洛桑研究所是全球运营时间悠长的农业研究机构。他们的“公园草地实验”开始于 1856 年,并仍在发展壮大。该实验研究不同类型的矿物肥料和有机肥料对用于收割干草的混播草坪的产出、植物成分和质量的影响。
最近,该研究团队一直渴望通过监测对比田中的土壤含水量来展示实验对土壤水文的影响。为此,他们总共选择了 12 块经过处理的田块,这些田块施用了一系列无机化肥和有机化肥,其中四块进行了石灰处理(以保持特定的土壤 pH值)。
在 12 块田中,每块田里均水平安装三台 Delta‐T Devices 的 SM150T 土壤湿度传感器,安装深度为 20 cm,电缆通过导管连回三台 GP2 数据记录仪。
传感器于 2020 年 2 月完成安装,记录仪即刻起每分钟询问一次传感器,并每小时记录一次平均、最高和最低土壤含水量,再上传至 Delta‐T 的线上数据平台:DeltaLINK‐Cloud。
通过这种方法,洛桑研究所的团队可以随时在智能移动设备上远程查看实时测量结果。该数据与任意子田里的每台 SM150T 传感器的结果良好吻合。
该团队使用了由 Delta‐T Devices 的仪器收集的数据,探索土壤含水量和土壤化学/微生物特性之间的关系。
SBR 是土耳其主要的水果生产商,成立于 1990 年,在土耳其的梅尔辛锡利夫凯地区经营。这家公司使用尖端技术,专攻浆果种植。SBR 拥有辽阔的种植园区,水培草莓温室面积达 400,000 平方米,剩下的 50,000 平方米的用于种植其它浆果。
SBR 的员工自 2018 年以来一直使用 Delta‐T Devices 的 WET 传感器(搭配手持式读数仪使用),每天多次测量植物根系周围的土壤湿度和孔隙水 EC(电导率),从而帮助其管理水培草莓种植。
SBR 的作物管理人员使用这些测量结果来微调施肥,从而使每种作物保持理想的水分和营养水平。
SBR 使用 WET 传感器数据是为了降低不必要的用水(泵送)成本以及减少昂贵肥料的使用量、浪费和流失,同时提升作物产量和水果品质。
SBR 的 Mehmet Özmen 表示:“传感器和读数仪的便携性使我们可以在检查作物时随身·携带它们,此外,它们还可多次校准,这意味着无论生长介质如何,我们都始终可以获得真实可信的读数。我们每天多次获取读数,WET‐2 传感器的电导率和湿度数据让我们可以调整灌溉和施肥水平,从而达到理想的土壤和基质条件。”
耶拿实验由德国研究基金会 (DFG) 资助,是一个专注生物多样性的长期研究项目。该大型项目自 2002 年开展,现已吸纳超 100 位科学家。该研究旨在发现哪些机制会影响生态系统的功能并使其稳定。
该实验在德国耶拿的一块 10 公顷的土地上进行,包括约 600 块人工拼接的草地。
所有田块各不相同,有些单播,其他则混播最多 60 种青草、草本植物或豆科作物。有些田块还做了遮盖,用来模拟干旱等极端气候。
耶拿实验的研究发现,植物物种丰富度提高后,植物产量也随之增加。这意味着在多样性更高的草地上会产生更高的生物量。
几乎在整个项目的长期开展过程中,PR2 剖面探测仪一直都是耶拿实验传感器网络的重要部分。
耶拿实验的科学协调人 Anne Ebeling 博士解释道:“在我们的研究中,土壤湿度是多个过程的重要参数,尤其是表层土以下的土壤湿度。因此,我们多年来一直使用 PR2 剖面探头测量地下一米深度的湿度剖面。PR2 可测量耶拿园区内共计 240 块实验田不同深度的土壤湿度。春天和夏天每周获取一次读数,秋天和冬天则每两周一次。”
该项目的其中一个主要难题一直是收集本地相关的土壤、农业气候和作物信息,用以支持开发强大的灌溉规划工具,而 Delta‐T Devices 的参与对这个环节尤为重要。
来自克兰菲尔德大学克兰菲尔德水文科学研究院的 Jerry Knox 教授解释了 Delta‐T Devices 的设备和技术支持在项目中会起到什么重要作用:“我们和 Delta‐T Devices 一起在哥伦比亚圣玛尔塔区域内选出的几个管理良好的种植园的不同深度下安装了两排 SM150T 土壤湿度传感器。我们还安装了一座 Delta‐T WS‐GP2 自动气象站,用以提供输入数据来驱动我们的灌溉模型 — 因为这片区域内的农业气候记录有限。Delta‐T Devices 套件有一流的水平,自我们安装好设备以来从未出错。我们现在计划在项目结束后把 SM150T 传感器留在原位,用以继续加深我们对香蕉作物下的土壤水分通量的了解。”
Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。
Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。
自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获取数千次读数。
农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在次优生长条件下几小时就会变质。”
Nick Deppe 介绍他的团队如果使用 WET 传感器
