灌溉管理

基于传感器调度

重点:

• 现在有许多传感器系统可以提供有关农田何时可以灌溉的有价值的信息.
• 无线数据传输和改进的软件接口现在使这些传感器实际用于农场.
• 获得基于传感器的调度经验的一种负担得起的方法是监测一个季节的田地，并在冬季查看数据，看看您的灌溉决策如何与传感器读数相匹配.

60多年来，人们一直在使用传感器来监测土壤水分状况，并提供数据来帮助确定何时灌溉. 在商业农场实际使用这些传感器的挑战之一是去现场并记录传感器输出所需的时间. 随着每人管理的农田数量的增加，挑战变得更大，同时要记住，在用水需求高峰时，某些系统可能需要至少每三天监测一次. 最近，各种传感器系统集成了相当实惠的无线数据传输功能，这使得基于传感器的调度更加实用. 这些新工具是受欢迎的, MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜2008年的自然资源调查显示，只有大约10%的MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜商使用了基于天气的调度工具或作物和土壤监测系统.

测量类型

传感器通常用来测量三种不同的物理特性，以确定何时灌溉:

1. 土壤基质势是衡量水与土壤结合紧密程度的指标——基质势越高，植物受到的水分胁迫就越大. 测量基质电位的传感器包括:张力计(图6.1)和电子传感器，如Irrometer的“水印”传感器.
2. 体积含水量是衡量每一体积土壤中水分的体积. 有几种类型的传感器测量这一特性，包括电容传感器, 时域反射(TDR)传感器, 中子探测器.
3. 冠层温度是衡量叶片表面温度的一个指标. Transpiration cools the leaves; 而且, 随着水分压力的增加, 蒸腾作用降低, 因此树冠变得更温暖. 冠层温度可以通过将热电偶小心地直接放置在树叶上来测量, 但最常用的测量方法是红外温度计(图6).2).

在第二节中，图2.3为基质电位与含水率的关系. 这种关系是土壤特有的, 最好的测定方法是在最小干扰下采集的土壤芯. 基质电位更容易从灌溉触发的角度来解释, 因为已经为MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜确定了特定土壤的阈值. 在粘土含量较高的土壤中，一般在50厘巴的范围内, 而在沙质土壤中，它可以低至30厘巴.

体积水分含量需要一些特定地点的校准，以确定何时灌溉, 并且通常是基于植物可利用水的概念. 土壤的持水能力通常定义为田间容量(低张力)和萎蔫点(高张力)的含水量之差。. 植物有效水分百分比(PAW)定义为:

通常用50%的PAW作为MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜的灌溉阈值.

将冠层温度解释为灌溉管理决策有点复杂, 尤其是在潮湿地区. 当空气潮湿时(相对湿度高), 即使是水分充足的MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜，蒸发冷却量也会减少. 研究仍在进行中，以确定适当使用冠层温度的MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜生长在潮湿地区. 在干旱地区, 从德克萨斯州西部到加利福尼亚州, 冠层温度是灌溉管理的良好工具. 它可以通过积累冠层温度高于最佳温度(MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜约82华氏度)的时间来使用。, 或者基于作物水分胁迫指数，该指数需要估计灌溉充足的作物的冠层温度，而这可以从天气数据中估计出来.

传感器类型

传感器用于测量土壤含水量或张力的方法对于理解传感器在MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜中的性能特征很重要. 张力计采用多孔陶瓷头直接接触土壤，直接测量土壤张力. 颗粒矩阵传感器测量电阻的变化，发生在土壤水移动进出传感器响应周围的土壤湿度, 这种电阻测量与土壤张力相关. 中子探测器计算与水中氢碰撞的中子数，通常与体积含水量相关. 张力计, 颗粒矩阵传感器, 中子散射法在灌溉调度中的应用历史悠久. 在过去的二十年里, 一种新型传感器已经上市，它可以测量土壤的介电常数或电容(材料储存电能的能力)。. 土壤孔隙中水分与空气的含量是影响土壤介电常数的最大因素. 确定这种电学性质的一种方法是测量无线电波穿过土壤时频率的变化, 被称为频域反射法(FDR). 另一种方法是测量电压脉冲的反射率模式，该电压脉冲应用于放置在土壤中的导丝, 被称为时域反射法(TDR). 测量介电常数的传感器通常与土壤体积含水量有关.

