环境因子远程监测技术对枸杞园土壤水分动态变化规律的影响

来源:用户上传      作者:

　　摘要    以宁杞7号为研究对象，设置精准滴灌区（PI）和常规滴灌区（CI）2个水肥处理，研究降雨、土壤温度、滴灌对枸杞园土壤水分动态变化规律的影响，以及不同水肥处理对枸杞产量的影响。结果表明，该地区降雨对枸杞园表层土壤水分影响较大，对50 cm土层土壤水分影响不大;土壤温度与土壤水分成负相关的关系，滴灌水量在短时间内可以调节土壤温度;2种水肥处理土壤水分动态变化规律具有一致性，土壤水分含量主要受滴灌量的影响较大，CI处理土壤水分变化范围为15%～35%，PI处理土壤水分变化范围为5%～20%，CI处理各土层土壤水分明显高于PI处理;PI处理较CI处理增产13.3%，节本增效3.12万元/hm2。
　　关键词    枸杞;土壤水分;动态变化;降雨;土壤温度
　　中图分类号    S567.1+9        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）02-0061-03                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　Abstract    Taking Ningqi 7 as the research object，two water and fertilizer treatments，namely precise drip irrigation area（PI） and conventional drip irrigation area（CI） were set up to study the influences of rainfall，soil temperature and drip irrigation on the dynamic change rule of soil moisture in wolfberry garden，and the influences of different treatments on the yield of wolfberry.The results showed that rainfall in this area had a great influence on the surface soil moisture of the wolfberry garden，and had little influence on the soil moisture in the 50 cm soil layer.There was a negative correlation between soil temperature and soil moisture.Drip irrigation could regulate soil temperature in a short time.The dynamic change rules of soil moisture in the two water and fertilizer treatments were consistent，and the soil moisture content was mainly influenced by drip irrigation.The change range of soil moisture in CI treatment was 15%-35%，while that in PI treatment was 5%-20%.The soil moisture in CI treatment was significantly higher than that in PI treatment.The yield of PI treatment was higher than that of CI treatment，with a yield increase rate of 13.3%，saving 31 200 yuan/hm2.
　　Key words    wolfberry;soil moisture;dynamic change;rainfall;soil temperature