蒂斯河谷独特的稀有特殊植物群正处于危机之中。近来的调查表明,自 20 世纪 70 年代以来,植物物种的平均衰退率超过 50%,28 个物种目前濒危(部分原因是入侵性莎草和灯芯草的大量入侵)。
96 岁的 Margaret Bradshaw 博士(大英帝国员佐勋章获得者 ,MBE)是著名的植物学家,专门从事植物保护工作。她创办的慈善组织“蒂斯河谷特殊植物群研究与保护信托基金”旨在扭转这种衰退。
Margaret Bradshaw 博士 (MBE)
David Oatway 博士最近与该信托基金签约,以更好地了解在这个具有特殊科学意义的重要基地中发挥作用的生态过程。
Widdybank Fell 是蒂斯河谷中最重要的珍稀植物产地之一。此处的水文条件被认为是导致一些不受欢迎的植物群破坏性涌入的关键因素。据认为,出现这种情况的原因是通过淤泥流出的水流减少(草地越长越密的结果),导致地表水酸度增加,而这种条件更适合破坏性“涌入”植物的生长。
在 2021 年,一条自然闭合的古老排水沟被重新挖开,用以增加淤泥流水(这是一个特定于具体场地的非常规实验过程)。手工挖掘这条排水沟时发现,冰碛层上有一层 10‐12 cm 的原始腐殖质层,而原始腐殖质也被认为有利于喜酸植物的生长,而喜酸植物会抢占极地植物、高山植物和山地植物的生存空间,使其更加稀少。
Oatway 博士进一步解释道:“我正在使用 WET150 传感器检查新挖开的排水沟表面和地下的土壤含水量的差异,以及更普遍的钙质淤泥中的含水量,从而了解这些差异是否与植被组成的变化有关。我也在研究 pH 水平,因为我们怀疑流经淤泥时间越长的水流酸度会越高,从而影响某些植物的生长。”
David Oatway 博士
David 从在 Widdybank Fell 使用 WET150 传感器和套件的过程中获得了积极的结果。他说:“我从这个项目开始就很清楚,我需要一台特别善于在高湿度水平下作出良好区分的土壤传感器。在现场全面测试了 WET150 之后,我想说,在记录潮湿的钙质淤泥环境中的含水率这一方面,它非常有效。我了解现场的地貌,我敢说利用 WET150 的输出数据创建的可视化数据资料真的非常让人振奋。”
位于肯特郡的 NIAB EMR 的节水技术 (WET) 中心是一片辽阔的研究和示范园区,具有用于软果行业的创新种植技术和智能灌溉系统等一系列产品。
自 2017 年 WET 中心成立以来,Delta‐T Devices 一直是其行业合作伙伴,并为其研究项目和(商用)灌溉系统提供土壤传感器和数据记录仪。
WET 中心开发的灌溉技术不断发展,并取得了越来越引人注目的成果。2020 年,一级草莓的产量当量高达 72 吨/公顷(明显高于前一年)。对比历史产量,2011‐2013 年行业平均可销售草莓产量为 45 吨/公顷。
WET 中心的智能灌溉系统同时大幅提升了用水效率,种植一吨水果的用水量为 37.5 m3 ‐ 44 m3。相比之下,2011‐2013 年行业平均用水量在 49 m3 ‐ 108 m3 之间。以上数据明确展示了技术进步改善了这些关键指标。
用于实现这些重大成果的尖端技术围绕 NIAB EMR 团队的重要研究不断发展,该团队由 Mark Else 博士领导,他们使用多种 Delta‐T Devices 的仪器,包括 QS5 PAR 量子传感器、SM150T 和 ML3 ThetaProbe 土壤传感器、GP1 数据记录仪和 GP2 高级数据记录仪和控制器。
该团队在小型塑料棚中进行了控制生长环境的初步研究(目的是提高水果品质/产量和减少水资源浪费)。然而,WET 中心让研究者们有机会展示他们的技术在“现实世界”环境中同样有效,现实世界即指拥有实验台配置的典型大型商业农场的塑料大棚条件。
NIAB EMR 团队的研究重点是使用自动化灌溉控制系统,尽量减少人为干预。可编程的 GP2 数据记录仪可以让NIAB EMR 团队针对单独的实验灌溉管理制度设置不同的控制算法,并且测量和比较每种方法的效果。
这种试验方法可以让他们准确确定关键的植物逆境反应点,并确定在草莓植株在整个生命周期中生长基质的理想含水量水平。使用智能灌溉技术还可以帮助该团队确定实现草莓植株理想品质和产量所需的最低用水量。
随着水资源日益稀缺,以及集约型园艺种植系统可能将更多地设立在城市地区,而非常严格的防止水资源浪费的协议(和立法)可能也将在城市地区成为常态,必须尽量减少浪费。
越来越多的大型商业种植园区采用 WET 中心所使用的灌溉技术。2018 年对这样一家英国基地的研究清晰显示了使用由 NIAB EMR 研究团队设计、以 Delta‐T Devices 的设备(SM150T 传感器和 GP2 数据记录仪)和 Netafim UK 的设备(灌溉系统)为基础的紧密灌溉套件的好处。
这家种植园区提供的数据(如下)证明了通过自动化灌溉系统(由 SM150T 数据驱动)与通过传统的手动方法来控制基质湿度水平之间的区别。自动化系统实现了严格控制和高度一致的“锯齿状”模式(红线),与手动控制相比,产量提高了 7%。手动方法也明显地造成了更多基质过湿或过干的情况(蓝线)。
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