作物啥时候该灌溉？我们都替您想好啦！

编者按：作物的生长离不开灌溉。在生长季的不同阶段应该怎么灌溉？灌溉的量应该是多少？是现代精准农业研究的问题。科学的精准灌溉不仅可以节约用水，而且可以提升作物的产量和果实品质。美国Dynamax公司在这方面就提供了一个很好的研究平台。

文/Dennis Pollock

译/北京力高泰科技有限公司

源/http://www.westernfarmpress.com/orchard-crops/sap-sensors-unveil-vital-almond-tree-water-status

http://www.dynamax.com/products/crop-water-management/fresno-office 

www.fao.org/docrep/X0490E/x0490e0b.htm

在美国加州的Fresno地区，很多杏树上已经安装了Dynamax制造的茎流传感器（图1）。这些传感器能够清楚准确地告诉种植者这些杏树是否受到水分胁迫，以及灌溉是否适量。

图1 杏树上安装的茎流传感器

Dynamax从1989年就开始研发制造茎流传感器。最初研发的是TDP热扩散插针式茎流传感器，而最新研发的EXO-Skin^TM外皮包裹式茎流传感器在安装时无需钻孔，对测试样株的影响很小（图2）。

图2 TDP热扩散插针式茎流传感器（左）和EXO-Skin^TM外皮包裹式茎流传感器 （右）

Dynamax总裁Mike van Bavel介绍说：“茎流传感器可以测量得到杏树的蒸腾耗水量”。除了杏树，Dynamax的茎流传感器还可用于山核桃、桃子、樱桃、李子、蓝莓、草莓、玉米和棉花等多种作物的茎流监测。他说：“让作物本身告诉你它已经消耗了多少水，进而你就能知道需要再补充多少”。

使用茎流传感器的节水作用非常显著。在过去几年间，在美国加利福尼亚州的Napa和Sonoma地区，已经有超过200多个葡萄园安装了Dynamax茎流传感器。葡萄酒从业人员说：“这种监测可以帮助每年节水数十万加仑（美制1加仑约合3.8升），而时机合适的精准亏缺灌溉*还可以显著提高葡萄的产量和品质。”

作物系数Kc（Crop Coefficient, Kc）

地表蒸发和作物蒸腾共同组成了地表作物蒸发散（Crop Evapotranspiration）。如果，作物生长良好，没有病虫害，且作物根区土壤水分供应充足，把这种条件下的地表作物蒸发散（Crop Evapotranspiration）确定为理想状态下的作物需水量，用符号ETc表示。在此时的气象条件下，通过模型计算，可以得到潜在蒸发散，用符号ETo表示。二者的比值被称之为作物系数Kc。由于这三者之间存在上述的关系，研究者通常可以根据潜在蒸发散ETo和作物系数Kc，来推断理想状态下的作物需水量ETc，进而指导灌溉。

世界粮农组织FAO根据分段单值平均法，计算出了不同作物在理想状态下的作物系数Kc。这种方法把作物系数在整个生长季内的变化过程概括为几个阶段（图3）。

• 初始生长期,从播种到作物覆盖率接近10%，此阶段内作物系数为Kc ini；

• 快速发育期, 从覆盖率10% 到充分覆盖(大田作物覆盖率达到70%～80%)，此阶段内作物系数从Kc ini 提高到Kc mid；

• 生育中期,从充分覆盖到成熟期开始,叶片开始变黄，此阶段内作物系数为Kc mid；

• 成熟期，从叶片开始变黄到生理成熟或收获，此阶段内作物系数从Kc mid 下降到Kc end。

  
  

图3 作物生长季内Kc动态

茎流胁迫系数Ks（Sap Flow Stress Coefficient，Ks）

与作物系数Kc类似，如果同步测量植物实测茎流速率和同期气象数据，研究者可以计算得到植物实际蒸腾耗水总量ETa以及植物需水量潜在值ETo。两者的比值称之为茎流胁迫系数（Sap Flow Stress Coefficient），用Ks表示（公式如下）。如果Ks越接近1，说明植物受到的胁迫越小。因此，对于作物而言，可根据Ks的动态变化，研究如何实施亏缺灌溉*。

Ks = ETa / ETo

美国Dynamax制造的先进茎流采集系统FLGS-TDP或Flow32-1K以及内置潜在蒸发散计算模型的多种自动气象站，可帮助研究者实时采集到不同植物的茎流和潜在蒸发散数据，进而可以将植物的茎流胁迫状态定量化。

更进一步，Dynamax近期研发的SapIP分布式植物生理生态监测系统，可将采集的茎流和气象数据实时发送到Agrisensors.NET云数据平台。利用电脑或手机，就可随时查看最终的茎流胁迫系数Ks数据，为精准灌溉提供在线决策。

茎流胁迫系数Ks监测平台

美国Dynamax采用先进的植物茎流传感器以及稳定的SapIP系统，可直接测量得到植物的蒸腾耗水量。采集的数据可直接成图显示在AgriSensors.NET平台上（图4）。单株植物瞬时的测量结果可用于推算得到每天的蒸腾总量，结合单位样地面积上植物的总株数或叶面积指数，可计算得到样地的植物蒸腾耗水总量Eta（图5）。

图4 AgriSensors.NET云服务平台

图5 植物茎流日动态

该系统内所采集的气象数据可估算得到该地区的植物需水量潜在值ETo，进而就可计算植物茎流胁迫系数Ks了（图6）。在不考虑地表蒸发的前提下，理想的茎流胁迫系数应该为1。

图4 植物胁迫系数Ks动态

 

在实际应用中，种植者只需要确定该作物所能接受的胁迫状态是怎样的，并参考土壤水分测量结果，然后就可恢复灌溉。有些情况下，对于特定作物来说，一段时间的胁迫是必要的，这反而有助于作物果实的生长。想要了解更多，请点击“阅读原文”。

* 亏缺灌溉是一种作物灌溉制度的优化策略。在整个生育期，作物生长存在干旱敏感期，在干旱敏感期是不能缺乏水分供应的。在灌溉敏感期以外，适当的减少水分灌溉或是不灌溉，作物的产量不仅不受影响，还可以提升其品质。

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