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水分、土壤、作物之間的關系

土壤

土壤特征影響到作物種類及品種的選擇,以及灌溉和水肥一體化方案的制定和實施。


土壤組成

一般來說,土壤由三部分構成:砂粒、粉粒和粘粒。這些成分的相對含量會影響到土壤質地和土壤的持水量。

在大多數的土壤類型中,小顆粒形成較大的顆粒,稱為復粒。復粒相互粘結,形成土塊。土壤顆粒、復粒和土塊間有許多孔隙。

土壤質地

土壤中孔隙的分布非常重要??紫侗欢x為兩種類型:小孔隙和大孔隙。小孔隙一般被稱為“毛管孔隙”。在砂質土壤中,孔隙度持久并穩定,在粘性土壤中,孔隙度隨土壤濕度的變化而變化。

土壤持水力受土壤質地和土壤類型的影響。比如:在偏砂性土壤中,15%的土壤含水量可以滿足作物正常生長的需要,而中性土壤中同樣的含水量只處于作物需水臨界點,粘性土壤中則不能滿足作物生存的需要。


水被固定在土壤孔隙中,與周圍的土壤顆粒表面形成水膜。當土壤由于滲透、蒸發和根系吸收而變干時,大孔隙中的水首先被吸收,同時小孔隙中的水也被吸收。當作物需水時,首先從大孔隙中吸收水分。

土壤顆粒的保水機制主要基于顆粒表面的保水性。砂粒、粉粒和粘粒相互粘結和聚集,形成土壤結構。良好的土壤結構比緊實的結構具有更多的土壤空隙和更好的保水性。

壤土具有更好的持水性(它由很多的小顆粒組成,具有更大的表面積)。偏砂性土壤持水性較弱(其主要由大顆粒組成,表面積較?。?。

土壤結構在兩個方面影響灌溉方案:

? 它決定了土壤吸水的快慢。因為其影響了滴頭流量的選擇和滴頭間距的確定,因此在滴灌系統設計前就要了解。

? 它決定了根區蓄水量的多少,以及可供給作物吸收的有效水數量。

土壤含水量


了解水、土壤、作物之間的關系非常重要。以下三種狀態對作物的影響很大。


飽和持水量

土壤中所有的孔隙都充滿了水。

田間持水量


田間持水達到最大值。土壤達到不再隨田間滲漏損失水分的平衡點。這種條件最適宜作物的生長,因為,根系很容易從土壤中吸收水分,同時,土壤通風透氣性好,利于根系的呼吸。


萎蔫點

這種情況是指根系無法從土壤吸收水分的下限。超過萎蔫點,作物不能存活,作物萎蔫不可逆轉。


有效水


有效水是介于田間持水量和萎蔫點之間的土壤含水量。田間持水量是指田間持水量達到最大值。萎蔫點是指田間持水量達到維持作物生存所需水量的最小值。



土壤鹽堿度

在土壤溶液中的鹽濃度越高,可以通過它的電流就越大。因此,飽和提取液的電導率(EC)被用作測量土壤鹽分的指標。

依據土壤鹽分及濃度對土壤進行分級,以評估作物對過量鹽分的忍耐性,主要是基于土壤提取液在25℃時的電導率(ECe)。


過去,EC值的單位一般用mmhos/cm(毫歐姆每厘米),但今天常用dS/m(分西門子每米)做單位。

1dS/m = 1mmhos/cm =1mS/cm = 100 mS/m.

在典型的降雨量稀少的情況下,土壤鹽度高。


土壤pH值

土壤pH值被用于測定土壤酸堿度。pH值是指溶液中氫離子(H+ 或更準確的說 H3O+)濃度的負對數(以10為基數)。

在水中,pH值一般在1-14之間,7為中性。

pH值低于7顯酸性,高于7顯堿性。

土壤酸堿度被認為是土壤中的一個主變量,因為它控制著許多化學反應。它通過控制營養物質的化學形態,影響作物養分的有效性。大多數作物pH值的最佳范圍在5.5到7之間,但許多植物在這個范圍之外,也能適應并旺盛生長。

理想的土壤條

排水良好、土層深厚、壤土層含有充足的空氣(10-12%),地下水位離地表1.5-2米,土壤容重在1.4克/立方厘米,有效水含量在15%(每米的土層深度含有15厘米的水層)或更多,被認為是最佳的土壤條件。

? 土壤的化學性質,如酸堿度和低肥力,可以容易地利用滴灌系統精準施肥或注酸的方式,進行調整或控制。

? 盡管土壤質地較差的土壤很難改善,并通常被視為作物生長的限制要素,但是,滴灌系統可以通過精準灌溉、控制灌溉頻率和灌溉方案來克服這種困難。

土壤分析

土壤分析對制定一個合適的灌溉和水肥一體化方案是非常必要的。通過土壤分析,可以確定滴灌管的類型(滴頭間距和流量)和滴灌管的間距。

所需工具:


? 2個10升(2.5加侖)容量的桶

? 一把鋤頭或鏟子

? 一把土鉆

采集土樣:

