1、1=關于小麥大田土壤及環境監測與災害預警監測系統的簡介小麥大田土壤及環境監測與災害預警監測系統概述農田生態環境對于小麥的生長有重要的影響，小麥最終的產量和質 量是各個階段農田生態環境綜合影響的結果，因此，有效的監測各種農 田生產環境對于保證小麥產量、提高品質、指導生產具有重要的作用。 小麥大田土壤及環境監測與災害預警監測系統針對長期以來農田生態環 境監測效率低、監測數據不準確、不全面等問題，應用無線通信、電子 等技術，構建一套包括土壤溫濕度、土壤電導率空氣溫濕度、風速風向、 降雨、光照、日照時數、光合有效和農田氣象等信息在內的農田環境監 測傳感器，并集成無線通信技術，形成具有無線接口的農田環境

2、監測傳 感器。以小麥作物為應用對象，以農田土壤水分、土壤溫度、水田溫度、 的感知為目標，針對農田生態環境監測中多點測量和區域測量等問題， 構建土壤水分、土壤溫度和降雨、風速風向傳感器等農田生態環境監測 系列傳感器。“3S”技術在農業生態環境監測中可用于土地的生產潛力 評價、土地的適宜性評價、土地持續利用評價及土壤侵蝕、土地沙化和 土地次生鹽漬化等監測.對土地環境的監測除實地進行定位觀測外，還 可用不同時期的同一幅影像進行影像迭加、對比，來準確地看出土地資源 的變化情況、耕地地面溫度、土壤水分的旱澇狀況等，環境條件以及農作 物的生長狀況也都可通過遠紅外和熱紅外接收的遙感影像探測到.另外, 還可以

3、建立基于“3S”技術的耕地退化定量評價模型和評價方法，定量分 析土地利用與耕地退化的生態環境響應，從土地利用的角度提出解決耕 地退化的調控措施、政策及建議等.一、小麥的一生1、生育期小麥從種子萌發、出苗、生根、長葉、拔節、孕穗、 抽穗、開花、結實，經過一系列生長發育過程，到產生新的種子，叫小 麥的一生。從播種到成熟需要的天數叫生育期。2、生育時期生產上根據小麥不同階段的生育特點，為了便于 栽培管理，可把小麥的一生劃分為12個生育時期，即出苗、三葉、分蘗、 越冬、返青、起身、拔節、孕穗、抽穗、開花、灌漿、成熟期。3、生長階段 根據小麥器官形成的特點，可將幾個連續的生育 時期合并為某一生長階段。一

4、般可分為三個生長階段。苗期階段 從出苗到起身期。主要進行營養生長，即以 長根、長葉和分蘗為主。中期階段 從起身至開花期。這是營養生長與生殖生長 并進階段，既有根、莖、時的生長，又有麥穗分化發育。后期階段 從開花至成熟期。也稱子粒形成階段，以生 殖生長為主。二、小麥各器官的構造和作用1、根小麥的根是由胚根和節根組成的。胚根也叫做種子根、初 生根。一棵幼苗通常有胚根35條，最多可達7條。大粒種子胚根多， 小粒種子胚根少。當第一1片綠價出現以后，就不再生新的胚根了。節 根也叫永久根、次生根。當麥苗生出23片綠葉的時候，節根就從莖基 部的節上長出來。小麥的分蘗多，節根也比較多。根系一般入土 100 一

5、 130厘米，最深的可達2米。根系入土越深，抗旱能力就越強。據調查， 一般約有60%的根系生長在20厘米深的土層里。小麥根的主要作用是： 從土壤中吸取水分和養分，并運送到莖葉中，進行體內有機物質的合成 和轉化，源源不斷地供給小麥生長發育的需要。2、莖小麥是成叢生長的，有一個主莖和幾個側莖（也叫分蘗）。小 麥的莖稈分為地上和地下兩部分，地下節間不伸長，構成分蘗節，地上 節間伸長，一般有46個節間。莖的主要作用是：使水分和溶解在水 里的礦物質養分（如氮、磷等）從根部通過莖部的導管由下而上流向葉子 和穗部；把葉子光合作用制造的有機營養物質（主要是糖分），通過莖部 篩管運輸到根和穗子。小麥的莖又是支持

