普及科學(xué)

助農(nóng)豐收

“風(fēng)調(diào)雨順，五谷豐登”，“有收無(wú)收在于水，收多收少在于肥”，這兩句農(nóng)諺就是水分條件與農(nóng)業(yè)收成關(guān)系的簡(jiǎn)明總結(jié)。農(nóng)作物的水分供應(yīng)主要來(lái)源于土壤水分，因此了解大氣降水與土壤水分的依存關(guān)系是十分必要的。

長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)民對(duì)土壤水分與作物生長(zhǎng)的關(guān)系都缺乏科學(xué)的認(rèn)識(shí)，什么時(shí)候澆水、澆多少水，都是憑感覺(jué)、憑經(jīng)驗(yàn)。

實(shí)際上，在了解不同作物需水量基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)灌溉，維持適宜的土壤濕度，可以有效增加農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)，優(yōu)化農(nóng)藥化肥的使用。

土壤水分與作物生長(zhǎng)的關(guān)系

●土壤濕度的定義

土壤濕度(soilhumidity)即土壤含水量,是表示一定深度土層的土壤干濕程度的物理量。土壤濕度的高低受農(nóng)田水分平衡各個(gè)分量的制約。

●作物的需水量

作物的需水量通常用蒸騰系數(shù)表示。蒸騰系數(shù)是指作物每形成一克干物質(zhì)所消耗的水分的克數(shù)。作物的蒸騰系數(shù)不是固定不變的。同一作物不同品種的需水量不一樣，同一品種在不同條件下種植，需水量也各異。影響作物需水量的因素很多。第一是氣象條件。大氣干燥、氣溫高、風(fēng)速大，蒸騰作用強(qiáng)，作物需水量多;反之則需水量少。第二是土壤條件。土壤肥沃或經(jīng)施肥后，作物生長(zhǎng)良好，干物質(zhì)積累多，而水分蒸騰并不相應(yīng)增加，因此需水量要比在瘠薄地上少些。有關(guān)研究證明，土壤中缺乏任何一種元素都會(huì)使需水量增加，尤以缺磷和缺氮時(shí)需水最多，缺鉀、硫、鎂次之，缺鈣的影響最小。

●作物的需水臨界期

作物的一生中對(duì)水分的需要量大體上是生育前期和后期需水較少，中期因生長(zhǎng)旺盛，需水較多。作物一生中對(duì)水分最敏感的時(shí)期，稱需水臨界期。在臨界期內(nèi)，若水分不足，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和最終產(chǎn)量影響最大。例如，小麥的需水臨界期是孕穗至抽穗期。在此時(shí)期內(nèi)如果缺水，幼穗分化、授粉、受精、胚胎發(fā)育都受阻礙，最后造成減產(chǎn)。在作物生產(chǎn)實(shí)踐中，確定作物的灌水時(shí)期和灌水?dāng)?shù)量，除了要考慮需水臨界期這一個(gè)因素外，還應(yīng)注意當(dāng)?shù)亟邓嗌俸屯寥缐勄楹脡摹?/span>

●土壤濕度對(duì)農(nóng)作物的影響

1)直接影響

水分過(guò)高或過(guò)低，便抑制直到停止呼吸、光合作用、生長(zhǎng)等生命活動(dòng)。土壤濕度決定農(nóng)作物的水分供應(yīng)狀況，直接影響作物根系的生長(zhǎng)。只有土壤水分適宜，根系吸水和葉片蒸騰才能達(dá)到平衡狀態(tài)。

土壤濕度過(guò)低，形成土壤干旱，光合作用不能正常進(jìn)行，降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì);嚴(yán)重缺水導(dǎo)致作物凋萎和死亡。

土壤濕度過(guò)高，惡化土壤通氣性，影響土壤微生物的活動(dòng)，使作物根系的呼吸、生長(zhǎng)等生命活動(dòng)受到阻礙。根系缺氧、窒息、最后死亡。

土壤水分的多少影響土壤溫度的高低。例子：豆類作物、馬鈴薯等的合適土壤含水量相當(dāng)于田間持水量的70%～80%，禾谷類作物為60%～70%。土壤含水量低于最適值時(shí)，光合作用降低。各種作物光合作用開(kāi)始降低時(shí)的土壤含水量(占田間持水量之百分?jǐn)?shù))分別為：水稻57%，大豆45%，大麥41%，花生32%。

2)間接影響

A.植物的倒伏、病害

土壤濕度過(guò)高影響作物地上部分的正常生長(zhǎng)，造成徒長(zhǎng)、倒伏、各種病害滋生。

B.植物根系的深度

潮濕土壤中作物根系不發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)緩慢，分布于淺層。土壤干燥，作物根系下扎，伸展致深層。

