普及科学
助农丰收
“风调雨顺，五谷丰登”，“有收无收在于水，收多收少在于肥”，这两句农谚就是水分条件与农业收成关系的简明总结。农作物的水分供应主要来源于土壤水分，因此了解大气降水与土壤水分的依存关系是十分必要的。
长期以来，农民对土壤水分与作物生长的关系都缺乏科学的认识，什么时候浇水、浇多少水，都是凭感觉、凭经验。
实际上，在了解不同作物需水量基础上，精准灌溉，维持适宜的土壤湿度，可以有效增加农作物产量、品质，优化农药化肥的使用。
土壤水分与作物生长的关系
●土壤湿度的定义
土壤湿度(soilhumidity)即土壤含水量,是表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量。土壤湿度的高低受农田水分平衡各个分量的制约。
●作物的需水量
作物的需水量通常用蒸腾系数表示。蒸腾系数是指作物每形成一克干物质所消耗的水分的克数。作物的蒸腾系数不是固定不变的。同一作物不同品种的需水量不一样，同一品种在不同条件下种植，需水量也各异。影响作物需水量的因素很多。第一是气象条件。大气干燥、气温高、风速大，蒸腾作用强，作物需水量多;反之则需水量少。第二是土壤条件。土壤肥沃或经施肥后，作物生长良好，干物质积累多，而水分蒸腾并不相应增加，因此需水量要比在瘠薄地上少些。有关研究证明，土壤中缺乏任何一种元素都会使需水量增加，尤以缺磷和缺氮时需水最多，缺钾、硫、镁次之，缺钙的影响最小。
●作物的需水临界期
作物的一生中对水分的需要量大体上是生育前期和后期需水较少，中期因生长旺盛，需水较多。作物一生中对水分最敏感的时期，称需水临界期。在临界期内，若水分不足，对作物生长发育和最终产量影响最大。例如，小麦的需水临界期是孕穗至抽穗期。在此时期内如果缺水，幼穗分化、授粉、受精、胚胎发育都受阻碍，最后造成减产。在作物生产实践中，确定作物的灌水时期和灌水数量，除了要考虑需水临界期这一个因素外，还应注意当地降水多少和土壤墒情好坏。
●土壤湿度对农作物的影响
1)直接影响
水分过高或过低，便抑制直到停止呼吸、光合作用、生长等生命活动。土壤湿度决定农作物的水分供应状况，直接影响作物根系的生长。只有土壤水分适宜，根系吸水和叶片蒸腾才能达到平衡状态。
土壤湿度过低，形成土壤干旱，光合作用不能正常进行，降低作物的产量和品质;严重缺水导致作物凋萎和死亡。
土壤湿度过高，恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍。根系缺氧、窒息、最后死亡。
土壤水分的多少影响土壤温度的高低。例子：豆类作物、马铃薯等的合适土壤含水量相当于田间持水量的70%～80%，禾谷类作物为60%～70%。土壤含水量低于最适值时，光合作用降低。各种作物光合作用开始降低时的土壤含水量(占田间持水量之百分数)分别为：水稻57%，大豆45%，大麦41%，花生32%。
2)间接影响
A.植物的倒伏、病害
土壤湿度过高影响作物地上部分的正常生长，造成徒长、倒伏、各种病害滋生。
B.植物根系的深度
潮湿土壤中作物根系不发达，生长缓慢，分布于浅层。土壤干燥，作物根系下扎，伸展致深层。
C.对作物品质的影响
水分对作物品质有较大的影响。夏季高温、少雨，粮食作物籽粒中蛋白质的含量高;低温、多雨有利于籽粒中淀粉的形成。有专业学者在研究了世界小麦的化学成分之后指出，各干旱地区生产的小麦籽粒通常蛋白质含量高或者很高。有资料表明，在灌溉条件下，小麦的产量显著增加，籽粒中的淀粉含量提高;但是蛋白质含量却有所降低。要想既增加粮食产量，又不降低其蛋白质含量，必须在灌溉条件下增施氮肥。
D.影响田间耕作措施和播种质量，收获质量。
比如在土壤干燥结块的状态下使用机械收获马铃薯，将导致马铃薯和土块相碰撞，使马铃薯损伤。
土壤水分监测在农业中的用途
●(一)科学精准灌溉
1.在常规灌溉中存在的问题
结合到农业生产现实中，因涉及到水源是否丰富、轮灌、抢水、水肥一体化、喷灌机械是否正常运转，除草、中耕、打药等农业操作等一系列的问题，但单从灌溉量的角度考虑，无非是三种结果：过量灌溉、过少灌溉和合适量的灌溉。
1)过量灌溉
过量灌溉的原因很多，比如：
A.为了省事，偷懒，喜欢灌溉一次管用很多天;
B.在一些地方水资源还不足够显得珍贵，没有节约用水的意识;
C.粗放式的农业管理，就没有考虑过精细化灌溉;
D.不能动态判断作物根系深度，土壤水大量灌溉下渗到了根系深度以下的土层;
