三层中的下层 nbsp;2X 采用顺序排列的试验设计方法。根据试验设计，将S-LIA-M003 型光照传感器布置于试验区每个栽培架各层的中部、基质上方约 25 cm 的位置，进行草莓冠层光合有效光量子流密度（ photosynthetic photon flux density, PPFD）的测量。 nbsp;待草莓缓苗后，在每个处理试验区栽培架的每层上，选择植株健壮、长势一致的草莓 24 株进行标记。 2015 年10 月 5 日开始对标记的草莓的株高和叶片叶绿素相对含量（ soil and plant analyzer development， SPAD） 值进行测量。叶绿素相对含量测量方法 采用 SPAD-502 便携式叶绿素测量仪[21]，选择草莓新叶外第 3 片叶进行测量，测量时应避开叶脉，每个叶片测量 3 次取平均值。草莓成熟后测量草莓的单株果实个数、平均单果质量、单株产量，测试时间为 2016 年 1 月 15 日－ 2016 年 4 月 15 日。 nbsp;采用 SPSS20.0 软件对数据进行单因素方差分析，显著性由 Duncan 新复极差法检测，采用 Excel 2010 进行数据处理。 nbsp;3 nbsp;试验结果与分析 3.1 nbsp;不同处理栽培架上的光环境特点 为使数据具有代表性，选择典型天气的光照数据进行分析。图 3 是 2016-03-02－ 2016-03-05（ 4 d）中 T2 和T3 中的三层栽培架上、中、下各层的光照数据，其中 3月 4 日为阴天。由图 3 可以看出， 2 个处理中的栽培架中各层草莓冠层的 PPFD 曲线走势基本一致，但在 4 d 内的相同时刻中 2S、 2Z、 2X 的草莓冠层 PPFD 值均高于 3S、3Z、 3X。 以 3 月 2 日为例， 2S 达到草莓光饱和点[22]（ light saturation point， LSP） 377.4～ 566.0 μmol/m2s的时长比3S 长约 250 min； 2Z 达到 LSP 的时长约为 240 min，而 3Z的全天光照都在 LSP 以下；此外， 2X 达到草莓光补偿点[22]（ light compensation point， LCP） 94.3～ 188.7 μmol/m2s的时长约为 230 min，但 3X 的光照全天都在 LCP 以下。以上结果说明， T3 与 T2 相比，栽培架增加一层会使其中、下层的光照受到了较大程度的遮挡，不利于草莓的生长。 nbsp;农业工程学报（ http//www.tcsae.org） nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 2017 年 nbsp; nbsp;236 a. T2 三层处理中上、中、下各层的 PPFD 曲线图 nbsp;a. PPFD curves of each layer of treatment T2 b. T3 上、中、下各层的 PPFD 曲线图 nbsp;b. PPFD curves of each layer of treatment T3 图3 nbsp;T2和T3处理栽培架各层的光合有效光量子流密度（2016-03-02 03-05） Fig.3 nbsp;Photosynthetic photon flux density PPFD in each layer of T2 and T3 cultivation frames 2016-03-0203-05 表 2 是 3 月 12 13 日 2 d 内 T1 和 T2 中的两层栽培架上、下层的光照情况。可以看出 T1 上、下两层 2 d 内达到 LSP 和 LCP 的时长均大于 T2 上、 下层。 累积计算 2 d的 LSP， 结果显示 1U 的草莓冠层达到 LSP 的时长比 2U增加了 40； 1L、 2L 达到 LSP 的时长分别为 100、 0 min。1U、 1L 草莓冠层达到 LCP 的时长分别比 2U、 2L 增加了9.3、 21.4。因 此 ， T1 处理比 T2 处理的光照环境更佳。 nbsp;表 2 nbsp;T1 与 T2 中两层不同布置方式的各层光照环境（ 2016-03-02 03-13） Table 2 nbsp;Light in different arrangement of two cultural layers 2016-03-02 03-13 位置 nbsp;Site 两日内达到 LSP 的时长 nbsp;Duration of two days reached LSP/min 两日内达到 LCP 的时长 nbsp;Duration of two days reached LCP/min 1U 770 1 180 1L 100 512U 550 1 080 2L 0 42注 LSP 表示光饱和点， LCP 表示光补偿点；累计采集测量时间为每日700-1900。 