CN117084158B - 一种基于闭环环境下的设施栽培养分供应系统及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于闭环环境下的设施栽培养分供应系统及测定方法，通过在栽培槽周边设置水、肥施用的闭环环境系统，测定初始栽培基质及追施、混施肥中氮、磷、钾养分的总值，同时，闭环环境栽培系统可采用淋溶试验测定全生育期不同时期的养分释放率，根据每周的淋溶液体积、养分测定含量及样本处理的基质重量等参数计算得到准确的养分释放率，获得不同生育期栽培植株从基质和追施的养分中吸收的数据，将获得平均每株需养分量用于养分供应系统中进行施肥，结合养分供应系统完成栽培植株全生育期施肥量标准化管理；本技术可根据植株养分吸收规律来进行节水、省肥、提高产量和品质，实现设施蔬菜养分供应的精准控制体系。
Description
技术领域
本发明属于设施栽培应用技术领域，具体涉及一种基于闭环环境下的设施栽培养分供应系统及测定方法。
背景技术
设施蔬菜种植技术是利用一定的设施设备、结合人为干预方式来改善或制造出理想的栽培气象条件，以此促进蔬菜生长发育并确保产量，在农业生产过程中占据着重要的应用地位，尤其是在某些蔬菜的种植过程中（如菘蓝、鱼腥草、蒲公英、马齿苋、养心草、紫苏、益母草等等），设施蔬菜种植技术可有效保障蔬菜的生长质量，进而确保其作为中药原料的药用价值。
当前在设施蔬菜种植方面，特别是瓜类蔬菜，主要采用畦灌方式，少量采用微灌技术，但是在农艺生产技术方面还是凭借生产管理者的经验来操作，普遍存在农业用水与肥料利用效率低、水肥资源浪费严重等系列问题；过量水肥易造成土壤板结、破坏土壤结构，还会使棚室内湿度加大、蔬菜病害多、农药用量增大、蔬菜品质下降，因此，迫切需要一种能够根据作物养分吸收规律来进行节水、省肥、提高产量和品质的精准控制体系，来解决水肥利用率低导致的干旱缺水、养分吸收拮抗作用和土壤盐渍化等系列农业生产难题。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述问题而提出一种基于闭环环境下的设施栽培养分供应系统及测定方法。
本发明是通过以下技术内容实施：一种基于闭环环境下的设施栽培养分供应系统及测定方法，其中，所述测定方法使用所述养分供应系统进行作业，其步骤包括：
S1育苗：将选好的栽培品种进行播种、育苗作业；
S2定植：将育苗后的幼苗移栽于养分供应系统中的栽培槽进行定植作业；所述养分供应系统通过以下方式进行搭建：
所述养分供应系统包括栽培槽，所述栽培槽内填充设有栽培基质；所述栽培槽一端架设有灌溉装置，所述灌溉装置含有灌溉桶、灌溉离心泵、多个滴灌管，所述灌溉桶内液体通过所述灌溉离心泵连通于多个所述滴灌管，至少两个所述滴灌管铺设于所述栽培槽上方；
所述栽培槽一端底部通过下水管连接于回水装置，所述回水装置含有回水桶、回水离心泵、回水管，所述回水桶内液体通过所述回水离心泵连通于所述回水管，所述回水管出口指向所述灌溉桶，所述回水桶用于收集下水管传送的基质栽培淋出水肥液，所述回水离心泵用于将回水桶内的基质栽培淋出水肥液回流至灌溉桶中，以此形成水、肥施用的闭环环境；
S3田间管理：
划分栽培植株生育期，按不同生育期进行养分供应及养分测定作业，其中，所述养分测定作业包括以下步骤：
测定初始栽培基质及追施、混施肥中氮、磷、钾养分的总值，采用淋溶试验测定全生育期不同时期的养分释放率；
栽培中分批施用养分的测试采用水溶肥的标识配比核算；
用化学测定法测定栽培末期灌溉桶及回水桶中残余的养分；
全生育期不同时期全株同化物分别测定其全生育期内的干物质，其中，测定元素氮、磷、钾的含量；
对栽培植株部位进行采集，将采集、烘干的样品干物质进行化学方法测定，获得不同生育期栽培植株从基质和追施的养分中吸收的数据，分析出平均每株不同生育期所需养分量；
将获得平均每株需养分量用于养分供应系统中进行施肥，结合养分供应系统完成栽培植株全生育期施肥量标准化管理；
养分释放率测定：
所述养分释放率采用淋溶试验法进行测定，将栽培基质或化肥加入容器内作为测定基质，定期对测定基质加入清水进行淋洗，将测定基质定期淋溶出来的淋溶水肥液进行养分测定，用以计算栽培基质或化肥的养分定期释放率，将每个周期的养分释放率汇总相加，得到栽培基质或化肥的养分释放率；
所述养分释放率的计算公式为：
所述计算公式中γ为养分的释放率，ωn为第n周淋溶出来的养分测定含量的质量体积比，Vn为第n周淋溶出来的淋溶液体积，ω为初始基质测定的养分含量的质量百分比，m为样本处理的基质重量，n为淋溶的周数。
进一步的，所述栽培植株属于瓜类蔬菜、茄果类蔬菜、豆类蔬菜、叶菜类蔬菜中的一种。
进一步的，所述栽培基质由草炭、蛭石、粉状有机肥按照预设比例配置，所述栽培槽中填充的所述栽培基质按每立方米基质养分计算含全氮 1.5～2.0kg、全磷0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg,容重0.3～0.5g/cm³。
进一步的，所述育苗步骤还包括：
品种选择：按照预设温度要求、湿度要求选择相应的栽培植株品种；
种子处理：早春播种采用温汤浸种，先将种子倒入55～60℃的温水中不断搅拌，待水温降至30℃±5℃继续浸种2～3h；将浸泡好的种子用湿布包好放置在托盘上，放入30℃±5℃的恒温箱中催芽，待其露白后播种；夏秋季播种不需要催芽，种子浸泡后在阴处晾干后，可直接播于穴盘内；
播种：选择天气晴朗、地温稳定于15℃以上时播种，春季在2月20日～3月10日采用设施播种，夏秋季在7月10日～8月10日播种；以草炭、蛭石、有机肥调配栽培基质，采用常规穴盘育苗，穴盘消毒后装入调配好的栽培基质压孔后，将种子平放入孔内，并盖上铺设预设厚度的栽培基质进行播种，然后浇一遍透水，春季盖膜保温，夏秋季盖遮阳网，待萌芽后揭去地膜或遮阳网；幼苗出齐后，早揭晚盖；育苗后期应降低温度，停止浇水，晴天通风降温；定植前7天～10天，采取苗期猝倒病和立枯病的防治措施。
进一步的，所述定植步骤还包括：
春季育苗苗龄30天～35天，夏秋季育苗15天～18天，具3片～4片真叶时定植，选用所述栽培系统中的栽培槽进行定植，定植前在槽上覆盖地膜，定植时在膜上按预设株距打穴栽培，每穴栽一株，栽于槽中间，定植后每株按300～500ml标准浇足定根水。
进一步的，田间管理步骤还包括：
水肥管理：以一茬栽培植株生长全生育期所需的氮、磷、钾养分量，在基质拌料时将基肥加入其中，以有机肥为基础添加三元复合肥，保持每立方米栽培基质养分含全氮1.5～2.0kg、全磷 0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg，占总养分输入量的50%～60%；
采用滴灌的方式追肥3次，分别于伸蔓中后期4天～6天追施1次平衡水溶肥；膨果中后期追施2次高钾水溶肥，2次时间间隔为6天～8天，追肥养分占总养分输入量的40%～50%；
进一步的，田间管理步骤还包括：
枝蔓调整：保留植株主蔓3片～4片真叶时摘心打顶，促使萌发子蔓，选留其中长势强且相对均衡的1条子蔓，待其长至5～6片叶时用绑扎绳牵引上架，其余子蔓摘除；从子蔓上第6～7节孙蔓上开始留瓜，无瓜孙蔓摘除，每条孙蔓只留1个瓜，留1～2片功能叶后摘心；基部老叶定期摘除，疏去过密蔓叶；甜瓜开花结果期定期疏去多余花果；为了促进坐果，采用人工辅助授粉，单株选留3～4个果实。
进一步的，田间管理步骤还包括：
定植后温度调节不低于15℃；定植初期，根据天气变化调整通风程度，确保日夜通风，同步调整大棚内温度，开花坐果前，白天温度控制在25℃～28℃，夜间16℃～18℃，当棚温高于30℃时卷膜通风；坐果后白天控制在28℃～32℃，夜间15℃～18℃。
进一步的，养分测定步骤还包括：
不同养分的具体测定：全氮含量用自动定氮仪法测定，全磷含量采用钒钼黄比色法测定，全钾含量采用火焰分光光度法测定；基质碱解氮含量采用碱解扩散法测定，基质速效磷含量采用0.5mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定，基质速效钾含量采用1mol/LNH4OAc浸提火焰光度法测定。
