智墑

醫(yī)療用的心電圖采用傳感器來檢測患者的身體狀況，在人們的日常生活中早已屢見不鮮，而探測土壤狀況的傳感器成為現(xiàn)代農(nóng)民在農(nóng)作物生產(chǎn)中的一個重要工具，這一領(lǐng)域中出現(xiàn)了更多令人欣喜的進展。

土壤傳感器的好處是顯而易見的，因電阻或?qū)щ娐实牟煌軌蚯逦胤从惩寥浪趾屯寥李w粒組成的信息，而且還對密度、酸堿度、營養(yǎng)物質(zhì)的積累和溫度等得出直觀的結(jié)論。通過農(nóng)場中的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，土壤傳感器采集的實時參數(shù)傳輸?shù)诫娔X主機，與機械上安裝的系統(tǒng)配合，實現(xiàn)化肥和農(nóng)藥的自動控制噴灑。專家普遍認為，土壤傳感器系統(tǒng)在可預見的未來將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一大助力?！皬募夹g(shù)上講，這或許也可以通過遙測等方法得到解決，但如衛(wèi)星、無人直升機等所需成本更高，且很難做到隨時監(jiān)測。更重要的是土壤傳感器埋在地下，處于靜止狀態(tài)，較為穩(wěn)定，可以滿足較高的數(shù)據(jù)傳輸要求。這些優(yōu)勢都是遙測所不具備的?！钡聡R布尼茲大學農(nóng)業(yè)工程研究所博士羅賓·吉布斯表示。

智墑水分儀的應(yīng)用

智墑實時監(jiān)測土壤水分（土壤濕度）

1.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)田水分平衡各個分量的制約。

2.土壤濕度對農(nóng)作物的影響

1)直接影響

水分過高或過低，便抑制直到停止呼吸、光合作用、生長等生命活動。

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。只有土壤水分適宜，根系吸水和葉片蒸騰才能達到平衡狀態(tài)。

土壤濕度過低，形成土壤干旱，光合作用不能正常進行，降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)；嚴重缺水導致作物凋萎和死亡。

土壤濕度過高，惡化土壤通氣性，影響土壤微生物的活動，使作物根系的呼吸、生長等生命活動受到阻礙。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，光合作用降低。各種作物光合作用開始降低時的土壤含水量（占田間持水量之百分數(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

土壤濕度過高影響作物地上部分的正常生長，造成徒長、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，生長緩慢，分布于淺層。土壤干燥，作物根系下扎，伸展致深層。

C.對作物品質(zhì)的影響

水分對作物品質(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)學者在研究了世界小麥的化學成分之后指出，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)下使用機械收獲馬鈴薯，將導致馬鈴薯和土塊相碰撞，使馬鈴薯損傷。

1.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、風速大，蒸騰作用強，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使需水量增加，尤以缺磷和缺氮時需水最多，缺鉀、硫、鎂次之，缺鈣的影響最小。

2.需水臨界期

作物的一生中對水分的需要量大體上是生育前期和后期需水較少，中期因生長旺盛，需水較多。作物一生中對水分最敏感的時期，稱需水臨界期。在臨界期內(nèi)，若水分不足，對作物生長發(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。在此時期內(nèi)，植株體內(nèi)代謝旺盛，細胞液濃度低，吸水能力小，抗旱能力弱。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)實踐中，確定作物的灌水時期和灌水數(shù)量，除了要考慮需水臨界期這一個因素外，還應(yīng)注意當?shù)亟邓嗌俸屯寥缐勄楹脡摹?

3.土壤水分的表示方法

農(nóng)業(yè)氣象上土壤濕度常采用下列方法與單位表示

①重量百分數(shù)

即土壤水的重量占其干土重的百分數(shù)(%)。此法應(yīng)用普遍，但土壤類型不同，相同的土壤濕度其土壤水分的有效性不同，不便于在不同土壤間進行比較。

②體積百分數(shù)

體積含水率是指土壤中水分占有的體積和土壤總體積的比值。體積含水率與重量含水率兩者之間可以換算。絕大多數(shù)土壤水分傳感器測量得到的數(shù)值都是體積百分數(shù)含水量。

③田間持水量百分數(shù)

即土壤濕度占該類土壤田間持水量的百分數(shù)(%)。利于在不同土壤間進行比較，但不能給出具體水量的概念。

④土壤水分貯存量

指一定深度的土層中含水的絕對數(shù)量，通常以毫米為單位，便于與降水量、蒸發(fā)量比較。土壤水分貯存量W（毫米）的計算公式為:W=0.1·h·d·w。式中h是土層厚度，d為土壤容重（克/厘米3）,0.1是單位換算系數(shù)，w為土壤濕度（重量百分數(shù)）。

⑤土壤水勢或水分勢

土壤水勢或水分勢是用能量表示的土壤水分含量。其單位為大氣壓或焦/克。為了方便使用，可取數(shù)值的普通對數(shù)，縮寫符號為pF，稱為土壤水的pF值。

6.土壤濕度的測定方法

國內(nèi)外有很多土壤水分測定方法。具體方法列舉如下：稱重法，時域反射法（TDR），石膏法，紅外遙感法，頻域反射法/頻域法(FDR/FD法)，滴定法，電容法，電阻法，微波法，中子法，KarlFischer法，γ射線法和核磁共振法等。

