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[洋蔥]洋蔥作物不同土壤質地需水反應表現

資料來源:農業部高雄區農業改良場/張耀聰副研究員、黃祥益副研究員兼分場長

作物水分管理是農業生產過程中一項非常重要的工作,直接影響了農作物的收成量及品質,管理不當甚至造成作物病蟲危害大發生。近年來,由於氣候變遷造成降雨異常澇旱不均,使得作物需水管理成為農業生產關鍵因子之一,以往田間作物是否需要灌溉純粹為世代經驗傳承,但耕作人口老齡化,年輕世代經驗傳承不足,即便年輕農民購入常見之土壤水分張力計或土壤水分感測等設備進行量測,雖可快速測得數值,但因土壤質地因子影響,測得數值會出現極大差異,難以直接判斷作物是否需水灌溉,而此類土壤水分感測設備對於作物需水之對應關係,仍需要考量作物之種類、植株發育情況與外觀表徵及土壤質地等因數進行綜合評估,最終再與感測數值作對應比較,如此土壤水分感測設備顯現數值對農民才具有意義。

但此種作法曠日廢時,一旦其中一項參數改變,土壤水分感測設備顯示之數值對應作物需水將再重新被定義,因此即便目前相關土壤水分感測設備隨科技進步,銷售價格已逐漸平民化,但土壤水分感測設備所測得數值,仍須經由不斷觀察測試才能對應至作物需水規則。為解決以上作物需水間接量測問題,開發作物直接量測需水狀態之設備,將能提供農民更直接了解作物需水狀態,進而適當進行灌溉補水,以達到精準灌溉及節水之功能。

洋蔥作物為恆春半島極為重要之蔬菜作物,該地區亦為國內最大之洋蔥栽種產區,每年10月至隔年4月為主要栽種季節,經以往研究人員調查,恆春半島栽種洋蔥耕地,主要以砂質土為主,占46.5%,壤土與黏土分別為29.6%及23.9%。而不同土壤質地之洋蔥需水灌溉,依據老農經驗分為砂質土約7天左右灌溉一次,壤土10天左右灌溉一次,黏土15天左右灌溉一次,但當植株較小時,灌溉天數將會提早,避免幼苗階段缺水,此外天氣因數亦會影響灌溉頻率。為了解恆春半島耕地不同土壤質地種植洋蔥之需水狀態,因此於恆春洋蔥耕地採取三種不同質地土壤進行洋蔥盆栽測試(表1),以確認不同土壤質地洋蔥需水狀態。

表1.恆春半島洋蔥耕地不同土壤質地進行盆栽測試之土壤分析表1.恆春半島洋蔥耕地不同土壤質地進行盆栽測試之土壤分析

洋蔥選擇品種為CAL708系列,為恆春半島栽種面積最多之洋蔥品種,並於發芽盤播種後3天移入穴盤中,再經8週培育移植入三種不同土壤質地之6吋盆栽中,培育2個月後進行限水管理,並使用TDR100之土壤水分感測器進行土壤水分測定,另觀察洋蔥植株外觀變化狀態,以洋蔥植株折葉至葉尖出現黃化作為洋蔥作物需水分級之外觀判定依據,如葉尖出現黃化則判定植物已經損傷,已達植物最低需水之土壤含水量。藉此範圍判定為洋蔥作物需水至缺水受損之推測,因此將洋蔥需水分級為1.正常狀態:植株外觀正常,葉片直挺。2.洋蔥作物缺水狀態:正常直挺之葉片,在不受外力影響,自然出現生理折葉現象,此為植株需進行灌溉階段。3.作物極度缺水:當洋蔥作物缺水折葉後,若持續不進行水分補給,葉尖則會出現黃化受損狀態,此部分為不可逆反應,因此有可能會造成作物減產情況發生。經洋蔥盆栽刻意限水進行測試,從折葉出現至葉尖黃化,砂壤土推測為14.6-12.5%(圖1)、黏土推測為19.2-15.2%(圖2)及砂土推測為5.9-4.5%(圖3)。

圖1. 砂壤土土壤水分含量於14.6%(左)與12.5%(右)洋蔥植株外觀變化情形圖1. 砂壤土土壤水分含量於14.6%(左)與12.5%(右)洋蔥植株外觀變化情形
圖2. 黏土壤水分含量於19.2%(左)及15.2%(右)洋蔥植株外觀變化情形圖2. 黏土壤水分含量於19.2%(左)及15.2%(右)洋蔥植株外觀變化情形
圖3. 砂土土壤水分含量於5.9%(左)及4.5%(右)洋蔥植株外觀變化情形圖3. 砂土土壤水分含量於5.9%(左)及4.5%(右)洋蔥植株外觀變化情形

由以上測試結果,亦可清楚得知洋蔥作物之需水狀態,在不同土壤質地所測得之土壤水分含量數值均不相同,並且需不斷觀察作物狀態才能與土壤水分含量變化間接對應,因此直接量測作物進行需水狀態判是將更直接與準確進行判斷。而在作物直接量測需水方法,經研究可使用一種非侵入式工具—電阻抗譜學(electrochemical impedance spectroscopy,簡稱 EIS)(圖4),依據作物缺水狀態植體之電阻抗值提升原理進行量測,並依據以上三種不同土壤質地所測得之作物需水情況進行不同需水狀態閥值設定,可將作物需水狀態分為正常狀態、缺水狀態及極度缺水狀態,並藉由訊號無線傳輸系統提醒使用者作物需水情況,以作為灌溉參考依據,此項系統開發完成應用於洋蔥作物,將能使洋蔥作物水分管理智能化及資訊化,藉以改善水資源應用模式,提升作物產能或品質。

圖4.EIS作物需水阻抗雛型設備操作測試圖4.EIS作物需水阻抗雛型設備操作測試

▲研發團隊:洋蔥作物需水感測系統開發團隊

聯絡人:張耀聰/副研究員

電話:08-7746767

E-mail:ytc@mail.kdais.gov.tw

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