关于小麦大田土壤及环境监测与灾害 预警监测系统的简介(三)

(五)日照 日照充足能促进新器官的形成，分蘖增多；从拔节到抽穗期间，日照时间长，就可以正常地抽穗、开花；开花、灌浆期间，充足的日照能保证小麦正常开花授粉，促进灌浆成熟。

一、 建设小麦大田土壤及环境监测与灾害预警监测系统的必要性

1、小麦生长发育与环境条件的关系

1.1土壤温度

小麦的生长发育在不同阶段有不同的适宜温度范围。在适温度时，生长快、发育好。那么，不同阶段要求的适温度有什么区别呢? 小麦种子发芽出苗的适温度是15—20℃；小麦根系生长的适温度为16—20℃，低温度为2℃，超过30℃则受到抑制。温度是影响小麦分蘖生长的重要因素。在2—4℃时，开始分蘖生长，适温度为13—18℃，高于18℃分蘖生长减慢。小麦茎秆一般在10℃以上开始伸长，在12一16℃形成短矮粗壮的茎，高于20℃易徒长，茎秆软弱，容易倒伏。小麦灌浆期的适宜温度为20—22℃。如干热风多，日平均温度高于25℃以上时，因失水过快，灌浆过程缩短，使子粒重量降低。因此，对于温度的监测至关紧要。

1.2光照、日照时数

  光照阶段 冬小麦幼苗通过春化阶段后，温度达4℃以上就开始进入光照阶段。在光照阶段要求以长日照为主的综合外界条件。 根据冬小麦通过光照阶段对日照长短的要求和反应，也分为三种类型。

    1．反应敏感型 要求光照每日在12小时以上，天数为30-40天。

    2．反应中等型 要求光照每日在8一12小时，天数为24天左右。

    3．反应迟钝型 要求光照每日在8小时以上，天数为16 天左右。

    冬小麦对光照的要求要高、所针对些项指标需要观测种植地区的日照强度，及日照时长，通过监测数据选择小麦品种，以保证提高生产能力和产量。

 1.3土壤水分

水分在小麦的—生中起着十分重要的作用。 据研究，每生产l千克小麦约需1000一1200千克水，其中有30％一40％是由地面蒸发掉的。所以麦田的不同时期灌水，以及采取抗旱保墒措施，对于补充小麦对水分的需要有十分重要的意义。 试验表明，冬小麦备生育时期的耗水情况有如下特点：

    1．播种后至拔节前，植株小，温度低，地面蒸发量小，耗水量占全生育期耗水量的35％一40％，每亩日平均耗水量为 0．4立方米左右。

    2．拔节到抽穗，进入旺盛生长时期，耗水量急剧上升。在 25—30天时间内耗水量占总耗水量的20％一25％，每亩日耗水量为2．2—3．4立方米。此期是小麦需水的临界期，如果缺水会严重减产。

    3．抽穗到成熟，约35—40天，耗水量占总耗水量26％一 42％，日耗水量比前一段略有增加。尤其是在抽穗前后，茎叶生长迅速，绿色面积达一生大值，日耗水量约4立方米。

监测指标。一般按0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～100cm四个层次监测土壤含水量，其中，0～20cm、20～40cm为必测层。播种出苗期时，加测0～10cm土层。特殊作物根据其需水特性和根系分布深度确定监测层次和深度。同时调查观测气象、作物表象、干土层厚度、田面开裂、灌溉、农事操作等相关数据。水田淹水时监测淹水深度、排水状况等。

1.4 EC、PH值对作物的影响

水是栽培中的重要因素，它有着参与植物新陈代谢、调节土壤和空气的温度湿度、溶解矿质养分、稀释农药等作用。水质对栽培有关键性的作用，水质不好会使植物生理性缺素，影响农药药效、肥料肥效，伤害根系等。