①烘干法

烘干法是測定土壤水分最普遍的方法，也是標準方法。具體為：從野外獲取一定量的土壤，然后放到105℃的烘箱中，等待烘干。其中烘干的標準為前后兩次稱重恒定不變。烘干后失去的水分即為土壤的水分含量。計算公式為土壤含水量=W/M*100%，M為烘干前的土壤重量，W為土壤水分的重量，即M與烘干后土壤重量M’的差值。稱重法缺點是費時費力（需8小時以上），還需要干燥箱及電源，不適合野外作業(yè)。如果采用酒精燃燒法，由于需要翻炒多次，極為不便，不適合用于細粒土壤和含有有機物的土壤，且容易掉落土粒或燃燒不均勻而帶來較大誤差，而且需要取土測量，對土壤有破壞性。

②TDR（TimeDomainReflectometry）法

TDR法是上世紀80年代發(fā)展起來的一種土壤水分測定方法，中文為時域反射儀。這種方法在國外應(yīng)用相當普遍，國內(nèi)才剛開始引進，當各部門都相當重視。TDR是一個類似于雷達系統(tǒng)的系統(tǒng)，有較強的獨立性，其結(jié)果與土壤類型、密度、溫度基本無關(guān)。而且還有很重要的一點就是，TDR能在結(jié)冰下測定土壤水分，這是其他方法無法比擬的。另外，TDR能同時監(jiān)測土壤水鹽含量，且前后兩次測量的結(jié)果幾乎沒有差別。這種測定方法的精確度可見一斑。

③FDR和FD法

因為TDR法設(shè)備昂貴，在80年代后期，許多公司(如AquaSPY,Sentek.Delta-T，Decagon)開始用比TDR更為簡單的方法來測量土壤的介電常數(shù)，F(xiàn)DR和FD法不僅比TDR便宜，而且測量時間更短，在經(jīng)過特定的土壤校準之后，測量精度高，而且探頭的形狀不受限制，可以多深度同時測量，數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)較容易。

智墑實時監(jiān)測不同土層的溫度

1.土壤溫度的定義

土壤溫度（soiltemperature）是地面以下土壤中的溫度。主要指與花木生長發(fā)育直接有關(guān)的地面下淺層內(nèi)的溫度。土壤溫度（地溫）影響著植物的生長、發(fā)育和土壤的形成。土壤中各種生物化學過程，如微生物活動所引起的生物化學過程和非生命的化學過程，都受土壤溫度的影響。

2.土壤溫度與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系

①直接影響

A.影響種子發(fā)芽和出苗

與氣溫相比，對種子發(fā)芽和出苗的影響，土壤溫度要直接得多。作物的種子必須在適宜的土壤溫度范圍內(nèi)才萌發(fā)。但是，土壤溫度隨地形、土壤水分、耕作條件、天氣及作物覆蓋等影響而變化。

B.影響作物的生長發(fā)育速度

在一定的溫度范圍內(nèi)，土壤溫度越高，作物的生長發(fā)育越快。一年內(nèi)某時段出現(xiàn)低溫或高溫，常常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來危害。過高的土壤溫度使植物根系組織常加速成熟，根系木質(zhì)化的部位幾乎達到根尖，降低了根表面的吸收效率。土壤溫度低，作物根系吸水緩慢，當氣候條件適于蒸騰時，植株地上部分常呈現(xiàn)脫水或缺水。土壤溫度過低，常使冬作物的分孽節(jié)或根系產(chǎn)生凍害，強低溫延續(xù)的時間長短和降溫及凍融的速度都影響到凍害的程度。

C.作物塊莖冰凍

在秋冬季節(jié)，必須在作物塊莖能經(jīng)受的最低溫度之前進行收獲，比如：當土壤溫度在-1-2℃時，馬鈴薯塊莖就會被凍死。

例子：一般耐寒的谷類作物，種子萌發(fā)的平均土溫為1-5℃；喜溫作物為8-10℃。一般作物的根系在土壤溫度2-4℃時開始生長，在10℃以上根系生長比較活躍，超過35℃時根系生長受到阻礙。冬麥在12-16℃時生長良好，玉米、棉花等為25℃左右，豆科作物的根系在22-26℃生長良好；馬鈴薯塊莖成熟期30天內(nèi)，15-27℃是塊莖形成的合適土壤溫度。

②影響作物的生理過程

在O-40℃之間，細胞質(zhì)的流動隨升溫而加速。在20-30℃的范圍內(nèi)，溫度升高能促進有機質(zhì)的輸送。溫度過低，影響營養(yǎng)物質(zhì)的輸送率，阻礙作物生長。在O-35℃范圍內(nèi)，溫度升高能促進呼吸，但對光合作用的影響較小，所以低溫有利于作物體內(nèi)碳水化合物的積累。適宜的土壤溫度還能促進作物的營養(yǎng)生長和生殖生長。