进一步的，栽培植株在不同生育期的氮、磷、钾养分吸肥量比例分别为：
定植期到幼苗期的养分吸肥量比例为0.28∶0.05∶0.2，浮动值±10%；
定植期到伸蔓期的养分吸肥量比例为1.34∶0.37∶2.1，浮动值±10%；
定植期到开花结果期的养分吸肥比例为4.84∶0.67∶6.17，浮动值±10%；
采收期的养分吸肥比例为4.09∶0.67∶6.44，浮动值±10%；
其中，平均全生育期灌水量为22.15～25.09L/株，平均全生育期需水量为0.29～0.33L/株·天。
有益效果：本发明通过在栽培槽周边设置灌溉装置、回水装置，形成水、肥施用的闭环环境系统，根据闭环系统中栽培植株的不同生育期进行养分供应及养分测定作业，测定初始栽培基质及追施、混施肥中氮、磷、钾养分的总值，同时，闭环环境栽培系统可采用淋溶试验测定全生育期不同时期的养分释放率，根据每周的淋溶液体积、养分测定含量及样本处理的基质重量等参数计算得到准确的养分释放率，结合样品干物质化学方法测定，获得不同生育期栽培植株从基质和追施的养分中吸收的数据，将获得平均每株需养分量用于养分供应系统中进行施肥，结合养分供应系统完成栽培植株全生育期施肥量标准化管理；本技术可根据植株养分吸收规律来进行节水、省肥、提高产量和品质，并可避免干旱缺水、水肥利用率低、养分吸收拮抗作用和土壤盐渍化等一系列农业生产难题，实现保护生态环境的设施蔬菜养分供应精准控制体系。
附图说明
图1是本发明一实施例中养分供应系统的结构侧视图；
图2是本发明一实施例中养分供应系统的结构俯视图；
图3是本发明一实施例中养分供应系统的局部正视图；
图4是本发明一实施例中灌溉系统的局部结构图；
图5是本发明一实施例中回水系统的局部结构图；
图6是本发明一实施例中闭环环境系统的运行原理图；
图7是本发明一实施例中的基质养分淋溶示意图；
图8是本发明一实施例中测定方法的流程图；
图9是本发明一实施例中薄皮甜瓜的测定方法的流程图；
图10是本发明一实施例中物联网解析控制数据采集系统图；
图11是本发明一实施例中4月份物联网系统测定的薄皮甜瓜环境数据分析折线图；
图12是本发明一实施例中5月份物联网系统测定的薄皮甜瓜环境数据分析折线图；
图13是本发明一实施例中6月份物联网系统测定的薄皮甜瓜环境数据分析折线图；
图14是本发明一实施例中物联网设备采集的大气温度折线图；
图15是本发明一实施例中物联网设备采集的基质温度折线图；
图16是本发明一实施例中物联网设备采集的基质湿度折线图。
图中：10-栽培槽，10a-栽培植株，10b-栽培基质，10c-水肥营养液，11-支撑架，12-防虫网，13-防水膜，14-桥管，20-灌溉装置，20a-灌溉进水管，21-灌溉桶，22-灌溉离心泵，22a-灌溉电源，22b-电源线，23-滴灌管，23a-灌溉连接管，23b-电磁阀，24-灌溉液位仪，25-闸阀，30-回水装置，30a-下水管，31-回水桶，32-回水离心泵，32a-回水电源，33-回水管，34-回水液位仪，40-栽培架，41-单棚立杆，42-牵引钢丝，43-绑扎绳，44-连接管，50-淋溶管，50a-测定基质，50b-淋溶出口，50c-淋溶隔板，51-防虫隔网，52-淋溶容器，52a-淋溶液，53-淋溶箱。
具体实施方式
下面结合说明书附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例一
本实施例适用于菊花脑的栽培作业，其中菊花脑叶性苦、辛、凉，有清热解毒、凉血、降血压、调中开胃等功效。
栽培方法：直播或移栽等形式进行栽培，在长江流域一般在3月上中旬播种育苗，设施内可适当提前，4月上中旬定植，株行距20×20cm，5月中旬就可采收嫩茎叶上市。如精细管理可连续采收3年左右。
如图1-图7所示，一种基于闭环环境下的设施栽培养分供应系统及测定方法，其中，所述养分供应系统包括栽培槽10，所述栽培槽10内填充设有栽培基质10b；所述栽培槽10一端架设有灌溉装置20，所述灌溉装置20含有灌溉桶21、灌溉离心泵22、多个滴灌管23，所述灌溉桶21内液体通过所述灌溉离心泵22连通于多个所述滴灌管23，至少两个所述滴灌管23铺设于所述栽培槽10上方，以此确保滴灌位置具有足够的有效面积，并确保栽培基质10b充分利用，促进植株着生根系，施肥养分均匀；
所述栽培槽10一端底部通过下水管30a连接于回水装置30，所述回水装置30含有回水桶31、回水离心泵32、回水管33，所述回水桶31内液体通过所述回水离心泵32连通于所述回水管33，所述回水管33出口指向所述灌溉桶21，所述回水桶31用于收集下水管30a传送的基质栽培淋出水肥液，所述回水离心泵用于将回水桶31内的基质栽培淋出水肥液回流至灌溉桶21中，以此形成水、肥施用的闭环环境，闭环系统可有效提高水肥利用率，并确保后续养分供应的精准控制；
所述测定方法使用所述养分供应系统进行作业，其步骤包括：
S1育苗：将选好的菊花脑栽培品种进行播种、育苗作业；
S2定植：将育苗后的菊花脑幼苗移栽于养分供应系统中的栽培槽10进行定植作业；
S3田间管理：
划分栽培植株10a生育期，按不同生育期进行养分供应及养分测定作业，其中，所述养分测定作业包括以下步骤：
测定初始栽培基质10b及追施、混施肥中氮、磷、钾养分的总值，采用淋溶试验测定全生育期不同时期的养分释放率；确保基质疏松利于定植减少用工、便于养分传输，淋溶试验可预先测出理论的养分释放率，以此便于后续栽培植株10a全生育期施肥量的标准化管理；
栽培中分批施用养分的测试采用水溶肥的标识配比核算；水溶肥的标识配比核算可确保结果的准确性；
用化学测定法测定栽培末期灌溉桶21及回水桶31中残余的养分；残余养分可校核、验证养分释放率的计算准确性；
全生育期不同时期全株同化物分别测定其全生育期内的干物质，其中，测定元素氮、磷、钾的含量；
对栽培植株10a部位进行每隔10～15天分批采集，将采集、烘干的样品干物质进行化学方法测定，获得不同生育期栽培植株10a从基质和追施的养分中吸收的数据，分析出平均每株不同生育期所需养分量；干物质可校核、验证养分释放率的计算准确性及养分的吸收量；
将获得平均每株需养分量用于养分供应系统中进行施肥，结合养分供应系统完成栽培植株10a全生育期施肥量标准化管理；
养分释放率测定：
所述养分释放率采用淋溶试验法进行测定，如图7所示，在淋溶箱53内设定淋溶管50，淋溶管50通过横向布置的淋溶隔板50c进行隔绝，以此确保淋溶隔板50c下方收集的淋溶水肥液不受外界虫类干扰；将栽培基质10b或化肥单独提取、处理并置入淋溶管50中形成测定基质50a，淋溶管50上端的加料口、下端的淋溶出口50b皆用防虫隔网51隔绝，确保管内测定基质50a不受虫类干扰，淋溶出口50b下方设有淋溶容器52，淋溶容器52用于收集测定基质50a定期淋溶出来的淋溶水肥液；
所述养分释放率采用淋溶试验法进行测定，将栽培基质10b或化肥加入容器内作为测定基质50a，定期对测定基质50a加入清水进行淋洗，以此模拟出栽培过程中的养分淋溶状态，将测定基质50a定期淋溶出来的淋溶水肥液进行养分测定，用以计算栽培基质10b或化肥的养分定期释放率，将每个周期的养分释放率汇总相加，得到栽培基质10b或化肥的养分释放率；
所述养分释放率的计算公式为：
所述计算公式中γ为养分的释放率，ωn为第n周淋溶出来的养分测定含量的质量体积比，Vn为第n周淋溶出来的淋溶液52a体积，ω为初始基质测定的养分含量的质量百分比，m为样本处理的基质重量，n为淋溶的周数；计算公式可准确计算出栽培基质10b或化肥的养分释放率，根据计算出的养分释放率，在水肥闭环系统中采取对应的追肥措施（追肥周期与测定周期相同），实现栽培植株10a全生育期施肥量标准化管理，可根据植株养分吸收规律来进行节水、省肥、提高产量和品质，并可避免干旱缺水、水肥利用率低、养分吸收拮抗作用和土壤盐渍化等一系列农业生产难题，实现保护生态环境的设施蔬菜养分供应精准控制体系。