? 沿地塊對角線,每50-100米取一個土樣點,取樣點的數量取決于地塊的大??;

? 每個取樣點取2個土樣:一個取0-30厘米(0-1英尺)深度的土層,另一個取30-60厘米深度的土層(1-2英尺);

? 將所有淺土層的土樣放置一個桶內,深土層的土樣放入另一個桶;

? 把每一桶內的土樣充分混勻;

? 每桶取1.5公斤(3英鎊)的混合土樣,分別放入密封塑料袋中;

? 對兩個密封袋分別標記必要的標示信息和取樣深度;

? 在隨寄的文檔中,標記需要檢測的參數;

? 把土樣寄送至經當地相關部門認證的實驗室進行檢測。

必須檢測的參數:

? 土壤組成

? EC和pH值

? 氮磷鉀含量

? 鈣含量

? 鎂含量

*其它參數的分析可根據種植的需要進行測定(可咨詢農藝師)。

土壤調查

 在新的項目地中,土壤調查是必不可少的。這對評估土壤的持水能力和土壤水分下滲的情況非常重要。

土壤調查的內容包括:

? 根據地塊大小及不同的土壤特征,使用反向鏟在田間選定點挖掘多個點;

? 這些挖掘點需挖掘足夠的深度,以便展示土壤的橫截面,展現土層的變化,深度一般達到2米(7英尺),這取決于種植作物的類型;

? 每個挖掘點需取3個土樣——表層、中層、深層。每個土樣分別裝袋和鑒定;

?土樣寄往經權威部門認定的實驗室,進行分析鑒定。

*更多的詳細內容可咨詢耐特菲姆的專家。

水量平衡

通過追蹤每日水分的增加和損失,并保持水分平衡,來計算每天作物的水分供給量。水分損失是由作物吸收利用和土壤蒸發和滲漏(滲流)造成的。水分增加是由灌溉和降雨造成的。

維持水量平衡的目的是為了通過灌溉,補充作物消耗的水,保持土壤濕度達到最佳狀態。了解作物需水量是進行水量平衡的基本要求。

作物耗水量也叫蒸散量(EVT)。蒸散量是指土壤蒸發和作物吸收用于蒸騰的水量損失之和。作物耗水量取決于作物生長時期和天氣情況。通常,作物在炎熱和干旱的條件下,需水量更多。風速和云量也對蒸發速率有影響。

通過水量平衡的方法灌溉相對簡單,但是必須考慮作物的生長時期和環境條件,如雨水。

為更有效的灌溉,種植者需要測定蒸散量(EVTc)來統計作物用水量。作物日常需水量(EVTc)的計算是通過每個時期,參照作物的日蒸散量(EVTo),乘以作物系數(Kc)獲得。參照作物的蒸散量(EVTo)可以通過氣象數據或統計標有刻度蒸發盤的水分蒸發量來獲得。這兩種方法都是從一個特定區域的環境蒸發量給出一個近似值。實際的蒸發盤依然在很多地方被應用。然而,近年來對基于氣象數據的EVTo估測越來越多,這些氣象數據包括:氣溫、相對濕度、風速和太陽輻射,利用Penman-Montieth公式計算蒸發量時,涉及到這些變量。

實際作物的耗水量通常與參照作物的蒸散量(EVTo)并不完全一致。首先,作物通過氣孔的開合(葉面的小氣孔,用于維持植株體內水分在適當水平)調節作物需水量。作物的實際耗水量與蒸發盤的蒸發量的差異被稱為作物系數(Kc)。作物的蒸散量,用EVTc表示,可以通過EVTo利用以下公式計算獲得。

根據參照蒸散量計算所需灌溉時間:

作物某一時期的系數 (Kc) 為0.8,如果利用蒸發盤測量或通過Penman-Monteith 公式計算獲得的EVTo數值為7.5毫米/天,作物需水量即為:

EVTc = 7.5 * 0.8 = 6毫米/天

4種作物的全生育期中,每個生長期的日耗水量如下



蒸發盤

蒸發盤盛上水,以用于觀察特定區域的蒸發量。這種蒸發盤有多種形狀和大小,通常為圓形。最著名的蒸發盤為A級蒸發盤。通常蒸發盤配有自動水位傳感器,并且附近有一個小型氣象站。






圓形蒸發盤的直徑為47.5英寸(120.7厘米),深度為10英寸(25厘米)。蒸發盤被小心安置在水平地面上,下部鋪設木底板,通常附上鐵絲網圍欄,以防止有動物從中取水。

蒸發量的測定是指每日同一時間測定蒸發盤中水的深度。測量開始當天,蒸發盤盛滿水,水面離蒸發盤頂部間距為2英寸(5厘米)。24小時后,統計蒸發量后再次把水補至離頂部5厘米(2英寸)。

如果在24小時內產生降雨,則在計算每日蒸發量時需考慮這部分水量。如果降雨量超過了蒸發盤容積,應倒掉容器中多余的水,重新設置蒸發盤內的水平面,以保證未來24小時的蒸發量測量。