例子：春小麥苗期，地上部分生長最適宜的土壤溫度為20-24℃，后期為12-16℃，8℃以下或32℃以上很少抽穗；冬小麥生長適宜的土壤溫度要低一些，24℃以上能抽穗，但不能成熟。間接影響土壤溫度影響環(huán)境條件中的其他因子，從而間接影響作物的生長發(fā)育。

③影響土壤中有機質(zhì)和N素的積累

大多數(shù)土壤微生物的活動要求有15-45℃的溫度條件。超出這個范圍（過低或過高），微生物的活動就會受到抑制。土溫對土壤的腐殖化過程、礦質(zhì)化過程以及植物的養(yǎng)分供應(yīng)等都有很大意義。土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化也受土溫的影響，南方高溫地區(qū)，有機質(zhì)分解快；北方溫寒地區(qū)，則分解慢，土壤中的養(yǎng)料和碳化周轉(zhuǎn)期遠比南方要長。所以在高溫的南方應(yīng)加強有機質(zhì)的累積，而在較寒冷的北方則應(yīng)側(cè)重于加速有機質(zhì)的分解，以釋放養(yǎng)分。

土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化與溫度的關(guān)系很大，熱帶地區(qū)溫度高，有機質(zhì)分解快；寒溫帶溫度低，有機質(zhì)分解慢，其所含養(yǎng)料周轉(zhuǎn)期遠比南方長。所以，在南方，調(diào)節(jié)土壤的有機質(zhì)偏重于加強有機質(zhì)的積累，而在寒冷地區(qū)則更多的側(cè)重于加速有機質(zhì)的分解以釋放養(yǎng)分。在南方水田中，早春使用大量的綠肥后，由于春后氣溫和土溫的升高，土壤有機質(zhì)的分解相當迅速，加之地表水膜已隔絕了大氣與土壤之間的氣體交換，如果土壤中地下水位又高，土體內(nèi)所蔽蓄的空氣本來就不多，這就已造成缺氧條件，特別是在大量使用新鮮綠肥或未腐熟肥的情況下，由于肥量的迅速分解耗盡了氧氣，就更造成土壤氧化還原電位的急劇下降，產(chǎn)生H2S和過多的Fe2 、Mn2 離子，引起有機酸的積累造成對水稻根系的毒害，抑制其吸收養(yǎng)分的機能。旱地土壤中最有利于硝化過程的土壤溫度是27℃~32℃。在冰凍土壤中，硝化作用幾乎出停頓對狀態(tài)；在-1℃~4℃時，土壤中開始有硝化作用，但反應(yīng)非常緩慢，其硝化速率僅相當于25℃時的1%~10%，隨著溫度的升高，硝化細菌漸趨活躍，10℃、15℃、20℃時的硝代速度相應(yīng)為25℃的20%、50%、80%。由土溫引起的土壤N素供應(yīng)商的季節(jié)性差異，是制定施肥制度的一個重要依據(jù)。

④土壤溫度對土壤P素供應(yīng)的影響

土壤P素的季節(jié)性變化較為復雜。水稻土中暖季里土壤P素有效性增加，主要由于土壤漬水后，硫酸鐵在還原條件逐漸變?yōu)榭衫脩B(tài)的緣故。彭干濤等（1980）在江蘇宜興的定位觀察表明，6種不同肥力水平的土壤上，不同季節(jié)土壤速效P量的差異，并未達到統(tǒng)計上的顯著，并發(fā)現(xiàn)土壤速效P量并不受季節(jié)溫度變化的影響。他們認為，溫度對植物P素營養(yǎng)的影響，可能是根系吸收P素受溫度影響較大緣故。根據(jù)侯光炯等研究，鐵鋁膠體結(jié)合的P要在30℃左右才能活化，一般夏季氣溫高時，土壤中的P活性大；冬季氣溫低時，土壤中的P活性小。萬兆良（1981）的實驗表明，土溫對P的固定似有一定影響，紫色土和山地黃壤等6種不同土壤中，土溫由10℃~15℃上升到30℃，P32固定量減少20%~70%。

⑤土壤溫度對土壤K素容量和強度關(guān)系的影響

溫度是影響土壤中K素動態(tài)變化的一個重要因素。土壤溫度的變化影響到土壤中K的固定和釋放，影響到K 在土壤中的擴散過程和粘土礦物對K 的選擇吸收。溫度對土壤中K 的影響是多方面的。Ching和Barber曾經(jīng)研究過溫度對土壤中K 擴散過程的影響，發(fā)現(xiàn)K 的擴散系數(shù)隨溫度的升高而增加。Feigenbaun和Shainberg發(fā)現(xiàn)提高溫度可以增加土壤中緩效K的釋放速率。Sparks和Liebhardt研究了溫度對土壤中K 平衡過程的影響，發(fā)現(xiàn)升高溫度增加土壤對K 的選擇吸附。金繼運等（1992）的實驗結(jié)果表明，隨著溫度的升高，土壤供K能力增加，緩沖性能下降。本項研究結(jié)果表明，溫度可以改變土壤K素的Q/I關(guān)系，升高溫度增加了土壤溶液中K 的活度，提高了土壤的K能力?？梢娡寥罍囟仁怯绊懲寥乐蠯素動態(tài)變化和土壤供K能力的一個不可忽視的重要因素。尤其是在中國北方經(jīng)常發(fā)生早春低溫冷害的地區(qū)，溫度的影響可能更為明顯。

