滴灌种植的葡萄,根能扎多深? ——土壤水势传感器的应用
发布日期:
2019-02-20 09:22:12
来 源:
小酌日历
作者:
技术员胡
  水对于葡萄树乃至于任何植物的重要性都不言而喻。今天结合咱自己的葡萄园,来跟大家谈谈葡萄和水的故事。

    引言

    在葡萄树不同的生理期,水起到的作用会稍有不同,而如何在各个阶段掌控水,则可以影响到葡萄果实和葡萄酒的质量。

    葡萄树的水分状态,和土壤和气候有关。举个例子,如果我们人类,处于特别热特别干的空气中,首先会出汗,来降低体温,但是干燥的空气又会让汗液很快蒸发,于是我们就很容易失水。而此时,如果我们没有水喝,或者喝的是类似海水(高渗透压)的液体,那么内环境的水分并不能得到有效地补充。葡萄树也一样,空气是环境,土壤中的水分是补充。

    在我的例子里,我特别提到了海水,这是因为我要引出一个概念 -- 土壤水势。很多时候,我们可以听到,某某葡萄园拥有土壤水分含量的传感器,并依赖这类传感器来决策灌溉,有时候这并不十分科学(尤其是在盐碱程度较重的地区)。回到海水的例子,我们可以喝大量的海水,但是量大并不代表我们可以吸收,海水的渗透压很大,喝海水甚至可以让我们失水更快。植物根系也一样,就算土壤里有大量的“水”,但如果这样的“水”渗透压特别高,根系还是不能有效地吸收到水分,继而失水而死。比如我们平时说的“烧根”,就是因为肥料溶液渗透压太高导致的植物不能吸收水分而死。

    而土壤水势,是一个能量状态,也就是说把渗透压等等因素都纳入了考虑,直接反映了水的势能,反映了水分能不能进入到葡萄根系里。

    土壤水势传感器

    两个月前,甘土葡萄园安装了一些土壤水势传感器,试图在数据积累的基础上,制定合适的灌溉策略,甚至是调亏灌溉(简单来说就是给葡萄树适当的水分压力,反而可以获得更优质的葡萄果实)的策略。

    这一类土壤水势传感器(这里隐去品牌型号,避免广告嫌疑),在美国某些农业大州,已经被成熟地应用了许久。而在宁夏的葡萄园,则有可能是首次。



    这类传感器的好处呢,包括成本低,相当准确,安装使用容易,寿命长,免维护还抗盐碱。基本原理是把传感器的电阻值转换成土壤水势,如果需要更准确的值,还需要土壤温度来做校正。

    甘土葡萄园一期安装了 12 个传感器,于 4 个灌区,每个灌区 3 个传感器位于不同的深度:0.5 米,1 米和 1.5 米,同时安装了一个温度探头来获取土壤温度。



    数据解读

    现在我们是每天采集一次数据,两个月以来,每个传感器积累了大概 60 条记录。数据量虽然不是特别大,但是画出来的图像还是很让技术员胡满意的。(点击图像查看大图)





    这三幅图像呢,反映了在 3 个不同深度,不同灌区土壤水势的表现情况:横轴是日期,从 7 月 20 日开始记录;纵轴是土壤水势,数值越大,表示土壤越干旱,注意单位是 - kPa (土壤水分饱和,水势为零;含水量低于饱和状态,水势为负值,土壤越干旱,负值越大)。

    首先呢,我们可以看到,在 0.5 米处(较浅层),土壤是越来越干的,这很自然,因为水分在蒸发,植物在蒸腾,综合起来土壤就是会越来越干。但是大家能明显注意到 8 月 13-15 日左右,某些传感器的陡降,原因就是那场给贺兰山东麓带来不小损失的暴雨和山洪。两个数值陡降的灌区,正巧是两个地势稍低的灌区(4 区和 8 区),于是 0.5 米出的土壤水分接近饱和,对于转色后期的葡萄来说并不是一件好事。