在本实施例中，所述栽培植株10a属于菊花脑。在本实施例中，所述栽培基质10b由草炭、蛭石、粉状有机肥按照预设比例配置，所述栽培槽10中填充的所述栽培基质10b按每立方米基质养分计算含全氮 1.5～2.0kg、全磷0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg,容重0.3～0.5g/cm³。其中草炭可为基质提供有机质，并保持基质整体轻量化；蛭石可确保基质的保水性能；有机肥可确保基质达到充足的养分含量。
在本实施例中，所述育苗步骤还包括：
品种选择：按照预设温度要求、湿度要求选择相应的菊花脑栽培植株10a品种；
播种：选择天气晴朗、地温稳定于15℃以上时播种，春季在3月上中旬采用设施播种，夏秋季在8月上中旬播种；以草炭、蛭石、有机肥调配栽培基质10b，采用常规穴盘育苗，穴盘消毒后装入调配好的栽培基质10b压孔后，将种子平放入孔内，并盖上铺设预设厚度的栽培基质10b进行播种，然后浇一遍透水，春季盖膜保温，夏秋季盖遮阳网，待萌芽后揭去地膜或遮阳网；幼苗出齐后，早揭晚盖；育苗后期应降低温度，停止浇水，晴天通风降温；定植前7天～10天，采取苗期猝倒病和立枯病的防治措施，以此保障育苗过程的水分和温度适宜，确保幼苗存活率。
在本实施例中，所述定植步骤还包括：
春季育苗苗龄15天～20天，夏秋季育苗10天～12天，具3片～4片真叶时定植，选用所述栽培系统中的栽培槽10进行定植，定植前在槽上覆盖地膜，定植时在膜上按预设株距打穴栽培，每穴栽一株，三角形栽植两行，定植后每株按100～150ml标准浇足定根水，以此培育壮苗。
在本实施例中，田间管理步骤还包括：
水肥管理：以一茬菊花脑栽培植株10a生长全生育期所需的氮、磷、钾养分量，在基质拌料时将基肥加入其中，以有机肥为基础添加三元复合肥，保持每立方米栽培基质10b养分含全氮 1.5～2.0kg、全磷 0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg，占总养分输入量的50%～60%；
采用滴灌的方式进行追肥，每采收一次追施一次平衡水溶肥，采收间隔时间为10～15天，追肥养分占总养分输入量的40%～50%；通过追肥措施可有效弥补闭环系统中的养分消耗，确保水肥利用率达到较高水平。
在本实施例中，田间管理步骤还包括：
及时采收，当幼苗长至15～20cm时应保留茎基部5cm高度采收嫩茎叶，每隔10～15天采收一次；及时除去底部老叶；
在本实施例中，田间管理步骤还包括：
环境管理：定植后温度调节不低于15℃；定植初期，根据天气变化调整通风程度，确保日夜通风，同步调整大棚内温度，当棚温高于30℃应及时卷膜通风，棚顶覆盖遮阳网；在本实施例中，养分测定步骤还包括：
不同养分的具体测定：全氮含量用自动定氮仪法测定，全磷含量采用钒钼黄比色法测定，全钾含量采用火焰分光光度法测定；基质碱解氮含量采用碱解扩散法测定，基质速效磷含量采用0.5mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定，基质速效钾含量采用1mol/LNH4OAc浸提火焰光度法测定；以此确保不同养分得到合理的测定。
在本实施例中，栽培植株10a在不同生育期的氮、磷、钾养分分别在幼苗期、生长期、采收期分别进行植株养分吸肥量的测定，其中苗期15～20天，生长期45天左右，采收期每隔10～15天采收一次，直至进入气温低于15℃以下，每株产量可达0.15～0.2kg。通过上述实例，可根据采收的产量直接设定、调整追肥量参数，从而进一步促进建立针对菊花脑的设施养分供应精准控制体系，确保菊花脑类蔬菜的药用养分价值。
实施例二
本实施例适用于瓜类蔬菜、茄果类蔬菜、豆类蔬菜、叶菜类蔬菜的栽培作业，如图1-图7所示，一种基于闭环环境下的设施栽培养分供应系统及测定方法，其中，所述养分供应系统包括栽培槽10，所述栽培槽10内填充设有栽培基质10b；所述栽培槽10一端架设有灌溉装置20，所述灌溉装置20含有灌溉桶21、灌溉离心泵22、多个滴灌管23，所述灌溉桶21内液体通过所述灌溉离心泵22连通于多个所述滴灌管23，至少两个所述滴灌管23铺设于所述栽培槽10上方，以此确保滴灌位置具有足够的有效面积，并确保栽培基质10b充分利用，促进植株着生根系，施肥养分均匀；
所述栽培槽10一端底部通过下水管30a连接于回水装置30，所述回水装置30含有回水桶31、回水离心泵32、回水管33，所述回水桶31内液体通过所述回水离心泵32连通于所述回水管33，所述回水管33出口指向所述灌溉桶21，所述回水桶31用于收集下水管30a传送的基质栽培淋出水肥液，所述回水离心泵32用于将回水桶31内的基质栽培淋出水肥液回流至灌溉桶21中，以此形成水、肥施用的闭环环境，闭环系统可有效提高水肥利用率，并确保后续养分供应的精准控制；
所述测定方法使用所述养分供应系统进行作业，其步骤包括：
S1育苗：将选好的栽培品种进行播种、育苗作业；
S2定植：将育苗后的幼苗移栽于养分供应系统中的栽培槽10进行定植作业；
S3田间管理：
划分栽培植株10a生育期，按不同生育期进行养分供应及养分测定作业，其中，所述养分测定作业包括以下步骤：
测定初始栽培基质10b及追施、混施肥中氮、磷、钾养分的总值，采用淋溶试验测定全生育期不同时期的养分释放率；确保基质疏松利于定植减少用工、便于养分传输，淋溶试验可预先测出理论的养分释放率，以此便于后续栽培植株10a全生育期施肥量的标准化管理；
栽培中分批施用养分的测试采用水溶肥的标识配比核算；水溶肥的标识配比核算可确保结果的准确性；
用化学测定法测定栽培末期灌溉桶21及回水桶31中残余的养分；残余养分可校核、验证养分释放率的计算准确性；
全生育期不同时期全株同化物分别测定其全生育期内的干物质，其中，测定元素氮、磷、钾的含量；
对栽培植株10a部位进行采集，将采集、烘干的样品干物质进行化学方法测定，获得不同生育期栽培植株10a从基质和追施的养分中吸收的数据，分析出平均每株不同生育期所需养分量；干物质可校核、验证养分释放率的计算准确性及养分的吸收量；
将获得平均每株需养分量用于养分供应系统中进行施肥，结合养分供应系统完成栽培植株10a全生育期施肥量标准化管理；
养分释放率测定：
所述养分释放率采用淋溶试验法进行测定，如图7所示，在淋溶箱53内设定淋溶管50，淋溶管50通过横向布置的淋溶隔板50c进行隔绝，以此确保淋溶隔板50c下方收集的淋溶水肥液不受外界虫类干扰；将栽培基质10b或化肥单独提取、处理并置入淋溶管50中形成测定基质50a，淋溶管50上端的加料口、下端的淋溶出口50b皆用防虫隔网51隔绝，确保管内测定基质50a不受虫类干扰，淋溶出口50b下方设有淋溶容器52，淋溶容器52用于收集测定基质50a定期淋溶出来的淋溶水肥液；
所述养分释放率采用淋溶试验法进行测定，将栽培基质10b或化肥加入容器内作为测定基质50a，定期对测定基质50a加入清水进行淋洗，以此模拟出栽培过程中的养分淋溶状态，将测定基质50a定期淋溶出来的淋溶水肥液进行养分测定，用以计算栽培基质10b或化肥的养分定期释放率，将每个周期的养分释放率汇总相加，得到栽培基质10b或化肥的养分释放率；
所述养分释放率的计算公式为：
所述计算公式中γ为养分的释放率，ωn为第n周淋溶出来的养分测定含量的质量体积比，Vn为第n周淋溶出来的淋溶液52a体积，ω为初始基质测定的养分含量的质量百分比，m为样本处理的基质重量，n为淋溶的周数；计算公式可准确计算出栽培基质10b或化肥的养分释放率，根据计算出的养分释放率，在水肥闭环系统中采取对应的追肥措施（追肥周期与测定周期相同），实现栽培植株10a全生育期施肥量标准化管理，可根据植株养分吸收规律来进行节水、省肥、提高产量和品质，并可避免干旱缺水、水肥利用率低、养分吸收拮抗作用和土壤盐渍化等一系列农业生产难题，实现保护生态环境的设施蔬菜养分供应精准控制体系。
在本实施例中，所述栽培植株10a属于瓜类蔬菜、茄果类蔬菜、豆类蔬菜、叶菜类蔬菜中的一种，以此适用于大多数瓜果类栽培作业，确保实用性；
