摘要：温室栽培是现代番茄种植的主要方式之一，能延长作物生长时间，增加番茄的总产量。水肥施用是影响番茄长势的主要因素，所以要加强温室番茄水肥调整。温室番茄种植中采用人工施肥方式不仅增加用水和用肥成本，而且存在水肥施用偏差大等问题。为了提高温室番茄施肥效果，设计了智能水肥一体化施用系统，在感知土壤含水量与肥力以及监测作物长势的基础上，构建动态水肥施用方案，促进温室番茄种植的智能化发展。试验结果表明，设计的智能水肥一体化系统施肥效果显著，施肥稳定性良好。

　　关键词：温室；番茄种植；水肥一体化；施肥效果；试验分析

　　番茄作为重要的经济作物，是单县地区的主要蔬菜种植品种之一。番茄种植温度为10—30℃,低于10℃会出现生长缓慢，低于5℃会停止生长[1]。所以，温室番茄种植能延长其生长时间，促进番茄增产。水肥施量的控制是温室番茄种植的关键，但目前主要采用人工方式进行施肥，存在水肥量控制偏差大等问题。为了节约水肥施用量，促进温室番茄产量增加，有学者提出智能水肥一体化施用方法[2,3]。例如，法国、意大利等国家采用智能施肥和滴灌方式，提升温室番茄种植效果。2018年华北、华东地区采用户外蔬菜智能灌溉技术，平均年增产量5—25%，水肥节约率为10%[4]。山东地区的温室番茄种植目前未能实现灌溉、施肥的智能化，影响番茄作物产量[5]。因此，研究温室番茄水肥智能一体化系统，不仅能增加番茄产量，也能节约水肥用量，提升番茄的生产效益。

　　1.研究概述

　　1.1温室番茄种植流程

　　温室番茄种植是保持植株在10—30℃环境中，增加植株产量，延长生长期。种植过程中，需要监测土壤的含水量，检测土壤肥力（腐蚀质、营养元素），并记录监测时间（上午、下午，或者晚上）。同时，测量植株长势（距离、高度、叶面密集度），定期进行修枝。另外，对施肥方式进行分类（叶面肥、根下肥），记录植株所在阶段（幼苗、成株、开花期、结果期）。详细记录番茄种植的相关信息，并存储数据库中。温室番茄种植过程为一体化过程，包括植株长势、水肥用量、肥料配比、施肥方式等。

　　1.2智能水肥一体化技术框架

　　温室种植与户外种植不同。温室具有空间小、种植面积少的不足，所以应该进行精细一体化种植。结合番茄的生长特征、水肥需求数量与时间等信息，构建智能一体化施用框架。通过LD-GT5莱恩德仪器（2020版，美国）检测土壤中的氮磷钾含量，土壤pH值（番茄适合于6—6.8），有机质含量（1%—1.5%），盐分含量（EC<2.5mS/cm）以及含水量（60%—80%）；利用红外测距仪（2纳米微波，有效距离100m）测量植株叶面密度；数据传输为WIFI+ZigBee，传输量为4M/s，数据结构为视频、图片和音频；管理身份验证分为管理员和一般员工；拓展端口包括专家库、云端信息、历史数据库、其他兼容软件等。

　　2.水肥智能一体化系统设计

　　2.1整体构成

　　水肥智能一体化系统由三部分构成，施肥装置、控制硬件、智能系统软件。其中施肥装置由水箱、肥料箱、喷淋机械臂、滚轮、支撑架以及探测仪（LD-GT5莱恩德仪器、红外测距仪）组成；控制硬件为PC机，智能系统软件由Java语言编辑的B/C框架。智能水肥一体化系统整体构成以智能系统为核心，智能操作电机驱动机械运行、喷淋和泵运行等操作。水肥喷淋角度为180°,泵出液压强为4MPa，流量为4ml/s，满足温室番茄种植操作标准。

　　2.2硬件设计

　　智能水肥一体化系统的硬件由3个模块构成，分别为土壤信息收集模块、水肥喷淋执行模块和远程操作模块。

　　土壤信息收集模块主要利用LD-GT5莱恩德仪器测量土壤酸碱性、氮磷钾含量以及重金属含量等，仪器倾斜角度为60—120°,测量方式为三针插入式测量，并记录番茄根系的深度。测量电流为微电流2mA，电压为微电压2-3V，并计算施肥位置。

　　水肥喷淋执行模块采用12V电机驱动喷头，喷淋角度为0—360°,喷淋压强为4MPa，雾化效果为0.2mm。水肥比例依据施肥时间、番茄植株长势以及历史数据计算，并在喷头位置放置密封圈，增加其耐酸碱性。喷淋方式为脉冲喷淋，频率为4次/s，喷淋偏差为1.23±0.06cm。

