一種基于土壤水勢的滴灌棉花水分監測方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種基于土壤水勢的滴灌棉花水分監測方法。
【背景技術】
[0002] 近些年，我國針對農業綜合開發而引起水土不平衡的問題，引進和大面積安裝了 噴、滴灌系統。這些先進的灌溉方式的引進，在節水和提高農作物產量方面發揮了較大的作 用。在擁有了大量的、先進的灌溉設施的同時，顯現出了缺乏與之相配套的精準灌溉技術， 灌溉仍憑人為的經驗進行。灌水定額高達40m 3，甚至60m3，灌溉定額高達400m3。不僅造成灌 溉水的浪費，在棉花的主要時期還不能及時灌水，造成不可低估的減產。缺乏與灌溉設施相 配套的精準灌溉技術，是灌概設施不能發揮其技術優勢進而造成生產效益差的主要原因。 解決這一問題的關鍵就在于如何掌握棉花生長的各類環境信息，特別是水的供求信息。科 學的把握灌溉的適時適量的尺度，改變以往傳統實施灌溉的方法。實現棉花膜下滴灌水分 實時管理與自動控制是新疆節水技術發展的必然要求。
[0003] 要實現"精準灌溉"，一個重要的要求即是通過實時采集土壤水分信息，實現農田 灌溉的定位、及時、適量供水。目前應用較多的土壤水分狀況信息快速采集技術主要有衛星 遙感監測、中子儀法、時域反射法(TDR)、頻域反射法(FDR)、駐波率法(SWR)等。隨著農業信 息技術的迅猛發展，傳感技術、通信技術和計算機技術已經逐漸開始應用于生產實際當中。 傳感技術能夠高精度、高效率、可靠性的采集土壤水分的信息。
[0004] 土壤水勢是用來衡量土壤基質對水的吸納能力，在作物生長、地表徑流、土壤侵 蝕、農田蒸發和作物灌溉計劃制定等方面的研究中，是一個非常重要的參數。就各種土壤而 言，相同的土壤水勢條件下，作物的生理需水和根系吸收水分的能力基本相同。一般情況 下，當作物處于高水勢時，無論是按新鮮物質還是干物質計算，都可以獲得較高的產量。在 水勢較低時，作物酶的活性受影響，對作物生長發育不利，葉面積變小，氣孔少，光合作用產 物少，進而影響了產量。土壤水勢可以用于表征質地不同的土壤的含水量的差別，而這一指 標系數的測定與監測均可采用傳感器實現，一般而言，低成本的傳感器就可以滿足工程需 要。土水勢是一種可以用于顯示農作物需水程度的能量指標，它適用于棉花、果園、牧草等 多種農作物的種植管理，只要通過詳細的實驗研究，測定農作物生長期內不同階段需要灌 概的上下限參數，就可以合理科學的進行灌溉，因此，此技術的應用潛力是巨大的。
[0005][0006] 其缺陷在于： (1) 利用高光譜測定，其測定時間有限制，只能在天氣晴朗的時候進行測定，因此，其測 定不夠方便，而且難以滿足水勢的實時監測的要求； (2) 利用高光譜測定，容易受外界環境的影響，因此，影響了其測量結果的準確度； (3) 高光譜儀器成本較高，不適用于大田生產實際。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的就是針對上述現有技術中的缺陷，提供了一種基于土壤水勢的滴灌 棉花水分監測方法。
[0008] 為了實現上述目的，本發明提供的技術方案為:一種基于土壤水勢的滴灌棉花水 分監測方法，包括以下步驟： 1) 土壤水勢值的測定:在新疆石河子總場使用土壤水勢儀進行棉花干旱脅迫實驗，進 行棉田各生育時期土壤水勢的測定;使用前將水勢探頭在水中浸泡3小時以上;測定時在水 勢探頭塑料管內注滿冷開水，塞緊橡皮塞，在安裝水勢探頭的位置用大于陶瓷管直徑1~ 3mm的土鉆打孔，陶瓷頭根據地勢高低分別設置深度在20cm、40cm，向洞底倒入5ml泥衆，把 水勢探頭插入洞中，將塑桿周圍的土壤搗實，水勢探頭埋入濕潤土壤1小時，干燥土壤2~5 小時后即可以公式進行土壤水勢的測定； 2) 棉花臨界葉水勢的測定： 葉水勢的測定采用小液流法，上午9時~11時剪取棉花帶葉柄的欲測倒四功能葉，方法 步驟如下： a) 取14個干凈的青霉素小瓶和相同數量的規格為Φ 15mmX 15_的試管，貼水勢或濃度 標簽，向大試管中分別加入水勢蔗糖溶液l〇ml; b) 剪取欲測葉片，用刀片切成0.5X0.5cm2的小片，混均，分別裝入青霉素小瓶中，每瓶 裝8片，向各瓶中分別加入各個水勢蔗糖溶液4-5滴，加蓋搖均，放少許次甲基藍； c) 用干凈的lml移液管，吸擠青霉素瓶底部藍色溶液，使其充分混合均勻，并吸取1-2滴 插入裝著相對應同濃度蔗糖溶液試管的中部，擠出一滴藍色溶液，抽出移液管，觀察藍色液 滴流動的方向； d) 記錄小液流不動的試管中蔗糖溶液的濃度，計算棉花臨界葉水勢值； 3) 基于土壤水勢棉花水分監測模型的建立： 水分在土壤一植物一大氣連續體系統中流動的驅動力是系統中各個組成部分之間的 水勢差，葉內水勢反映葉內水分的能量狀況，是葉片細胞水分狀況的一個重要的指標。