土壤水分状况（土壤水分）在决定作物产量潜力方面起着关键作用。植物根区的土壤水分必须保持平衡，以便植物能够优化其蒸腾作用（生物量/产量生产过程）以及水、养分和微量营养素的吸收。准确确定土壤水分状况（基质势或含水量）不仅对灌溉和水资源管理非常重要，而且也是土壤水分运动、化学（命运）运输、作物水分胁迫、蒸散、水文和作物建模、气候变化、，以及其他重要学科。灌溉管理需要了解“何时”和“多少”用水，以优化作物生产，提高和保持高水平的用水效率。过轻或不频繁的灌溉应用会对作物造成水分胁迫，也会造成不可逆转的损害。这可能导致作物产量和产量质量下降。

土壤体积含水量（SWC）)表示土壤中的水量，但不直接表示植物可利用的水量。

土壤基质势(SMP)表示土壤剖面中植物吸收/使用所含水量的相对可用性。SMP表示植物从土壤颗粒中提取水分子所需的能量。

过多的水或频繁的灌溉可能导致土壤厌氧，并促进土壤中不良的化学和生物反应，从而降低产量、水资源和能源。例如，在克莱中心附近的UNL中南部农业实验室进行的一项多年研究（Irmak，2014）报告说，玉米根区的水分比需要的水分多25%，导致谷物产量降低高达15 bu/ac，这是内布拉斯加州中南部可获得玉米产量的一大部分。由于土壤潮湿或洪水条件导致土壤中氧气浓度降低，可能导致植物气孔关闭，从而导致植物压力，因为尽管有水，但植物无法以最佳/潜在速率释放水蒸气。一些研究者报告说，土壤缺氧也会导致气孔关闭，即使植物没有水分亏缺的胁迫。因此，气孔关闭会降低蒸腾速率和产量，因为蒸腾速率和产量呈强线性相关（Irmak，2016）。

鉴于其对许多过程、植物生理功能和土壤-水-大气关系至关重要，土壤水分测定和灌溉管理决策必须基于技术而非非非技术方法（即手感法、日历日法、邻居的时间表、对土壤和/或作物状态的目视观察）以优化作物生产效率。此外，与某些天气变量不同，土壤湿度不是一个可转移的变量吗在位置或字段之间。它是一个特定于字段的变量，必须对每个字段进行测量。

土壤-水状况的表达

土壤剖面中的土壤水分状态可以用两种截然不同的方式表示：

1. 土壤体积含水量(% vol)
2. 土壤基质势(kPa)

土壤体积含水量（SWC）表示土壤中的水量，但不直接表示植物可利用的水量。土壤基质势（SMP）代表土壤剖面中植物吸收/利用的相对可用水量。SMP产生的土壤水量通过为特定土壤类型绘制的土壤水分特征曲线确定。从更实际的角度来说，SMP是植物从土壤颗粒中提取水分子必须施加多少能量（施加压力）的直接指示。随着土壤变得越来越干燥，植物必须消耗越来越多的能量来提取水分子。这是因为水分子首先从土壤的大孔隙中提取出来，水分子在较小的孔隙中保持得更紧密，随着土壤变得干燥，水分子和土壤孔隙之间的结合变得更牢固。植物首先提取最容易获得的水分子，然后逐渐提取更牢固的水分子。这就是为什么SMP随着土壤变得干燥而逐渐增加（SMP的最大值为零，这表明土壤非常潮湿）。随着土壤变得干燥，SMP呈负增长（更多的负张力），但在实际应用中，SMP中的负符号通常被忽略。

使用基于土壤含水量（SWC）的传感器时的灌溉触发点（阈值）

虽然作者使用水印和其他基于SMP的传感器的SMP值制定了一些针对不同土壤类型的灌溉管理/灌溉触发点的指南，但没有使用基于swc的传感器的灌溉管理/灌溉触发点指南。这是第一份利用基于swc的测量为不同土壤类型开发基于研究的灌溉触发点的出版物。在表1，土壤结构特征，土壤持水能力，以及基于SWC的灌溉触发点（体积%）的建议范围。

