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)

1、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)概述農(nóng)田生態(tài)環(huán)境對于小麥的生長有重要的影響，小麥最終的產(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)境對于保證小麥產(chǎn)量、提高品質(zhì)、指導(dǎo)生產(chǎn)具有重要的作用。 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)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、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

2、監(jiān)測傳 感器。以小麥作物為應(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?！?S”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

3、建立基于“3S”技術(shù)的耕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、小麥的一生1、生育期小麥從種子萌發(fā)、出苗、生根、長葉、拔節(jié)、孕穗、 抽穗、開花、結(jié)實，經(jīng)過一系列生長發(fā)育過程，到產(chǎn)生新的種子，叫小 麥的一生。從播種到成熟需要的天數(shù)叫生育期。2、生育時期生產(chǎn)上根據(jù)小麥不同階段的生育特點，為了便于 栽培管理，可把小麥的一生劃分為12個生育時期，即出苗、三葉、分蘗、 越冬、返青、起身、拔節(jié)、孕穗、抽穗、開花、灌漿、成熟期。3、生長階段 根據(jù)小麥器官形成的特點，可將幾個連續(xù)的生育 時期合并為某一生長階段。一

4、般可分為三個生長階段。苗期階段 從出苗到起身期。主要進(jìn)行營養(yǎng)生長，即以 長根、長葉和分蘗為主。中期階段 從起身至開花期。這是營養(yǎng)生長與生殖生長 并進(jìn)階段，既有根、莖、時的生長，又有麥穗分化發(fā)育。后期階段 從開花至成熟期。也稱子粒形成階段，以生 殖生長為主。二、小麥各器官的構(gòu)造和作用1、根小麥的根是由胚根和節(jié)根組成的。胚根也叫做種子根、初 生根。一棵幼苗通常有胚根35條，最多可達(dá)7條。大粒種子胚根多， 小粒種子胚根少。當(dāng)?shù)谝?片綠價出現(xiàn)以后，就不再生新的胚根了。節(jié) 根也叫永久根、次生根。當(dāng)麥苗生出23片綠葉的時候，節(jié)根就從莖基 部的節(jié)上長出來。小麥的分蘗多，節(jié)根也比較多。根系一般入土 100 一

5、 130厘米，最深的可達(dá)2米。根系入土越深，抗旱能力就越強。據(jù)調(diào)查， 一般約有60%的根系生長在20厘米深的土層里。小麥根的主要作用是： 從土壤中吸取水分和養(yǎng)分，并運送到莖葉中，進(jìn)行體內(nèi)有機物質(zhì)的合成 和轉(zhuǎn)化，源源不斷地供給小麥生長發(fā)育的需要。2、莖小麥?zhǔn)浅蓞采L的，有一個主莖和幾個側(cè)莖（也叫分蘗）。小 麥的莖稈分為地上和地下兩部分，地下節(jié)間不伸長，構(gòu)成分蘗節(jié)，地上 節(jié)間伸長，一般有46個節(jié)間。莖的主要作用是：使水分和溶解在水 里的礦物質(zhì)養(yǎng)分（如氮、磷等）從根部通過莖部的導(dǎo)管由下而上流向葉子 和穗部；把葉子光合作用制造的有機營養(yǎng)物質(zhì)（主要是糖分），通過莖部 篩管運輸?shù)礁退胱?。小麥的莖又是支持

6、器官。它使葉片有規(guī)律地分布， 以充分接受陽光，進(jìn)行光合作用。此外，莖還可以貯藏養(yǎng)分，供小麥后 期灌漿之用。3、分蘗在正常情況下，出苗到分蘗約需15天左右。分蘗的發(fā) 生是有一定次序的：當(dāng)小麥長出3片真葉時，首先從胚芽鞘腋間長出分 蘗，叫胚芽鞘分蘗。第4片葉出現(xiàn)時，主莖第l片葉腋芽伸長形成分蘗 叫分蘗節(jié)分蘗，也叫一級分蘗。當(dāng)一級分蘗長出3片葉時，在其鞘葉腋 間長出分蘗叫二級分蘗，若條件適宜，還可長出三級分蘗。小麥的分蘗 不是都能抽穗結(jié)實的。凡能抽穗結(jié)實的叫有效分蘗，一般年前發(fā)生較早 的分蘗屬有效分蘗；不能抽穗結(jié)實的分蘗叫無效分蘗。一般年后生出的 分蘗屬無效分蘗。實踐證明，產(chǎn)量高的麥田與有效分蘗多有