A級蒸發盤不能應用在降雨量超過容器容積的日子里。

當蒸發盤內水結冰時,不能用A級蒸發盤測定蒸發量。

Penman-Monteith公式

Penman-Monteith公式 (由Howard Penman 和John Monteith創立) 指出,凈蒸發量(EVT)需要輸入日平均氣溫、風速、相對濕度和太陽輻射量。

Penman-Monteith公式現今被越來越多應用于蒸發量的估測,這也與氣象站在農業項目的應用有關。

聯合國糧食與農業組織(FAO)對應用Penman-Monteith公式計算蒸散量,建立了標準化的方法模型。

土壤張力計


當張力計埋在土中,水可以通過張力計的陶瓷頭進入或移除管內。當土壤干燥時,水通過張力計的陶瓷頭被吸出,張力計內部形成部分真空,可以通過真空表讀數讀出。當土壤由于降雨或灌溉導致比較濕潤時,水回流進張力計,張力計真空度下降,真空表讀數也會降低。

土壤張力計的組成

土壤張力計由多孔陶土頭、集氣管、真空表和其它附件組成。





土壤張力計的安裝

a.  在需要測量土壤水勢(墑情)的地方,用一直徑20毫米的鉆孔器打孔至所需深度,然后往孔中加少許泥漿,垂直插入張力計,使陶土頭與土壤緊密接觸,在周圍填土搗實,并注入少許水,使松散土沉實,不能有間隙,保證雨水或灌溉水不會沿管壁下滲而失去代表性。

b.  除去集氣管上端的螺旋蓋和橡皮塞,然后由注水口加滿蒸餾水,塞緊橡皮塞,擰緊螺旋蓋,不能漏氣。



c.  安裝好的張力計經過2天時間的穩定,儀器內的水與土壤水就可產生水力聯系,便可進行使用。

d.  在選擇張力計埋設地點時,針對每一種主要作物或品種,以及不同的土壤類型或果園,需設置兩個埋設點。避免埋設點地勢過高或過低,避免水位下滲較輕的地點,避免不能代表整個地塊或果園的地點。

張力計讀數代表什么含義?

a.  真空表讀數一般以千帕為計量單位,從0 到 -100 千帕。

b.  張力計正常操作時讀數接近于-75 千帕。讀數為0千帕時,表明土壤水量飽和,根系缺乏氧氣。

c.  當土壤濕度在以下數值以上時,植株生長良好:

? 土壤質地粗糙的土壤,-30千帕 到 -40 千帕 (砂型土壤).

? 中性或粘性土壤,-50 千帕到 -60 千帕

d.  當讀數超過-70千帕時,表明土壤干燥,抑制了作物生長。

土壤張力計的讀數

a.  灌溉完成后,質地輕的土壤需3-4小時后、質地重的土壤需10-12小時,重力水會移動穩定,這時的讀數可以代表此時的土壤張力。

b.  黃色:表示水分太多,土壤的透氣性差。當指針長時間處于這個范圍內時,作物不能正常生長,需要排水。

c.  綠色:土壤水分狀況最佳。對于大部分溫室栽培的經濟作物來說,在這個范圍內生長最好,不需要灌溉。

d.  藍色:土壤水分狀況良好。對于大部分露天栽培的經濟作物來說,在這個范圍內會生長良好,不需要灌溉;對于溫室作物來說,當張力計指針到了這個范圍后就需要灌溉了。

e.  紅色:土壤水分狀況差。對于大部分經濟作物來說,都需要灌溉,否則會影響產量和品質。

土壤張力計使用的注意事項

a.  儀器的使用范圍上限為0.084兆帕,超過此限度時,儀器內的水會逐漸汽化或因陶土頭管壁的水膜破裂而漏氣,使儀器失去作用。

b.  在使用儀器的過程中,必須注意集氣管中的空氣容量,不能讓空氣容量低于真空表的出口,否則就要重新加滿水。加水時應注意不要把埋好的陶土頭與土壤有松動,否則就要重新埋沒。

c.  真空表與集氣管連接采用螺旋與膠粘接而成,不要轉動真空表避免漏氣。

d.  本儀器采用水傳導,當氣溫下降至冰點前應將儀器撤離。

e.  陶土頭切忌沾油污和其它阻礙透水物質,以免堵塞微孔,儀器失靈。

f.  在向集氣管注滿水后,蓋橡皮塞時,應緩緩按入,將多余水慢慢從陶土頭滲出,切不可將橡皮塞快速按入,否則儀器內將產生強正壓力。

g.  所有的土壤張力計必須有鮮明的標記,避免在田間穿梭、勞作或耕作過程中的損壞。

 

張力計的張力在一段時間內沒有增加,可能的原因

a.  可能是根系受傷或腐爛。

b.  土壤溶液中的鹽濃度過高,引起土壤中礦物質積累(可能是肥料施用量計算錯誤或用量過多。)

c.  氣體滲入到陶土頭中(張力計破裂)

d.  陶土頭沒有檢查和清潔,表面被阻塞物阻擋


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