张力计在MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜灌溉调度中的作用可能有限. 它是MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜最精确的工具之一，但测量范围非常有限(仅限湿读数)，而MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜相当耐旱，土壤通常被允许干燥到一个点，张力计将打破张力. 一个例外是像壤土砂这样的土壤，需要经常浇水，并在低张力下将大部分有效水分保存在大孔隙中. 所有其他类型的传感器都有足够的范围用于MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜灌溉, 但是土壤类型仍然会影响传感器的性能. 张力计和颗粒基质传感器需要与土壤保持水力接触，以便水可以进出传感器. 在非常粗糙的沙子中, 随着土壤干燥，水导率变得非常低, 这样，水就不能再进出传感器了. 这种情况可以通过在传感器周围添加多孔材料来纠正，从而产生更好的接触. 此外，粘土的裂缝会破坏这些传感器中的水力接触. 这些开裂的粘土会给测量介电常数的传感器带来困难，因为传感器旁边的空气间隙会极大地改变测量结果. 总的来说, MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜有多种土壤传感器，可以在大多数条件下进行MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜灌溉调度.

获取土壤水分数据的成本和方法

从田间获取土壤水分/张力读数有几种不同的策略. MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜将最简单的方法称为“现场数据收集”，即在现场安装传感器，并将电线引至地面. 在这种情况下, 一个种植者或田间工人将带着一个手读器进入田间，并将其连接到导线上(每个传感器上已经有一个压力表). 此时，读数由手动记录，如果手动读取器有记录器，则记录. 阅读资料可能需要用图表或格式来加深对结果的理解. 这种方法的设备成本非常低，大约在300美元到1美元之间,000用于单个位置的至少两个传感器和一个手动读取器. 额外的位置将更便宜，因为手动阅读器可以运输到其他传感器位置. 记住，要包括派人去读取传感器所需的时间和成本. 这种方法有助于在读取数据时作出灌溉决定，但通常不能很好地记录土壤含水量或张力. 每周很难抽出时间阅读一次以上的书籍, 在潮湿地区经常发生的情况是，在下雨期间(不需要担心灌溉)或在长时间的干旱期间(已经决定灌溉是必要的)，传感器根本没有读取。. 最后, 随着作物的生长，传感器的位置可能会丢失，而且没有人喜欢进入潮湿的MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜田进行读数(头高的玉米更糟糕)。.

第二种方法MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜称之为“现场边缘测井”，其中传感器引线连接到记录器或无线电发射机，后者将读数无线发送到易于访问的现场边缘的数据记录器. 在这种情况下, 仍然需要有人到现场从记录仪下载读数，并将读数上传到软件程序中, 但没有人被要求进入作物. 一些记录器的板载显示器不需要这个下载和上传步骤. 结果是一个连续的数据集，可以很容易地与降雨和灌溉模式联系起来. 当然, 这种改进的便利性和更大的数据记录频率将花费更多, 大约500到2美元,第一个位置为000. 在许多情况下，每个新的传感器位置都需要重复整个成本, 但是一些额外的传感器位置可以连接到原始数据记录器，或者无线接收器/数据记录器可以便携式，因此可以在许多位置使用.

第三种方法MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜称之为“办公室计算机或智能手机接入”，其中数据记录器可以与现场或现场边缘的传感器一起放置，该记录器通过远程无线电将传感器读数传输到互联网, 手机, 或卫星. 这种便利性使得生产商几乎可以在任何地方访问他们的传感器，这使得设备成本显著增加了1美元,500 to $5,每个监测点000 000. 此外，还有每年125美元到400美元不等的通信和数据托管费用.

最后, 有“便携式传感器和数据记录仪”，其中传感器被放入每个监测位置的PVC访问管中，并在访问管内的多个土壤深度进行读数. PVC在每个测量地点的成本很小，但便携式装置的成本可能相当大, $4,000 to $8,000. 随着站点数量的增加，每个测量位置的设备成本迅速降低. 因此, 这种方法最常被非常大的生产者或灌溉调度顾问使用. 应该认识到，便携式传感器/记录仪仍然需要移动到田地并进入作物. 然而, 如果有顾问在出差, 你将获得另一双眼睛来观察你的作物，并每周提交一份准备好的灌溉计划报告. 如果有足够密集的灌溉者需要这种服务, 它可以以1美元的价格提供,500 to $2,每150英亩地每年有000个.