7、關(guān)。這就是 為什么要非常重視有效分蘗的道理。小麥分蘗有二次高峰：第一次在年 前，天津市一般在10月下旬進(jìn)入第一次分蘗高峰，歷時約20天；第二 次高峰在第二年返青后至起身期。小麥起身后，持續(xù)逐漸停止，并出現(xiàn) 兩極分化，大的、壯的分蘗成穗；小的、弱的逐漸死去。4、葉小麥的葉共約12 一 13片，年前一般長出67片，年后 莖稈上一般有6片。葉的形狀象帶子，有平行脈。拔節(jié)以后長出的葉片 比較寬大，還有明顯的葉鞘，緊包在節(jié)問外面。葉鞘和葉片相連處的薄 膜叫葉舌；兩旁還有葉耳緊包著莖稈。葉是小麥植株制造有機養(yǎng)料的主 要器官。葉片中有葉綠體，它能利用太陽光能，把水和二氧化碳制造成 有機物，并放出氧氣。小麥綠

8、葉在陽光下的這種生理活動，就是植物的 光合作用。沒有光合作用，小麥和其他作物都不能生活。生產(chǎn)實踐中常 用到葉面積系數(shù)。什么是葉面積系數(shù)呢?就是指單位土地面積上小麥植株 綠葉面積與土地面積的比值。根據(jù)天津市大面積調(diào)查證明，豐產(chǎn)小麥不 同階段葉面積系數(shù)的指標(biāo)大體如下：冬前為1，返青時為0.5，起身期為 2，拔節(jié)期為4，孕穗期（即最大葉面積系數(shù)）為56，灌漿期為4。通俗 地講，就是要求小麥葉子最大時（孕穗后），一畝地小麥葉子平鋪起來要 有五六畝地那么大。但也不能使時面積系數(shù)過大，若葉子太大，互相遮 蔭，制造的營養(yǎng)物質(zhì)反而會減少，還會使莖部節(jié)間軟化，易引起倒伏。5、穗每個麥穗由許多小穗組成。小穗一般分

9、左右兩排。一個麥 穗有1220個小穗。因此，一個麥穗是一個復(fù)穗狀花序。通常情況下， 麥穗上的小穗數(shù)目越多，產(chǎn)量就越高。旱薄地上每個麥穗只有幾個穗碼， 群眾叫“蠅頭小穗”，這種麥田產(chǎn)量不高。6、花每個小穗可以生長37朵花。每朵花外面包著兩個硬殼， 扣在外面的叫外穎，套在里面的叫內(nèi)穎。輕輕地剝掉外穎，就露出兩個 鱗被（也叫漿片），里面還有3個雄蕊和一個雌蕊。雌蕊經(jīng)授粉受精后， 子房就結(jié)成果實，這就是小麥的子粒。7、種子小麥的種子表面有果皮和種皮聯(lián)合在一起。這樣的種子 叫穎果。麥粒里面絕大部分是白色粉狀的東西，叫胚乳，是小麥的主要 貯藏物質(zhì)。小麥種子成熟后，有一段休眠期。一般白皮種子休眠期短， 紅皮

10、種子休眠期長，這是紅皮小麥遇雨不易在穗上發(fā)芽的原因。在休眠 期里種子要完成后熟過程，以后在適宜的溫度，水分和氧氣條件下，才能發(fā)芽生長。三、冬小麥的階段發(fā)育麥?zhǔn)諘r掉在麥地里的種子遇雨后迅速發(fā)芽出苗，長成一簇簇的麥苗， 盡管溫高、雨多，但它不能拔節(jié)，更不能抽穗結(jié)粒。為什么?這是因為冬 小麥一生中要經(jīng)過幾個內(nèi)部質(zhì)變階段才能完成其生長周期，最后產(chǎn)生種 子。這就叫做階段發(fā)育。目前研究比較清楚的是春化階段和光照階段。（一）春化階段冬小麥在種子吸水萌動后或幼苗期，需要度過一 段時間的低溫，才能通過個體發(fā)育所需經(jīng)歷的內(nèi)部變化，這種現(xiàn)象叫春 化現(xiàn)象，完成春化的一段時間叫春化階段。根據(jù)冬小麥通過春化階段對 溫度要