6、器官。它使葉片有規律地分布， 以充分接受陽光，進行光合作用。此外，莖還可以貯藏養分，供小麥后 期灌漿之用。3、分蘗在正常情況下，出苗到分蘗約需15天左右。分蘗的發 生是有一定次序的：當小麥長出3片真葉時，首先從胚芽鞘腋間長出分 蘗，叫胚芽鞘分蘗。第4片葉出現時，主莖第l片葉腋芽伸長形成分蘗 叫分蘗節分蘗，也叫一級分蘗。當一級分蘗長出3片葉時，在其鞘葉腋 間長出分蘗叫二級分蘗，若條件適宜，還可長出三級分蘗。小麥的分蘗 不是都能抽穗結實的。凡能抽穗結實的叫有效分蘗，一般年前發生較早 的分蘗屬有效分蘗；不能抽穗結實的分蘗叫無效分蘗。一般年后生出的 分蘗屬無效分蘗。實踐證明，產量高的麥田與有效分蘗多有

7、關。這就是 為什么要非常重視有效分蘗的道理。小麥分蘗有二次高峰：第一次在年 前，天津市一般在10月下旬進入第一次分蘗高峰，歷時約20天；第二 次高峰在第二年返青后至起身期。小麥起身后，持續逐漸停止，并出現 兩極分化，大的、壯的分蘗成穗；小的、弱的逐漸死去。4、葉小麥的葉共約12 一 13片，年前一般長出67片，年后 莖稈上一般有6片。葉的形狀象帶子，有平行脈。拔節以后長出的葉片 比較寬大，還有明顯的葉鞘，緊包在節問外面。葉鞘和葉片相連處的薄 膜叫葉舌；兩旁還有葉耳緊包著莖稈。葉是小麥植株制造有機養料的主 要器官。葉片中有葉綠體，它能利用太陽光能，把水和二氧化碳制造成 有機物，并放出氧氣。小麥綠

8、葉在陽光下的這種生理活動，就是植物的 光合作用。沒有光合作用，小麥和其他作物都不能生活。生產實踐中常 用到葉面積系數。什么是葉面積系數呢?就是指單位土地面積上小麥植株 綠葉面積與土地面積的比值。根據天津市大面積調查證明，豐產小麥不 同階段葉面積系數的指標大體如下：冬前為1，返青時為0.5，起身期為 2，拔節期為4，孕穗期（即最大葉面積系數）為56，灌漿期為4。通俗 地講，就是要求小麥葉子最大時（孕穗后），一畝地小麥葉子平鋪起來要 有五六畝地那么大。但也不能使時面積系數過大，若葉子太大，互相遮 蔭，制造的營養物質反而會減少，還會使莖部節間軟化，易引起倒伏。5、穗每個麥穗由許多小穗組成。小穗一般分

9、左右兩排。一個麥 穗有1220個小穗。因此，一個麥穗是一個復穗狀花序。通常情況下， 麥穗上的小穗數目越多，產量就越高。旱薄地上每個麥穗只有幾個穗碼， 群眾叫“蠅頭小穗”，這種麥田產量不高。6、花每個小穗可以生長37朵花。每朵花外面包著兩個硬殼， 扣在外面的叫外穎，套在里面的叫內穎。輕輕地剝掉外穎，就露出兩個 鱗被（也叫漿片），里面還有3個雄蕊和一個雌蕊。雌蕊經授粉受精后， 子房就結成果實，這就是小麥的子粒。7、種子小麥的種子表面有果皮和種皮聯合在一起。這樣的種子 叫穎果。麥粒里面絕大部分是白色粉狀的東西，叫胚乳，是小麥的主要 貯藏物質。小麥種子成熟后，有一段休眠期。一般白皮種子休眠期短， 紅皮