　　土壤环境与作物的生长息息相关[1-3]，土壤水分、温度等环境因子是干旱区作物生存和发展的主要限制因子[4-5]。随着精准农业的不断发展和人们对农业食品安全的日益重视，实时取得农田信息、农田土壤因子变得更加重要[6]。土壤墒情实时监测系统对土壤温湿度、含水率等参数进行在线实时监测，将这些参数应用于节水滴灌，有助于按照科学的方案进行农田水分管理工作，传统的土壤墒情监测信息手段落后，方法单一，且耗费人力，不能实时连续在线监测，在生产实践中大多处于试运行状态[7]。基于物联网技术的无线传感网络为土壤信息的实时获取提供了准确有效的手段，该技术可以不受地域时空限制，对各土壤生态因子进行实时监测控制，获得数据的精确度和效率都显著提高[8]。枸杞是宁夏主要优势作物之一，枸杞土壤环境因子的实时监测数据对限制枸杞生长的主要环境因子的调控有重要作用[9]。在宁夏引黄灌区对枸杞园土壤水分、温度等环境因子实时监测的基础上调控枸杞水肥的研究较少。本文以宁杞7号枸杞为研究对象，设置精准滴灌区和常规滴灌区2个水肥处理，研究降雨、土壤温度、滴灌等因素对枸杞园土壤水分动态变化规律的影响，以期为宁夏枸杞滴灌区枸杞水肥管理提供科学的参考。 　　1    材料与方法
　　1.1    试验区概况
　　试验示范区在中宁县恩和镇大地生态有限公司枸杞基地，地理位置为东经105°46′03″、北纬37°29′39″;本区域年均气温9.5 ℃，年均日照时数2 979.9 h，年均降雨量209 mm，地貌平坦，土层厚，土壤类型为砂质土。试验示范区面积4.72 hm2。
　　1.2    试验材料
　　枸杞品种选用宁杞7号，树龄3年，行株距3 m×1 m，密度3 300株/hm2。供试肥料：氮肥为尿素（含纯N 46%），磷肥为磷酸一铵（含纯N 12.0%、P2O5 61.0%），钾肥为硫酸钾（含K2O 52.0%）。
　　引进国外先进的水肥一体化智能装备，包括CaiposWeb物联网中央数据平台、IrriWave物联网无线自动滴灌控制器、CaipoWave+物联网无线控制节点电磁阀及环境监测设备。
　　1.3    试验设计
　　试验采用大区试验设计，设置2个处理，分别为精准滴灌区（PI）与常规滴灌区（CI），PI比CI滴灌量、施肥总量分别减少11.4%、63.5%;从5月上旬到7月下旬枸杞的关键物候期（现蕾期—开花期—夏果期），PI滴灌总量232.4 mm，施纯N 178.2 kg/hm2、P2O5 105.4 kg/hm2、K2O 60.4 kg/hm2;CI滴灌总量262.4 mm，施纯N 325.6 kg/hm2、P2O5 316.2 kg/hm2、K2O 300.0 kg/hm2，具体的水肥管理记录见表1;PI为1个独立的滴灌单元，控灌面积为1.14 hm2，CI为3个独立的滴灌单元，控灌面积为3.58 hm2;试验示范区布设气象站1套，每个处理分别布设无线土壤水分监测设备1套，每套监测设备分别在20 cm和50 cm各埋设1个土壤水分传感器。具体试验和数据采集设备布置见图1。
　　1.4    调查分析
　　监测数据包括降雨量、风速、风向、太阳辐射、空气温湿度、气压和土壤水分。在枸杞采摘期选取长势均匀的枸杞观测样株，共计20株。在枸杞夏果期，对观测样株单独采摘，将每次采摘量相加，按照1∶4.5折成干果产量。
　　所测数据应用Excel软件进行处理。
　　2    结果与分析
　　2.1    降雨对枸杞园土壤水分动态变化规律的影响
　　由图2、3可知，常规滴灌区（CI）和精准滴灌区（PI）土壤水分在6月以后出现较大的波动。5—8月总共降雨17次，平均降雨量为5.6 mm，最大降雨量为27.5 mm（7月27日）。其中7月27日在没有滴水肥的条件下，20 cm土层土壤水分最大增加至24.3%，而50 cm土层土壤水分不但没有增加反而略有减少。由此可知，该地区降雨对枸杞园表层土壤水分影响较大，对50 cm土层土壤水分影响不大。
　　2.2    土壤温度对土壤枸杞园土壤水分动态变化规律的影响
　　由图4、5可以看出，精准滴灌区（PI）和常规滴灌区（CI）土壤温度和土壤水分变化规律一致，即土壤温度升高，土壤水分降低;土壤温度降低，土壤水分升高。在常规灌区（CI）6—7月之间土壤水分出现了几个高峰期，而这时土壤温度并不是最低的，这主要受滴灌量的影响，其间处理CI滴灌量较处理PI滴灌量增加15%。由此可知，滴灌量在短时间内可以调节土壤温度。
　　2.3    滴灌对土壤枸杞园土壤水分动态变化规律的影响
