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技术与应用

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水胁迫声发射自动监测系统在苗木培育中的应用

发布日期:2015-06-30 17:18    浏览次数:

 0 引言

随着社会的发展,一些环境问题随之产生。气候变暖、沙尘暴等这些名词对大家来说已经不再陌生。其主要还是由于植被的破坏,森林覆盖率严重下降。我国有关部门已经注意到这个问题,并加强管理和指导,提出了退耕还林、退耕还草等措施。但是,我国华北、西北、内蒙古和青藏高原的绝大部分地区属于干旱、半干旱地区,约占全国土地面积的45%。加之近几年来连年干旱,这些地区降水大幅减少,水资源的匮乏已是一个不争的事实。一个严重缺水的国度,需要发展林业来改善环境面临着巨大的压力。而在林业发展中苗木的培育是一个很重要的前提。如何才能在严重缺水的情况下培育出好的苗木,节约更多的淡水资源,就是本研究深远的意义所在。

1 材料与方法

试验材料为1 年生白毛杨树苗木( PopulusSeedling),2005 年5 月开始,于保定市南郊进行自动控制灌溉试验。试验处理如下:选取面积60m2,激光平整土地,平均分为3 块试验田,编号分别为A , B , C 。3 块田内土壤与林分同壤。pH 值是中性偏碱。5 月25 日17:00 时开始对试验田内起垄做沟普灌一次,保证各点的田间持水量一致,测取其苗高( H )和地径( D ),选取长势相当的杨树苗木10 株为研究对象。A 田以植株的生理需水信息为灌溉判据进行自动全湿灌溉; B 田也是以植株的生理需水信息为灌溉判据进行自动干湿交替灌溉; C 田进行定时控制灌溉。自5 月25 日~6 月5 日为灌溉参数标定期,找出声发射频次和土壤持水量间的对应关系,标定中发现多人试验结果证明的杨树苗木亏水的极限土壤的持水量处于60%左右时声发射频次最低极限为2 次/s。因此,声发射事件计数阈值设定为2 次/s。具体的灌溉控制参数设定,如表1所示。

2 灌溉控制效果

节水农林业的根本目的在于提高水分利用率和水的有效生产率,以期获得最佳经济效益。通常提高水分利用率可通过节约用水和提高单产两条途径来实现。而按照植物需水声发射信息控制灌溉可望最大限度地提高水分利用效率。通过同定时控制灌溉植株(充分供水)的累计供水量比较,可以得到被控植株的节水效果。

2.1 AE 信号与环境因子间的关系

2006 年7 月21 日(晴)AE 信号与环境参数光照和温度间的对比曲线,如图1 所示。由图1 中可看出,日间随着光照度的增强,温度随之上升,AE事件发生率也逐渐增多;傍晚光照减弱,温度下降,AE 事件发生率也逐渐减少。

由植物生理学可以对此做出合理解释:植株的水分散失主要受光照强度的影响,光照强度变化又直接影响温度变化。而声发射现象又是由水分亏缺所引起的。因此声发射事件的发生率与光照强度和温度极大相关,即光照强度和温度愈高AE 事件的发生率愈高。

2.2 AE 事件发生频次与天气状况和灌水量的关系保定2006 年6 月底到7 月初这一典型周内单株统计的AE 事件发生频次与天气状况和灌水量之间的关系,如表2 所示。

综上所述,用声发射检测技术得到的声发射信号的变化能够反映植株缺水程度,在一定范围内,声发射频次越高,植株亏水越严重。相比之下,以声发射信号作为植株的需水信息诊断指标更为直观,且易于完成实时监测。此种监测与灌溉技术将在农林业中应用并不断地扩展。
2 . 3 按声发射信号自动灌溉和人为经验灌溉的对比本文选取2005 年3 月~9 月这段时间内的部分数据进行对比。通过初步实验证明,当微机接收到水胁迫的信号实施自动灌溉后,在灌水下限控制为土壤持水量
的55%~65%,采用不同方式灌溉时,自动灌溉比人为经验灌溉用水量减少27%~34%。采用此种灌溉模式结果数据表明,影响生长的多项指标和全部湿润灌溉几乎没有区别;也就是说,两种灌溉方式下对苗木的生长基本相同,但是节水效果非常明显。具体数据如表3 所示。
3 结果与讨论
应用该系统实施的自动灌溉控制效果试验,节水效果明显,且对苗木的正常生长没有影响。在以后的试验过程中将针对更多品种的苗木进行,以后的更多的数据结果,有利的指导苗木的培育。