果树需冷量自动检测装置的研制及在樱桃上的应用试验

2016-10-13张道辉朱东姿刘庆忠郝秀梅魏福刚

落叶果树 2016年5期

关键词：冷量自动检测保护地

张道辉，朱东姿，刘庆忠*，郝秀梅，魏福刚

(1.山东省果树研究所/山东省果树生物技术育种重点实验室，山东泰安 271000；2.莱芜市莱城区茶业口镇农技站；3.莱芜市口镇农技站)

果树需冷量自动检测装置的研制及在樱桃上的应用试验

张道辉1，朱东姿1，刘庆忠1*，郝秀梅2，魏福刚3

(1.山东省果树研究所/山东省果树生物技术育种重点实验室，山东泰安 271000；2.莱芜市莱城区茶业口镇农技站；3.莱芜市口镇农技站)

为解决人工监测落叶果树需冷量准确度差、劳动强度大的问题，研制了“落叶果树需冷量自动检测装置”，包括现场温度检测、温度信号处理、数字显示、测控信号转换与输出、有效低温设定值信号发生器、电源输出控制、手动显示控制、需冷量记录显示等单元。经连续3年2个生产周期用于甜樱桃保护地栽培试验应用表明，该装置能准确检测落叶果树的需冷量，使扣棚控温时机的掌控更科学合理，节省人力，解决了因需冷量监测不准造成的萌芽不齐、坐果不良和延迟成熟等问题，使果实产量、质量及采收期控制均达到预期效果，替代了人工检测，减轻了劳动强度。

落叶果树；需冷量；自动检测；保护地栽培；甜樱桃

落叶果树需冷量(需冷积温或低温需求量)是落叶果树对生理休眠有效低温量的要求，以栽培环境中有效低温存续时数为计量单位，只有满足了需冷量才能完成自然休眠，进行正常的生长发育[1]。需冷量也是落叶果树进行保护地栽培时确定扣棚控温时机的关键依据。对落叶果树保护地栽培需冷量的测定，国内一直沿用可自动检测需冷量的3种传统估算方法，分别是“低于7.2℃模型”、“犹他模型”和“动力学模型”，都是以深秋及初冬季节检测到的有效低温及存续时间为计算基础[2-4]。由于有效低温出现及存续时间不规律，且经常出现在夜间和阴冷天，目前普遍不具备温度全自动检测记录条件的种植户只能靠人工现场昼夜监测记录有效低温值及存续时间，操作难度大，特别是对夜间突变天气短暂出现的有效低温，很难准确记录其存续时间，估算出的需冷量存在较大误差，造成以需冷量为主要依据的保护地栽培扣棚控温时机掌控不准。若扣棚控温时间太早，树体会由于需冷量不足产生发育障碍[5-6]，萌发不齐，花器官畸形或败育，果实质量下降、减产或绝产；若扣棚控温时间滞后，则会导致成熟期延迟，影响经济效益。笔者研制了“落叶果树需冷量自动检测装置”[7-8]，包括现场温度自动检测、有效低温选择、控制信号转换与输出、需冷量自动积累显示记录等单元，经连续3年2个生产周期用于甜樱桃保护地栽培试验，效果良好，能准确检测需冷量，使扣棚控温时机的掌控准确无误，结合高精度调控保护地栽培环境的温度、湿度，解决了萌芽不齐、坐果不良、延迟成熟等问题，使果实产量、质量及采收期控制均达到预期效果，显著降低了人工检测的劳动强度。

1　需冷量自动检测装置设计构件与工作原理

落叶果树需冷量自动检测装置设计与工作原理如图1所示，由现场温度检测、温度信号处理、数字显示、测控信号转换与输出、有效低温设定值信号发生器、电源输出控制、手动显示控制、需冷量记录显示等单元组成，具有带线遥测功能，遥测距离0～500m。温度检测单元将保护地栽培现场的环境温度信号通过信号传输电缆、温度传感器、信号变送器等转换成电信号，输送到温度信号处理单元，经线性化调整和信号放大后分成两路，一路输送到数字显示单元显示保护地栽培现场的温度值，另一路输送到测控信号转换与输出单元，与设定值信号比较处理后变换成可控制电源输出的控制信号，输送到电源输出控制单元。电源输出控制单元根据与栽培现场温度具有线性关系的输入信号，停止或输送电网电源，当停止电网电源时表明栽培现场无有效低温存在，需冷量记录显示单元不积累也不显示记录的需冷量，当输送电网电源时表明栽培现场有效低温存在，需冷量记录显示单元动态显示积累的需冷量。