⑥土壤溫度對土壤電導性的影響

土壤溫度對于土壤介質(zhì)的性質(zhì)影響較大，對于土壤電導尤為明顯。李成保和毛就庚（1989）以磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃棕壤、濱海鹽土、內(nèi)陸鹽土和蘇打鹽土為試材，用熱敏電阻性溫度傳感器，測出不同土壤處理及其電導率與溫度的回歸統(tǒng)計數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：實驗條件下，土壤電導率與溫度的相關(guān)系數(shù)α為0.960~0.999，有很好的線性關(guān)系。土壤電導率隨溫度升高而增大。溫度每升高1℃所引起的電導率的變化量（“電導溫度變率”）是因土壤介質(zhì)而異，順序為：鹽土>；黃棕壤>；可變電荷土壤。不同土壤之間電導溫度變率的順序為：濱海鹽土>；內(nèi)陸鹽土>；蘇打鹽土>；黃棕壤>；磚紅壤>；紅壤>赤紅壤。

⑦土壤溫度對土壤水分狀況的影響

土溫對土壤水分狀況的影響是多方面的。土溫升高時，土壤水的粘滯度和表面張力下降，土壤水的滲透系數(shù)隨之增加，土溫25℃時水的滲透系數(shù)為0℃的2倍。土壤水分的自由能與土壤溫度密切相關(guān)。張一平等（1990）以陜西省紅油土、壚土、黑壚土為供試土樣，試驗結(jié)果表明，溫度對土壤水勢具有明顯的影響，3種土壤皆呈現(xiàn)隨溫度升高土壤水吸力降低的特點。在測定的含水量范圍內(nèi)，溫度與吸水力之間呈現(xiàn)極顯著的負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)（r）在-0.9906~0.9990(n=5）。這是由于溫度升高時，水的粘滯度和表面張力降低所致。在等吸力時，溫度高者，含水量則較低。

⑧土壤溫度對土壤中生物學過程的影響

土壤溫度對微生物活性的影響極其明顯。大多數(shù)土壤微生物的活動，要求溫度為15℃~45℃。在此溫度范圍內(nèi)，溫度愈高，微生物活動能力越強。土溫過低或過高，超出這一溫度范圍，則微生物活動受到抑制，從而影響到土壤的腐殖或礦質(zhì)化過程，影響到各種養(yǎng)分的形態(tài)轉(zhuǎn)化，也就影響到植物的養(yǎng)分供應(yīng)。例如，氨化細菌和硝化細菌在土溫28℃~30℃時最為活躍，如土溫過低，往往由于硝化作用極其微弱，而使作物的N素養(yǎng)分供應(yīng)不足。土壤溫度達到52℃時，硝化作用停止。

⑨對土壤水(溶液）的移動，土壤水存在的形態(tài)以及土壤氣體的交換等的影響

土壤溫度越高，土壤水的移動越頻繁，土壤中的氣態(tài)水就較多；土壤溫度低時，土壤水的移動近于停止。土壤水常轉(zhuǎn)化為固態(tài)水。作物在一定的生育階段，適應(yīng)不了過高的土壤溫度，需要降低土壤溫度以保證作物的正常生長發(fā)育。

3)提高土壤溫度的農(nóng)藝措施

北方地區(qū)，氣候寒冷，土壤溫度低是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的主要矛盾，采取壟作，可增加對太陽輻射的吸收量和減少反射。壟作的晝夜平均土壤溫度可高于平作；深耕松土，增加土壤中的孔隙，改善土壤底層的通氣透水狀況，也可提高土壤的吸熱和增溫、保溫能力；適時、適量進行冬灌，使土壤含水量大，散熱緩慢，土壤溫度變化比干燥土壤緩慢，可保護冬作物安全越冬。

智墑實時監(jiān)測空氣溫度

1.空氣積溫的定義

空氣積溫是作物生長發(fā)育階段內(nèi)逐日平均氣溫的總和。是衡量作物生長發(fā)育過程熱量條件的一種標尺，也是表征地區(qū)熱量條件的一種標尺。以〔度·日〕為單位。積溫常作為氣候區(qū)劃和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的熱量指標，以衡量該地區(qū)的熱量條件能滿足何種作物生長發(fā)育的需要。

2.空氣積溫的分類

通常使用的有活動積溫和有效積溫兩種。

①活動積溫（一般簡稱積溫）

為大于某一臨界溫度值的日平均氣溫的總和，如日平均氣溫≥0℃的活動積溫和日平均氣溫≥10℃的活動積溫等。某種作物完成某一生長發(fā)育階段或完成全部生長發(fā)育過程，所需的積溫為一相對固定值。

②有效積溫

扣除生物學下限溫度（有時同時扣除生物學上限溫度），對作物生長發(fā)育有效的那部分溫度的總和。即扣除對作物有熱害和冷害的部分，使熱量條件與作物生長發(fā)育更趨一致。

