传感器STB 现代种植技术：通过控制温室温度，实现更高产更高质量的葡萄生产

发布时间：2024-11-25 09:11:40

现代种植技术：通过控制温室温度，实现更高产更高质量的葡萄生产

中国生产了世界上46.3%的新鲜葡萄，在26.6%的葡萄产区采用设施栽培方法。通过调节设施的温度，可以在室外温度不合适的时候使葡萄成熟。近年来，它已成为中国葡萄非生长季节生产新鲜葡萄的常用方法，作为补偿外部气候不适的应对技术之一。

随着温室结构和设备材料的发展，荷兰和西北欧国家主要发展芬洛型现代温室和植物工厂。在北半球，可以使用现代化的温室和精确的温度控制，将“火焰无籽”葡萄的成熟提前到6月初。

温度是驱动葡萄营养和生殖生长过程的最关键环境因素。葡萄生长对温度变化的敏感性使得在设施生产中通过温度调节生长成为可能和有意义，葡萄的物候过程和生长发育都受到温度变化的影响。

研究表明，在过去的40年里，欧洲葡萄园的平均温度上升了1.2-1.4°C，导致适合葡萄种植的生产面积扩大到北方和南方的高纬度地区，不同品种的物候期提前了6-25天。

发芽、开花、转色和收获的平均时间提前了10、15、15和25天，欧洲平均气温升高1 °C，物候期长度平均缩短了3-6天。这也反映在通过覆盖膜提高温度来提高设施生产物候阶段的显着进步上，但尚不清楚物候过程是否像露天栽培一样随设施中的温度而变化。

葡萄还需要一个合适的温度范围来生长和发育，当温度高于或低于葡萄耐受性的临界水平时，可能会发生不可逆转的损害。研究表明，休眠的葡萄枝条可以忍受-15°C的温度，但在萌芽到开花后，幼叶的温度低于-1°C，如果枝条的温度为-3-4°C，则容易受到霜冻损害甚至死亡。

小农户通常在2-3月发芽葡萄，此时室外温度仍然较低，农民经常通过烟雾熏蒸剂防止霜冻，然而，小农户受到设施内外温度监测不及时的限制，难以在生产中有效使用温度调节。

本研究重点关注北方设施典型小农葡萄生产中温度监测调控不足的问题，通过科技后院，利用智能传感器对传统小农生产系统中葡萄的低温和高温进行监测和调控，探究物候过程和低温和高温控制优化对积温和生长的影响，在设施中开发葡萄和产量质量，旨在为当前小农生产系统中的温度调节和累积温度管理提出建议。

1. 材料与方法

1.1. 试验地点和作物管理

本研究在中国河北省邯郸市衢州县德中葡萄园进行，该葡萄园是北方早期栽培设施，土壤产量为12.3 g kg−1有机物， 1.43 g kg−1总氮，86.1毫克 kg−1有效磷，614毫克公斤−1 速效钾，pH 值为 8.2。

本研究于2015年种植了“火焰无籽”品种的葡萄藤，间距为2×0.7米，并按照当地惯例种植在5米高的拱形温室中，该温室采用竹铁混合框架，覆盖着0.08毫米的聚烯烃薄膜，透光率为85%。

试验分为3个样地，其中2个位于温室结构下，设置为农民传统管理处理和优化管理处理，另一个为露天传统管理。露天栽培和设施栽培的修剪略有不同，11月中旬对设施栽培进行修剪，12月中旬对露地栽培进行修剪，修剪量相同。

方法是关闭通风口，在棚子里加两层0.01毫米的聚乙烯薄膜保暖，并施用2%浓度的氰胺。2018 年 11 月 20 日，露天栽培的葡萄被掩埋，以保护它们免受寒冷，并于 2019 年 3 月 20 日挖出，没有人工打破休眠。