在本实施例中，所述栽培基质10b由草炭、蛭石、粉状有机肥按照预设比例配置，所述栽培槽10中填充的所述栽培基质10b按每立方米基质养分计算含全氮 1.5～2.0kg、全磷0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg,容重0.3～0.5g/cm³。其中草炭可为基质提供有机质，并保持基质整体轻量化；蛭石可确保基质的保水性能；有机肥可确保基质达到充足的养分含量。
在本实施例中，所述育苗步骤还包括：
品种选择：按照预设温度要求、湿度要求选择相应的栽培植株10a品种；
种子处理：早春播种采用温汤浸种，先将种子倒入55～60℃的温水中不断搅拌，待水温降至30℃±5℃时继续浸种2～3h；将浸泡好的种子用湿布包好放置在托盘上，放入30℃±5℃的恒温箱中催芽，待其露白后播种；夏秋季播种不需要催芽，种子浸泡后在阴处晾干后，可直接播于穴盘内；品种选择宜于选择良种利于增产增收、体质增效；浸种可消灭病菌虫卵，并加快种子发芽，催芽可有效确保栽培植株10a的成苗率，降低成本。
播种：选择天气晴朗、地温稳定于15℃以上时播种，春季在2月20日～3月10日采用设施播种，夏秋季在7月10日～8月10日播种；以草炭、蛭石、有机肥调配栽培基质10b，采用常规穴盘育苗，穴盘消毒后装入调配好的栽培基质10b压孔后，将种子平放入孔内，并盖上铺设预设厚度的栽培基质10b进行播种，然后浇一遍透水，春季盖膜保温，夏秋季盖遮阳网，待萌芽后揭去地膜或遮阳网；幼苗出齐后，早揭晚盖；育苗后期应降低温度，停止浇水，晴天通风降温；定植前7天～10天，采取苗期猝倒病和立枯病的防治措施，以此保障育苗过程的水分和温度适宜，确保幼苗存活率。
在本实施例中，所述定植步骤还包括：
春季育苗苗龄30天～35天，夏秋季育苗15天～18天，具3片～4片真叶时定植，选用所述栽培系统中的栽培槽10进行定植，定植前在槽上覆盖地膜，定植时在膜上按预设株距打穴栽培，每穴栽一株，栽于槽中间，定植后每株按300～500ml标准浇足定根水，以此培育壮苗，利于移栽定植。
在本实施例中，田间管理步骤还包括：
水肥管理：以一茬栽培植株10a生长全生育期所需的氮、磷、钾养分量，在基质拌料时将基肥加入其中，以有机肥为基础添加三元复合肥，保持每立方米栽培基质10b养分含全氮 1.5～2.0kg、全磷 0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg，占总养分输入量的50%～60%；
采用滴灌的方式追肥3次，分别于伸蔓中后期4天～6天追施1次平衡水溶肥；膨果中后期追施2次高钾水溶肥，2次时间间隔为6天～8天，追肥养分占总养分输入量的40%～50%；通过追肥措施可有效弥补闭环系统中的养分消耗，确保水肥利用率达到较高水平。
在本实施例中，田间管理步骤还包括：
枝蔓调整：保留植株主蔓3片～4片真叶时摘心打顶，促使萌发子蔓，选留其中长势强且相对均衡的1条子蔓，待其长至5～6片叶时用绑扎绳43牵引上架，其余子蔓摘除；从子蔓上第6～7节孙蔓上开始留瓜，无瓜孙蔓摘除，每条孙蔓只留1个瓜，留1～2片功能叶后摘心；基部老叶定期摘除，疏去过密蔓叶；甜瓜开花结果期定期疏去多余花果；为了促进坐果，采用人工辅助授粉，单株选留3～4个果实；枝蔓调整工作可确保植株形态稳定性，摘叶、除蔓工作可降低养分消耗、促进植株生长。
在本实施例中，田间管理步骤还包括：
环境管理：定植后温度调节不低于15℃；定植初期，根据天气变化调整通风程度，确保日夜通风，同步调整大棚内温度，开花坐果前，白天温度控制在25℃～28℃，夜间16℃～18℃，当棚温高于30℃应及时卷膜通风；坐果后维持较高温度，促进果实生长，白天控制在28℃～32℃，夜间15℃～18℃；以此确保定植后的秧苗生长温度适宜；
在本实施例中，养分测定步骤还包括：
不同养分的具体测定：全氮含量用自动定氮仪法测定，全磷含量采用钒钼黄比色法测定，全钾含量采用火焰分光光度法测定；基质碱解氮含量采用碱解扩散法测定，基质速效磷含量采用0.5mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定，基质速效钾含量采用1mol/LNH4OAc浸提火焰光度法测定；以此确保不同养分得到合理的测定。
在本实施例中，栽培植株10a在不同生育期的氮、磷、钾养分吸肥量比例分别为：
定植期到幼苗期的养分吸肥量比例为0.28∶0.05∶0.2，浮动值±10%；
定植期到伸蔓期的养分吸肥量比例为1.34∶0.37∶2.1，浮动值±10%；
定植期到开花结果期的养分吸肥比例为4.84∶0.67∶6.17，浮动值±10%；
采收期的养分吸肥比例为4.09∶0.67∶6.44，浮动值±10%；
其中，平均全生育期灌水量为22.15～25.09L/株，平均全生育期需水量为0.29～0.33L/株·天；通过上述氮、磷、钾养分吸肥量所提供的参数，可直接设定、调整追肥量参数，具有较高的实际实用价值，进一步促进建立设施蔬菜养分供应精准控制体系。
实施例三
本实施例与实施例一的不同在于提供了一种适用于薄皮甜瓜的设施栽培养分供应系统及测定方法，其中，所述养分供应系统通过瓜类蔬菜品种选择、栽培基质10b配制、栽培槽10与栽培架40搭建、灌溉装置20制作、回水装置30制作来实现；所述测定方法包括施肥量和灌水量标准化管理、环境和基质养分数据采集、植株特征特性与水肥相关性分析、养分测定验证与数据分析，其中数据采集根据薄皮甜瓜不同生长阶段（幼苗期、伸蔓期、开花结果期、采收期）进行，并结合化学分析方法对不同生长阶段植株进行枝蔓整理，开展干物质测定用于薄皮甜瓜全生育期养分分析；按照薄皮甜瓜农艺生长特征特性结合物联网技术辅助采集环境、基质养分数据，以及对基质、水肥营养液10c等进行养分定性、定量分析，以验证多阶段节点灌溉的施肥量、灌水量标准化管理方式方法的准确性和稳定性，从而形成精准化的薄皮甜瓜全生育期水肥管理模式，避免开展繁杂的薄皮甜瓜养分变化生理性分析。
如图1-图6所示，所述养分供应系统通过以下方式实现：
瓜类蔬菜品种的选择：所述瓜类蔬菜品种选择以采收成熟瓜为主的薄皮甜瓜,要求耐热、耐湿，品质优良，抗病性强，产量稳定，商品性好且适宜春茬、夏秋茬的品种；比如：
选用早熟绿肉型 “美浓”薄皮甜瓜作为栽培品种，该品种耐热、耐湿，品质优良，抗病性强，产量稳定，植株叶片小，主蔓粗壮，节间短，侧蔓着花性好，坐果率极高；果实梨形，单瓜重约500克，大小整齐，成熟时果皮呈银白色，稍带黄色；果肉淡绿色，糖度稳定在15%～18%，质地脆嫩、香甜，耐储藏，生育期春作80～90d、夏秋作65～75d，开花至采收28～32d；抗枯萎病，耐病毒病，长势旺，适应性强，栽培容易，投入少，效益高。
在其它实施例中，可选用经过品种选育的薄皮甜瓜，该品种耐高温、耐湿、抗病性强，丰产、着果性好，果型苹果形，果肉淡绿色，单果重450g左右，成熟后果皮淡黄色，香味浓，不易裂果，果实整齐一致；开花后35～40d成熟，糖度稳定在15%～17%，肉质稍硬，耐贮耐运；耐病性和适宜性强，易栽培。
栽培基质10b的配制：所述栽培基质10b由草炭、蛭石、粉状有机肥按照一定比例添加适量养分后粉碎、喷足水分进行拌匀，杀菌、防虫后混合配制。
基质配制过程包括：选用0～6mm草炭（PH值5.2～6.0，EC值0.7ms/cm，含水量40～60%，有机质含量≥85%）、粉状有机肥（有机质含量≥45%，养分含量≥6%）、1～3mm蛭石等按照未受潮重量一定比例进行配制，添加适量养分后粉碎、喷足水分进行拌匀，杀菌、防虫后堆制1～2d后备用；处理完成的基质以没有异味、手捏成团、手松能散开为宜。
基质的指标要求：其容重0.3～0.5g/cm3,PH值5.5～6.5，总养分含量6～10kg/m3,最大持水量240～320%，总孔隙度85%，C/N＜30，粗基质粒径1～2cm；以N、P、K三要素为主要指标，每立方米基质所需施用的肥料内应含有：全氮 1.5 ～2.0kg、全磷 0.5～0.8kg、全钾4.0～5.7kg。
在本实施例中，栽培基质10b是以2019年8月研发的不同基质配方为筛选基础，其中原材料有：椰糠、草炭（0-6mm）、草炭（6-20mm）、粉状有机肥、蛭石等物质，复配后分别完成了基质A、B1、B2、C1、C2、D1、D2、E等五类初始基质，进行了养分分析和物理性状检测，经过多年的生产试验优化筛选出B类基质对于瓜类蔬菜生产优势明显，具体见表1：