的决定因素

决定一种方法取决于几个因素. 首先，考虑你的管理风格. 你如何做出农场经营决策, 谁将读取传感器并打开/关闭灌溉系统, 你在什么时候需要这些信息? 其次，考虑你的劳动力资源. 你是否有专人来读取传感器，或者是否需要雇佣其他人, 执行所需的灌溉调度任务需要哪些培训, 以及到每个站点获取测量数据和处理信息需要多少时间? 最后，成本需要根据预期回报进行加权. 初始设备成本可能是一个障碍, 但这些需要在设备的使用寿命内摊销，并与作物价值的预期回报进行比较. 也, 这些方法可以由供应商作为服务提供, 在这种情况下，每年的成本已经确定.

成本因素

商业服务提供商倾向于采用成本较高的系统, 州和地方实体通常会帮助提供成本较低的替代方案. 接下来，每年的人工和维护成本需要包括在内. 有了这些信息, 一个明智的决定是可以做出的，但这个决定对每个人来说都不一样. 例如, 如果生产者在几个县有很多灌溉面积，可能会选择使用办公室/智能手机或咨询服务，因为需要花费时间和成本去拜访每个地点. 而如果一个生产者在家附近有几块灌溉田，他可能会决定每周利用自己的时间去“现场数据收集”或“现场边缘记录仪”的地点.

定位传感器

传感器应安装在灌溉系统下的每种作物上，因为不同的作物将有不同的种植日期和用水模式. 接下来要考虑的是在每种主要土壤类型中定位传感器. 然而, 土壤类型的排列模式通常不允许灌溉系统对其施用不同数量的水. 此外，野外地形也很重要，通常与土壤类型密切相关. 在单一灌溉系统下的农田可以包括山顶、山坡和底层. 由于雨水的流失和表土的侵蚀，山坡往往是最干燥的地方, 而底部则由于泥沙淤积和排水受阻而更潮湿. 山顶往往有排水良好的深层土壤.

灌溉调度

处理不同土壤和地形的一种方法是根据灌溉系统下的最低持水面积来安排灌溉，以便所有土壤都有足够的水分，较好的土壤得到的水分比优化产量所需的更多. 这是一个很好的方法，因为水不受限制，也不昂贵，而且作物对过量的水没有负面反应. 许多MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜种植区缺水, 一些MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜研究表明，过量浇水会导致产量潜力下降. 在这些情况下, 传感器安装应选择主要土壤类型，而不是最低持水土壤.

灌溉系统的类型

灌溉系统的类型也会影响传感器的位置. 中心枢纽灌溉, 由于喷头均匀性差，应避免使用枢轴点和端枪/角系统. 建议将传感器放置在外部枢纽跨度，因为这是一个有更大径流潜力的区域. 中心轴应用光线, 经常浇水，但不深入土壤剖面, 同样的情况也经常发生在短暂的夏季暴雨中. 因此, 一个传感器应该位于顶部6英寸，因为所有的水活动在这个区域. 在根区中心至少还要放置一个传感器. 由于浸泡时间较长，地表灌溉在农田头部比底部应用更多的水. 两个位置都应设置传感器，以提高地表灌溉的均匀性. 至于传感器的深度和距离作物行, 这些取决于浸泡模式，而浸泡模式因土壤类型和开启灌溉的时间长短而异. 一个传感器应放置在根区中间(深度)，并应在沟槽的湿润模式内. 其他传感器可以放置在较浅的地方，以检测降雨和/或深度，以检测通过根区渗透. 在滴灌中, 在滴灌带和湿润区边缘之间应放置一个传感器，以确保作物生长有足够的水. 另一个传感器应放置在滴灌带的下方，以防止滴灌造成的深层渗透. 最后一个传感器应放置在湿润区外缘靠近作物行处，以监测滴灌的水平浸泡情况，并监测该区域外土壤中储存的可通过滴灌补充的水分.