③其他積溫

冬季零下的日平均溫度的累加稱為負積溫，表示嚴寒程度，用于分析越冬作物凍害。日平均土壤溫度累加稱為地積溫，用以研究作物苗期問題及水稻冷害等。逐日白天平均溫度的累加稱日積溫，用以研究某些對白天溫度反應(yīng)敏感的作物的熱量條件。

3.積溫的作用

可為農(nóng)業(yè)氣候熱量資源的分析和區(qū)劃以及為農(nóng)業(yè)氣象預報、情報服務(wù)。

反映生物體對熱量的要求，為地區(qū)間作物引種和新品種推廣提供依據(jù)；

在農(nóng)業(yè)氣候研究中作為分析地區(qū)熱量資源、編制農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的熱量指標；

在農(nóng)業(yè)氣象預報、情報服務(wù)中根據(jù)作物各發(fā)育時期的積溫指標，預報作物的發(fā)育時期;

負積溫的多少，有時做為低溫災害的指標之一;

日積溫的可用來分析一天內(nèi)作物生長發(fā)育與溫度的動態(tài)關(guān)系。

4.計算作物所需要的積溫的注意事項

計算時段不宜按旬、月、季、年來劃分，一般按作物生長、發(fā)育時期劃分；

作物發(fā)育的起始溫度（又稱生物學零度）不一定和0℃相一致，因作物種類、品種而異，而且同一作物，不同發(fā)育期也不相同。多數(shù)都在0℃以上。計算各種作物不同發(fā)育期的積溫時，應(yīng)當從日平均溫度高于生物學零度時累積，只有當日平均溫度高于生物學零度時，溫度因子才對作物的發(fā)育期起作用。

例子：冬小麥春季恢復生長的溫度是0～5℃，玉米發(fā)芽的溫度是5℃，水稻、棉花在10℃左右開始出苗，番茄、黃瓜的出苗溫度是15℃。

5.中國各溫度帶的積溫和作物熟制

溫度帶 范圍 ≥10℃積溫 作物熟制

寒溫帶 黑龍江省北部、內(nèi)蒙古東北部 <1600℃ 一年一熟。早熟的春小麥、大麥、馬鈴薯等

中溫帶 東北和內(nèi)蒙古大部分、新疆北部 1600—3400℃ 一年一熟。春小麥、大豆、玉米、谷子、高粱等

暖溫帶 黃河中下游大部分地區(qū)和新疆南部 3400—4500℃ 兩年三熟或一年兩熟。冬小麥復種玉米、谷子、甘薯等

亞熱帶 秦嶺、淮河以南，青藏高原以東 4500—8000℃ 一年兩熟到三熟。稻麥兩熟或雙季稻。雙季稻加冬作油菜或冬小麥

熱帶 滇、粵、臺的南部和海南省 >8000℃ 水稻一年三熟。甘蔗

智墑實時監(jiān)測植物的生長活動狀態(tài)

植物根系消耗土壤水分的樣本曲線圖

如圖為一個植物根系消耗土壤水分的樣本曲線圖。

圖中的橫向坐標軸是日期：從2月9日到2月14日，一直到3月10日。

圖中的縱向坐標軸是地表到植物根系最深處所在的土層的總含水量，單位：毫米(mm)。本圖中土壤含水量刻度從90毫米一直到390毫米。

這里含水量的單位毫米和降雨量的單位毫米一致。降雨量是指：從天空降落到地面上的雨水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水面上積聚的水層深度。土壤含水量是指：把指定土層中(如從地表到深度80厘米處)所有的水從土壤中提取出來后所積聚的水層深度。

從該圖中我們可以看出：

在2月11日(橫坐標9Feb是2月9日)進行了一次灌溉，土壤含水量從220毫米上升到了345毫米；

從2月11日到2月15日，4天時間，由于土壤中含水量較高，土壤空隙中都充滿了水，氧氣較少，植物根系活動較為緩慢，土壤含水量的下降速度并不快。

從2月15日到2月22日，7天時間，每天的土壤含水量都有大幅度的下降，植物在很好的吸收利用水分，進行大量的蒸騰作用，光合作用。比如在2月19日(19Feb)這一天，因蒸騰蒸發(fā)，土壤中減少了大概12毫米的水分。

從2月22日開始，因土壤含水量較低，植物吸收利用土壤水分的速度越來越慢，趨向平緩。

到3月10日(10Mar)時，土壤含水量降低到了105毫米，植物永久凋萎死亡。

智墑監(jiān)測有效降雨量

在每次自然降雨以后，究竟有幾毫米的水保存到了土壤中？從而判斷土壤中的水能夠被植物消耗利用的時間，進而做出后期的灌溉計劃，這在生產(chǎn)實踐中具有意義。因為通過雨量筒測得的降雨量和保存到土壤中的有效降雨量完全是不一致的，教科書中常采取降雨量乘以有效降雨系數(shù)的經(jīng)驗計算方法，比如取經(jīng)驗值有效降雨系數(shù)為0.7，當某次降雨量為30mm時，保存到土壤中的有效降雨量為30x0.7=21mm。