10、種子休眠期長，這是紅皮小麥遇雨不易在穗上發芽的原因。在休眠 期里種子要完成后熟過程，以后在適宜的溫度，水分和氧氣條件下，才能發芽生長。三、冬小麥的階段發育麥收時掉在麥地里的種子遇雨后迅速發芽出苗，長成一簇簇的麥苗， 盡管溫高、雨多，但它不能拔節，更不能抽穗結粒。為什么?這是因為冬 小麥一生中要經過幾個內部質變階段才能完成其生長周期，最后產生種 子。這就叫做階段發育。目前研究比較清楚的是春化階段和光照階段。（一）春化階段冬小麥在種子吸水萌動后或幼苗期，需要度過一 段時間的低溫，才能通過個體發育所需經歷的內部變化，這種現象叫春 化現象，完成春化的一段時間叫春化階段。根據冬小麥通過春化階段對 溫度要

11、求的差異和時間的長短，把它們分為冬性、半冬性和春性三種類 型，現分別介紹如下.冬性溫度為03C，天數為35天以上。半冬性溫度為0-7C，天數為15-35天。春性溫度為0 12C，天數為5 一 15天。目前天津市種植的冬小麥品種，多數是冬性的，半冬性的很少。 在天津市適期播種的冬小麥在越冬前都可以完成春化階段。由于當時氣 溫較低，不能進入下一階段，所以冬小麥可以忍受零下20C或更低的溫 度。如果秋播春性品種，冬前會很快通過春化階段，由于氣溫尚高麥苗 開始拔節，抗寒力降低，冬天易受凍害死苗。所以在天津市選用品種時 不能用春性品種，南部地區若選用半冬性品種應適當晚播。四、小麥生長發育對環境條件的要求

12、土壤、水分、養分、溫度、光照和空氣是小麥生長發育必需的環境 條件。要取得小麥高產，一方面應因地制宜地選用優良品種，另一方面 要通過田間管理創造適宜小麥生長發育的環境條件。（一）土壤農諺有“土是本，肥是勁，水是命。”說明廣大農民 都非常重視創造一個適合小麥生長發育的豐產環境。一般認為，最適宜 小麥生長的土壤，應是熟土層厚、結構良好、有機質豐富、養分全面、 氮磷平衡、保水保肥力強、通透性好。此外、還要求土地平整，這樣才 能確保排灌自如，使小麥生長均勻一致，達到穩產高產的目的。（二）水分在小麥的一生中起著十分重要的作用。據研究，每生 產l千克小麥約需1000 一 1200千克水，其中有30% 40%

13、是由地面蒸 發掉的。天津市在小麥生長期間，降水量只有需水量的1/4左右。所以 麥田的不同時期灌水，以及采取抗旱保墑措施，對于補充小麥對水分的 需要有十分重要的意義。試驗表明，冬小麥備生育時期的耗水情況有如 下特點：.播種后至拔節前，植株小，溫度低，地面蒸發量小，耗水量 占全生育期耗水量的35% 40%，每畝日平均耗水量為0. 4立方米左 右。.拔節到抽穗，進入旺盛生長時期，耗水量急劇上升。在25 一30天時間內耗水量占總耗水量的20% 25%，每畝日耗水量為2. 2 3. 4立方米。此期是小麥需水的臨界期，如果缺水會嚴重減產。3.抽穗到成熟，約3540天，耗水量占總耗水量26% 42%， 日耗

14、水量比前一段略有增加。尤其是在抽穗前后，莖葉生長迅速，綠色 面積達一生最大值，日耗水量約4立方米。（三）溫度小麥的生長發育在不同階段有不同的適宜溫度范圍。 在最適溫度時，生長最快、發育最好。那么，不同階段要求的最適溫度 有什么區別呢？小麥種子發芽出苗的最適溫度是1520笆；小麥根系生 長的最適溫度為1620，最低溫度為2笆，超過30笆則受到抑制。溫 度是影響小麥分蘗生長的重要因素。在24笆時，開始分蘗生長，最適 溫度為1318，高于18笆分蘗生長減慢。小麥莖稈一般在10笆以上 開始伸長，在12 一 16笆形成短矮粗壯的莖，高于20笆易徒長，莖稈軟 弱，容易倒伏。小麥灌漿期的適宜溫度為2022。