所有3个处理的灌溉和施肥相同，水和肥料供应充足。只有 FM 和 OFM 处理为温度调节设置了不同的调节标准，如下表所示。

表 1.3 种处理之间温度控制措施的差异。

工厂管理

OFM公司

调频

选择

冬季修剪

每株藤蔓共有 8-10 根藤条，每根藤条上有 3 个芽;每棵葡萄树还带有 2 根枝杆，以形成新的藤条，以替代明年的产量。

夏季修剪

所有夏芽的侧枝上只剩下一片叶子，然后被移除。卷须也被去除，新芽的尖端在开花前被去除。

使用烟雾剂以防止冻伤

不

传统体验

原位监测，确保破芽期最低温度高于2°C，叶片生长期最低温度高于3°C。

防止高温

不

传统体验

及时监测，确保日最高气温不超过35°C。

1.2. 监测和技术服务

科技后院是技术创新、知识转移、人才培养和农业转型向可持续集约化的综合平台。STB教授、研究生和推广人员与农村地区的小农户一起生活和工作。他们确定了限制可持续农业的问题，并为小农户提供系统、综合和全面的解决方案，没有时间滞后、限制、成本和距离。

STB学生于2018年4月开始在葡萄园永久居住，并基于实际生产问题的理论知识进行技术服务。在这项研究中，2018年11月，在三个测试地块的中间安装了来自Pycno公司的TERRA传感器，以实现温度调节。

该传感器平均每 15 分钟持续监测和记录一次温度数据，从而可以准确监控设施内的温度。STB 学生通过实时传感器反馈优化了 OPT 处理温室的温度控制，包括通过烟雾熏蒸剂预防最低温度和及时通风以控制最高温度。

3. 结果

3.1. 设施与空地之间累积温度和物候期的差异

2019年通过小型科技院落进行物候监测的研究结果显示，小农设施生产系统使用最简单的保温材料进行早期栽培。与露天栽培的OFM处理相比，设施栽培下的FM和OPT处理成熟时间提前了44 d，这主要是由于不同物候阶段持续时间的差异所致。

FM和OPT处理均于1月20日人工打破休眠状态，并用三层塑料薄膜覆盖以提高温度，与露天栽培的OFM处理相比，休眠期缩短了34 d，果实发育和转色的物候期分别缩短了10天和25天。分别。而芽破、叶生长、开花和坐果时间4个期分别增加1 d、8 d、3 d和13 d。

设施与露天栽培的物候性能差异是由于累积有效温度的差异而导致生长过程变化的一个因素。2019年，通过传感器对设施和露天条件下温度的精确监测，每15 min获得设施栽培FM处理和露天OFM处理各物候阶段的累积有效累积温度。

两种处理之间的管理方法保持一致，除了温度升高的时间。与露天栽培相比，用于农民温度管理的设施栽培通过覆盖塑料薄膜的累积有效累积温度低19.5%而达到成熟。

与OFM处理相比，FM处理在休眠期、萌芽期、叶片生长期、开花期和坐果期有效累积温度分别提高了1.22 °C、45.9 °C、149.3 °C、开花期和115.0 °C。

然而，从果实发育开始，设施栽培的生殖生长期明显缩短，导致FM处理在果实发育和转色期间的有效累积温度分别比OFM处理低205.0 °C和486.3 °C。FM处理使营养生长期有效累积温度从18.9%提高到36.0%，在原始露天栽培模式中，通过覆盖薄膜，生殖生长期有效累积温度从81.1%降低到64%。

4. 讨论

4.1. 设施中葡萄的有效积温要求和特性

计算中的细微差异是因为Alonso使用较低的阈值5 °C来计算发芽的有效累积温度，而本实验使用较低的阈值10 °C来计算休眠的有效累积温度，但与开阔场地相比，两者都显示出较低的有效累积温度要求和更早的成熟。