取經(jīng)驗值系數(shù)的方法造成的誤差顯然很大:一場短時間內(nèi)降雨量超過土壤水下滲速度的暴雨和一場長時間的空氣濕度極大的棉棉細雨，雨量筒得到的數(shù)值和實際保存到土壤中的水量的差異顯然是非常的大了。

中國管土壤水分儀使用下面的有效降雨求解方式，使復雜的經(jīng)驗值問題變得簡單，準確的解決。只需要做一個減法:

有效降雨量=降雨后土壤中的含水量-降雨前土壤中的含水量。

有效降雨量

智墑科學精準灌溉

1.在常規(guī)灌溉中存在的問題

結(jié)合到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)實中，因涉及到水源是否豐富、輪灌、搶水、水肥一體化、噴灌機械是否正常運轉(zhuǎn)，除草、中耕、打藥等農(nóng)業(yè)操作等一系列的問題，但單從灌溉量的角度考慮，無非是三種結(jié)果：過量灌溉、過少灌溉和合適量的灌溉。

1)過量灌溉

過量灌溉的原因很多，比如：

為了省事，偷懶，喜歡灌溉一次管用很多天；

在一些地方水資源還不足夠顯得珍貴，沒有節(jié)約用水的意識；

粗放式的農(nóng)業(yè)管理，就沒有考慮過精細化灌溉；

不能動態(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；

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

沒有充分認識到過量灌溉的危害。

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

過量灌溉的后果很明顯：浪費水資源；浪費化肥、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（不得不補灌更多水補上）

當單次灌溉量不足后，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，水沒有能下滲到農(nóng)作物根系，那就是沒有任何有用功的燒錢，相反的，可能會造成更多的無用功：為草的生長提供了良好的條件，大量的草茂盛的長了出來。一旦農(nóng)作物和草同時長出地面后，靠化學除草的方式時常難以施展，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次灌溉都是無用功的極端例子。

土壤水分曲線圖

如上土壤水分曲線圖，7月21日-8月16日共26天：

問題一：如下137號土壤水分曲線圖，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示著一次灌溉澆水行為）

問題二：如問題一，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)明顯超過了30厘米深，達到了50厘米土層深度。也就是說，26天的8次澆水，僅有2次澆水的灌溉量稍微達到要求，濕潤到了紫花苜蓿的根部，其余6次澆水做的都是無用功，并沒有讓紫花苜蓿根系所在土壤層濕潤。（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.沒有意識到并非所有的水都保存到土壤里了。比如噴灌，在高溫，風大的天氣，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態(tài)變化需求，做了很多無用功灌溉；不同的生育期對土壤水分的需求也是不相同的，苗期需水量稍少，隨著作物的生長加大，到生長旺期需水量最大，成熟期逐漸少。

F.常規(guī)灌溉與施肥，施藥未能有機結(jié)合。

通過智能監(jiān)測土壤水分、溫度的方法，有效解決過量灌溉，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.實時監(jiān)測土壤水分，進行精準灌溉

當園藝師，農(nóng)業(yè)企業(yè)管理人員就像使用手機QQ一樣，無論何時何地，只需要打開安裝在手機上的監(jiān)測軟件，就立即知道所監(jiān)測田間的土壤含水量、溫度和鹽分變化情況時，受到實時監(jiān)測的灌溉行為自然要比盲目不受控制的灌溉科學、合理。

土壤水分、溫度監(jiān)測儀配套軟件顯示的“土壤水分曲線圖”就是植物的“心電圖”，相關(guān)人員不一定需要豐富的植物學知識，但根據(jù)“土壤水分曲線圖”，便診斷了植物當天的生長狀態(tài)。

也可以根據(jù)客戶的需要，開通設(shè)置短信提醒功能。按需要將土壤水分、溫度監(jiān)測儀監(jiān)測到的數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶手機上。

使用智能土壤水分、溫度監(jiān)測儀指導農(nóng)業(yè)灌溉，可以分為以下兩個階段：

1)從播種準備到小苗階段

在這個階段，使用智能土壤水分、溫度儀監(jiān)測土壤的相對濕度、溫度，確保農(nóng)作物種子生活在滿足發(fā)芽、生根的土壤環(huán)境中，從而迅速發(fā)芽，破土而出。關(guān)于每種農(nóng)作物種子發(fā)芽所需要的土壤濕度、溫度環(huán)境，從種子廠家到科研單位，有很多資料可以查詢。這里主要解釋相對濕度、田間持水量等幾個關(guān)鍵要素。

①田間持水量

田間持水量（fieldmoisturecapacity）是指在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發(fā)，經(jīng)過一定時間，土壤剖面所能維持的較穩(wěn)定的土壤水含量（土水勢或土壤水吸力達到一定數(shù)值）。

田間持水量長期以來被認為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高的土壤水含量，且被認為是一個常數(shù)，常用來作為灌溉上限和計算灌水定額的指標。但它是一個理想化的概念，嚴格說不是一個常數(shù)。雖在田間可以測定，但卻不易再現(xiàn)，且隨測定條件和排水時間而有相當?shù)某鋈搿?

