使用电子土壤水分传感器提高作物水分利用效率是世界农业地区的新兴趋势,灌溉对可持续粮食生产至关重要。这一进步使用太阳能供电的电子电容探头实时激活灌溉,以保持特定作物所需的所需土壤含水量水平。
当土壤含水量低于指定水平时,启动泵和控制阀,并在达到该水平后关闭阀门,在设定的时间段内关闭阀门,从而实现自动灌溉调度。
成功利用这一技术进步需要种植者了解土壤持水能力、作物在其发育的每个阶段的相对需水量以及灌溉事件之间的土壤水分消耗率。
幸运的是,这些信息中的大部分可以通过对图表数据的检查和对灌溉作物的实地观察来收集。记录的含水量数据可以按放置传感器的土壤剖面中的每个深度显示。市售的土壤湿度探头通常在密封的塑料管内以设定的间隔间隔传感器,该塑料管安装在葡萄园内代表位置的钻孔中。
一根电缆将探头连接到附近的数据存储模块,通过手机定期将数据传输到基础服务器。可以选择存储的数据在生长季节的所需时期进行观察或分析,并对灌溉设定点或选择作为应用水的前哨激活器的特定传感器深度进行调整。
除了测量土壤含水量外,其他类型的土壤水分传感器称为“张力计”,可以确定土壤水分在特定土壤类型中保持的基质电位。该传感器可以与土壤含水量探头配对,以估计葡萄藤可用的水量。当葡萄藤从土壤中抽取水分时,剩余土壤水的基质势力或保持力变得更强。这种张力可能会对葡萄树产生水分胁迫效应。
种植者通常施用的水量少于葡萄树通常使用的水量,以给葡萄树带来适度的水分胁迫。这种做法被称为“赤字灌溉”,通常在坐果和完全成熟之间应用。这种做法被发现可以提高葡萄的质量,而不是浇水充足的葡萄藤。
在典型灌溉事件之间的间隔内,葡萄树可能只在下一次灌溉之前受到短时间的水分胁迫。使用自动灌溉可以通过以更高的频率提供短时间的灌溉脉冲,而不是在较长的时间间隔内进行大量施用,从而使葡萄藤长时间处于中度缺水状态。
这种策略有可能在节约用水和提高葡萄质量的同时保持产量。目前,作者和合作的种植者及其同事正在美国太平洋西北部的几个地点进行商业葡萄园地点的研究,并可能很快扩展到美国西部的其他地区。
自动化的、传感器驱动的灌溉调度,当与地下灌溉输送相结合时,在节约用水的同时保持干旱酿酒葡萄种植区的产量可能特别有效。目前美国西部种植者使用的大多数滴灌系统将水输送到土壤表面,导致水分通过蒸发和阔叶杂草和禾本科杂草的使用而流失。
上一段中提到的高频、短时间灌溉如果与地表滴灌而不是地下滴灌一起使用,可能会导致更多的水损失和更高的电力成本。需要通过受控和重复的实地研究来审查这一关切;然而,传统观点会支持更大的蒸发损失,假设更频繁地施用于表面的水不会渗透到土壤表面的上部 30-45 厘米以上。
此外,自动化的、传感器驱动的灌溉可以减少土壤饱和后过度浇水可能造成的水浪费。上图1所示的数据表明,在9月7日启动自动灌溉之前,上层土壤剖面发生了过度浇水。上图2比较了地表和地下滴水下的土壤水基质势,底部的深色部分代表了施加在葡萄树上的潜在压力的相对量。