土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在英國甜菜研究組織干旱及水分虧缺項(xiàng)目研究中的應(yīng)用
Delta-T公司正為英國甜菜研究組織(BBRO)提供土壤傳感器和數(shù)據(jù)記錄儀，用于開展重要的干旱與水分虧缺研究項(xiàng)目。
英國平均59%的糖用甜菜種植在沙質(zhì)或砂基土壤上，這使得甜菜對(duì)干旱和水分虧缺格外敏感。
英國糖業(yè)集團(tuán)（British Sugar）的數(shù)據(jù)顯示，水分虧缺導(dǎo)致的產(chǎn)量損失年均達(dá)10%，在最干旱年份更是攀升至25%。此外，氣候預(yù)測(cè)表明未來夏季將愈發(fā)溫暖干燥，干旱相關(guān)的產(chǎn)量損失可能會(huì)愈發(fā)頻繁。
對(duì)于許多糖用甜菜種植者而言，灌溉往往并非可行之選。一方面，他們獲取灌溉基礎(chǔ)設(shè)施的途徑有限；另一方面，灌溉資源會(huì)優(yōu)先分配給土豆等價(jià)值更高的作物。即便具備灌溉條件，也只有在極端干旱的年份，灌溉帶來的收益才具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
因此，培育并篩選出在充足的水分條件與干旱條件下均能良好生長的甜菜品種，已成為甜菜產(chǎn)業(yè)的重要目標(biāo)。
BBRO 應(yīng)用科學(xué)家喬治娜・巴拉特（Georgina Barratt）表示：“為確保英國糖用甜菜在降雨量各異的年份均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定產(chǎn)量，為英國種植者提供兼具高耐旱性且無產(chǎn)量損失的品種至關(guān)重要。這類耐旱甜菜品種無需種植者大幅改變種植方式，就能維持產(chǎn)量，是一種兼具環(huán)境可持續(xù)性與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性的解決方案。”
研究方法
糖用甜菜的耐旱性是一項(xiàng)復(fù)雜性狀，受多種生理和形態(tài)特征影響。奧伯（Ober）在2005年開展的過往研究表明，耐旱指數(shù)(Drought Tolerance Index，簡稱DTI)較高的品種，往往能保持綠色冠層覆蓋度，且萎蔫程度較低，這意味著即便在土壤濕度不斷下降的情況下，這類品種仍能高效吸收水分。
這種水分吸收效率源于多個(gè)性狀，具體包括：
耐旱指數(shù)（DTI）的計(jì)算基于品種在上述兩種條件下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，能為種植者和育種者提供品種篩選的實(shí)用參考依據(jù)。
2023 年，BBRO啟動(dòng)了干旱研究試驗(yàn)，采用控制環(huán)境的研究方法，試驗(yàn)場(chǎng)地為長56 米的塑料大棚。
該試驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠精準(zhǔn)調(diào)控土壤濕度水平，同時(shí)在大棚外設(shè)置了糖用甜菜對(duì)照種植區(qū)，以模擬自然、未受干預(yù)的生長環(huán)境。
試驗(yàn)初期曾使用商用灌溉控制器，但該設(shè)備無法維持干旱處理所需的低且精確的土壤濕度閾值。
Delta-T土壤水分監(jiān)測(cè)儀器的應(yīng)用
2024年，BBRO整合了一套全新的土壤濕度監(jiān)測(cè)與灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 Delta-T公司的GP2數(shù)據(jù)記錄儀和WET150土壤水分傳感器。
喬治娜表示：“GP2數(shù)據(jù)記錄儀與WET150水分傳感器的土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為我們提供了所需的控制能力，能夠?qū)⑼寥罎穸染S持在用戶設(shè)定的水平。”
該土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
圖1展示了WET150傳感器采集的體積含水量（Volumetric Water Content，簡稱 VWC）數(shù)據(jù)，其中上方曲線代表灌溉處理區(qū)，下方曲線代表干旱處理區(qū)。
目前成果與未來規(guī)劃
2024年的試驗(yàn)結(jié)果顯示，灌溉處理區(qū)與干旱處理區(qū)的土壤濕度存在明顯差異，但未檢測(cè)到品種間的顯著響應(yīng)差異。這一結(jié)果可能是由于干旱脅迫施加時(shí)機(jī)過晚——在甜菜進(jìn)入12葉期之后才開始施加干旱處理。
“甜菜的耐旱性通常由早期干旱脅迫下作物生長發(fā)育初期的生理變化所決定。”
為此，2025年的試驗(yàn)將提前施加干旱脅迫，在甜菜5-6葉期即開始處理，且整個(gè)生長季將從始至終使用Delta-T土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這一調(diào)整將有助于在甜菜生長最關(guān)鍵的階段，更深入地了解不同品種的耐旱性差異。