nbsp;Note LSP represents light saturation point, LCP represents light compensation point; cumulative acquisition time is 700-1900 each day. 3.2 nbsp;不同处理草莓的生长指标 苗期时，对各处理不同层草莓的株高和 SPAD 进行了测量。从图 4a、 4b 中可以看出， T1 与 T2 处理中各层草莓的株高不存在显著性差异（ P≤ 0.05）。 T2 与 T3 中的三层栽培架上层与中层草莓的株高不存在显著性差异，但其下层草莓株高显著低于上、中层； 2S、 2Z、 2X的株高分别比 3S、 3Z、 3X 分别增加了 2.7、 3.3、 6.7。说明 T2 的三层栽培架上的草莓植株生长情况优于 T3 相应的栽培架上的草莓。 nbsp;草莓叶片叶绿素含量、 含氮量与 SPAD 值显著相关[23]，叶片含氮量会影响草莓和其他植物的生长及产量[24-26]，因此测量草莓叶片的 SPAD 值可以直接反应其生长状况。 nbsp;由图 4c 可以看出， 1U 与 1L 的草莓 SPAD 值无显著性差异，均分别显著高于 2U 与 2L。说明在两层栽培架中，同一处理栽培架上、下层之间草莓的 SPAD 值无显著性差异；相同层之间 T1 与 T2 处理相比，能显著地提高草莓的 SPAD。图 4d 显示， T2 和 T3 处理的上、中层草莓的 SPAD 高于下层的。其中 2S、 2X 为 30.3、 25.2高于 3S、 3X 的 29.6、 24.7，且有 2Z 的 27.9 显著高于 3Z的 25.7。说明 T2 的三层栽培架与 T3 相比，各层草莓的叶绿素含量均有所提高，反映了 T2 的草莓生长状况在某种程度上优于 T3。 nbsp;注 不同的小写字母代表不同处理草莓生长指标差异显著， 显著水平为 0.05。采样时间为 2015-10-05。 nbsp;Note Different small letters indicate that there is significant difference of growth indicators between different processing strawberries， significant level is 0.05. Sampling time is 2015-10-05. 图 4 nbsp;各处理草莓的生长指标 nbsp;Fig.4 nbsp;Strawberries growth indicators for each treatment nbsp;3.3 nbsp;不同处理草莓的产量及效益 光照环境是引起草莓生长及产量品质变化的重要环境因素[27-33]，表 3、表 4 为各处理草莓的产量指标。 nbsp;表 3 nbsp;T1、 T2 处理两层栽培架上各层草莓的产量指标 Table 3 nbsp;Strawberry yield index of T1and T2 on two layers 处理 nbsp;Treatment位置 nbsp;Site 单株产量 nbsp;Yield per plant/g 单株果实个数 nbsp;Fruit number per plant 平均单果质量Average weight per fruit/g 1U 263.3a 12.2a 21.7aT1 1L 159.6b 8.2b 19.6b 2U 169.0b 8.3b 20.4aT2 2L 120.7c 6.7c 18.0b 注同一列中不同小写字母表示不同位置草莓间差异显著，显著水平为 0.05，下同。 nbsp;Note Same columns with the different small letters indicate that there is significant difference on strawberry yield index between different sites, and significant level is 0.05, the same as below. 第 2 期 nbsp;王春玲等 H 型栽培架组合方式对光照及草莓生长和产量的影响 nbsp;237 表 4 nbsp;T2、 T3 处理三层栽培架上各层草莓的产量指标 Table 4 nbsp;Strawberry yield index of T2 and T3 on three layers 处理 nbsp;Treatment 位置 nbsp;Site 单株产量 nbsp;Yield per plant/g 单株果实个数 nbsp;Fruit number per plant 平均单果质量Average weight per fruit/g 2S 192.7b 10.6a 18.3b 2Z 223.9a 10.4a 21.4a T2 2X 117.2d 5.8c 20.3ab 3S 127.6c 6.8b 18.7ab 3Z 116.0d 5.9c 19.6ab T3 3X 73.3e 3.8d 19.3ab 从表 3 可以看出， 1U、 1L 的单株产量分别显著高于2U、 2L，增加量为 94.3、 38.9 g；同时 1U、 1L 的单株果实个数也分别显著高于 2U、 2L，产生此种现象主要是由于 T2 处理中三层栽培架对光照的遮挡所造成。