采用 TRS-II 土壤水勢儀和小液流法于5月22日、6月25日、7月28日、9月3日分別對灌溉處理W1、W2 和W3, 土壤深度在20cm和40cm處測定土壤水勢，同時對離測定點最近的棉株倒四葉連柄剪 切，并用塑料袋包扎好，防止失水，即刻測定凌晨葉水勢;通過公式計算得到：花前期、花鈴 期、吐絮期0~20cm 土壤層灌溉需水臨界土壤水勢值和花前期、花鈴期、吐絮期20~40cm 土 壤層灌溉需水臨界土壤水勢值，根據棉花各時期灌溉需水臨界土壤水勢值，作為膜下滴灌 土壤水勢實時監測系統〇~20cm和20~40cm棉花灌溉需水臨界土壤水勢判斷值，當土壤水 勢低于灌溉需水臨界土壤水勢值時，則開始灌溉，補充水分。
[0009]進一步的，上述的一種基于土壤水勢的滴灌棉花水分監測方法，所述步驟1)中使 用的土壤水勢儀為TRS-Π 土壤水勢儀。
[0010]本發明的有益效果為：隨著農業集約化程度越來越高，滴灌節水與滴灌自動化設 備的使用也越來越多，但是在滴灌自動化設備使用過程中，尤其在大田滴灌過程中，面臨著 勞動成本高、勞動強度高等問題。本發明主要是針對規模化生產條件下的滴灌農田灌溉管 理過程中，提出一種新的棉花水分監測方法，為滴灌棉花精準灌溉的實現提供了技術支撐， 從節約勞動力、降低勞動強度、節約用水、提高作物產品等方面帶動滴灌產業的發展，提升 整體區域經濟發展，加快農業現代化進程。因此，本發明對于節水產業鏈的延伸、提高勞動 生產率等方面有較好的作用。
【附圖說明】
[0011 ] 圖1為不同SWP下的棉花倒四葉的PLWP。
[0012]圖2為一種基于土壤水勢的滴灌棉花水分監測方法的流程示意圖。
[0013]圖3為基于土壤水勢的滴灌棉花水分監測模型的真實值與預測值的驗證。
【具體實施方式】
[0014] 實施例1: 一種基于土壤水勢的滴灌棉花水分監測方法，具體技術方案如下： 1、土壤水勢值的測定： 在新疆石河子總場使用TRS-II 土壤水勢儀進行棉花干旱脅迫實驗，進行棉田各生育時 期土壤水勢的測定。使用前將水勢探頭(陶瓷頭)在水中浸泡3小時以上;測定時在水勢探頭 塑料管內注滿冷開水，塞緊橡皮塞，在安裝水勢探頭的指定位置用大于陶瓷管直徑的1~ 3mm的土鉆打孔，陶瓷頭根據地勢高低分別設置深度在20cm、40cm，向洞底倒入約5ml泥衆， 把水勢探頭插入洞中，將塑桿周圍的土壤搗實。水勢探頭埋入濕潤土壤1小時，干燥土壤數 小時后即可進行土壤水勢的測定，計算公式如下： 土壤水勢(KPa)=水勢讀數-探頭水柱高(cm)/10.2。
[0015] 公式中：10.2是指厘米水柱高轉換為千帕斯卡(KPa)的轉換系數。
[0016] 探頭水柱高:是指橡皮塞下邊緣到陶瓷頭中心高度。
[0017] 2、棉花臨界葉水勢的測定： 葉水勢的測定采用小液流法，早上9:00~11:00剪取棉花欲測倒四功能葉(帶葉柄）。方 法步驟如下： ①取14個干凈的青霉素小瓶和相同數量的試管(φ 15mmX 15mm):，貼不同水勢(或濃度） 標簽。向大試管中加入不同水勢蔗糖溶液l〇ml。
[0018] ②剪取欲測葉片，用刀片切成〇. 5 X0.5cm2小片，混均，分別裝入青霉素小瓶中，每 瓶裝8片左右。向各瓶分別加入不同水勢蔗糖溶液4-5滴，加蓋搖均，放少許次甲基藍。
[0019] ③用干凈的1 ml移液管，吸擠青霉素瓶底部藍色溶液，使其充分混合均勻，并吸取 1-2滴小心地插入裝著相對應同濃度蔗糖溶液試管的中部，輕輕地擠出一小滴藍色溶液，慢 慢抽出移液管，觀察藍色液滴流動的方向。
[0020] ④記錄小液流不動的試管中蔗糖溶液的濃度，計算葉水勢值。
[0021] 3、基于土壤水勢棉花水分監測模型的建立： 水分在土壤一植物一大氣連續體(SPAC)系統中流動的驅動力是這個系統中各個組成 部分之間的水勢差。