11、求的差異和時間的長短，把它們分為冬性、半冬性和春性三種類 型，現(xiàn)分別介紹如下.冬性溫度為03C，天數(shù)為35天以上。半冬性溫度為0-7C，天數(shù)為15-35天。春性溫度為0 12C，天數(shù)為5 一 15天。目前天津市種植的冬小麥品種，多數(shù)是冬性的，半冬性的很少。 在天津市適期播種的冬小麥在越冬前都可以完成春化階段。由于當(dāng)時氣 溫較低，不能進(jìn)入下一階段，所以冬小麥可以忍受零下20C或更低的溫 度。如果秋播春性品種，冬前會很快通過春化階段，由于氣溫尚高麥苗 開始拔節(jié)，抗寒力降低，冬天易受凍害死苗。所以在天津市選用品種時 不能用春性品種，南部地區(qū)若選用半冬性品種應(yīng)適當(dāng)晚播。四、小麥生長發(fā)育對環(huán)境條件的要求

12、土壤、水分、養(yǎng)分、溫度、光照和空氣是小麥生長發(fā)育必需的環(huán)境 條件。要取得小麥高產(chǎn)，一方面應(yīng)因地制宜地選用優(yōu)良品種，另一方面 要通過田間管理創(chuàng)造適宜小麥生長發(fā)育的環(huán)境條件。（一）土壤農(nóng)諺有“土是本，肥是勁，水是命。”說明廣大農(nóng)民 都非常重視創(chuàng)造一個適合小麥生長發(fā)育的豐產(chǎn)環(huán)境。一般認(rèn)為，最適宜 小麥生長的土壤，應(yīng)是熟土層厚、結(jié)構(gòu)良好、有機質(zhì)豐富、養(yǎng)分全面、 氮磷平衡、保水保肥力強、通透性好。此外、還要求土地平整，這樣才 能確保排灌自如，使小麥生長均勻一致，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目的。（二）水分在小麥的一生中起著十分重要的作用。據(jù)研究，每生 產(chǎn)l千克小麥約需1000 一 1200千克水，其中有30% 40%

13、是由地面蒸 發(fā)掉的。天津市在小麥生長期間，降水量只有需水量的1/4左右。所以 麥田的不同時期灌水，以及采取抗旱保墑措施，對于補充小麥對水分的 需要有十分重要的意義。試驗表明，冬小麥備生育時期的耗水情況有如 下特點：.播種后至拔節(jié)前，植株小，溫度低，地面蒸發(fā)量小，耗水量 占全生育期耗水量的35% 40%，每畝日平均耗水量為0. 4立方米左 右。.拔節(jié)到抽穗，進(jìn)入旺盛生長時期，耗水量急劇上升。在25 一30天時間內(nèi)耗水量占總耗水量的20% 25%，每畝日耗水量為2. 2 3. 4立方米。此期是小麥需水的臨界期，如果缺水會嚴(yán)重減產(chǎn)。3.抽穗到成熟，約3540天，耗水量占總耗水量26% 42%， 日耗

14、水量比前一段略有增加。尤其是在抽穗前后，莖葉生長迅速，綠色 面積達(dá)一生最大值，日耗水量約4立方米。（三）溫度小麥的生長發(fā)育在不同階段有不同的適宜溫度范圍。 在最適溫度時，生長最快、發(fā)育最好。那么，不同階段要求的最適溫度 有什么區(qū)別呢？小麥種子發(fā)芽出苗的最適溫度是1520笆；小麥根系生 長的最適溫度為1620，最低溫度為2笆，超過30笆則受到抑制。溫 度是影響小麥分蘗生長的重要因素。在24笆時，開始分蘗生長，最適 溫度為1318，高于18笆分蘗生長減慢。小麥莖稈一般在10笆以上 開始伸長，在12 一 16笆形成短矮粗壯的莖，高于20笆易徒長，莖稈軟 弱，容易倒伏。小麥灌漿期的適宜溫度為2022。

15、如干熱風(fēng)多，日平 均溫度高于25笆以上時，因失水過快，灌漿過程縮短，使子粒重量降低。（五）日照日照充足能促進(jìn)新器官的形成，分蘗增多；從拔節(jié)到 抽穗期間，日照時間長，就可以正常地抽穗、開花；開花、灌漿期間， 充足的日照能保證小麥正常開花授粉，促進(jìn)灌漿成熟。一、建設(shè)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)的必要性1、小麥生長發(fā)育與環(huán)境條件的關(guān)系1.1 土壤溫度小麥的生長發(fā)育在不同階段有不同的適宜溫度范圍。在最適溫度 時，生長最快、發(fā)育最好。那么，不同階段要求的最適溫度有什么區(qū)別 呢？小麥種子發(fā)芽出苗的最適溫度是1520笆；小麥根系生長的最適溫 度為1620，最低溫度為2笆，超過30笆則受到抑制。溫