如果土壤湿度传感器没有很好的校准，触发点以及土壤湿度传感器的读数都会出错，导致

• 非最优作物生产；
• 浪费能源、时间、劳动力、水和财政资源；以及
• 妥协产量和质量。

这些基于SWC的触发点是在没有传感器故障的情况下计算的。触发点适用于任何基于SWC的传感器。它们是根据每英尺土层总土壤水分消耗约35%-40%计算的。传感器读数和触发点应根据季节期间实际田间条件下的作物外观进行验证/检查（至少在实施该方法的第一个季节）。对于灌溉管理，灌溉触发点应为作物繁殖阶段之前（例如，大豆R3阶段之前；玉米穗期之前）前2英尺SWC传感器的平均值（当传感器以30英寸的增量安装时，顶部1英尺和2英尺传感器读数的平均值）。一旦作物达到繁殖阶段，应使用前3英尺（顶部第一、第二和第三传感器读数的平均值）。然而，对于砂质土壤，由于蓄水能力非常低，应在季节期间始终将顶部两个传感器读数的平均值用作触发点，以触发灌溉。应注意的是，本节还提供了一些土壤特性表1因为触发点是这些土壤水分特征的函数。对于同一土壤系列，触发点可能会因这些特征的不同而不同。例如，即使两种土壤可归类为黑斯廷斯粉砂壤土，其粒径分布（即砂、粉砂和粘土的百分比）、田间持水量（FC），永久萎蔫点（PWP），容重（BD），饱和导水率（K_坐)，其他特征可能会有所不同，它们会有不同的灌溉触发点。由于很难给出每个土壤系列的触发点，因此在本研究中将土壤分为五类表1.

由于每一个基于SWC的土壤湿度传感器测量SWC都有一定的误差，为了适应至少一部分基于SWC的传感器的测量误差(有关分辨率/灵敏度和精度)，在触发器值中也包含了安全系数表1。值得注意的是，灌溉触发点在表1假设用于测量这些触发点的SWC传感器已针对传感器部署的土壤条件进行了良好校准。如果土壤湿度传感器没有很好地校准，触发点以及土壤湿度传感器读数。不会有用，两者都会导致错误的触发点和灌溉应用。反过来，这将导致非最佳作物产量；浪费能源、时间、劳动力、水和财力；在产量、质量和数量上有所妥协。

表1.在主要土壤类型中使用基于土壤含水量的传感器时，土壤质地特性、土壤持水能力和基于研究的灌溉触发点。FC：田间容量；PWP：永久萎蔫点；Ksat：饱和导水率；BD：容重（Irmak，S.，未发表的研究数据，2017年）。

土壤质地 和液压 特点	使用土壤含水量传感器时，不同土壤类型的土壤结构特性、持水能力和灌溉触发点
	粉质粘土壤土表土，粉质粘土底土(夏普斯堡)	粘壤土	高地粉质壤土表层土、粉质粘壤土下层土（黑斯廷斯、克里特、霍尔德雷格）	砂壤土	壤质沙（奥尼尔）	砂(情人节)
%沙粒	10	33	20	65	82	92
%粘土	34	34	20	10	6.	5.
%淤泥	56	33	60	25	12	3.
FC(%)卷	37.9	35	32.2	17.9	12	9．4
PWP（体积百分比）	21	21.3	17.3	8.1	5.7	5.
饱和度（%vol）	51.0	47.20	48.2	45	45.70	46
Ksat(在/小时)	0.23	0.18	0.48	1.98	3.59	4.50
屋宇署（磅/平方英尺）	81.06	87.39	85.67	91.10	89.78	88.90
BD（gr/cm3）	1．30	1.40	1．37	１．５０	1.44	1．42
持水能力(在/英尺)	1.80-2.0	1.60-1.80	2.20 - -2.30	1.20-1.80	0.75-1.10	0.50-0.60
使用SWC传感器时建议的灌溉触发点范围（%vol）	(25-27)	(23-25)	(23-24)	(12-14)	(8-10)	(6-8)

在图1a及b，SWC随降雨和/或灌溉以及土壤蒸发和蒸腾（蒸散）而波动。SWC随着灌溉和/或降雨而增加，随着土壤水分被植物吸收而减少。当进行灌溉时，土壤水应补充至约90%的FC，以便在剖面中保留一些蓄水量，以储存任何潜在降雨。在这两个图中，很明显，最干燥的层是顶部1英尺，该层中的SWC波动幅度最大，因为该层受到直接辐射、土壤蒸发和植物吸水的影响，因为大多数植物根系位于第一个1英尺的层中。在完全灌溉处理中(图1a)，大部分土层中的SWC在田间持水量和永久萎蔫点之间进行管理，没有明显的下降趋势，因为灌溉保持了SWC足以满足植物生长、发育和蒸散需求。因为雨养处理中没有灌溉(图1b)，几乎所有土壤层的SWC都有下降趋势，因为降雨不足，无法满足作物需水量，这是雨养作物系统的典型特征。

使用基于土壤基质电位（SMP）的传感器时的灌溉触发点（阈值）

基于触发器的灌溉管理是一种独特、稳健、以研究为基础的方法，不需要测量降水量或跟踪土壤水分状况来进行水平衡计算以确定灌溉触发点。

同样的,表2给出了八种主要土壤类型的每SMP读数的土壤耗水量（单位：kPa（cbar））和灌溉触发点范围。这些触发点和损耗水平不仅限于水印传感器，还可用于测量SMP的任何其他土壤水分传感器. 就像在美国一样表1，安全系数被纳入基于SMP的触发点计算中，以解释SMP测量中的不确定性。这些基于SMP的触发点已成功用于NAWMN函数，并且仍然有效。它们代表了基于SMP的灌溉管理实践的最新信息和数据。之间表1和2.，从业人员可以使用任何类型的校准良好的基于SWC或基于SMP的土壤水分传感器管理灌溉，最多可用于八种主要土壤类型。基于触发点的灌溉管理是一种独特、稳健且基于研究的方法，不需要测量降水量或跟踪土壤水分状况，以进行水平衡（预算）计算来确定灌溉触发点。SWC或SMP传感器将测量土壤剖面中SWC或SMP的变化，并通过测量SWC或SMP的变化对任何降水事件作出响应，并且这些值将波动，直到达到给定土壤类型的灌溉触发点。