图1　落叶果树需冷量自动检测装置设计与工作原理框图

图2　落叶果树需冷量自动检测装置实体图

图1中现场温度检测单元中的温度传感器采用AD590M半导体集成温度传感器，具有灵敏度高、反应速度快，带线传输距离(遥测距离)远的特点[9-10]，带线遥测距离就是信号传输电缆的长度。有效低温设定值信号发生器单元，主要由工作点定位电阻、设定值信号调节电位器等组成，工作点定位电阻选用温度系数为±0.0005%/℃的RX710-A型精密线绕电阻，设定值信号调节电位器选用温度系数为±0.002%/℃的HP-16型精密线绕电位器。手动显示控制单元，由AS1601-DR型按钮开关、防抖动电容等组成，其功能是当栽培现场无有效低温时，通过手动按钮随时观看已积累的需冷量。图2为果树需冷量自动检测装置实体图。

需冷量记录显示器单元设计与工作原理如图3所示，由触发器A1、秒计数器(60进制)B1、触发器A2、分计数器(60进制)B2、触发器A3、时计数器(100进制)B3、触发器A4、时计数器(1000进制)B4、8位LED显示器C，共9个单元电路组成。触发器A1选用74AC11074型具有可预设和复位功能的集成触发器，每次得电都可自动输出触发信号。触发器A2、A3、 A4、均选用CD54AC74型具有复位功能的集成触发器。计数器B1、B2、B3、B4均由同步10进制集成计数器74LS160级联构成。8位LED显示单元C由74HC595型移位寄存器、FJ5461BH型七段数码管等组成，可动态显示1秒到9999小时内的任何需冷量值。

图3　落叶果树需冷量自动检测装置实体图

2　试验材料与方法

2.1试材与概况

以甜樱桃作为落叶果树需冷量自动检测供试树种，试验地点选在山东省淄博市沂源县燕崖镇燕崖村，单栋甜樱桃设施栽培大棚，面积2000m2。主栽品种红灯、美早、萨米脱，授粉树红蜜、雷尼、拉宾斯和先锋，共7个品种，主栽品种与授粉树比例3∶1，均用考特砧木，树龄9年生。2013年3月下旬定植，株行距3m×4m。2014年以培养树体为主大量疏花疏果，每株产量控制在2kg以下。2015年以经济效益为主控制产量和质量。每年花期棚内放养蜜蜂增加授粉效果，每666.7m2约放养1.3万只。

2.2需冷量监测与扣棚控温时间的确定

2014年10月中旬后开始，对试验地的供试甜樱桃品种需冷量应用自行研制的“落叶果树需冷量自动检测装置”进行自动检测，并根据所栽甜樱桃品种完成自然休眠需要的需冷量，确定具体扣棚控温时间。由表1可知，从2014年10月15日到12月31日，栽培现场的需冷量自动检测值为950小时，已能满足全部7个供试甜樱桃品种对需冷量的要求，结合栽培现场的其他条件，根据目前甜樱桃采收期越早市场效益越好的情况，在2014年基础上调整了时间，确定2015年1月1日扣棚控温。由于“落叶果树需冷量自动检测装置”可高精度自动检测和记录需冷量值，超过1秒短暂时间出现的有效低温，也会被累计记录并准确显示，所以对扣棚控温时间的确定及经济效益的预期也更科学合理。