　　由图6、7可知，土壤水分含量主要受滴灌量的影響较大，处理CI土壤水分变化范围为15%～35%，处理PI土壤水分变化范围为5%～20%，处理CI各土层土壤水分高于处理PI。可以看出，土壤含水量主要随灌水量的增大而增大。在每次滴灌后土壤水分有迅速增加的趋势，5月14日对枸杞进行了第1次滴水滴肥，20 cm土层土壤水分明显增加，而50 cm土层土壤水分基本没有发生变化，这主要是因为气候干燥土壤含水量低，再加上枸杞处在营养生长期需要大量水分造成的;7月22日以后枸杞生长主要消耗土壤中的水分，由于没有降雨，对土壤水分的补充较少，土壤含水量随时间的推移呈下降的趋势。处理CI灌水量较大，灌水前后土壤含水量变化幅度较大，深层渗漏较大;处理PI土壤含水量的变化相对比较平稳，灌水前后变化幅度较小，说明223.4 mm的滴灌量可以满足枸杞生长阶段对水分的需要。
　　2.4    不同水肥处理对枸杞产量和经济效益的影响
　　由表2可以看出，处理PI较处理CI产量高，增产率为13.3%，节本增效3.12万元/hm2。与处理CI相比，处理PI在节水11.4%、节肥63.5%的基础上产量没有降低，产值增加。因此，利用环境因子远程监测技术对枸杞水肥进行精准管理是提高枸杞产量和经济效益的有效手段。
　　3    结论与讨论
　　有关干旱区降雨对土壤水分的研究结果表明，20 mm左右降雨量只能影响30 cm土层以上的土壤水分，而对30 cm以下土层的土壤水分影响不大[4，10-11]。本研究中，7月27日降雨量为27.5 mm，在没有滴水肥的条件下，20 cm土层土壤水分最大增加至24.3%，而50 cm土层土壤水分不但没有增加反而略有减少，与上述研究结果一致。有研究表明，土壤温度升高，土壤水分降低;土壤温度降低，土壤水分升高[5]。本试验中，精准滴灌区和常规滴灌区土壤温度和土壤水分变化规律一致，都呈现负相关，并且滴灌量在短时间内可以调节土壤温度。有关滴灌对土壤水分的影响的研究表明，随着滴灌量的增多，土壤水分增加[12-13]。本研究中，土壤水分含量受滴灌量的影响较大，常规滴灌区土壤水分变化范围为15%～35%，精准滴灌区土壤水分变化范围为5%～20%之间，常规滴灌区各土层土壤水分明显高于精准滴灌区，由此可以看出，土壤含水量主要随灌水量的增大而增大。适当的水肥可以提高枸杞产量，过高或过低都不利于枸杞生长[14-15]。本研究结果显示，精准滴灌区在节水11.4%、节肥63.5%的基础上，较常规滴灌区增产13.3%，节本增效3.12万元/hm2。 　　4    参考文献
　　[1] 张浩，王新平，张亚峰，等.干旱荒漠区不同生活型植物生长对降雨量变化的响应[J].生态学杂志，2015，34（7）：1847-1853.
　　[2] 苏春杰.温室环境多因子耦合对番茄生长调控效应研究及模型构建[D].杨凌：西北农林科技大学，2018.
　　[3] 刘志奇.作物生长可控环境优化控制方法的研究[D].天津：天津职业技术师范大学，2016.
　　[4] 李新乐，吴波，张建平，等.白刺沙包浅层土壤水分动态及其对不同降雨量的响应[J].生态学报，2019（15）：1-8.
　　[5] 袁孟.喀斯特地区土壤温度和水分特征研究[D].昆明：云南师范大学，2015.
　　[6] 蔡绍堂，麻硕琪，乐英高，等.一种农田环境远程监测系统设计与实现方法[J].四川理工学院学报（自然科学版），2018，31（2）：69-74.
　　[7] 张绪利.土壤墒情信息采集与远程监控系统设计[D].西安：西安科技大学，2015.
　　[8] 马力，王辉，杨林章，等.基于物联网技术的土壤温度水分远程实时监测系统的构建和运行[J].土壤，2014，46（3）：526-533.
　　[9] 张源沛，郑国保，孔德杰，等.不同灌水量对枸杞土壤水分动态及蒸散耗水规律的影响[J].中国農学通报，2011，27（31）：64-67.
　　[10] 刘学智.宁夏中部干旱带降雨和砂土混合覆盖对压砂地土壤水分蒸发的影响[D].银川：宁夏大学，2018.
　　[11] 艾宁，强大宏，刘长海，等.半干旱黄土区山地枣林春季土壤水分动态变化研究[J].农业现代化研究，2019，40（2）：342-348.
　　[12] 黄仲冬.农田土壤水分动态与滴灌需水量随机模拟[D].北京：中国农业科学院，2016.
　　[13] 赵静，师尚礼，齐广平，等.滴灌量对土壤水分和苜蓿生长的影响[J].山西农业科学，2010，38（7）：48-52.
　　[14] 刘高军.施氮对小麦、多花黑麦草生长特性及土壤硝态氮的影响[D].兰州：甘肃农业大学，2010.
　　[15] 王秉龙，罗世武，炎宽将，等.氮磷钾配施水平对饲用甜高粱产量的影响[J].甘肃农业科技，2010（12）：12-14.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15129318.htm