水稻大田土壤及環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng) 2

1、關(guān)于小麥大田土壤及環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的簡介水稻大田土壤及環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)概述農(nóng)田生態(tài)環(huán)境對于水稻的生長有重要的影響，水稻最終的產(chǎn)量和質(zhì)量是各個階段農(nóng)田生態(tài)環(huán)境綜合影響的結(jié)果，因此，有效的監(jiān)測各種農(nóng)田生產(chǎn)環(huán)境對于保證水稻產(chǎn)量、提高品質(zhì)、指導(dǎo)生產(chǎn)具有重要的作用。水稻大田土壤及環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)針對長期以來農(nóng)田生態(tài)環(huán)境監(jiān)測效率低、監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不全面等問題，應(yīng)用無線通信、電子等技術(shù)，構(gòu)建一套包括土壤溫濕度、土壤電導(dǎo)率空氣溫濕度、溶解氧、風(fēng)速風(fēng)向、降雨、光照、日照時數(shù)、光合有效和農(nóng)田氣象等信息在內(nèi)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測傳感器，并集成無線通信技術(shù)，形成具有無線接口的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測傳感器

2、。以水稻作物為應(yīng)用對象，以農(nóng)田土壤水分、土壤溫度、水田溫度、的感知為目標(biāo)，針對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中多點測量和區(qū)域測量等問題，構(gòu)建土壤水分、土壤溫度和降雨、風(fēng)速風(fēng)向傳感器等農(nóng)田生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系列傳感器。 “3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中可用于土地的生產(chǎn)潛力評價、土地的適宜性評價、土地持續(xù)利用評價及土壤侵蝕、土地沙化和土地次生鹽漬化等監(jiān)測. 對土地環(huán)境的監(jiān)測除實地進(jìn)行定位觀測外,還可用不同時期的同一幅影像進(jìn)行影像迭加、對比,來準(zhǔn)確地看出土地資源的變化情況、耕地地面溫度、土壤水分的旱澇狀況等,環(huán)境條件以及農(nóng)作物的生長狀況也都可通過遠(yuǎn)紅外和熱紅外接收的遙感影像探測到. 另外,還可以建立基于“3S”技術(shù)的耕

3、地退化定量評價模型和評價方法,定量分析土地利用與耕地退化的生態(tài)環(huán)境響應(yīng),從土地利用的角度提出解決耕地退化的調(diào)控措施、政策及建議等.一、水稻各階段生長環(huán)境要求 1、幼苗期：是種子萌發(fā)到三葉期這個階段，一般又分為種子萌發(fā)階段和幼苗生長階段。浸種發(fā)芽、發(fā)芽的需要溫度是秈稻為12，梗稻為10，適溫3032，最高溫度可達(dá)4042，但是在育秧期間最低不能低于5，或0，在低溫下會出現(xiàn)爛種、爛芽和爛秧。首先秧田要選擇向陽、避風(fēng)、水灌、排放等的田地塊，如遇低溫還可加蓋薄膜等措施，避免少爛或不爛。出苗及幼苗生長的溫度比發(fā)芽高2，即秈稻14，梗稻12，16以上秈，梗都可順利出苗。水稻苗期管理建議如下： 苗床溫度管理

4、 (1)、播種后至1葉露尖，溫度以保溫為主。棚內(nèi)溫度在28-30，最適溫度25-28，2葉期保持25，3葉期保持20-22，最低溫度不低于10。夜間氣溫偏低，應(yīng)采取大棚內(nèi)開電燈或點燒稻殼等措施增溫，小棚育苗的要在棚外面蓋稻草或防寒被等措施增溫，確保達(dá)到秧苗各葉齡所需的最低溫度指標(biāo)，使稻種在苗床上能正常生長發(fā)育。 (2)、苗床通風(fēng)管理：在水稻出苗綠化后，就要揭掉地膜，最好在早晨或晚上揭地膜，棚內(nèi)外溫差小，秧苗適應(yīng)新的環(huán)境快，如果中午氣溫高時揭地膜，地上部秧苗水分蒸騰快，根部吸收慢，易造成秧苗生理失水。揭地膜后就可以進(jìn)行小通風(fēng)，通風(fēng)達(dá)到各葉齡最低溫度界限，要及時閉棚。隨著葉齡的增長，通風(fēng)煉苗時間相