在中南部农业实验室的中心枢轴灌溉玉米田中，使用中子探针测量SWC值的示例如所示图1(来自Irmak, 2015)。在完全灌溉(a)和雨养(b)处理下，每周或每隔一周测量1英尺至6英尺土壤深度的SWC。图中标明了田间容量(FC)和永久蔫点(PWP)值(分别为34%和14%体积)，以供参考。出于灌溉目的，作物根区土壤水分应在田间容量和永久枯萎点之间进行管理，因为这是植物吸收的可用水量。不应让土壤含水量接近永久萎蔫点，因为这会对植物造成严重的胁迫和/或不可逆的损害。重要的是利用技术监测土壤水分状况，以做出有效决策，保持作物根区最佳的土壤水分，否则无法通过视觉、手感或其他定性方法确定。

表2。土壤有效水的消耗（in/ft）与土壤基质势（SMP）以及不同土壤类型的建议灌溉触发点范围。这些基于SMP的触发点和损耗水平并非水印传感器独有，可用于测量SMP的任何土壤水分传感器。

土壤基质 电位（kPa）	土壤类型，水位仪和其他土壤基质势传感器测量的给定土壤基质势值相关的每英尺英寸耗竭，以及不同土壤类型的有效持水能力。
	粉质粘土壤土表土，粉质粘土底土(夏普斯堡)	粉壤土表土，粘壤土底土	高地粉质壤土表层土、粉质粘壤土下层土（黑斯廷斯、克里特、霍尔德雷格）	滩地淤泥质壤土（Wabash，Hall）	寻找沙壤土	砂壤土	壤质沙（奥尼尔）	寻找沙子（瓦伦丁）
0	0	0	0	0	0	0	0	0
20	0	0	0	0	0.20	0.30	0.30	0.30
33	0.20	0.14	0	0	0.55	0.50	0.45	0.55
50	0.45	0.36	0.32	0.30	0．80	0.70	0.60	0.70
60	0.50	0.40	０．４７	0.44	1	0．80	0.70	0.70
70	0.60	0.50	０．５９	0.50	1.10	0．80	0．80	0．80
80	0．65	0.55	0.70	0.60	1.20	1	0.93	1
90	0.70	0.60	0.78	0.70	1.40	1.20	1.04	不适用
100	0．80	0.68	0.85	0．80	1.60	1.40	1.10	不适用
110	0．82	0.72	0.89	0．88	不适用	不适用	不适用	不适用
120	0.85	0.77	0.91	0.94	不适用	不适用	不适用	不适用
130	0.86	0．82	0.94	1	不适用	不适用	不适用	不适用
140	0．88	0.85	0.97	1.10	不适用	不适用	不适用	不适用
150	0.90	0.86	1.08	1.20	不适用	不适用	不适用	不适用
200	1	0.95	1.20	1．30	不适用	不适用	不适用	不适用
持水能力(在/英尺)	1.8 - -2.0	1.8 - -2.0	2.20	2．00	1.80	1.40	1.10	1
灌水触发点建议范围(kPa)	75 - 80	80 - 90	90 - 100	75 - 80	45 - 55	30-33	25-30	20-25

图2显示了UNL中南部农业实验室在淤泥质壤土中的可变灌溉率和可变施肥率玉米田的三个土壤深度在生长季节的一部分时间内测得的SMP示例。与SWC类似，由于蒸发损失较大，表层土壤（1英尺）的SMP波动最大。该层受辐射、风速、作物吸水、蒸发等影响最大。第二层土壤（2英尺）的波动程度小于第一层，大于第三层。在季节期间，SMP多次达到灌溉触发点（当顶部两层的平均SMP值在抽穗前达到90-100 kPa，当顶部三个传感器的平均SMP值在抽穗后达到90-100 kPa），可提供有效的灌溉管理信息。

工具书类

Irmak，S.和D.Z.Haman。2001沙土中水印颗粒矩阵传感器的性能。农业应用工程17(6):787-795.

Irmak，S.2014年。因洪水或过度灌溉而受潮湿土壤条件影响的植物生长和产量.内布拉斯加州支线内布拉斯加州G1904。

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Irmak，S.，J.O.Payero，B.VanDeWalle，J.Rees，G.Zoubek，D.L.Martin，W.L.Kranz，D.E.Eisenhauer和D.Leininger。2016用于测量土壤水分状况的水印颗粒矩阵传感器的原理和工作特性及其在不同土壤质地灌溉管理中的实际应用. 内布拉斯加州延长线通告EC783。