圖2展示了在干旱、降雨和灌溉三種條件下種植的糖用甜菜，在播種后181天（Days After Sowing，簡稱 DAS）收獲時(shí)的平均校正產(chǎn)量數(shù)據(jù)。
研究結(jié)論
BBRO開展的干旱試驗(yàn)，是培育耐旱性更強(qiáng)的糖用甜菜品種的重要一步。在灌溉不切實(shí)際的環(huán)境中，品種篩選已成為氣候變化背景下保障產(chǎn)量穩(wěn)定的關(guān)鍵策略。
Delta-T公司的土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，已被證實(shí)是管理受控干旱環(huán)境的可靠且精準(zhǔn)的工具。該系統(tǒng)在BBRO試驗(yàn)中的應(yīng)用，帶來了以下價(jià)值：
相關(guān)儀器
WET150固定式土壤水分測(cè)量系統(tǒng)，用于野外長期在線監(jiān)測(cè)土壤水分的動(dòng)態(tài)變化，系統(tǒng)由GP2數(shù)據(jù)采集器和WET150土壤多參數(shù)傳感器組成。WET150土壤多參數(shù)傳感器是一款可以測(cè)量土壤五參數(shù)的SDI智能型傳感器，它能夠同時(shí)測(cè)量土壤含水量、溫度、電導(dǎo)率、孔隙水電導(dǎo)率和土壤介電常數(shù)五個(gè)參數(shù)。系統(tǒng)能夠在高鹽環(huán)境下，得到準(zhǔn)確的EC數(shù)據(jù)，同時(shí)具有溫度補(bǔ)償功能。堅(jiān)固防水的外殼，保證其可長期埋設(shè)土壤中。
英國平均59%的糖用甜菜種植在沙質(zhì)或砂基土壤上，這使得甜菜對(duì)干旱和水分虧缺格外敏感。
英國糖業(yè)集團(tuán)（British Sugar）的數(shù)據(jù)顯示，水分虧缺導(dǎo)致的產(chǎn)量損失年均達(dá)10%，在最干旱年份更是攀升至25%。此外，氣候預(yù)測(cè)表明未來夏季將愈發(fā)溫暖干燥，干旱相關(guān)的產(chǎn)量損失可能會(huì)愈發(fā)頻繁。
對(duì)于許多糖用甜菜種植者而言，灌溉往往并非可行之選。一方面，他們獲取灌溉基礎(chǔ)設(shè)施的途徑有限；另一方面，灌溉資源會(huì)優(yōu)先分配給土豆等價(jià)值更高的作物。即便具備灌溉條件，也只有在極端干旱的年份，灌溉帶來的收益才具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
因此，培育并篩選出在充足的水分條件與干旱條件下均能良好生長的甜菜品種，已成為甜菜產(chǎn)業(yè)的重要目標(biāo)。
BBRO 應(yīng)用科學(xué)家喬治娜・巴拉特（Georgina Barratt）表示：“為確保英國糖用甜菜在降雨量各異的年份均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定產(chǎn)量，為英國種植者提供兼具高耐旱性且無產(chǎn)量損失的品種至關(guān)重要。這類耐旱甜菜品種無需種植者大幅改變種植方式，就能維持產(chǎn)量，是一種兼具環(huán)境可持續(xù)性與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性的解決方案。”
研究方法
糖用甜菜的耐旱性是一項(xiàng)復(fù)雜性狀，受多種生理和形態(tài)特征影響。奧伯（Ober）在2005年開展的過往研究表明，耐旱指數(shù)(Drought Tolerance Index，簡稱DTI)較高的品種，往往能保持綠色冠層覆蓋度，且萎蔫程度較低，這意味著即便在土壤濕度不斷下降的情況下，這類品種仍能高效吸收水分。
這種水分吸收效率源于多個(gè)性狀，具體包括：
- 用于深度且高效汲取水分的根系結(jié)構(gòu)
- 調(diào)控水分流動(dòng)的葉片含水量與氣孔密度
- 影響導(dǎo)水率的儲(chǔ)藏根動(dòng)態(tài)變化
耐旱指數(shù)（DTI）的計(jì)算基于品種在上述兩種條件下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，能為種植者和育種者提供品種篩選的實(shí)用參考依據(jù)。
2023 年，BBRO啟動(dòng)了干旱研究試驗(yàn)，采用控制環(huán)境的研究方法，試驗(yàn)場(chǎng)地為長56 米的塑料大棚。
該試驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠精準(zhǔn)調(diào)控土壤濕度水平，同時(shí)在大棚外設(shè)置了糖用甜菜對(duì)照種植區(qū)，以模擬自然、未受干預(yù)的生長環(huán)境。
試驗(yàn)初期曾使用商用灌溉控制器，但該設(shè)備無法維持干旱處理所需的低且精確的土壤濕度閾值。
