基于作物表型的温室精准灌溉策略研究进展_冯倩.pdf

节水灌溉Water Saving I基于作物表型的温室精准灌溉策略研究进展冯倩1，2，尹义蕾1，2，王柳1，2，王春辉1，2，裴庆余1，2，丁小明1，2，张凌风1，2，王晓丽3，王会强4（1.农业农村部规划设计研究院，北京100125；2.农业农村部农业设施结构设计与智能建造重点实验室，北京100125；3.河北润农节水科技股份有限公司，河北 唐山064100；4.河北农业大学，河北 保定071001）摘 要：水分状况直接决定着温室作物的产量与品质，根据作物表型变化来反应其水分胁迫状况是当前研究的热点。作物表型参数综合考虑了由于土壤(或基质)水分减少和蒸腾蒸发需求量而引起水分胁迫的累积效应，据此可以更精确地判断作物水分胁迫水平，进而为实现精准灌溉提供相关依据。该文对国内外基于作物表型（茎直径变化、茎流、冠层温度）的温室精准灌溉策略研究现状进行了分析与总结，相关研究表明，茎直径变化、茎流和冠层温度3个诊断指标可以反映植物的水分状况，但作物表型受环境因子影响较大，一般需排除环境因子对作物表型的影响或与环境因子等外界因素进行综合分析建模，建立综合作物表型-环境因子等因素的作物需水模型，用以指导灌溉；同时提出了国内基于作物表型进行灌溉还存在基础理论不完善、技术研发不先进、设备监测不精确等问题，并对基于作物表型的灌溉策略未来的发展方向进行了展望，未来国内温室灌溉领域需向着加强作物表型与灌溉的基础理论研究、积极探索新技术、研发新装备、提升温室环境控制水平等方向前进。该文可推动该领域相关研究为实现温室作物的精准灌溉提供参考。关键词：温室；精准灌溉；水分胁迫；作物表型；茎直径微变化；茎流；冠层温度；研究进展中图分类号：S274 文献标识码：A DOI：10.12396/jsgg.2023073冯 倩，尹义蕾，王 柳，等.基于作物表型的温室精准灌溉策略研究进展 J.节水灌溉，2023（6）：34-40.DOI：10.12396/jsgg.2023073.FENG Q，YIN Y L，WANG L，et al.A review on precision irrigation strategy for greenhouse crops based on phenotype J.Water Saving Irrigation，2023（6）：34-40.DOI：10.12396/jsgg.2023073.A Review on Precision Irrigation Strategy for Greenhouse Crops Based on PhenotypeFENG Qian1，2，YIN Yi-lei1，2，WANG Liu1，2，WANG Chun-hui1，2，PEI Qing-yu1，2，DING Xiao-ming1，2，ZHANG Ling-feng1，2，WANG Xiao-li3，WANG Hui-qiang4（1.Academy of Agricultural Planning and Engineering，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Beijing 100125，China；2.Key Laboratory of Farm Building in Structure and Intelligent Construction，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Beijing 100125，China；3.Hebei Runnong Water-saving Technology Co.，Ltd，Tangshan 064100，Hebei Province，China；4.Hebei Agricultural University，Baoding 071001，Hebei Province，China）Abstract：Water status directly determines the yield and quality of greenhouse crops.It is a hot topic to reflect the water stress status according to the phenotypic changes of crops.Crop phenotypic parameters comprehensively consider the cumulative effect of water stress caused by soil(or matrix)water reduction and evapotranspiration demand.Based on this,the level of crop water stress can be judged more accurately,and then provide a relevant basis for precise irrigation.In this paper,the research status of greenhouse precision irrigation strategy 文章编号：1007-4929（2023）06-0034-07收稿日期：2023-03-07基金项目：河北省重大科技成果转化项目（21287001Z）；农业农村部规划设计研究院自主研发项目（SH202102）；河北省重点研发计划项目（21326904D）。作者简介：冯倩（1998-），女，助理工程师，主要从事设施园艺装备方面的研究。E-mail：。通讯作者：尹义蕾（1983-），男，高级工程师，主要从事设施水肥一体化技术与装备领域的研究。E-mail：。