C.對(duì)作物品質(zhì)的影響

水分對(duì)作物品質(zhì)有較大的影響。夏季高溫、少雨，糧食作物籽粒中蛋白質(zhì)的含量高;低溫、多雨有利于籽粒中淀粉的形成。有專業(yè)學(xué)者在研究了世界小麥的化學(xué)成分之后指出，各干旱地區(qū)生產(chǎn)的小麥籽粒通常蛋白質(zhì)含量高或者很高。有資料表明，在灌溉條件下，小麥的產(chǎn)量顯著增加，籽粒中的淀粉含量提高;但是蛋白質(zhì)含量卻有所降低。要想既增加糧食產(chǎn)量，又不降低其蛋白質(zhì)含量，必須在灌溉條件下增施氮肥。

D.影響田間耕作措施和播種質(zhì)量，收獲質(zhì)量。

比如在土壤干燥結(jié)塊的狀態(tài)下使用機(jī)械收獲馬鈴薯，將導(dǎo)致馬鈴薯和土塊相碰撞，使馬鈴薯?yè)p傷。

土壤水分監(jiān)測(cè)在農(nóng)業(yè)中的用途

●(一)科學(xué)精準(zhǔn)灌溉

1.在常規(guī)灌溉中存在的問(wèn)題

結(jié)合到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)中，因涉及到水源是否豐富、輪灌、搶水、水肥一體化、噴灌機(jī)械是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，除草、中耕、打藥等農(nóng)業(yè)操作等一系列的問(wèn)題，但單從灌溉量的角度考慮，無(wú)非是三種結(jié)果：過(guò)量灌溉、過(guò)少灌溉和合適量的灌溉。

1)過(guò)量灌溉

過(guò)量灌溉的原因很多，比如：

A.為了省事，偷懶，喜歡灌溉一次管用很多天;

B.在一些地方水資源還不足夠顯得珍貴，沒(méi)有節(jié)約用水的意識(shí);

C.粗放式的農(nóng)業(yè)管理，就沒(méi)有考慮過(guò)精細(xì)化灌溉;

D.不能動(dòng)態(tài)判斷作物根系深度，土壤水大量灌溉下滲到了根系深度以下的土層;

E.未能按照根系深度科學(xué)灌溉施肥，進(jìn)而肥料利用效率低，為了保證農(nóng)作物對(duì)肥料的需求量，必須增加額外的灌溉;

F.沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到過(guò)量灌溉的危害。

過(guò)量灌溉給病蟲(chóng)害的滋生提供了“溫床”，過(guò)量的施肥造成燒草，過(guò)量的用藥使病原菌產(chǎn)生了抗藥性。過(guò)量灌溉造成的土壤次生鹽堿化。

過(guò)量灌溉的后果很明顯：浪費(fèi)水資源;浪費(fèi)化肥、農(nóng)藥;農(nóng)藥、病害惡性使用循環(huán);化肥、農(nóng)藥殘;污染環(huán)境;灌溉設(shè)備設(shè)施折舊磨損。

2)單次灌溉量不足(不得不補(bǔ)灌更多水)

當(dāng)單次灌溉量不足后，如果要挽救，就得繼續(xù)灌溉，以保證農(nóng)作物的需水要求。灌溉量不足時(shí)，水沒(méi)有能下滲到農(nóng)作物根系，那就是沒(méi)有任何有用功的燒錢，相反的，可能會(huì)造成更多的無(wú)用功：為草的生長(zhǎng)提供了良好的條件，大量的草茂盛的長(zhǎng)了出來(lái)。一旦農(nóng)作物和草同時(shí)長(zhǎng)出地面后，靠化學(xué)除草的方式時(shí)常難以施展，更多的靠成本最高的模式：人工拔草。

以下是一個(gè)8次灌溉中只有2次灌溉，灌溉到了30厘米深處土層，6次灌溉都是無(wú)用功的極端例子。

如上土壤水分曲線圖，7月21日-8月16日共26天：

問(wèn)題一：如下137號(hào)土壤水分曲線圖，在26天中，共噴灌澆水9次，共自然降雨3次，平均3天灌溉一次，灌溉頻率過(guò)高，并由此造成單次灌溉量不夠。(注：最上面的紅顏色曲線表示5厘米深處土壤水分變化情況，紅顏色曲線的每次快速上升和下降都預(yù)示著一次灌溉澆水行為)

問(wèn)題二：如問(wèn)題一，在26天的8次噴灌中，卻僅有2次澆水使30厘米深處土壤含水量有所上升，而紫花苜蓿的根系深度已經(jīng)明顯超過(guò)了30厘米深，達(dá)到了50厘米土層深度。也就是說(shuō)，26天的8次澆水，僅有2次澆水的灌溉量稍微達(dá)到要求，濕潤(rùn)到了紫花苜蓿的根部，其余6次澆水做的都是無(wú)用功，并沒(méi)有讓紫花苜蓿根系所在土壤層濕潤(rùn)。(注：黃顏色曲線表示了30厘米深處土層的土壤水分變化情況，在9次灌溉中，僅有3處，30厘米深處土壤水分含量有所上升)。造成灌溉量不足的原因有很多，以下是一些潛在原因：