15、如干熱風多，日平 均溫度高于25笆以上時，因失水過快，灌漿過程縮短，使子粒重量降低。（五）日照日照充足能促進新器官的形成，分蘗增多；從拔節到 抽穗期間，日照時間長，就可以正常地抽穗、開花；開花、灌漿期間， 充足的日照能保證小麥正常開花授粉，促進灌漿成熟。一、建設小麥大田土壤及環境監測與災害預警監測系統的必要性1、小麥生長發育與環境條件的關系1.1 土壤溫度小麥的生長發育在不同階段有不同的適宜溫度范圍。在最適溫度 時，生長最快、發育最好。那么，不同階段要求的最適溫度有什么區別 呢？小麥種子發芽出苗的最適溫度是1520笆；小麥根系生長的最適溫 度為1620，最低溫度為2笆，超過30笆則受到抑制。溫

16、度是影響小 麥分蘗生長的重要因素。在24笆時，開始分蘗生長，最適溫度為13 18笆，高于18笆分蘗生長減慢。小麥莖稈一般在10C以上開始伸長，在 12 一 16C形成短矮粗壯的莖，高于20C易徒長，莖稈軟弱，容易倒伏。 小麥灌漿期的適宜溫度為2022C。如干熱風多，日平均溫度高于25C 以上時，因失水過快，灌漿過程縮短，使子粒重量降低。因此，對于溫 度的監測至關緊要。1.2光照、日照時數光照階段冬小麥幼苗通過春化階段后，溫度達4C以上就開始進 入光照階段。在光照階段要求以長日照為主的綜合外界條件。根據冬小 麥通過光照階段對日照長短的要求和反應，也分為三種類型。反應敏感型要求光照每日在12小時以

17、上，天數為30-40天。反應中等型要求光照每日在8 一 12小時，天數為24天左 右。反應遲鈍型 要求光照每日在8小時以上，天數為16天左右。冬小麥對光照的要求要高、所針對些項指標需要觀測種植地區 的日照強度，及日照時長，通過監測數據選擇小麥品種，以保證提高生 產能力和產量。1.3 土壤水分水分在小麥的一生中起著十分重要的作用。據研究，每生產l 千克小麥約需1000 一 1200千克水，其中有30% 40%是由地面蒸發掉 的。所以麥田的不同時期灌水，以及采取抗旱保墑措施，對于補充小麥 對水分的需要有十分重要的意義。試驗表明，冬小麥備生育時期的耗水 情況有如下特點：1 .播種后至拔節前，植株小，

18、溫度低，地面蒸發量小，耗 水量占全生育期耗水量的35% 40%，每畝日平均耗水量為0. 4立方 米左右。拔節到抽穗，進入旺盛生長時期，耗水量急劇上升。在25 一30天時間內耗水量占總耗水量的20% 25%，每畝日耗水量為2. 2 3. 4立方米。此期是小麥需水的臨界期，如果缺水會嚴重減產。抽穗到成熟，約3540天，耗水量占總耗水量26%一 42%，日耗水量比前一段略有增加。尤其是在抽穗前后，莖葉生長迅速， 綠色面積達一生最大值，日耗水量約4立方米。監測指標。一般按020cm、2040cm、4060cm、60100cm四 個層次監測土壤含水量，其中，020cm、2040cm為必測層。播種出苗 期

19、時，加測010cm 土層。特殊作物根據其需水特性和根系分布深度確 定監測層次和深度。同時調查觀測氣象、作物表象、干土層厚度、田面 開裂、灌溉、農事操作等相關數據。水田淹水時監測淹水深度、排水狀 況等。1.4 EC、PH值對作物的影響水是栽培中的重要因素，它有著參與植物新陳代謝、調節土壤和 空氣的溫度濕度、溶解礦質養分、稀釋農藥等作用。水質對栽培有關鍵 性的作用，水質不好會使植物生理性缺素，影響農藥藥效、肥料肥效， 傷害根系等。而衡量土壤水的重要指標是土壤的pH、EC值。絕大多數植物根 系在pH值為5.2至6.2時，能正常活動。土壤的pH值過低或過高都會 抑制根系生長，具體表現在三個方面：首先是