34基于作物表型的温室精准灌溉策略研究进展 冯倩 尹义蕾 王柳 等based on crop phenotype(stem diameter change,stem flow,canopy temperature)at home and abroad were analyzed and summarized.Relevant studies showed that the three diagnostic indicators of stem diameter change,stem flow,and canopy temperature could reflect the water status of plants,but the crop phenotype was greatly affected by environmental factors.Generally,the influence of environmental factors on crop phenotype or the comprehensive analysis and modeling of external factors such as environmental factors should be excluded,and the crop water requirement model based on crop phenotype-environmental factors should be established to guide irrigation；At the same time,it is pointed out that there are still some problems in domestic irrigation based on crop phenotype,such as imperfect basic theory,unadvanced technology research and development,and inaccurate equipment monitoring.The future development direction of irrigation strategy based on crop phenotype is prospected.In the future,the domestic greenhouse irrigation field needs to strengthen the basic theoretical research of crop phenotype and irrigation,actively explore new technologies,develop new equipment,and improve the level of greenhouse environment control.This paper can provide a reference for promoting relevant research in this field and realizing precision irrigation for greenhouse crops.Key words：greenhouse；precision irrigation；water stress；plant phenotyping；micro-changes of stem diameter；stemflow；canopy temperature；review0引 言灌溉是设施农业生产过程中的关键环节，作物的水分状态直接影响作物生理过程和潜在生产力1，影响其产量和品质。持续控制作物的水分状况十分重要，严重的水分胁迫或灌溉不及时将会导致作物减产2，灌溉量过多不仅会造成水资源的浪费，在一定程度上也会影响作物品质，更为严重的将导致作物死亡。基于上述原因，合理的灌溉制度就变得尤为重要，随着科技的发展，设施农业精准灌溉成为人们研究的热点3,4。精准灌溉是指依据作物类型、作物生长过程的耗水特点等实际需求，通过人工或自动监测手段、数据计算、网络传输等先进技术，采用最优的灌溉设施和灌溉施肥制度对作物进行严格有效的灌溉，以确保作物在生长过程中的需要，达到作物高产和优质高效的灌溉应用新模式5-7。与凭人工经验进行灌溉的传统模式相比，精准灌溉技术系统考虑了农作物、气候、土壤墒情等多方面因素，可以较好地根据作物需求精准控制作物生长所需水量及时间，具备节水、节能、优产、提质、增效的潜力8，精准灌溉已成为节水灌溉发展的必然方向9。目前荷兰最先进精准灌溉技术水资源的利用率可达到95%以上，遥遥领先于国内技术。实现精准灌溉的依据在于掌握作物的需水特征、需水时期及需水量等参数10，因此如何能够准确反映作物水分状况的指标是实现精准灌溉的重要基础。近年来国内外学者主要从以下几方面进行了精准灌溉研究：基于土壤水分的灌溉制度11,12，该方法主要利用多种传感器和参数建模方法预测土壤湿度，通过比较植物生长各个阶段的含水量并将物联网应用集成到农业中，以减少用水量并提高产量，但缺点在于忽略了环境因素与灌溉之间的关系，另一方面来讲，植物生理变化是对植物自身组织水分状态作出的响应，而并非对土壤含水量的响应13，因此难以真实的反映作物本身的水分状况；利用作物灌溉模型进行仿真试验研究14-16，该方法主要是基于多年的数据模拟分配固定时间内的作物灌溉量，缺点在于计算相对复杂、应用范围有限且不具有及时性17；基于作物表型的灌溉制度，该方法是通过作物茎直径变化、茎流速率、冠层温度等表型参数以及生长环境参数，通过建立作物-环境耦合模型，智能决策作物的需水状况。基于作物表型参数的灌溉策略与其他灌溉制度相比具有简单易行、实时监测并准确获取作物水分信息等突出优势，因此本研究主要开展了基于作物表型的温室精准灌溉策略的研究。表型是作物基因型与环境互作后呈现出来的性状，包括形态学、生育期、产量、品质、抗性等性状18。植物表型性状可以分为三大类：形态结构性状、生理功能性状和组分含量性状。相关