　　远程操作模块采用PLC电路，ZigBee传输模块与服务器链接，传输量为4M/s，并在温室角落增加中继器，保持信号的稳定性。远程操作以B/C为框架，终端依据ROM中指令执行操作，定时向服务器传输系统日志。同时，服务器的外置接口能够与其他系统关联，提升操作的拓展性。

　　2.3系统软件设计

　　系统软件设计为为3个单元，分别为土壤信息收集与处理，水肥喷淋操作以及施肥授权。

　　土壤信息收集与处理单元获取土质信息后，依据傅里叶级数计算营养元素、重金属极值，结合番茄的长势、成长阶段，计算水肥喷淋量以及氮磷钾的配比。同时，获得红外测距仪的测量信息，计算施肥的深度，叶面肥的喷淋量。然后，检测植株的高度、叶片率，记录水肥量。

　　水肥喷淋操作通过ASCII代码发送指令，执行喷淋操作并控制喷淋时间。同时，检测实际的喷淋效果，对比与喷淋命令的差异，并通过ZigBee传输到服务器中。同时，视频设备监测喷淋的实际效果，避免出现漏喷、过量喷淋现象。

　　施肥授权操作是对系统操作功能进行授权，管理员可以对智能系统进行全域管理，一般员工依据其工作内容进行授权，诸如，施肥、喷淋、移动、检测等。

　　3.智能水肥一体化系统的操作结果对比

　　以人工施肥方法为对比，验证智能水肥一体化系统的实施效果，分析其节水和节肥效果。

　　3.1节水和节肥效果对比

　　温室番茄种植中水肥量的节约是一体化系统的优势，对其进行验证的结果如表1所示。

　　由表1数据可知，相对于传统人工施肥方式，智能水肥一体化系统的节水率为15.63%，节肥率为25.96%，水肥比例调整次数为5.36±0.16次，效果较优。其原因主要是智能水肥一体化系统能够依据植株长势、阶段进行综合判断，实现动态的水肥配比调整。同时，精准施肥，定时喷淋也节约水肥量。两种管理方法相比较，智能水肥一体化系统的水肥有效率较略高，为95.36%。

　　3.2施肥效率与稳定性

　　人工施肥方法的主观性强，所以施肥的稳定性相对较低。对比两种方法的施肥效率与稳定性结果为：智能水肥一体化系统的施肥效率为2.3m3/s，叶面肥料的施用量为0.25g/m2，而人工施肥效率为0.6m3/s，叶面肥料的施用量为1.22g/m2，智能水肥一体化系统的施肥效率和稳定性更高。出现上述现象的原因是智能水肥一体化系统利用检测设备获取初始数据，计算水肥量并计算施肥预案，能够稳定、准确施肥。而人工水肥作业的主观性强，无法保障施肥的效果。两种施肥方法的效果比较如图1所示。

　　由图1可知，在10m3水肥施用的温室中，水肥配比(0.35-0.52)的条件下，一体化系统优于人工施肥，说明智能水肥一体化系统施肥效果显著，智能水肥一体化系统的施肥稳定性良好。

　　4.结束语

　　温室生产是番茄种植的主要方法，而水肥施用又是植株生长的关键。传统的人工施肥方法存在效率低，水肥浪费严重的问题。为了解决上述问题，设计智能水肥一体化系统，对比土壤中氮磷钾、重金属含量，智能进行水肥施用。结果显示，智能水肥一体化系统的节水率为15.63%，节肥率为25.96%，水肥比例调整次数为5.36±0.16，效果较优。智能水肥一体化系统能促进温室番茄种植的效益提升。

参考文献：

　　[1]侯仁岳,刘业成,曹洪振.水肥一体化系统在智慧农业中的应用[J].农村科学实验,2026,(3):89-91.

　　[2]杨秋硕,宋卫堂,陈先知,等.宽沟窄畦种植模式影响浙南大棚番茄产量的环境因素[J].中国农业大学学报,2026,(4):97-106.

　　[3]杨金凤,郝建,韩学伟.金乡县温室大棚中蔬4号番茄高产种植技术[J].果农之友,2026,(2):64-66.

　　[4]唐晨光,张瑞金,易辉君.基于山地可移动式水肥一体控制系统首部设计[J].农业与技术,2026,(1):66-70.

　　[5]张锐.浅析农业灌溉系统中水肥一体化技术的实施[J].当代农机,2026,(1):46-47.