Delta-T土壤水分監(jiān)測(cè)儀器的應(yīng)用
2024年，BBRO整合了一套全新的土壤濕度監(jiān)測(cè)與灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 Delta-T公司的GP2數(shù)據(jù)記錄儀和WET150土壤水分傳感器。
喬治娜表示：“GP2數(shù)據(jù)記錄儀與WET150水分傳感器的土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為我們提供了所需的控制能力，能夠?qū)⑼寥罎穸染S持在用戶設(shè)定的水平。”
該土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
- 每個(gè)處理區(qū)均安裝了4個(gè)WET150土壤水分傳感器；
- GP2數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)4個(gè)WET150傳感器采集的濕度數(shù)據(jù)計(jì)算平均值；
- 系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算得出的濕度數(shù)據(jù)，控制灌溉電磁閥，進(jìn)而管理滴灌系統(tǒng)；
- 記錄的數(shù)據(jù)還包括氣象站與光合有效輻射（PAR）傳感器采集的環(huán)境參數(shù)；
- 搭建了一個(gè)帶有紅-黃-綠三色指示燈系統(tǒng)的儀表盤，用于直觀追蹤試驗(yàn)小區(qū)的土壤濕度是否維持在目標(biāo)水平。研究人員可通過該儀表盤實(shí)時(shí)調(diào)整灌溉設(shè)置。
圖1展示了WET150傳感器采集的體積含水量（Volumetric Water Content，簡稱 VWC）數(shù)據(jù)，其中上方曲線代表灌溉處理區(qū)，下方曲線代表干旱處理區(qū)。
目前成果與未來規(guī)劃
2024年的試驗(yàn)結(jié)果顯示，灌溉處理區(qū)與干旱處理區(qū)的土壤濕度存在明顯差異，但未檢測(cè)到品種間的顯著響應(yīng)差異。這一結(jié)果可能是由于干旱脅迫施加時(shí)機(jī)過晚——在甜菜進(jìn)入12葉期之后才開始施加干旱處理。
“甜菜的耐旱性通常由早期干旱脅迫下作物生長發(fā)育初期的生理變化所決定。”
為此，2025年的試驗(yàn)將提前施加干旱脅迫，在甜菜5-6葉期即開始處理，且整個(gè)生長季將從始至終使用Delta-T土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這一調(diào)整將有助于在甜菜生長最關(guān)鍵的階段，更深入地了解不同品種的耐旱性差異。
圖2展示了在干旱、降雨和灌溉三種條件下種植的糖用甜菜，在播種后181天（Days After Sowing，簡稱 DAS）收獲時(shí)的平均校正產(chǎn)量數(shù)據(jù)。
研究結(jié)論
BBRO開展的干旱試驗(yàn)，是培育耐旱性更強(qiáng)的糖用甜菜品種的重要一步。在灌溉不切實(shí)際的環(huán)境中，品種篩選已成為氣候變化背景下保障產(chǎn)量穩(wěn)定的關(guān)鍵策略。
Delta-T公司的土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，已被證實(shí)是管理受控干旱環(huán)境的可靠且精準(zhǔn)的工具。該系統(tǒng)在BBRO試驗(yàn)中的應(yīng)用，帶來了以下價(jià)值：
- 實(shí)現(xiàn)了多個(gè)處理區(qū)土壤濕度的可靠控制
- 基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了灌溉自動(dòng)化
- 提供了可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)高效的監(jiān)測(cè)解決方案
相關(guān)儀器
WET150固定式土壤水分測(cè)量系統(tǒng)，用于野外長期在線監(jiān)測(cè)土壤水分的動(dòng)態(tài)變化，系統(tǒng)由GP2數(shù)據(jù)采集器和WET150土壤多參數(shù)傳感器組成。WET150土壤多參數(shù)傳感器是一款可以測(cè)量土壤五參數(shù)的SDI智能型傳感器，它能夠同時(shí)測(cè)量土壤含水量、溫度、電導(dǎo)率、孔隙水電導(dǎo)率和土壤介電常數(shù)五個(gè)參數(shù)。系統(tǒng)能夠在高鹽環(huán)境下，得到準(zhǔn)確的EC數(shù)據(jù)，同時(shí)具有溫度補(bǔ)償功能。堅(jiān)固防水的外殼，保證其可長期埋設(shè)土壤中。
標(biāo)簽：
土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
干旱
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