5、應(yīng)延長，尤其在2.5葉期，溫度不得超過25，高于25，要通風(fēng)降溫，防止出現(xiàn)早穗現(xiàn)象。在3葉期以后逐漸大通風(fēng)，棚內(nèi)外溫度接近一致，如果夜間沒有霜凍，就不用覆膜，等待插秧。 苗床水分管理 （1）、在澆透底水的情況下，原則上在2葉前盡量不要澆水，以后澆苗床水要做到三看：一看早晚葉尖有無露珠；二看中午高溫時新展開的葉片是否卷曲；三看苗床土表面是否發(fā)白。如果早、晚葉片不吐水，午間新展開葉片卷曲，床土表面發(fā)白，應(yīng)把一上午曬溫的水一次澆足、澆透，盡量減少澆水次數(shù)更不要冷水灌床，會導(dǎo)致冷水僵苗，影響稻苗生長發(fā)育。 （2）、盡量做到旱育壯苗，水長苗，旱長根，要想秧苗盤根好，必須控制苗床水分。秧苗只有在旱育狀態(tài)下

6、才能促進(jìn)根系發(fā)育，特別是在插秧前2-3天，最好不要澆水使秧苗根部保持旱育。如果秧苗在插前盤根不好，可在插秧前1-2天沖施根多生，可使水稻秧苗發(fā)根多、白根多、根系長，盤根好。 2、返青期與分蘗對環(huán)境的要求：返青期是移栽后，從秧田到本田成活的緩沖階段太約在4天左右，要求即是淺水，因水太深，淹沒了生長點（心葉），透氣性不好，也會爛秧，或成活緩慢，返青后接著以分蘗為中心，生長根和葉片的營養(yǎng)生長期。 （1）、溫度的要求：水稻分蘗最高適溫為3032，最適水溫為3234。最高氣溫3840，最高水溫為4042，最低氣溫為1516，最低水溫1617。水溫在22以下分蘗就較緩慢。低溫使分蘗延遲，且影響總分蘗的有效

7、穗數(shù)，因此要求在15以上時開始插秧。 （2）、光照的要求：在分蘗期需要充足的陽光，以提高葉片的光合強度，制造有機物，促進(jìn)增加分蘗數(shù)。在自然光照下，返青后3天就開始分蘗，若只50%自然光照時，返青13天才開始分蘗，若只有5%的自然光照，不但不產(chǎn)生分蘗，連秧苗也會死去。 （3）、水份的要求：分蘗期是對水最敏感的時期，但是只要求水田水飽和狀態(tài)，或淺水最有利于分蘗，在高溫條件下（2636），土壤持水量在80%時會產(chǎn)生分蘗最多。如深水灌溉，水層超過田8厘米時，使分蘗節(jié)光照弱，氧氣不足，溫度又低的情況下，抑制分蘗。但是田過份干，持水量在70%以下時，也會停止分蘗。 （4）、營養(yǎng)要求：在分蘗需要營養(yǎng)多，有效

8、分蘗也多。營養(yǎng)多可促分蘗和生長快而多。如果營養(yǎng)少、分蘗也少或停止。所需的營養(yǎng)中是以氮、磷、鉀為主，特別是氮肥最需要。最好氮、磷、鉀配合追肥最有利。3、拔節(jié)孕穗期對外界條件的要求 拔節(jié)孕穗期是營養(yǎng)生長和生殖生長同時并進(jìn)的時期，在這個時期水稻生長發(fā)育迅速增大，根群最大、稻株葉面積達(dá)到最大，同時稻穗開始分化，拔節(jié)孕穗是決定每穗粒數(shù)的關(guān)鍵時期，也是每畝有效穗數(shù)的鞏固時期，及粒重的決定時期，主要因素在于外界條件影響。養(yǎng)分要求：幼穗分化過程中，水根的根群不斷增加，最后3片葉相繼長出，營養(yǎng)生長和生殖生長都需要養(yǎng)份的時期，如果在這時期缺乏營養(yǎng)，對幼穗分化會產(chǎn)生不利的影響。所以在生產(chǎn)上要進(jìn)行中耕追肥，約在抽穗前