平均单果质量均是上层显著高于下层，并且 T1 大于 T2。由此可见 T1 处理较 T2 处理显著地增加了果实的单株产量和单株果实个数，但 2 个处理对果实的平均单果质量无显著性影响。此外，从表 4 中可以看出 2S、 2Z、 2X 的单株果实个数和单株产量分别显著高于 3S、 3Z、 3X，表现出此差异的主要原因是 T2 的两层与三层栽培架交替布置，光照条件在一定程度上优于 T3 处理的全部三层栽培架的布置方式。 T1 处理的草莓单株产量和单株果实个数高于其他处理， T3 处理草莓产量的相关指标最差，但是其单位土地面积上的种植密度最大。因此，需进一步测试和计算单元面积上各处理草莓的产量和成本，以确定较优的布置组合。 nbsp;根据不同处理组合中定植的草莓株数，计算试验期间内草莓总产量、经济效益、栽培架成本。每个处理由 2个栽培架为组成单元，因此，以每个处理的 2 个栽培架为计算单位，占地面积为 8.4 m2。栽培架按照 10 a 的使用年限来计算。 3 个处理的草莓总产量及栽培架年成本如表 5。试验期内为草莓产量形成的主要时间段，其平均价格约为 60 元 / kg，由表可知 3 个月内 T1、 T2、 T3 的收益分别约为 3 048、 2 964、 2 280 元。由此可知，所获收益远大于栽培架年成本消耗，因此 3 个处理的效果可直接通过其产量进行比较分析。 nbsp;表 5 nbsp;T1、 T2、 T3 处理试验期间草莓的总产量及成本 Table 5 nbsp;Yield and cost in a period of T1, T2 and T3 nbsp;处理 nbsp;Treatment 草莓株数 /株 nbsp;Plant number 平均单株产量 nbsp;Yield per plant⁄g 总产量 nbsp;Total yield⁄ kg 栽培架年成本Annual cost of cultivation/yuanT1 240 211.5 50.8 257.0 T2 300 164.7 49.4 321.8 T3 360 105.6 38.0 386.5 注每个处理单元的总产量所占面积为 8.4 m2，试验测产期为 2016-01-15－ nbsp;2016-04-15。 nbsp;Note The total area of each treatment unit is 8.4 m2, the yield test was measured from 2016-01-15－ 2016-04-15. 从表 5 可以看出， T1 的栽培密度最低，但其单元产量在试验期间内最高，为 50.8 kg，同时其年消耗成本最低。 T1 虽较 T2 栽培密度减少了， 但总产量却提高了 2.8；T3 的种植密度虽然最大，但其平均单株产量最低。 T1 平均单株产量较 T3 增加了 100.3，试验期内 T1 的草莓总产量较 T3 增加了 33.7。由此可知 3 个处理中 T1 是最适合于草莓栽培的布置方式。 4 nbsp;结 nbsp;论 本研究对 2 种 H 形栽培架的 3 种不同布置方式，进行了草莓光照环境及其生长状况的测试分析，并对产量和效益进行对比。结果如下 nbsp;1）两层与两层栽培架相邻布置的方式（ T1）草莓能够获得较佳的光照环境，三层与三层相邻布置（ T3）的最差，两层与三层交替布置（ T2）的介于前两者之间。典型晴天下，两层栽培架上 T1 上层草莓达到 LSP 的时间比 T2 增加了 40.0，且 T1 上、下层达到 LCP 的时间分别较 T2 上、下层增加了 9.3、 21.3；三层栽培架中T3 的上、中、下三层的 PPFD 值均低于 T2 相应位置。 nbsp;2） T1 与 T2 的两层栽培架中，上、下层之间草莓的株高和 SPAD 值无显著性差异（ P≤ 0.05），但 T2 与 T3的下层，草莓植株显著低于上、中层，说明 T3 处理的下层草莓的生长受到了影响。 nbsp;3）试验期间 T1 的单元总产量最高为 50.8 kg，分别比 T2、 T3 处理的单元总产量提高了 2.8、 33.7。 nbsp;因此，在长度 100 m，跨度 8 m 的日光温室内， H 型栽培架以两层与两层相邻的布置方式可使草莓的光环境达到较佳，生长较适宜，同时成本也较低，并且可以获得较高的效益，适宜在实际生产中进行推广应用。 nbsp;[参 nbsp;考 nbsp;文 nbsp;献] [1] 纪开燕，郭成宝，童晓利，等 . 设施草莓立体无土栽培的主要模式与发展对策 [J]. 江苏农业科学， 2013， 416136－ 138. nbsp;Ji Kaiyan, GuoChengbao, Tong Xiaoli, et al. 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