②相對濕度

土壤相對濕度是指土壤含水量與田間持水量的百分比，或相對于飽和水量的百分比等相對含水量表示。根據(jù)土壤相對濕潤度(R)的干旱等級指標，可以分為60%

2)中苗到成苗階段

在小苗到成苗階段，農(nóng)作物每天通過根系吸收土壤中的含水量已完成每天的蒸發(fā)蒸騰、光合作用活動，我們通過智能土壤水分監(jiān)測儀得到的土壤水分曲線直觀地反應(yīng)出植物根系從土壤中吸收水分的狀態(tài)、效率。

在這個時間，我們完全可以拋開田間持水量、相對含水量這些問題，可以通過看土壤水分曲線圖，從而簡單、直接的判斷需要開始灌溉的時間、灌溉量、需要灌溉停止的狀態(tài)。

如下圖所示是一個安裝在中國北方玉米地的智能土壤水分傳感器得到的土壤水分變化曲線圖，所監(jiān)測地塊共發(fā)生了3次含水量的增加，然后逐漸被玉米消耗。中間一次，8月16日，土壤含水量的增加幅度不大，但是5厘米土層含水量有持續(xù)一天的時間沒有顯著的下降，說明中間一次的含水量增加是由于持續(xù)降雨引起的。

黃顏色為30厘米土層的水分含量變化曲線，可以看出，8月16日的降雨，僅使5厘米，10厘米土層的含水量增加，降雨并沒有滲透使30厘米土層濕潤。8月16日降雨之后，黃顏色所代表的30厘米深土層、綠顏色所代表的80厘米土層的含水量仍然在持續(xù)的被玉米根系消耗而下降，并且下降的速度變緩，說明盡管在8月20日時30厘米，50厘米土層中盡管還有20%左右的含水量，但玉米的根系已經(jīng)很難從土壤中吸收水分了（因為該地塊是粘壤土），因而在8月22日時，果斷的進行了第二次灌溉。

智墑優(yōu)化農(nóng)藥化肥的使用

當采用液態(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，實時監(jiān)測灌溉量、土壤濕度、濕潤層深度對優(yōu)化農(nóng)肥農(nóng)藥的使用、提高利用率很有幫助。

避免過量灌溉是優(yōu)化農(nóng)藥化肥的使用的重要措施，一般在土層深度20-40厘米保持濕潤即可。過量灌溉不但浪費水，嚴重的是養(yǎng)分淋失到根層以下，浪費肥料，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、水溶性復合肥)極容易隨水流失。

智墑幫助農(nóng)藝師進行農(nóng)藝方案決策

科學的使用智能土壤水分、溫度，空氣溫度監(jiān)測儀，可以幫助園藝師進行農(nóng)藝方案決策，以下是兩個例子。

①春季開工時間

在北方冬季冰凍的地區(qū)，通過遠程使用手機或電腦觀測土壤水分曲線圖，很方便地掌握土壤不同土層的冰凍后化凍狀態(tài)。只有化凍后才能進行土壤深松翻地活動。

②春耕翻地松土深度

通過智能土壤水分監(jiān)測儀，可以對農(nóng)作物的不同層次根系深度位置做跟蹤判斷，分析出農(nóng)作物主要根系所在土層，進而指導翻地、深松時的科學耕作土層深度。

③秋冬霜害及防霜措施

霜凍可分為3種類型：

由強烈冷平流天氣引起劇烈降溫而發(fā)生的霜凍稱平流型霜凍，常常伴有強風，也叫“風霜”；由在晴朗無風的夜間，植物表面強烈輻射降溫而發(fā)生的霜凍稱輻射型霜凍，也叫“靜霜”；冷平流和輻射冷卻共同作用下發(fā)生的霜凍，稱平流輻射型霜凍，通常先有冷空氣入侵，溫度明顯下降，天氣轉(zhuǎn)晴，夜間無風，輻射散熱強，這種霜凍出現(xiàn)次數(shù)多，影響范圍大，降溫幅度較強，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害也較重。霜凍程度還與地形、地勢和土壤狀況密切相關(guān)，迎風坡比背風坡重、山谷地和低洼地比山坡重、干旱農(nóng)田比潮濕農(nóng)田重。

通過智能土壤水分、溫度，空氣溫度監(jiān)測儀，實時掌握田間氣候狀態(tài)，在霜害發(fā)生之前采取預防措施。灌溉法，就是是一種經(jīng)濟有效的防霜方法。通過向田間灌水，能使土壤的熱容量和導熱率增大，并增加空氣濕度和溫度，減少輻射散熱。實踐證明，灌水的田塊作物葉面溫度在夜間比不灌水的提高1-2攝氏度。防霜的效果以灌溉的當天或次日為好。最好的時機在冷空氣剛過風靜下來而霜凍尚未發(fā)生時進行灌溉。

智墑提高農(nóng)作物的產(chǎn)量

土壤水分含量過高或過低都會使農(nóng)作物感覺“不舒服”。因為，土壤含水量過低，使農(nóng)作物從土壤吸收水分的生長活動受到抑制，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），植物根系不能進行呼吸而使產(chǎn)量遭受影響。

