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传统灌溉与基于茎流测量的精准灌溉的对比研究

来源:力高泰 发布时间:2017-07-25 13:29:20 点击数: 使用提问咨询价格

传统灌溉与基于茎流测量的精准灌溉的对比研究

——葡萄园节水与经济收益分析

A Comparative Study of Traditional VS. Plant-Sensors Based Irrigation Across Multiple Sites:

Consequences on Water Savings and Vineyard Economics. Application During a Drought in California.

Thibaut Scholasch

 

摘要
近年来,加利福尼亚州的人口持续增长,而且,人均用水需求量持续增大。这些因素都增加了农业用水的压力。本项研究选取了加州3个地区的6个葡萄园,分析了传统灌溉与基于茎流测量的精准灌溉在节水节能、果实产量、果实质量和经济收益等方面的差异。研究发现,基于茎流测量的精准灌溉可明显节约葡萄园的用水总量,并且可提高果实的产量及品质,最终提升了葡萄园的经济效益。
 
研究目的
本项研究的目的有三个:
第一,传统灌溉技术是否会导致过度用水?
第二,基于茎流测量的精准灌溉能否实现有效节水?
第三,亏缺灌溉在实现节水的同时,能否提升果实产量和品质?
 
实验地概况

茎流

图1研究区内葡萄园所在位置

 
所有实验地的葡萄都是在1999至2008年间种植的,每英亩平均种植1,700株。
 
实验方法
利用航拍图片确定两个实验区:传统灌溉区和基于茎流测量的精准灌溉区。
 

茎流

图 传统灌溉区(Traditional)和基于茎流测量的精准灌溉区(Fruition)

传统灌溉策略:根据葡萄园历史管理实践和灌溉日志进行灌溉。
精准灌溉策略:根据植物茎流传感器的测量数据指导灌溉,根据每天计算的植物缺水指数控制灌溉。
 
1 环境气象监测
 
包括气温、空气相对湿度,太阳总辐射和风速。根据Pennman-Monteith方程计算潜在蒸发散ETref
 
2 葡萄茎流量监测
选择长势良好的葡萄藤,安装EXO-SkinTM外皮包裹式茎流传感器。为了排除外源热量影响,被测量的葡萄藤用铝箔包裹隔离(图2,3)。传感器每15分钟记录一次葡萄茎流速率。
 

茎流

图3 EXO-SkinTM外皮包裹式茎流传感器

使用SapIP茎流监测系统(Dynamax,USA)采集数据。

茎流

茎流

图4 两个装有EXO-SkinTM外皮包裹式茎流传感器的葡萄藤

 
 
水分亏缺指数WDI
水分亏缺指数被定义为实际蒸腾量和潜在最大蒸腾量的比值,用WDI表示。

茎流

WDI = 1表明葡萄用水量最大程度得到了满足。WDI越小于1,说明葡萄受到的水分胁迫越大。T(t)是葡萄每天实际的蒸腾量,Tmax(t)是当土壤水分供应充足时葡萄每日潜在最大的蒸腾量。

茎流

ETref(t)是潜在蒸发散,KcB(t)是和葡萄叶面积指数相关的系数。
 
果实数据
在成熟期测量葡萄的产量,并对果汁成分进行采样分析。
 
主要结果
 
灌溉用水对比

茎流

图5 各葡萄园的灌溉次数对比

整个生长季内,实施精准灌溉(Fruition)的小区灌溉次数不到5次,而实施传统灌溉(Traditional)的小区灌溉次数最多为30次。
 

茎流

图7 各葡萄园的总灌溉量(毫米)

 
如图所示,实施精准灌溉(Fruition)的小区平均节水近60%。
 
2、不同灌溉对植物水分利用的影响
 
茎流

图8:水分亏缺指数WDI生长季动态

 
 
3、产量

表1  产量比较

茎流

 
4、水果成分与质量
 

表2:糖分积累

茎流

 
 
5、灌溉用水量对比
 

表3:两种灌溉方式用水量对比


结论

研究结果表明,与传统的灌溉方式相比,基于茎流测量的精准灌溉方式可将用水总量和能源消耗降低40-100%,且葡萄产量不受影响,品质还会提升。因此可以得出,基于茎流测量的精准灌溉方式既能减少灌溉用水量,又能提高葡萄园的经济效益。
 
参考文献

1 (4) Allen, R. G., & Pereira, L. S. (2009). Estimating crop coefficients from fraction of ground cover and height. Irrigation Science, 28(1), 17–34. 

2 Picón-­‐Toro, J., González-­‐Dugo, V., Uriarte, D., Mancha, L. a., & Testi, L. (2012). Effects of canopy size and water stress over the crop coefficient of a “Tempranillo” vineyard in south-­‐western Spain. Irrigation Science, 30(5), 419–432.