E.未能按照根系深度科学灌溉施肥，进而肥料利用效率低，为了保证农作物对肥料的需求量，必须增加额外的灌溉;
F.没有充分认识到过量灌溉的危害。
过量灌溉给病虫害的滋生提供了“温床”，过量的施肥造成烧草，过量的用药使病原菌产生了抗药性。过量灌溉造成的土壤次生盐碱化。
过量灌溉的后果很明显：浪费水资源;浪费化肥、农药;农药、病害恶性使用循环;化肥、农药残;污染环境;灌溉设备设施折旧磨损。
2)单次灌溉量不足(不得不补灌更多水)
当单次灌溉量不足后，如果要挽救，就得继续灌溉，以保证农作物的需水要求。灌溉量不足时，水没有能下渗到农作物根系，那就是没有任何有用功的烧钱，相反的，可能会造成更多的无用功：为草的生长提供了良好的条件，大量的草茂盛的长了出来。一旦农作物和草同时长出地面后，靠化学除草的方式时常难以施展，更多的靠成本最高的模式：人工拔草。
以下是一个8次灌溉中只有2次灌溉，灌溉到了30厘米深处土层，6次灌溉都是无用功的极端例子。
如上土壤水分曲线图，7月21日-8月16日共26天：
问题一：如下137号土壤水分曲线图，在26天中，共喷灌浇水9次，共自然降雨3次，平均3天灌溉一次，灌溉频率过高，并由此造成单次灌溉量不够。(注：最上面的红颜色曲线表示5厘米深处土壤水分变化情况，红颜色曲线的每次快速上升和下降都预示着一次灌溉浇水行为)
问题二：如问题一，在26天的8次喷灌中，却仅有2次浇水使30厘米深处土壤含水量有所上升，而紫花苜蓿的根系深度已经明显超过了30厘米深，达到了50厘米土层深度。也就是说，26天的8次浇水，仅有2次浇水的灌溉量稍微达到要求，湿润到了紫花苜蓿的根部，其余6次浇水做的都是无用功，并没有让紫花苜蓿根系所在土壤层湿润。(注：黄颜色曲线表示了30厘米深处土层的土壤水分变化情况，在9次灌溉中，仅有3处，30厘米深处土壤水分含量有所上升)。造成灌溉量不足的原因有很多，以下是一些潜在原因：
A.没有意识到并非所有的水都保存到土壤里了。比如喷灌，在高温，风大的天气，雾化效果越好的喷灌，在空气中蒸发的水自然越多;
D.缺少合理的伦灌制度;
E.不能掌握植物需水量的动态变化需求，做了很多无用功灌溉;不同的生育期对土壤水分的需求也是不相同的，苗期需水量稍少，随着作物的生长加大，到生长旺期需水量最大，成熟期逐渐少。
F.常规灌溉与施肥，施药未能有机结合。
通过智能监测土壤水分、温度的方法，有效解决过量灌溉，单次灌溉量不足，提高每次灌溉浇水的利用效率，优化灌溉用水。
2.实时监测土壤水分，进行精准灌溉
当园艺师，农业企业管理人员就像使用手机QQ一样，无论何时何地，只需要打开安装在手机上的监测软件，就立即知道所监测田间的土壤含水量、温度和盐分变化情况时，受到实时监测的灌溉行为自然要比盲目不受控制的灌溉科学、合理。
●(二)优化农药化肥的使用
当采用液态肥，或者固态肥溶解于灌溉系统，随着灌溉水一起施入土壤中时，实时监测灌溉量、土壤湿度、湿润层深度对优化农肥农药的使用、提高利用率很有帮助。
避免过量灌溉是优化农药化肥的使用的重要措施，一般在土层深度20-40厘米保持湿润即可。过量灌溉不但浪费水，严重的是养分淋失到根层以下，浪费肥料，作物减产。特别是水溶肥料中的尿素、硝态氮肥(如硝酸钾、水溶性复合肥)极容易随水流失。
●(三)提高农作物的产量
土壤水分含量过高或过低都会使农作物感觉“不舒服”。因为，土壤含水量过低，使农作物从土壤吸收水分的生长活动受到抑制，产量降低。相反地，如果农作物根系周围的土壤处于水饱和状态(土壤空隙里都充满了水)，植物根系不能进行呼吸而使产量遭受影响。
科学家们根据“土壤水分曲线图”分析土壤含水量过高或过低的累积天数(统称为植物遭受胁迫)与最终农作物的产量的关系，得到了如下的曲线图：
图中横坐标为：所研究农作物累积遭受土壤水过多或过少胁迫的天数
图中纵坐标为：农作物的产量
从图表可以看出，农作物的产量和农作物累积遭受土壤水过多或过少胁迫的天数有明显的线性关系。当农作物累积遭受土壤水过多或过少胁迫的天数到达40天时，农作物几乎没有产量，绝收。
●(四)提高农产品品质
土壤水分对农作物的产量、质量品质产生直接的影响。对于不同农作物，人们做过很多的实验研究，确认该农作物在不同的生育期通过合理控制土壤水分含量以达到优质高产的。比如，葡萄生长前期，需要大量水分以形成营养器官。葡萄成熟期水分过多，浆果糖分积累困难，果实淡而无味。