科學家們根據(jù)“土壤水分曲線圖”分析土壤含水量過高或過低的累積天數(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：

植物遭受脅迫

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

圖中縱坐標為：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多或過少脅迫的天數(shù)有明顯的線性關(guān)系。當農(nóng)作物累積遭受土壤水過多或過少脅迫的天數(shù)到達40天時，農(nóng)作物幾乎沒有產(chǎn)量，絕收。

智墑提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)

土壤水分對農(nóng)作物的產(chǎn)量、質(zhì)量品質(zhì)產(chǎn)生直接的影響。對于不同農(nóng)作物，人們做過很多的實驗研究，確認該農(nóng)作物在不同的生育期通過合理控制土壤水分含量以達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的。比如，下面是葡萄的例子。

葡萄生長前期，需要大量水分以形成營養(yǎng)器官。葡萄成熟期水分過多，漿果糖分積累困難，果實淡而無味。

葡萄的年生長周期為：

1、樹液流動期：根系吸收了水分和無機鹽后，樹液向上流動，植株生命活動開始運轉(zhuǎn)。春季氣溫回升，當?shù)販剡_到6—8℃時葡萄根系開始吸收水分、養(yǎng)分，直到萌芽。

2、萌芽期：從萌芽到開始展葉的時期。當日平均氣溫穩(wěn)定在10℃以上時，葡萄根系發(fā)生大量須根，枝蔓芽眼萌動、膨大和伸長。

3、新梢生長期：從展葉到新梢停止生長的時期稱為新梢生長期。新梢開始時生長緩慢，以后隨氣溫升高而加快，到20℃左右新梢迅速生長，日生長5厘米以上，出現(xiàn)生長高峰期，持續(xù)到開花才又變緩。

4、開花期：從始花期到終花期止，這段時間為開花期，一般1—2周時間。每天上午8—10時，天氣晴好，20—25℃環(huán)境下開花最多。如氣溫低于15℃或連續(xù)陰雨天，開花期將延遲。

5、漿果生長期：子房膨大至果實成熟的一段時期稱為漿果生長期。一般需要60—70天，長的需要100天。

6、漿果成熟期：果實變軟開始成熟至充分成熟的階段，時間半個月至2個月。

7、落葉期：果實采收至葉片變黃脫落的時期。

8、休眠期：從落葉到第二年春天根系活動樹液開始流動為止這段時期

智墑幫助產(chǎn)量預測

1.產(chǎn)量預測的意義

1)國家層面

民以食為天，一個國家的糧食產(chǎn)量與儲備將對該國家的安定繁榮與發(fā)展起到至關(guān)重要的作用，所以根據(jù)對未來幾年甚至幾十年的糧食產(chǎn)量預測進行戰(zhàn)略規(guī)劃將是每個國家至要工作。隨著全國人口的迅速增長，越來越多的人往城市方向遷移，導致糧食的生產(chǎn)有一定的滯后。人均糧食產(chǎn)量成為人們重視的問題，特別是對未來的糧食產(chǎn)量預測成為人們迫切需求知道了解的重大難題。

2)企業(yè)個體層面

作為農(nóng)業(yè)企業(yè)，最終的農(nóng)作物的產(chǎn)量涉及到企業(yè)收獲工作量、運輸、倉儲等一些列的企業(yè)運營環(huán)節(jié)。收獲時的人工招聘、培訓、組織，運輸車輛的聯(lián)系，倉庫的準備等一系列準備工作都需要大量的提前時間段。為了使收獲人工數(shù)量、車輛運輸能力、倉庫倉儲能力等一些列環(huán)境與農(nóng)作物產(chǎn)量相配套，從而使企業(yè)運營效率、運營成本最優(yōu)化，就需要做出盡可能準確的產(chǎn)量預測。

2.農(nóng)作物產(chǎn)量與蒸發(fā)蒸騰量關(guān)系

在其他影響因素確定的情況下，農(nóng)作物的產(chǎn)量與其在生育期的蒸發(fā)蒸騰量有顯著的線性關(guān)系，通過土壤水分傳感器統(tǒng)計出農(nóng)作物在生育期的蒸發(fā)蒸騰量，為預測農(nóng)作物產(chǎn)量提供參考。

智墑測算灌溉水利用系數(shù)

灌溉水利用系數(shù)(英文名稱：waterefficiencyofirrigation)是指在一次灌水期間被農(nóng)作物利用的凈水量與水源渠首處總引進水量的比值。灌溉水利用系數(shù)的概念約在60年前提出，它是衡量灌區(qū)從水源引水到田間作用吸收利用水的過程中水利用程度的一個重要指標，也是集中反映灌溉工程質(zhì)量、灌溉技術(shù)水平和灌溉用水管理的一項綜合指標，是評價農(nóng)業(yè)水資源利用，指導節(jié)水灌溉和大中型灌區(qū)續(xù)建配套及節(jié)水改造健康發(fā)展的重要參考。跟蹤分析灌溉用水有效利用系數(shù)變化情況，合理評價節(jié)水潛力與節(jié)水灌溉發(fā)展成效，對于促進灌溉節(jié)水健康發(fā)展具有重要意義。2100433B

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