9、3040天的時期，以促進(jìn)穎花分化，2次枝梗數(shù)增加，這次肥也可稱“促花肥”；在抽穗前1020天可噴施肥一次，即是雌雄花芯形成期與花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期，最需肥防止穎花敗育，確保粒多，這期追肥為“?；ǚ省?。2、溫度要求：幼穗分化的適溫為2630，以晝夜35，夜溫25更有利于成大穗。幼穗分化的外界溫度為1518，但最敏感時期是減數(shù)分裂期。在減數(shù)分裂期，對高溫和低溫的危害，都會引起穎花的大量敗育和不孕。 3、光照要求：光照強度對幼穗分化有密切的關(guān)系，光強有利于幼穗分化，據(jù)試驗證明，在幼穗分化期用兩層沙布遮光（透光約為自然光的1/61/8），穎花退化比對照多30%。如果陰雨天多、日照少，封行過盛，通氣性不

10、好。所以貴陽光照時間較少，因此在水稻密度上保證合理，促使有一定的光合作物，增加有機物可生長大穗、粒多的稻谷。4、水份要求：幼穗分化到抽穗，是水稻一生需水最多的時期，尤其在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期，需水最敏感，所以在這個時期一定要保持田間持水量在90%以上，如果缺水會影響到穎花發(fā)育。但是水份過多受淹，也會引起不利影響，如全部淹沒也會死亡。4、抽穗結(jié)實期對環(huán)境的要求 在水稻抽穗結(jié)實期，營養(yǎng)生長基本停止，這時期為生殖生長占主要時期，一切任務(wù)是保持粒多，重的關(guān)鍵時期，主要在管理上要使水稻不早衰，也不貪青，不倒伏。1、抽穗與開花： （1）水稻抽穗：水稻幼穗分化后12天稻穗從劍葉葉鞘中抽出，有50%抽出，為抽

11、穗期，有80%抽出為齊穗期。抽穗時由于低溫或肥水不足，常造成稻穗不能全部抽出，生產(chǎn)上把這種現(xiàn)象稱為“包穗”或“包頸”，被包住的造成皰粒或空殼，如雜交水稻抽穗時溫度低于20時，會造成100%產(chǎn)生“包穗”而無收成。（2）開花；在正常情況下，稻穗抽出就能開花。開花前首先是穎殼內(nèi)的兩個漿片吸水，體積膨大35倍，吸足后將外穎張開，內(nèi)外穎的角度約為2530，張開過程約為1020分鐘，全開后，角度為2530可維持30分鐘，所以整個開花過程約12個小時。溫度對開花時間影響較大，高溫開花時間短，低溫開花時間長，有時可達(dá)2個小時以上。在內(nèi)、外穎張開時，花絲伸出、花藥開裂，花粉就散了出來，授粉在柱頭上，授粉后約10

12、15分鐘后花藥即慢慢凋萎，同時漿水也因水份蒸發(fā)而體積縮小，內(nèi)外穎重新閉合。 2、影響灌漿結(jié)實的因素：（1）光照：光照強度和光照時間，影響稻葉的光合作用和碳水化合物向谷粒的轉(zhuǎn)運，高產(chǎn)水稻谷粒充實的物質(zhì)，90%以上抽穗后，是葉片光合作用制造的碳水化合物供給的，因此，灌漿期的光合作用將直接影響水稻的產(chǎn)量。（2）溫度：溫度對灌漿結(jié)實關(guān)系密切，一般最適合灌漿氣溫是2022，在灌漿前15天以后晝溫29，夜溫19，日均溫度為24為宜。后15天以晝溫20，夜溫16，日均溫為18為好。適宜灌漿溫度，有利于延長積累營養(yǎng)物質(zhì)的時間，細(xì)胞老化慢，呼吸消化少，米質(zhì)好。高溫和低溫都不利于水稻籽粒正常灌漿，況且又影響稻米品