表1不同基质养分含量及物理性状测定（2019年8月）
注：打*为优选初始基质。
根据上述生产试验，经过几年的生产种植优化和养分测试，在瓜类蔬菜中目前已经形成了一种较为稳定的基质配方（如表1中B类基质），能够在养分供应，基质物理性结构形成了一定的特色，主要特点是原材料来源稳定、无异味、轻质、养分充足、使用时间长（一般五年左右）等特色，结合农艺生产技术，在每茬生产中添加一定的养分，能够比较稳定地开展瓜类蔬菜生产和育苗，具有质地疏松、无缓苗期、透气性好、可无障碍连茬、生长期缩短等诸多特点。
栽培槽10和栽培架40的搭建：如图1-图3所示，所述栽培槽10以槽式泡沫槽、支撑架11、桥管14及配件等组合搭建；所述栽培架40以牵引钢丝42按纵横网格形式距离地面1.8～2.2m绑扎在单体大棚拱杆和端面的立柱上组合而成；
栽培槽10搭建：以槽式泡沫槽、支撑架11、桥管14及配件等组合搭建；先将支撑架11根据需要的长度按2～3m的间距平行摆放，再用桥管14垂直放置其上连接各种支撑架11，最后将槽式泡沫槽（尺寸为1150*280*245cm）拼接后底部嵌入两根桥管14上组合连接成栽培槽10。
在架设好的栽培槽10（即槽式泡沫槽）底部铺设宽幅0.8m的8丝防水膜13，一端底部压住防水膜13安装过滤下水管30a并连接到回水装置30中，再安装“T”字型泡沫隔板隔出两个滤水孔，然后上部铺设宽幅0.3m的60目防虫网12，上下叠加在槽中成“U”字形；在栽培槽10另一端面架设滴灌装置；最后用处理好的栽培基质10b填入栽培槽10中，使栽培高度高于栽培槽10顶面15cm以作备用。
在本实施例中，以2022年-2023年南昌市农业科学院恒湖试验基地一个单体大棚（8m*40m）为例，两端共留出4m，摆放4根栽培槽10，长度36m，栽培槽10中每槽的栽培基质10b体积1.08m³（基质高度≥15cm、宽度0.20m），共4.32m³；根据基质测定容重0.35g/cm3取较小值折算为350kg/m³，根据初始基质中的养分含量（如表2），设定单根栽培槽10需填入基质量为378kg；栽培植株10a（薄皮甜瓜）的定植株距为0.30～0.45m，每槽可定植80～110株，单体大棚共计定植320～440株。
表2薄皮甜瓜全生育期基质养分含量变化及物理性状变化（2022年11月）
注：J-0初始基质，J-1幼苗期末基质，J-2伸蔓期末基质，J-3开花结果期末基质，J-4采收期末基质。
栽培架40铺设：以牵引钢丝42按纵横网格形式距离地面1.8～2.2m绑扎在单体大棚的单棚立杆41和端面的连接管44上组合而成；栽培架40上悬挂设有绑扎绳43，以便后序孙蔓牵引作业。
灌溉装置20的制作：如图1、图4所示，以单个钢架薄膜的单体大棚为独立的供水系统，采用灌溉进水管20a、灌溉连接管23a、灌溉桶21（规格1000L，半径为0.52m，高度1.08m）、灌溉液位仪24、灌溉离心泵22、灌溉电源22a、电源线22b、电磁阀23b、闸阀25和物联网组成灌溉装置20；灌溉桶21内盛有水肥营养液10c，通过灌溉液位仪24控制灌溉离心泵22及电磁阀23b开关（桶内液位0.25m时灌溉进水管20a停止进水，桶内液位0.8m时灌溉离心泵22启动、滴灌管23首端电磁阀23b开启并进行灌溉），以此设定灌溉离心泵22及各个电磁阀23b具有自动启动、调节灌溉作业的功能；
同时，栽培槽10内径宽度为20cm，铺设两根滴灌管23，滴灌管23滴头错位排布，令各个错位布置的滴头输出的水肥营养液10c被充分利用，进一步确保施肥养分均匀。
回水装置30的制作：如图1、图5所示，所述回水装置30由下水管30a、回水桶31、回水管33、回水液位仪34、回水离心泵32和回水电源32a组成，采用回水桶31（300L，半径为0.35m，高度0.75m）收集栽培基质10b的淋出水肥液，通过回水液位仪34控制回水离心泵32（桶内液位0.25m时回水离心泵32停止、桶内液位0.7m时回水离心泵32启动），以此设定回水离心泵32自动启动回水作业，从而将栽培基质10b淋出的水肥营养液10c自动回流至灌溉桶21中，如图6所示，以此形成一个水、肥施用的闭环环境。
如图8-图10所示，本实施例的测定方法包括以下步骤：
1 育苗
1.1 品种选择
选择以采收成熟瓜为主的薄皮甜瓜,要求耐热、耐湿，品质优良，抗病性强，产量稳定，商品性好的品种，比如：美浓、甜妞妞等品种。
1.2 种子处理
早春播种采用温汤浸种，先将种子倒入55～60℃的温水中不断搅拌，待水温降至30℃±5℃继续浸种2～3h；将浸泡好的种子用湿布包好放置在托盘上，放入30℃±5℃的恒温箱中催芽，待其露白后播种；夏秋季播种不需要催芽，种子浸泡后在阴处晾干后，可直接播于穴盘内。
1.3 播种
选择天气晴朗，地温稳定于15℃以上时播种，春季在2月20日～3月10日采用设施播种，夏秋季在7月10日～8月10日播种；以草炭、蛭石、有机肥调配基质，采用50孔或72孔常规穴盘育苗，外形大小54cm×28cm,深度≥5cm，穴盘消毒后装入调配好的基质压孔后，将种子平放入孔内，并盖上约1cm厚的基质进行播种，然后浇一遍透水，春季注意盖膜保温，夏秋季盖遮阳网降温保湿，待萌芽后及早揭去地膜或遮阳网，防治烧苗；幼苗出齐后，早揭晚盖，延长光照时间和强度；育苗后期应降低温度，停止浇水以防徒长，晴天注意通风降温；定植前7天～10天，要防治苗期猝倒病和立枯病的发生。
2 定植
春季育苗苗龄30～35d，夏秋季育苗15～18d，具3～4片真叶时定植，选用已完成基质栽培系统和水肥循环系统安装的栽培槽10进行定植，定植前在槽上覆盖双面地膜，定植时在膜上按株距0.35～0.45cm打穴栽培，每穴栽一株，栽在槽中间，每槽可定植80～110株，定植后每株按300～500ml标准浇足定根水。
3 田间管理
3.1枝蔓调整
薄皮甜瓜以孙蔓结瓜为主，保留主蔓3～4片真叶时摘心打顶，促使萌发子蔓，选留其中长势强且相对均衡的1条子蔓，待其长至5～6片叶时用绳子牵引上架，其余子蔓摘除；一般从子蔓上第6～7节孙蔓上开始留瓜，无瓜孙蔓摘除，每条孙蔓只留1个瓜，留1～2片功能叶后摘心；基部老叶易感病，及早摘除，疏去过密蔓叶，利通风透光；甜瓜开花结果期形成的雌花数较多，可及时疏去多余花果，以免消耗营养；为了促进坐果，每天上午可用毛笔轻刷开放的花辅助授粉，一般单株选留3～4个瓜。
3.2 环境管理
薄皮甜瓜基质栽培在定植后基本没有缓苗期，但对日照、积温要求较高，温度可随薄皮甜瓜生长而调节，不可低于15℃；定植初期，天气变化较大，需要根据天气变化调整通风程度；为促进甜瓜生长，需要日夜通风，同时增加大棚内温度，让光合作用达到最佳，开花坐果前，白天温度控制在25～28℃，夜间16～18℃，当棚温高于30℃应及时卷膜通风；坐果后维持较高温度，促进果实生长，白天控制在28～32℃，夜间15～18℃。
3.3 水肥管理和养分测定
薄皮甜瓜全生育期养分主要来源为两个部分：
其一、基质在配制中按50%～60%的总养分输入量进行添加，有粉状有机肥、三元复合肥、钙镁磷肥及少量微肥等；
其二、在幼苗期、伸蔓期、开花结果期、成熟期等生长过程中根据薄皮甜瓜的长势需要追施剩余的40%～50%总养分输入量的水溶肥（比如平衡型、高钾型水溶肥）。
3.3.1 水肥管理
参照每生产1000kg薄皮甜瓜果实，需全氮2.5～3.5kg、全磷1.5～1.8kg、全钾4.4～6.8kg的总原则；或施用专用配合肥（15-15-15）以每株计算氮9g、磷18g、钾10g作为参考。
以一茬薄皮甜瓜生长全生育期所需的氮、磷、钾养分量，在基质拌料时将基肥加入其中，主要为有机肥为主，适当添加三元复合肥（15-15-15），保持每立方米基质养分含全氮1.5～2.0kg、全磷 0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg，占总养分输入量的50%～60%；追肥3次，采用滴灌的方式，分别于花前（即伸蔓中后期）4～6d追施1次平衡(19-19-19)水溶肥2～3kg兑水1000kg，着住果后（膨果中后期）追施2次高钾(16-8-32)水溶肥2～3kg兑水1000kg，时间间隔为7d左右，占总养分输入量的40%～50%。