   而衡量土壤水的重要指标是土壤的pH、EC值。绝大多数植物根系在pH值为5.2至6.2时，能正常活动。土壤的pH值过低或过高都会抑制根系生长，具体表现在三个方面：首先是根系只有在一定的pH值范围内才能进行正常的新陈代谢活动，包括呼吸、离子交换、对各种营养元素的吸收等。一般植物根系的pH值要求在5.4—6.8之间，高于或者低于这个范围，植物根系的活动就会受到抑制，严重时根系可能坏死，从而导致整个植株的死亡；第二个方面pH值会影响土壤中营养元素的有效释放，比如钙、镁等离子如果在高pH值的环境中，会形成不溶或者微溶与水的化合物，不能被植物有效吸收；另外，pH值会影响根际微生物活动，有些有益微生物可以帮助植物吸收养分、分解有机物、分泌有机酸改善土壤环境等，而微生物活动需要在一定的pH值范围内进行。

EC值水的电导率可衡量水中可溶性矿物质总的浓度，电导率越高浓度越大。可溶性矿物质反映土壤的矿物质含量情况，如果长时间含量过高会毒害植物，部分植物对矿物质含量比较敏感，比如红掌在高电导值环境中花会变小，产量会降低，花茎会变短。部分作物对盐的耐受程度具体如下表1，在作物栽培时应该测定土壤的EC值，若超过作物要求的临界值时，作物的生长将受影响，具体如表2。  

表1 部分作物对盐的耐受程度

因而，可以通过测定土壤的pH、EC值来判断土壤、水质的安全性，为选择合适的肥料和作物做准备。

表2  土壤饱和浸出液的电导率与盐分（%）和作物生长关系

1.5 空气温湿度对小麦的影响

气候对小麦品质的影响大，其中尤以温度和水分为重要。小麦开花至成熟期间是籽粒产量和品质形成的关键时期，也是温度影响小麦子粒品质的重要阶段。温度对小麦品质的影响是多方面的：在灌浆期间，空气湿度，水分，温度都会影响蛋白质含量，但这一时期温度是重要的变量，如果昼/夜温度从22℃/12℃上升到27℃/12℃时，蛋白质含量从9%提高到13%，蛋白质含量明显提高，籽粒蛋白质含量与灌浆过程中的平均日均温呈正相关；相关研究指出在小麦成熟前的15-20天期间，高气温对蛋白质影响大，当高温度在32℃以上，蛋白质含量反而降低，故成熟前2~3周内高气温超过32℃对提高籽粒蛋白质反而不利；抽穗-成熟期间的平均昼夜温差与籽粒蛋白含量之间呈显著负相关。因些观测空气温湿度，以提高预警和提前安排防治措施有着至关紧要的意义。

二、建设小麦大田土壤及环境监测与灾害预警监测系统可取得的预期效益

建设小麦大田环境监测与灾害预警监测系统，可实现高效节水，减少灌溉、排水次数，节约用水量、人工、能耗等，大幅提高水资源利用率；减少因墒改种、早种、晚种的种子、肥料、农药等损失，实现增产增收；根据墒情，农田环境及时调整产业结构，增加效益；及早采取抗旱排涝减灾措施，减少因灾损失等。

三、建设小麦大田土壤及环境监测与灾害预警监测系统目标

1、数据采集科学化。通过小麦大田土壤及环境监测设备掌握小麦不同生育阶段的需水规律，自动采集土壤地质信息：田间含水量、土壤干旱断裂含水量、田间降雨量、空气温度、空气温度、光照强度等数据。

2、数据分析定量化。通过实时在线监测，收集数据，建立数据库。通过对数据进行定量分析，达到“三个掌握”：一是掌握小麦生长发育期的用水量；二是掌握小麦受旱极限，及时预警；三是掌握不同土壤含水量与小麦生长发育和旱涝现象之间的关系。

3、数据应用精准化。通过定量分析数据，达到“三个掌握”后，可迅速判断作物受旱和受涝情况，并及时预警。达到对受旱、受涝数据精准化。

四、小麦大田土壤及环境监测与灾害预警监测系统的组成

1、管理中心系统（软件）。数据上传下载、数据分析、应用系统、软件二次开发、软件接口、控制系统等。

2、通讯系统。GPRS无线通信系统。将数据通过无线方式发送到管理中心、无线传输数据和视频。

3、数据采集。支架、太阳能板（供电系统）、数据采集器（接收传感器采集数据）、传感器部分（采集土壤的温度、湿度、HP值，空气的温度、湿度，雨量传感器、气象传感器等）。

五、系统配置清单