20、根系只有在一定的pH值范 圍內才能進行正常的新陳代謝活動，包括呼吸、離子交換、對各種營養 元素的吸收等。一般植物根系的pH值要求在5.46.8之間，高于或者 低于這個范圍，植物根系的活動就會受到抑制，嚴重時根系可能壞死， 從而導致整個植株的死亡；第二個方面pH值會影響土壤中營養元素的有 效釋放，比如鈣、鎂等離子如果在高pH值的環境中，會形成不溶或者微 溶與水的化合物，不能被植物有效吸收；另外，pH值會影響根際微生物 活動，有些有益微生物可以幫助植物吸收養分、分解有機物、分泌有機 酸改善土壤環境等，而微生物活動需要在一定的pH值范圍內進行。EC值水的電導率可衡量水中可溶性礦物質總的濃度，電導率越

21、高濃 度越大。可溶性礦物質反映土壤的礦物質含量情況，如果長時間含量過 高會毒害植物，部分植物對礦物質含量比較敏感，比如紅掌在高電導值環境中花會變小，產量會降低，花莖會變短。部分作物對鹽的耐受程度 具體如下表1，在作物栽培時應該測定土壤的EC值，若超過作物要求的 臨界值時，作物的生長將受影響，具體如表2。表1部分作物對鹽的耐受程度植物名開始值dS/m (c)斜度百分數（%/ dS/m）等級黑莓1.522.0敏感草莓1.522.0敏感葡萄1.59.6中等敏感柚子1.816.0敏感柑橘1.716.0敏感芹菜1.86.2中等敏感小麥，甜小麥1.712.0中等敏感黃瓜2.513.0中等敏感茄子1.16.

22、9中等敏感甜馬鈴薯1.511中等敏感西紅柿2.59.9中等敏感西紅柿，櫻桃形1.79.1中等敏感甘藍0.99中等敏感蘿卜1.213.0中等敏感菠菜2.07.6中等敏感生菜1.313.0中等敏感甜菜4.09.0中等耐鹽椰菜2.89.2中等敏感因而，可以通過測定土壤的pH、EC值來判斷土壤、水質的安全性， 為選擇合適的肥料和作物做準備。表2 土壤飽和浸出液的電導率與鹽分（）和作物生長關系飽和浸出液EC25/ （dSm-1）鹽分/ (gkg-1)鹽漬化程度植物反應021610.0極重鹽土只有極少數耐鹽植物能生長，如鹽 植的牧草、灌木、樹木等。1.5空氣溫濕度對小麥的影響氣候對小麥品質的影響最大，其中

23、尤以溫度和水分最為重要。小 麥開花至成熟期間是籽粒產量和品質形成的關鍵時期，也是溫度影響小 麥子粒品質的重要階段。溫度對小麥品質的影響是多方面的：在灌漿期 間，空氣濕度，水分，溫度都會影響蛋白質含量，但這一時期溫度是最 重要的變量，如果晝/夜溫度從22笆/12笆上升到27笆/12笆時，蛋白質 含量從9%提高到13%，蛋白質含量明顯提高，籽粒蛋白質含量與灌漿過 程中的平均日均溫呈正相關；相關研究指出在小麥成熟前的15-20天期 間，最高氣溫對蛋白質影響最大，當最高溫度在32笆以上，蛋白質含量 反而降低，故成熟前23周內最高氣溫超過32笆對提高籽粒蛋白質反而 不利；抽穗-成熟期間的平均晝夜溫差與籽粒蛋白含量之間呈顯著負相 關。因些觀測空氣溫濕度，以提高預警和提前安排防治措施有著至關緊 要的意義。二、建設小麥大田土壤及環境監測與災害預警監測系統可取得的預 期效益建設小麥大田環境監測與災害預警監測系統，可實現高效節水，減 少灌溉、排水次數，節