3.3.2养分测定
测定初始基质及追施、混施肥中大量养分（氮、磷、钾）的总值及采用淋溶试验测定全生育期不同时期的养分释放率（包括有机基质、化肥等）；栽培中分批施用养分的测试采用水溶肥的标识配比核算；用化学测定法测定栽培末期灌溉桶21及回水桶31中残余的养分；全生育期不同时期（幼苗期、伸蔓期、开花结果期、采收期）全株（按采收的平均每株果实个数和不同生育期末期的植株，及整枝疏蔓的根，茎、叶等的鲜重）同化物分别测定其全生育期内的干物质，主要测定大量元素氮、磷、钾的含量，挥发的硝态氮按忽略不计方式处理。
将采集的样品干物质进行化学方法测定，获得不同生育期薄皮甜瓜植株从基质和追施的养分中吸收的数据，从而分析出平均每株不同生育期所需养分量；将获得平均每株需养分量用于养分供应系统中进行精准化施肥，从而结合养分供应系统完成薄皮甜瓜全生育期施肥量标准化管理的试验目的。
3.3.2.1养分释放率测定：所述养分释放率采用淋溶试验法进行测定，将定期（每周一次）淋溶出来的淋溶液52a进行养分测定，用以计算基质或化肥的养分定期释放率，将每个周期的养分释放率汇总相加就是基质或化肥的养分释放率。
具体测定方法：如图7所示，分别将20g、40g、60g、80g、100g基质按照1∶1∶1添加等量的蛭石和沙混合均匀备用， 将20g、40g、60g、80g、100g三元复合化肥（15-15-15）按照1∶1∶1添加等量的蛭石和沙混合均匀备用，淋溶管50在内部底层用60目防虫塑料网垫住，分别装入拌匀的基质或化肥，用60目防虫塑料网扎紧管口，底部用容器盛置淋溶液52a，置于室温下，每周用50ml蒸馏水淋洗1次，基质淋洗10周，化肥淋洗7周，淋洗处理的液体用于测定养分含量（全氮、全磷、全钾）及养分释放率；经2022年试验测定得出自配栽培基质10b的养分释放率为：氮0.66%、磷 1.4% 、钾3.59%，化肥的养分释放率为：氮17.517%、磷16.756%、钾73.559%。
所述养分释放率的计算公式为：
所述计算公式中γ为养分的释放率，ωn为第n周淋溶出来的养分测定含量的质量体积比，Vn为第n周淋溶出来的淋溶液52a体积，ω为初始基质测定的养分含量的质量百分比（可根据表2中初始基质J-0所示养分含量进行导出），m为样本处理的基质重量，n为淋溶的周数；
3.3.2.2不同养分的具体测定方法（见表3不同样品检测项目及检测方法）：
采用蒸馏后滴定法、磷钼酸喹啉重量法、四苯硼钾质量法测定全氮、有效磷、速效钾；土壤测定法（用于基质测定）采用五项常规法测定，具体为——全氮含量用自动定氮仪法测定，全磷含量采用钒钼黄比色法测定，全钾含量采用火焰分光光度法测定；基质碱解氮含量采用碱解扩散法测定，基质速效磷含量采用0.5mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定，基质速效钾含量采用1mol/L NH4OAc浸提火焰光度法测定；PH值采用电泳法。
表3不同样品检测项目及检测方法
4 病虫害管理
薄皮甜瓜病虫害以农业综合防治为主，化学防治为辅。农业综合防治主要采用覆盖银黑双面地膜定植，安装防虫网12、黄板、蓝板和杀虫灯、性引诱剂等措施，化学防治主要预防的病虫害有甜瓜霜霉病、白粉病、细菌性叶枯病、细菌性叶斑病、根腐病和烟灰虱、白粉虱、蚜虫、蓟马、美洲斑潜蝇、黄守瓜、瓜絹螟等。（具体防治见表4 病虫害防治方法）
表4薄皮甜瓜全生育期的病虫害化学药剂防治（参考）
5采收及基质循环利用
薄皮甜瓜的采收宜选在早上或傍晚进行，当果皮由淡绿色转为银白色并稍带黄色时，闻到淡淡香味即可采收；采收过早，果实含糖低有苦味；采收过晚，果肉变软。
采收清园完成后，基质应及时进行杀菌和补充养分，养分补充标准为根据损失的养分多少重新核算并进行配制，一般按初始基质用量的20%～30%补充养分，或按每株养分吸收量氮4.84g、磷0.67g、钾6.17g标准补充养分。
施肥量和灌水量标准化管理
薄皮甜瓜的施肥量进行标准化管理：将薄皮甜瓜的全生育期设定为幼苗期、伸蔓期、开花结果期、采收期等四个不同阶段，在制配基质时完成初始基质的养分制配，伸蔓期追施平衡水溶肥（19-19-19）1次、开花结果期（果实膨大肥）追施高钾水溶肥（16-8-32）2次的定量定时施用，在保证光照、温度、CO2等条件相同的情况下，采用膜下滴灌技术并结合本发明所述的一种薄皮甜瓜设施栽培养分测定方法及供应系统完成对水肥标准化的管理，使水肥能够均匀、定时、定量地浸润根系生长发育区域，保持基质适宜含水量和养分含量，让其可以根据全生育期生长需求的不同，主动定量、定时地吸收养分。
其中养分及追肥相关参数参照如下公式：
a、目标产量所需养分总量(g)=目标产量(kg)×干鲜重比(%)×单位产量的养分测定量(g/kg)；
b、基质养分供应量(g)=单槽重量(kg)×干度(%)×养分比例×养分释放率(%)；
c、需要追施的养分量(g)=目标产量所需养分总量(g)-基质养分供应量(g)；
d、目标施肥量(g)=[目标产量所需养分总量(g)-基质养分供应量(g)]/[肥料养分含量×利用率]。
在本实施例中，对薄皮甜瓜的施肥量进行标准化管理是根据薄皮甜瓜的不同生育期（幼苗期、伸蔓期、开花结果期、采收期）采用不同的施肥量进行标准化管理。（参照2022年下半年试验数据）
栽培基质10b要求按每立方米基质养分含全氮 1.5 ～2.0kg、全磷 0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg进行配制，追肥分三次施用，在花前4～6d（即伸蔓中后期）追施1次平衡(19-19-19)水溶肥3～4kg兑水1000kg，授粉着住果后（膨果中后期）追施2次高钾(16-8-32)水溶肥3～4kg兑水1000kg，时间间隔为7天左右。
以2022年下半年生产（表5 薄皮甜瓜平均单株不同生长期养分吸收量表），得出定植期～幼苗期平均每株养分吸收量为氮0.28g、磷0.05g、钾0.2g，定植期～伸蔓期平均每株养分吸收量为氮1.34g、磷0.37g、钾2.1g，定植期～开花结果期，平均每株养分吸收量为氮4.84g、磷0.67g、钾6.17g，定植期～采收期，平均每株养分吸收量为氮4.09g、磷0.67g、钾6.44g；由此可以看出，伸蔓期为需磷量的高点，开花结果期为需氮量的高点，采收期为需钾量的高点，相较于对照标准我们可以判断采用闭环环境的养分供应系统相较于开放的土壤种植环境需求的养分量绝对值要小。
表5为2022年下半年薄皮甜瓜平均单株不同生长期养分吸收量表（平均单株果数2.64个，每槽定植80株）
对照标准：土壤种植薄皮甜瓜按每生产1000kg薄皮甜瓜果实，需全氮2.5～3.5kg、全磷1.5～1.8kg、全钾4.4～6.8kg进行肥水管理；如施用专用配合肥，施肥量则以每株氮9g、磷18g、钾10g计算。注：在土壤中施用专用配合肥需要考虑养分的流失和利用率，能够被作物吸收的只是其中的一部分。
对薄皮甜瓜的灌水量进行标准化管理：根据薄皮甜瓜的栽培季节和条件，以及不同生育期基质的含水量进行定量标准化灌水：a、不同栽培季节对灌水量的需求不同，春茬＞夏秋茬；b、不同生育时期对灌水量的需求不同，薄皮甜瓜的膨果期＞采收期＞伸蔓期＞幼苗期＞开花期；c、天气情况对灌水量的需求不同，晴天＞多云天＞阴天＞雨天；d、设施类型对灌水量的需求不同，棚内南部＞中部＞北部，棚内周边＞棚内中部；e、基质类型对灌水量和灌水次数的需求不同，保水性差的基质＞保水性好的基质。
在本实施例中，对薄皮甜瓜不同生育期灌水量进行标准化管理，同时将传感器测定的基质湿度、浇水量和植株性状进行了吻合。以2023年上半年春季生产为例（表6 2023年上半年春季薄皮甜瓜全生育期平均灌水量对比试验）：
表6 2023年上半年春季薄皮甜瓜全生育期平均灌水量对比试验