13、質(zhì)。 （3）水份：灌漿期水份，僅次于拔節(jié)、長穗、分蘗期的水份，如水份不足會影響葉片同化能力和灌漿物質(zhì)的運輸，灌漿不足造成減產(chǎn)。灌漿期水份不足會影響光合作用，降低物質(zhì)運轉(zhuǎn)效率，縮短時間，稻米的物理性狀變劣。（4）礦質(zhì)營養(yǎng)：在灌漿期間葉片含氮量與光合能力之間有密切關(guān)系，適當(dāng)施氮，可增葉面積的光合作用，維持最大的葉面積，防止早衰，提高根系活力，對提高水稻產(chǎn)量影響很大，因此在生產(chǎn)上常用根外追肥方法。在齊穗期可看苗補肥，或補施磷、鉀肥等，以確保灌漿過程能達(dá)到正常進(jìn)行。3、影響水稻根系生長的因素 1、溫度：稻根生長的最適土溫為3032。超過35生長受阻，加速衰老，吸收能力下降；超過37顯著衰退；低于15，

14、生長和吸收能力也都大大減弱；低于10則生長停頓。 2、光照:光照對根系發(fā)育和吸收能力起著間接的重要作用。因為光照充足加強了光合作用和蒸騰作用，供給根的養(yǎng)分增多，所以促進(jìn)了根系的發(fā)育，提高了根系活力，增加了根系對無機養(yǎng)料的吸收。在光照不足時，不僅影響根系發(fā)育，而且還會使根對各種無機養(yǎng)料的吸收明顯地下降。 3、土壤養(yǎng)分:肥料三要素中，氮素對根的生長和吸收能力影響最大。適量氮素肥料能有效地增加根原基的分化和稻株的發(fā)根能力，使單株根數(shù)增多，根長變短。缺氮或氮素供應(yīng)過量，根量都小。配合施用磷、鉀肥，對根的生長促進(jìn)作用更大，不論根數(shù)、根量、根長等都有所增加，根系的分布也加深了。 4、土壤的通氣性:水稻根系

15、的發(fā)生、伸長和對養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)化等生理活動，都要有足夠的氧氣。如果缺氧就會影響根系生長和生理功能，根系活力也會喪失。二、建設(shè)水稻大田土壤及環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的必要性1.4 EC、PH值對作物的影響水是栽培中的重要因素，它有著參與植物新陳代謝、調(diào)節(jié)土壤和空氣的溫度濕度、溶解礦質(zhì)養(yǎng)分、稀釋農(nóng)藥等作用。水質(zhì)對栽培有關(guān)鍵性的作用，水質(zhì)不好會使植物生理性缺素，影響農(nóng)藥藥效、肥料肥效，傷害根系等。 而衡量土壤水的重要指標(biāo)是土壤的pH、EC值。絕大多數(shù)植物根系在pH值為5.2至6.2時，能正常活動。土壤的pH值過低或過高都會抑制根系生長，具體表現(xiàn)在三個方面：首先是根系只有在一定的pH值范圍內(nèi)才能進(jìn)行

16、正常的新陳代謝活動，包括呼吸、離子交換、對各種營養(yǎng)元素的吸收等。一般植物根系的pH值要求在5.46.8之間，高于或者低于這個范圍，植物根系的活動就會受到抑制，嚴(yán)重時根系可能壞死，從而導(dǎo)致整個植株的死亡；第二個方面pH值會影響土壤中營養(yǎng)元素的有效釋放，比如鈣、鎂等離子如果在高pH值的環(huán)境中，會形成不溶或者微溶與水的化合物，不能被植物有效吸收；另外，pH值會影響根際微生物活動，有些有益微生物可以幫助植物吸收養(yǎng)分、分解有機物、分泌有機酸改善土壤環(huán)境等，而微生物活動需要在一定的pH值范圍內(nèi)進(jìn)行。EC值水的電導(dǎo)率可衡量水中可溶性礦物質(zhì)總的濃度，電導(dǎo)率越高濃度越大?？扇苄缘V物質(zhì)反映土壤的礦物質(zhì)含量情況，如