较长的营养生长和较短的生殖生长表明营养过度生长的风险更高，并且在生殖生长过程中对营养和水的需求更迫切。充分了解这一特性将有助于改善设施中葡萄生产中的温度、灌溉和施肥管理。

4.2. 设施葡萄的有效积温分布和调节潜力

本研究发现，使用塑料薄膜覆盖的设施栽培和露天栽培在营养和生殖生长两个阶段之间的有效积温分布存在显著差异，在露天模式中，营养和生殖生长阶段的有效积温百分比分别为18.9%和81.1%。

而设施生产中，FM的这一比例调整为36.0%：64%，OPT的这一比例调整为32.8%：67.2%。由于营养阶段热量分布量的增加，设施生产比露天生产更容易受到旺盛生长的影响。

为减少营养过度生长，OPT处理将营养期有效积温分布比例降低至32.8%，减少旺盛新生长22.2%，优化生殖生长养分供应，作物重量增加40.2%，产量增加30.1%。

通过改变人工释放时间，OPT处理使芽芽期和叶片生长期的高温胁迫持续时间分别缩短了12.5 h和35.7 h。虽然OPT处理的有效积累温度与FM处理相比累计降低了74.2 °C，但成熟时间相同，这可能是由于FM处理的高温胁迫作用，抑制了葡萄的生长发育过程。

5. 结论

在目前的小农生产体系下，合理调节设施中葡萄的有效积温需求，实现营养生长和生殖生长的和谐比例，有赖于及时的温度监测设备和温度决策指标。基于计算机技术、传感技术和互联网技术的快速发展，采用国外物联网技术的先进芬洛温室可以实现温室温度监测等设施设备的监测和自动控制。

虽然中国传统小农葡萄生产的温度控制无法实现自动化，但使用温度传感器监测和调节温度并结合人工干预可以优化设施中有效积温的分布。

在该试验中，OPT处理在2月9日和2月16日休眠期间提供了传感器数据的及时反馈，以防止霜害，而农民的传统FM处理选择在第二天防止霜害，错过了最佳控制时间，仅依靠经验增加了8次无效熏蒸剂施用的成本。

OPT处理通过基于传感器的温度监测和高温阈值标准，实现了高温胁迫持续时间的缩短，优化了营养与生殖生长的和谐关系，通过STB的伴奏提高了产量和质量。

因此，在目前的小农葡萄生产设施系统中，使用传感器监测温度是一种非常具有成本效益的方式，可以增强有效累积温度调节的潜力，这是在设施栽培中发展智能化、自动化智慧农业的必要步骤。

机载传感器试验台

经过独特改装的喷气式飞机是对战术飞机进行重要测量的重要资产。

机载传感器试验台是一种改进型湾流喷气式飞机。

机载传感器试验台（ASTB）是一种高度改装的喷气式飞机，能够携带各种用于进行射频和红外研究的传感器和仪器。研究人员分析ASTB传感器收集的数据，以了解战术系统背后的工程和科学以及对美国空军飞机的威胁。ASTB在全国各地使用空军系统飞行，并在当地使用实验室的机载对抗测试系统。

集成Ka波段雷达仪表系统（IKARIS）安装在机载传感器试验台的机翼下。

林肯实验室于 1990 年代首次开发了 ASTB，在猎鹰 20 上安装传感器、处理电子设备和天线。在 1990 年代中期，ASTB 设备过渡到湾流 G-II 机身。该实验室继续为ASTB增加现代化和更先进的传感器和仪器，扩大其对战术飞机进行重要测量的能力。2018 年，集成 Ka 波段雷达仪表系统（IKARIS）被部署为机翼下方携带的吊舱传感器。IKARIS的测量使研究人员能够更好地了解电磁频谱Ka波段的传播、散射和杂波现象。研究人员正在使用收集到的雷达数据来完善基于物理的模型和这些现象的模拟。在未来十年中，IKARIS获得的飞行测试数据将为国防部各种计划的开发活动提供信息。