A.沒(méi)有意識(shí)到并非所有的水都保存到土壤里了。比如噴灌，在高溫，風(fēng)大的天氣，霧化效果越好的噴灌，在空氣中蒸發(fā)的水自然越多;

D.缺少合理的倫灌制度;

E.不能掌握植物需水量的動(dòng)態(tài)變化需求，做了很多無(wú)用功灌溉;不同的生育期對(duì)土壤水分的需求也是不相同的，苗期需水量稍少，隨著作物的生長(zhǎng)加大，到生長(zhǎng)旺期需水量最大，成熟期逐漸少。

F.常規(guī)灌溉與施肥，施藥未能有機(jī)結(jié)合。

通過(guò)智能監(jiān)測(cè)土壤水分、溫度的方法，有效解決過(guò)量灌溉，單次灌溉量不足，提高每次灌溉澆水的利用效率，優(yōu)化灌溉用水。

2.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分，進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉

當(dāng)園藝師，農(nóng)業(yè)企業(yè)管理人員就像使用手機(jī)QQ一樣，無(wú)論何時(shí)何地，只需要打開(kāi)安裝在手機(jī)上的監(jiān)測(cè)軟件，就立即知道所監(jiān)測(cè)田間的土壤含水量、溫度和鹽分變化情況時(shí)，受到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的灌溉行為自然要比盲目不受控制的灌溉科學(xué)、合理。

●(二)優(yōu)化農(nóng)藥化肥的使用

當(dāng)采用液態(tài)肥，或者固態(tài)肥溶解于灌溉系統(tǒng)，隨著灌溉水一起施入土壤中時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌溉量、土壤濕度、濕潤(rùn)層深度對(duì)優(yōu)化農(nóng)肥農(nóng)藥的使用、提高利用率很有幫助。

避免過(guò)量灌溉是優(yōu)化農(nóng)藥化肥的使用的重要措施，一般在土層深度20-40厘米保持濕潤(rùn)即可。過(guò)量灌溉不但浪費(fèi)水，嚴(yán)重的是養(yǎng)分淋失到根層以下，浪費(fèi)肥料，作物減產(chǎn)。特別是水溶肥料中的尿素、硝態(tài)氮肥(如硝酸鉀、水溶性復(fù)合肥)極容易隨水流失。

●(三)提高農(nóng)作物的產(chǎn)量

土壤水分含量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使農(nóng)作物感覺(jué)“不舒服”。因?yàn)椋寥篮窟^(guò)低，使農(nóng)作物從土壤吸收水分的生長(zhǎng)活動(dòng)受到抑制，產(chǎn)量降低。相反地，如果農(nóng)作物根系周圍的土壤處于水飽和狀態(tài)(土壤空隙里都充滿了水)，植物根系不能進(jìn)行呼吸而使產(chǎn)量遭受影響。

科學(xué)家們根據(jù)“土壤水分曲線圖”分析土壤含水量過(guò)高或過(guò)低的累積天數(shù)(統(tǒng)稱為植物遭受脅迫)與最終農(nóng)作物的產(chǎn)量的關(guān)系，得到了如下的曲線圖：

圖中橫坐標(biāo)為：所研究農(nóng)作物累積遭受土壤水過(guò)多或過(guò)少脅迫的天數(shù)

圖中縱坐標(biāo)為：農(nóng)作物的產(chǎn)量

從圖表可以看出，農(nóng)作物的產(chǎn)量和農(nóng)作物累積遭受土壤水過(guò)多或過(guò)少脅迫的天數(shù)有明顯的線性關(guān)系。當(dāng)農(nóng)作物累積遭受土壤水過(guò)多或過(guò)少脅迫的天數(shù)到達(dá)40天時(shí)，農(nóng)作物幾乎沒(méi)有產(chǎn)量，絕收。

●(四)提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)

土壤水分對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量、質(zhì)量品質(zhì)產(chǎn)生直接的影響。對(duì)于不同農(nóng)作物，人們做過(guò)很多的實(shí)驗(yàn)研究，確認(rèn)該農(nóng)作物在不同的生育期通過(guò)合理控制土壤水分含量以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的。比如，葡萄生長(zhǎng)前期，需要大量水分以形成營(yíng)養(yǎng)器官。葡萄成熟期水分過(guò)多，漿果糖分積累困難，果實(shí)淡而無(wú)味。