（每棚种植4槽，单槽种植110株，土壤种植1畦110株）
通过2023年上半年春季试验得出：幼苗期（17天～24天）灌水次数在4次，灌水量范围在0.32～1.48L/株，平均灌水量在0.09～0.15L/株·天，基质湿度控制在60%左右；伸蔓期（13天）灌水次数在2次，灌水量范围在0.89～1.59L/株，平均灌水量在0.16～0.21L/·天，基质湿度控制在70%左右，且在伸蔓期后期应适当控制浇水量，让基质湿度逐步降低，促进薄皮甜瓜开花；
开花结果期（22d左右），前期（10天左右）在授粉期间约4天左右应控制灌水量，着果后灌水次数在4次，灌水量范围在0.4～1.48L/株，平均灌水量在0.4～0.5L/株·天，基质湿度控制在50～60%；后期（开花结果-膨果期，约12天左右）应加大浇水量，灌水次数在4次，灌水范围在1.25～1.8L/株，平均灌水量在0.55～0.65L/株·天，基质湿度控制在60～70%。
采收期（17天左右）此时蒸腾量较大，根据气温控制灌水量，春夏季需水量较大，灌水次数在5～6次，灌水范围在0.5～0.7L/株·天，秋冬季需水量较小，灌水次数在3～4次，灌水范围在0.4～0.5L/株·天，基质湿度控制在60%左右。
环境和基质养分数据采集：
具体环境和养分数值可通过物联网系统中的环境传感器、养分传感器在薄皮甜瓜全生育期闭环环境下测定环境及栽培基质10b中温度、湿度、PH值、EC值、CO2浓度、光照强度、以及碱解氮、有效磷、速效钾的数值，同步采用多变量耦合养分吸收模型的方式进行薄皮甜瓜养分吸收多变函数的变量关系分析， 即N=f（x,y），其中N代表x对y的相关度值，x代表环境变量；y代表生长状态，从而判断分析各类环境变量（温、湿度，光照等）与植株生长状态（株高、茎粗、主叶片数、叶面积等因素）的相关度，从而判断植株养分的全氮、全磷、全钾数值在水、植株的变化走向。
在本实施例中，以2022年下半年秋栽为例，2022年8月14日开始播种育苗，8月31日定植，定植期～幼苗期17天（8.31～9.16）：9.6打主蔓，9.9和9.13整理子蔓，9.16子蔓上架，幼苗期结束后全部拔除，取10株样本株、基质和灌溉剩余营养液进行养分测定；定植期～伸蔓期10天（9.17～9.26）：9.20、9.26整理枝蔓2次，伸蔓期结束后全部拔除，取10株样本株、基质和灌溉剩余营养液进行养分测定；定植期～开花结果期25天（9.27～10.21）：整理子蔓6次，结束后全部拔除，取10株样本株、基质和灌溉剩余营养液进行养分测定；定植期～采收期12天（10.22～11.2）：待果实果皮转色、增糖、出香成熟后分批采收，该生长期只灌水不再施用养分，采收高峰在10.24和10.29两天，11.2清园，取10株样本株、基质和灌溉剩余营养液进行养分测定。全生育期64天。
期间在9月21日用三元复合平衡肥（19-19-19+ME）3kg兑水1000kg滴灌施用，10月4日和10月11日以同样的方式分别两次冲施高钾三元复合肥3kg。
在本实施例中，以2023年上半年春栽为例，2023年3月6日播种，4月11日定植，幼苗期24天（4.11～5.4）：4.20完成主蔓打顶，4.26定双子蔓，4.28定单子蔓，5.4完成子蔓上架；伸蔓期13天（5.5～5.17）5.9整理枝蔓1次，5.15整理枝蔓1次，5.17整理枝蔓1次；
开花结果期22天（5.18～6.8）5.23整理枝蔓1次，5.29整理枝蔓1次，6.6整理枝蔓1次；
采收期17天（6.9～6.25）待果实果皮转色、增糖、出香成熟后分批采收，高峰期在6.14和6.19两天，6.25清园。全生育期76天。
基肥供应：基质为初始基质第二茬种植(2022年秋茬为第一茬)，每槽补充有机肥30kg（有机质≥45%、养分含量≥6%）、雅冉三元复合肥（15-15-15）4.5kg。
期间在4月28日用三元复合平衡肥（19-19-19+ME）3kg兑水1000kg滴灌施用，5月29日和6月3日以同样的方式分别两次冲施高钾三元复合肥3kg。具体生育期。
本实施例还建立了一种环境和基质养分数据采集系统，其特征在于：如图10所示，将环境采集终端用立架设置于设施大棚内，基质采集终端（各类传感器）斜插入基质10cm以上，保持与基质紧密结合，采集薄皮甜瓜生长环境的大气温度，基质湿度，基质温度，光照强度以及大气温度，CO2浓度，基质氮、磷、钾浓度，电导率，PH值等指标数据通过物联网模型解析平台上传于设施农业管理云平台，通过客户终端用于实施灌水量的标准化管理和设备（电磁阀23b、水泵等）控制。
通过数据采集系统导出2023年春栽环境测试数据分析折线图（如图11、图12、图13）及设备采集数据图（如图14、图15、图16幼苗期设备采集的大气温度、基质温度、基质湿度折线对比图）：以此作为养分测定及追肥控制的辅助参照标准。
植株特征特性与水肥相关性分析：
采用所述的一种薄皮甜瓜设施栽培养分测定方法及供应系统，获得2022～2023两年春栽、秋栽的各项农艺相关数据及养分测试数据，薄皮甜瓜在全生育期平均每株养分吸收量为氮4.09～4.84g、磷0.67g、钾6.17～6.44g，每株灌水量为22.15～25.09L/株，平均全生育期（64天～76天计）需水量为0.29～0.33L/株·天。以2022年下半年春栽试验为例，将不同生育期的薄皮甜瓜植物学特征特性与水肥量来进行相关性分析（见表7 2022年下半年秋栽植物特征特性与水肥量相关性分析）：
表7薄皮甜瓜2022年下半年秋栽植株特征特性与水肥量相关性分析
在本实施例中，以2022年下半年秋季试验得出：定植期～幼苗期（17天）灌水3次，平均灌水量为0.09L/株·天，基质湿度控制在60%左右；取样（整株）完成后全部拔除。
定植期～伸蔓期（10天）灌水次数在1次，平均灌水量在0.25L/株·天，基质湿度控制在70%左右，且在伸蔓期后期应适当控制浇水量，让基质湿度逐步降低，促进开花；取样（整株）完成后全部拔除。
定植期～开花结果期（25天），前期（10天左右）在授粉期间约4天左右应控制灌水量（如表8所示），着果后灌水次数在3～4次，平均灌水量在0.4～0.5L/株·天，基质湿度控制在50～60%；后期（开花结果-膨果期，约12～15天左右）应加大浇水量，灌水次数在3～4次，平均灌水量在0.55～0.65L/株·天，基质湿度控制在60～70%；分类取样（根、茎、叶、果）完成后全部拔除。
定植期～采收期（12天），秋栽此时温度降低，根据气温控制灌水量，春夏季需水量较大，秋季灌水次数在2～3次，灌水范围在0.42L/株·天左右，基质湿度控制在60%左右；分类取样（根、茎、叶、果）完成后全部拔除后清园。
表8：2022年下半年秋季薄皮甜瓜全生育期平均灌水量汇总
（8月14日播种，P1每棚种植4槽，单槽种植80株）
通过上述灌水量控制作业，进一步确保薄皮甜瓜全生育期中养分、湿度等各项参数的精准控制。
通过上述养分测定、追肥及闭环系统控制作业，可根据薄皮甜瓜养分吸收规律来进行节水、省肥、提高产量和品质，并可避免干旱缺水、水肥利用率低、养分吸收拮抗作用和土壤盐渍化等一系列农业生产难题，实现保护生态环境的设施蔬菜养分供应精准控制体系。
以上所述，仅为本发明的优选实施例之一，并非用于针对本发明作出形式上的限制，应当理解，在权利要求书所限定的特征范围下，实施例还可作出其它等同形式的修改、变动，这些都应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于闭环环境下的设施栽培测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1育苗：将选好的栽培品种进行播种、育苗作业；
育苗步骤还包括：
品种选择：按照预设温度要求、湿度要求选择相应的栽培植株品种；
种子处理：早春播种采用浸种方式，先将种子倒入55℃～60℃的水中搅拌，待水温降至30℃±5℃时继续浸种2～3h；将浸泡好的种子用湿布包好放置在托盘上，放入30℃±5℃的恒温箱中催芽，待其露白后播种；夏秋季播种不需催芽，种子浸泡后晾干，可直接播于穴盘内；