16、度是影響小 麥分蘗生長的重要因素。在24笆時，開始分蘗生長，最適溫度為13 18笆，高于18笆分蘗生長減慢。小麥莖稈一般在10C以上開始伸長，在 12 一 16C形成短矮粗壯的莖，高于20C易徒長，莖稈軟弱，容易倒伏。 小麥灌漿期的適宜溫度為2022C。如干熱風(fēng)多，日平均溫度高于25C 以上時，因失水過快，灌漿過程縮短，使子粒重量降低。因此，對于溫 度的監(jiān)測至關(guān)緊要。1.2光照、日照時數(shù)光照階段冬小麥幼苗通過春化階段后，溫度達(dá)4C以上就開始進(jìn) 入光照階段。在光照階段要求以長日照為主的綜合外界條件。根據(jù)冬小 麥通過光照階段對日照長短的要求和反應(yīng)，也分為三種類型。反應(yīng)敏感型要求光照每日在12小時以

17、上，天數(shù)為30-40天。反應(yīng)中等型要求光照每日在8 一 12小時，天數(shù)為24天左 右。反應(yīng)遲鈍型 要求光照每日在8小時以上，天數(shù)為16天左右。冬小麥對光照的要求要高、所針對些項指標(biāo)需要觀測種植地區(qū) 的日照強度，及日照時長，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)選擇小麥品種，以保證提高生 產(chǎn)能力和產(chǎn)量。1.3 土壤水分水分在小麥的一生中起著十分重要的作用。據(jù)研究，每生產(chǎn)l 千克小麥約需1000 一 1200千克水，其中有30% 40%是由地面蒸發(fā)掉 的。所以麥田的不同時期灌水，以及采取抗旱保墑措施，對于補充小麥 對水分的需要有十分重要的意義。試驗表明，冬小麥備生育時期的耗水 情況有如下特點：1 .播種后至拔節(jié)前，植株小，

18、溫度低，地面蒸發(fā)量小，耗 水量占全生育期耗水量的35% 40%，每畝日平均耗水量為0. 4立方 米左右。拔節(jié)到抽穗，進(jìn)入旺盛生長時期，耗水量急劇上升。在25 一30天時間內(nèi)耗水量占總耗水量的20% 25%，每畝日耗水量為2. 2 3. 4立方米。此期是小麥需水的臨界期，如果缺水會嚴(yán)重減產(chǎn)。抽穗到成熟，約3540天，耗水量占總耗水量26%一 42%，日耗水量比前一段略有增加。尤其是在抽穗前后，莖葉生長迅速， 綠色面積達(dá)一生最大值，日耗水量約4立方米。監(jiān)測指標(biāo)。一般按020cm、2040cm、4060cm、60100cm四 個層次監(jiān)測土壤含水量，其中，020cm、2040cm為必測層。播種出苗 期

19、時，加測010cm 土層。特殊作物根據(jù)其需水特性和根系分布深度確 定監(jiān)測層次和深度。同時調(diào)查觀測氣象、作物表象、干土層厚度、田面 開裂、灌溉、農(nóng)事操作等相關(guān)數(shù)據(jù)。水田淹水時監(jiān)測淹水深度、排水狀 況等。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?；顒?。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

20、根系只有在一定的pH值范 圍內(nèi)才能進(jìn)行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

21、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.

22、9中等敏感甜馬鈴薯1.511中等敏感西紅柿2.59.9中等敏感西紅柿，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/ （dSm-1）鹽分/ (gkg-1)鹽漬化程度植物反應(yīng)021610.0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空氣溫濕度對小麥的影響氣候?qū)π←溒焚|(zhì)的影響最大，其中

23、尤以溫度和水分最為重要。小 麥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，也是溫度影響小 麥子粒品質(zhì)的重要階段。溫度對小麥品質(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笆/12笆上升到27笆/12笆時，蛋白質(zhì) 含量從9%提高到13%，蛋白質(zhì)含量明顯提高，籽粒蛋白質(zhì)含量與灌漿過 程中的平均日均溫呈正相關(guān)；相關(guān)研究指出在小麥成熟前的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笆以上，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笆對提高籽粒蛋白質(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)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)可取得的預(yù) 期效益建設(shè)小麥大田環(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)