    现在我们看 1 米处的图像,明显可以看到两条几乎没有变化的直线和两条很有意义的变化的曲线。这两条变化的曲线可以代表 1 米处有大量的根系!在 1 米深度,土壤水分可以说不存在蒸发,引起变化的就是植物的蒸腾作用和根系吸收水分,两条几乎不变的直线(2 区和 8 区),代表的就是没有根系存在情况下的土壤水势,如果你够细心,你可能会注意到 8 区中点处一个小小的下降,这说明了暴雨积水已经足够让 1 米处的土壤水分更加饱和。继续看图,我们甚至可以推测土壤质地,在 0.5 米图和 1 米图中,暴雨过后,曲线变化的斜率,有助于推断土壤的排水性,尤其是 0.5 米图暴雨过后,3 区和 4 区曲线上扬的速度要比 2 区和 8 区快,我们合理假设 0.5 米处根系的发育和密度基本一致(对于滴灌葡萄园,根系的确比较集中在 0.3-0.6 米深度的区域),那么这样的变化说明了 3 区 4 区土壤的排水性更好。

    对于 1.5 米深度曲线变化,解读基本上和 1 米处一致,不过我们欣喜地看到,3 区真的有根系可以达到 1.5 米的深度!

    拓展讨论

    问题 1: 通过不同深度传感器,估计每个灌区根系深度






    对于 2 区,根系主要还是在 0.5 米处左右,因为曲线变化主要还是体现在 0.5 米曲线上,1 米和 1.5 米曲线几乎没有变化。

    对于 3 区,喜闻乐见啊,三条曲线变化的剧烈程度,非常合理,0.5 米处变化最快,根系分布最多,1 米处次之,而 1.5 米处也的确有明显的变化趋势,说明了根系的确存在于 1.5 米深处。

    对于 8 区,暴雨前,0.5 米处曲线变化很明显,说明根系密度不错。但是暴雨后变化较慢,实地勘察后,发现是地势较低,水分的转移较其他区慢。

    对于 4 区,0.5 米处的曲线变化非常剧烈,说明根系密度很大,1 米处也存在根系分布,但 1.5 米处就看不出迹象了。

    问题 2: 如何通过曲线变化,确定灌溉时机

    甘土葡萄园一直是采用调亏灌溉的,之前只是通过控制每次灌溉的量,但是现在得益于这些传感器,我们可以充分控制灌溉的时机。

    技术员胡通过查阅文献,初步制定方案:针对转色后期直至采摘,1)0.5 米深度水势达到阈值 -120 kPa,2)1 米深度水势达到 -60 kPa,这两个条件同时满足时,进行灌溉。

    如果你现在回顾 0.5 米曲线变化,可以发现在暴雨前,8 区和 4 区在 110-120 区域的微小波动,那就是我们少量多次的灌溉。甘土葡萄园远程分区灌溉的好处,就是可以针对每个灌区不同的水分情况,来制定确切的灌溉方案。

    而另外一个令人欣喜的点,就是我们仔细观察 4 区和 8 区 0.5 米处的曲线变化,曲线在接近 110-120 的地方,斜率越来越小,曲线越来越平,如何解读呢,就是说水分势能变化的速度越来越慢,水分越来越难以进入根系,如果曲线变成平的,水分就不再进入传感器和根系而引起水分变化了。而此刻正是我设置的灌溉阈值(其实正巧也是著名赤霞珠产区 Coonawarra 的调亏灌溉阈值)。不过没维持几天,就遇到了大暴雨,一下把这两个区的土壤水分拉到了饱和状态。

    于 1 米深度变化,当 3、4 区曲线接近 -60 kPa 时,也因为遇到了暴雨,干扰了分析。

    问题 3: 如何刺激根系扎得更深?

    我们都知道根系的向水向肥性,如果我们能够得知不同深度的水势状态,那么我们就可以通过特殊的灌溉策略,来刺激根系向更深处发展。

    简单举个例子,如果我知道 1 米处水分足够多而且可以被吸收,那么就算 0.5 米处非常干了,我们也不必浇水,放心地让根系自己去寻找深处的水分,而不是急于浇水来妨碍根系深扎。这也是我同时制定 0.5 米处和 1 米处两个深度的灌溉阈值的道理之所在。只有当 1 米处也非常干了,我们才进行灌溉。


责任编辑:
李玉梅
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