播种：选择地温稳定于15℃以上时播种，春季在2月20日～3月10日采用设施播种，夏秋季在7月10日～8月10日播种；以草炭、蛭石、有机肥调配栽培基质，采用穴盘育苗，穴盘消毒后装入调配好的栽培基质压孔后，将种子平放入孔内，并盖上铺设预设厚度的栽培基质进行播种，然后浇一遍透水，春季盖膜保温，夏秋季盖遮阳网，待萌芽后揭去地膜或遮阳网；幼苗出齐后，早揭晚盖；育苗后期应降低温度，停止浇水，通风降温；定植前7天～10天，采取苗期猝倒病和立枯病的防治措施；
S2定植：将育苗后的幼苗移栽于养分供应系统中的栽培槽进行定植作业；
S3田间管理：
划分栽培植株生育期，按不同生育期进行养分供应及养分测定作业，
水肥管理：以一茬栽培植株生长全生育期所需的氮、磷、钾养分量，在基质拌料时将基肥加入其中，以有机肥为基础添加三元复合肥，保持每立方米栽培基质养分含全氮 1.5～2.0kg、全磷 0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg，占总养分输入量的50%～60%；
采用滴灌的方式追肥3次，分别于伸蔓中后期4天～6天追施1次平衡水溶肥；膨果中后期追施2次高钾水溶肥，2次时间间隔为6天～8天，追肥养分占总养分输入量的40%～50%；
其中，所述养分测定作业包括以下步骤：
测定初始栽培基质及追施、混施肥中氮、磷、钾养分的总值，采用淋溶试验测定全生育期不同时期的养分释放率；
栽培中分批施用养分的测试采用水溶肥的标识配比核算；
用化学测定法测定栽培末期灌溉桶及回水桶中残余的养分；
全生育期不同时期全株同化物分别测定其全生育期内的干物质，其中，测定元素氮、磷、钾的含量；
对栽培植株部位进行采集，将采集、烘干的样品干物质进行化学方法测定，获得不同生育期栽培植株从基质和追施的养分中吸收的数据，分析出平均每株不同生育期所需养分量；
将获得平均每株需养分量用于养分供应系统中进行施肥，结合养分供应系统完成栽培植株全生育期施肥量标准化管理；
定植期～幼苗期：取样本株、基质和灌溉剩余营养液进行养分测定；
定植期～伸蔓期：伸蔓期结束后全部拔除，取样本株、基质和灌溉剩余营养液进行养分测定；
定植期～开花结果期：结束后全部拔除，取样本株、基质和灌溉剩余营养液进行养分测定；
定植期～采收期：待果实果皮转色、增糖、出香成熟后分批采收，该生长期只灌水不再施用养分，采收高峰期取样本株、基质和灌溉剩余营养液进行养分测定；
其中养分及追肥相关参数参照如下公式：
a、目标产量所需养分总量(g)=目标产量(kg)×干鲜重比(%)×单位产量的养分测定量(g/kg)；
b、基质养分供应量(g)=单槽重量(kg)×干度(%)×养分比例×养分释放率(%)；
c、需要追施的养分量(g)=目标产量所需养分总量(g)-基质养分供应量(g)；
d、目标施肥量(g)=[目标产量所需养分总量(g)-基质养分供应量(g)]/[肥料养分含量×利用率]；
定植期～幼苗期平均每株养分吸收量为氮0.28g、磷0.05g、钾0.2g，定植期～伸蔓期平均每株养分吸收量为氮1.34g、磷0.37g、钾2.1g，定植期～开花结果期平均每株养分吸收量为氮4.84g、磷0.67g、钾6.17g，定植期～采收期平均每株养分吸收量为氮4.09g、磷0.67g、钾6.44g；伸蔓期为需磷量的高点，开花结果期为需氮量的高点，采收期为需钾量的高点；
栽培植株在不同生育期的氮、磷、钾养分吸肥量比例分别为：
定植期到幼苗期的养分吸肥量比例为0.28∶0.05∶0.2，浮动值±10%；
定植期到伸蔓期的养分吸肥量比例为1.34∶0.37∶2.1，浮动值±10%；
定植期到开花结果期的养分吸肥比例为4.84∶0.67∶6.17，浮动值±10%；
采收期的养分吸肥比例为4.09∶0.67∶6.44，浮动值±10%；
其中，平均全生育期灌水量为22.15～25.09L/株，平均全生育期需水量为0.29～0.33L/株·天；
养分释放率测定：
所述养分释放率采用淋溶试验法进行测定，将栽培基质或化肥加入容器内作为测定基质，定期对测定基质加入清水进行淋洗，将测定基质定期淋溶出来的淋溶水肥液进行养分测定，用以计算栽培基质或化肥的养分定期释放率，将每个周期的养分释放率汇总相加，得到栽培基质或化肥的养分释放率；
分别将20g、40g、60g、80g、100g基质按照1∶1∶1添加等量的蛭石和沙混合均匀备用， 将20g、40g、60g、80g、100g三元复合化肥按照1∶1∶1添加等量的蛭石和沙混合均匀备用，淋溶管50在内部底层用防虫塑料网垫住，分别装入拌匀的基质或化肥，用防虫塑料网扎紧管口，底部用容器盛置淋溶液，置于室温下，每周用蒸馏水淋洗1次，基质淋洗10周，化肥淋洗7周，淋洗处理的液体用于测定养分含量及养分释放率；经试验测定得出自配栽培基质的养分释放率为：氮0.66%、磷 1.4% 、钾3.59%，化肥的养分释放率为：氮17.517%、磷16.756%、钾73.559%；
所述养分释放率的计算公式为：
所述计算公式中γ为养分的释放率，ωn为第n周淋溶出来的养分测定含量的质量体积比，Vn为第n周淋溶出来的淋溶液体积，ω为初始基质测定的养分含量的质量百分比，m为样本处理的基质重量，n为淋溶的周数；
不同养分的具体测定：全氮含量用自动定氮仪法测定，全磷含量采用钒钼黄比色法测定，全钾含量采用火焰分光光度法测定；基质碱解氮含量采用碱解扩散法测定，基质速效磷含量采用0.5mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定，基质速效钾含量采用1mol/L NH4OAc浸提火焰光度法测定。
2.如权利要求1所述的基于闭环环境下的设施栽培测定方法，其特征在于：所述栽培基质由草炭、蛭石、粉状有机肥按照预设比例配置，所述栽培槽中填充的所述栽培基质按每立方米基质养分计算含全氮 1.5～2.0kg、全磷0.5～0.8kg、全钾 4.0～5.7kg,容重0.3～0.5g/cm³。
3.如权利要求1所述的基于闭环环境下的设施栽培测定方法，其特征在于：定植步骤还包括：
春季育苗苗龄30天～35天，夏秋季育苗15天～18天，具3片～4片真叶时定植，选用栽培系统中的栽培槽进行定植，定植前在槽上覆盖地膜，定植时在膜上按预设株距打穴栽培，每穴栽一株，栽于槽中间，定植后每株按300～500ml标准浇足定根水。
4.如权利要求1所述的基于闭环环境下的设施栽培测定方法，其特征在于：田间管理步骤还包括：
枝蔓调整：保留植株主蔓3片～4片真叶时摘心打顶，促使萌发子蔓，选留其中的1条子蔓，待其长至5～6片叶时用绑扎绳牵引上架，其余子蔓摘除；从子蔓上第6～7节孙蔓上开始留瓜，无瓜孙蔓摘除，每条孙蔓只留1个瓜，留1～2片功能叶后摘心；基部老叶定期摘除，疏去部分蔓叶；甜瓜开花结果期定期疏去多余花果；为了促进坐果，采用人工辅助授粉，单株选留3～4个果实。
5.如权利要求1所述的基于闭环环境下的设施栽培测定方法，其特征在于：田间管理步骤还包括：
环境管理：定植后温度调节不低于15℃；定植初期，根据天气变化调整通风程度，确保日夜通风，同步调整大棚内温度，开花坐果前，白天温度控制在25℃～28℃，夜间16℃～18℃，当棚温高于30℃时卷膜通风；坐果后白天控制在28℃～32℃，夜间15℃～18℃。
6.一种养分供应系统，采用如权利要求1至5任一项所述的基于闭环环境下的设施栽培测定方法，其特征在于：所述养分供应系统包括栽培槽，所述栽培槽内填充设有栽培基质；所述栽培槽一端架设有灌溉装置，所述灌溉装置含有灌溉桶、灌溉离心泵、多个滴灌管，所述灌溉桶内液体通过所述灌溉离心泵连通于多个所述滴灌管，至少两个所述滴灌管铺设于所述栽培槽上方；
所述栽培槽一端底部通过下水管连接于回水装置，所述回水装置含有回水桶、回水离心泵、回水管，所述回水桶内液体通过所述回水离心泵连通于所述回水管，所述回水管出口指向所述灌溉桶，所述回水桶用于收集下水管传送的基质栽培淋出水肥液，所述回水离心泵用于将回水桶内的基质栽培淋出水肥液回流至灌溉桶中，以此形成水、肥施用的闭环环境。
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