17、果長時間含量過高會毒害植物，部分植物對礦物質(zhì)含量比較敏感，比如紅掌在高電導(dǎo)值環(huán)境中花會變小，產(chǎn)量會降低，花莖會變短。部分作物對鹽的耐受程度具體如下表1，在作物栽培時應(yīng)該測定土壤的EC值，若超過作物要求的臨界值時，作物的生長將受影響，具體如表2。 表1 部分作物對鹽的耐受程度植物名開始值dS/m (c)斜度百分?jǐn)?shù)（%/ dS/m）等級黑莓1.522.0敏感草莓1.522.0敏感葡萄1.59.6中等敏感柚子1.816.0敏感柑橘1.716.0敏感芹菜1.86.2中等敏感小麥，甜小麥1.712.0中等敏感黃瓜2.513.0中等敏感茄子1.16.9中等敏感甜馬鈴薯1.511中等敏感西紅柿2.59.9中

18、等敏感西紅柿，櫻桃形1.79.1中等敏感甘藍(lán)0.99中等敏感蘿卜1.213.0中等敏感菠菜2.07.6中等敏感生菜1.313.0中等敏感甜菜4.09.0中等耐鹽椰菜2.89.2中等敏感因而，可以通過測定土壤的pH、EC值來判斷土壤、水質(zhì)的安全性，為選擇合適的肥料和作物做準(zhǔn)備。表2 土壤飽和浸出液的電導(dǎo)率與鹽分（%）和作物生長關(guān)系飽和浸出液EC25/ （dS·m-1）鹽分/（g·kg-1）鹽漬化程度植物反應(yīng)02<1.0非鹽漬化土壤對作物不產(chǎn)生鹽害241.03.0鹽漬化土壤對鹽分極敏感的作物產(chǎn)量可能受到影響483.05.0中度鹽土對鹽分敏感作物產(chǎn)量受到影響，但對耐鹽作物（

19、苜蓿、棉花、甜菜、高梁、谷子）無多大影響8165.010.0重鹽土只有耐鹽作物有收成，但影響種子發(fā)芽，而且出現(xiàn)缺苗，嚴(yán)重影響產(chǎn)量>16>10.0極重鹽土只有極少數(shù)耐鹽植物能生長，如鹽植的牧草、灌木、樹木等。1.5 空氣溫濕度對水稻的影響氣候?qū)λ酒焚|(zhì)的影響最大，其中尤以溫度和水分最為重要。水稻開花至成熟期間是籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵時期，也是溫度影響水稻子粒品質(zhì)的重要階段。溫度對水稻品質(zhì)的影響是多方面的：在灌漿期間，空氣濕度，水分，溫度都會影響蛋白質(zhì)含量，但這一時期溫度是最重要的變量，如果晝/夜溫度從22/12上升到27/12時，蛋白質(zhì)含量從9%提高到13%，蛋白質(zhì)含量明顯提高，籽

20、粒蛋白質(zhì)含量與灌漿過程中的平均日均溫呈正相關(guān)；相關(guān)研究指出在水稻成熟前的15-20天期間，最高氣溫對蛋白質(zhì)影響最大，當(dāng)最高溫度在32以上，蛋白質(zhì)含量反而降低，故成熟前23周內(nèi)最高氣溫超過32對提高籽粒蛋白質(zhì)反而不利；抽穗-成熟期間的平均晝夜溫差與籽粒蛋白含量之間呈顯著負(fù)相關(guān)。因些觀測空氣溫濕度，以提高預(yù)警和提前安排防治措施有著至關(guān)緊要的意義。二、建設(shè)水稻大田土壤及環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)可取得的預(yù)期效益建設(shè)水稻大田環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)高效節(jié)水，減少灌溉、排水次數(shù)，節(jié)約用水量、人工、能耗等，大幅提高水資源利用率；減少因墑改種、早種、晚種的種子、肥料、農(nóng)藥等損失，實現(xiàn)增產(chǎn)增收；根據(jù)墑情，農(nóng)田環(huán)境及時調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加效益；及早采取抗旱排澇減災(zāi)措施，減少因災(zāi)損失