表1　供试甜樱桃品种完成自然休眠的需冷量及检测值

2.3保护地栽培环境的温度、湿度控制

保护地内气温调控主要由人工操控的电动卷帘机、透光塑料薄膜的顶部和底部换气调节口、保温棉被和草帘、地炕式加热炉等装置完成，表2是棚内甜樱桃不同生育期温、湿度调控指标及检测数据。棚内气温检测由设置在棚外值班室的“甜樱桃栽培大棚环境因子测控仪”[11]完成，其测温探头采用具有防水外壳的PT-100型热敏电阻，将其置于棚内具有温度代表性的位置。白天，当有阳光且棚温需提高时，电动卷帘机把保温棉被和草帘全部卷起，同时将顶部和底部换气调节口缩小或封闭，尽可能多的让阳光通过塑料薄膜进入大棚升高温度。在雨雪、阴冷低温天气时，将棚体全面覆盖保温棉被和草帘，封闭换气调节口，同时点燃地炕式加热炉，开启排烟助燃轴流风机，靠煤炭燃烧使棚内温度升高。当需降低棚内气温时，则要减少保温棉被和草帘覆盖面积，打开或调大顶部换气调节口，交换棚内外的空气降温。如需快速降温时，再打开或调大底部换气调节口，通过增加棚内外空气的交换速度实现。当需要保温或夜间调节棚温时，也是通过调控上述装置完成。根据甜樱桃栽培区的气候条件，通过太阳能和加热炉双热源升温，可在整个冬季把棚温控制在要求范围内。棚内浅层地温由气温和滴灌水温及水量控制，地温波动幅度远小于气温的，特别是为防止生草，普遍地面覆盖黑色塑料薄膜，地温更加稳定。需增加地温时，除增加或保持棚温外，还要减少滴灌时间，使浅层土透过的水量减小，温度回升。反之，延长滴灌时间，使地温下降。如此调控，可在整个冬季把棚内地温动态控制在要求范围内。

棚内湿度检测由设置在棚外值班室的“甜樱桃栽培大棚环境因子测控仪” 完成。其湿度探头采用霍尼威尔型湿度传感器，置于棚内具有湿度代表性的位置。棚内湿度靠控制滴灌水和在黑色地膜上喷水维持，需根据地温和空气相对湿度的相互影响规律共同调控。需增加湿度时，延长滴灌时间或多往黑色地膜上喷水。需降低湿度时减小滴灌时间，少喷或不向黑色地膜上喷水。整个冬季把棚内湿度控制在要求的40%～85%范围。

表2　棚内甜樱桃不同生育期温湿度调控指标及检测数据

3　结果与分析

从2013年3月到2015年5月，连续3年2个生产周期应用“落叶果树需冷量自动检测装置”检测甜樱桃保护地栽培现场的需冷量，以所测数据为扣棚控温时间的依据，进行保护地栽培试验。 2013年12月27日扣棚控温，2014年4月8日开始采果。2015年1月1日扣棚控温，2015年4月10日开始采收。连续2年采用相同的管理办法和调控指标，均效果良好，未出现萌芽不齐、花器官畸形、败育、果实畸形等现象。2013～2014年生产周期的试验，以培养树体为主，大量疏花疏果，每株产量控制在2kg以内。2014～2015年生产周期的试验，以实际生产能力和市场需求为主，尽量提高产量和质量，2015年采收后，对7个甜樱桃品种的产量和优质果率进行调查统计，以果实大小均匀、色泽鲜亮、无裂痕、无缺陷、不畸形为优质果。优质果率和平均产量未按品种分别统计，因为不同品种间采收期和产量都存在差别，所以把不同品种的产量和质量共同统计。甜樱桃7个品种红灯、美早、萨米特、红密、雷尼、先锋、拉宾斯的优质果率达86%以上；平均666.7m2产量785kg以上；平均单果重分别是9.8g、12.2g、13g、7.6g、8.5g、8.5g、7.7g；果实采收期分别为4月10日(7天)、4月18日(12天)、4月27日(7天)、4月21日(6天)、4月25日(6天)、4月26日(8天)、4月30日(5天)。

4　小结

通过2013年3月至2015年5月3年2个生产周期的甜樱桃需冷量自动检测及应用试验表明，采用落叶果树需冷量自动检测装置自动监测保护地栽培环境的需冷量，测量精度高，操作简单，劳动强度低，可明显降低栽培成本；高精度监测甜樱桃需冷量使保护地栽培的扣棚控温时机有了准确依据，控制树体在完成生理休眠的前题下尽早萌芽，果实适期成熟，可提高经济效益，避免出现萌芽不齐，坐果不良或果实成熟期推迟现象；并与现代环境测控技术结合，对棚内栽培环境进行的高精度调控，可使甜樱桃的产量、质量及成熟期得到有效控制。

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2016-04-13