传感器的使用

最后, 考虑种植后, 土壤, 地形与灌溉类型, 应选择交通便利的地点. 传感器应放置在靠近田间道路的地方，但要离道路足够远，这样非种植区域不会影响读数, 离公路至少20码. 当使用“现场数据收集或便携式记录仪/传感器方法”时，这显然有助于找到传感器并进入现场,然而，当需要维护时，容易访问对于“现场数据记录仪边缘”和有线/无线系统很重要. 也, 选择在正常行驶路线上的野外道路将增加获得读数的频率.

传感器的安装

正如传感器类型部分所提到的, 除了中子之外，大多数传感器都需要安装在与土壤有良好接触的地方, 研究表明小的气隙不会影响探针的性能. 传感器配置也会影响安装方式. 具有圆柱形的传感器通常安装在小螺旋钻(1至2英寸)上，并通过土壤泥浆或力配合到略小的螺旋孔中来创建良好的土壤接触. 泥浆是通过混合土从螺旋孔与水，以创建一个厚但可流动的混合物. 土壤可以先筛选去除石头和土块，电池操作的钻头上的油漆搅拌机也可以帮助创建光滑的泥浆. 有些沙子不能形成良好的泥浆, 但这不是问题，因为水可以顺着钻孔倒下去, 导致沙子填充在传感器周围，然后迅速流失. 在力配合法中, 可能需要某种类型的锤子和传感器保护器，或者可以使用土壤撬上的土壤渗透探头在较大的螺旋钻孔底部创建一个小的紧密配合的孔. 力拟合保留了传感器旁边的适当土层，但可以压缩土壤结构，而泥浆可以混合土层并在干燥时开裂. 非圆柱形的传感器需要挖掘或更大的螺旋钻. 一旦挖掘到所需的深度, 传感器要么在周围手工包装土壤，要么插入孔的侧壁/底部. 在这种情况下, 传感器的深度可以限制在2英尺左右, 这取决于你手臂的长度. 当使用高成本传感器系统时，服务提供商通常会提供安装帮助. 有时政府机构和教育机构将协助安装成本较低的传感器系统.

与现场操作的兼容性

还应该考虑传感器系统与现场操作的兼容性. 你不希望破坏传感器设备，而不能收到你所支付的信息. 在免耕种植中，传感器和/或电线可以全年埋在地里. 然而, 即使是免耕, 在某些现场作业中，可能需要移除发射机/记录器, 但是，如果设备被放置在没有车轮交通的行中，则需要较少的移除. 在传统种植或地面传感器系统, 传感器, 电线和变送器/记录器需要在最后一次耕作作业后安装，并在收获前拆除. 非圆柱形传感器将更难移除，因为除了地面上的电线之外，可能什么都没有. 在颗粒矩阵传感器的情况下, 延伸到地面的PVC管可以粘在传感器上. 再一次。, 将该设备放置在没有喷雾器轮或N注入coulters的一排排上，将增加它在现场的时间，并保护它免受损坏. 的确，车轮可以碾过铺设在地面上的电线. 然而，泥泞的轮胎会粘在电线上，缠绕在车轴上，折断电线. 如果车轮必须通过电线，这部分电线可以放置在地面以下一英寸. 至于无线系统，必须考虑天线的类型和位置. 卫星和手机可以通过作物树冠进行传输，因此可以放置在足够低的位置，以便喷雾栅飞过. 相反, 短程无线电发射机在现场运行，必须放置在没有障碍物的地形或树木的冠层之上. 无线电可以有一个鞭状天线，喷雾臂可以通过，或者天线柱可以在喷雾操作前后降低和升高.

连接无线系统

作为最后的安装说明, 您应该了解连接无线系统所涉及的复杂性, 因为你需要知道你要检查的是哪块地和多深的土壤，以便做出灌溉决定. 在这方面, 有些系统非常简单，因为每个传感器/发射机都有唯一的地址和地址, 当你给发射机和接收机装上电池时, 该地址与土壤水分数据直接转换到一个网站，你只需要正确标记地址. 其他系统需要更多地注意细节. 您可能需要跟踪多个传感器电线, 它们连接在发射器中的哪些连接器上, 通过设置发射器上的开关或跳线来唯一地定位连接器位置, 最终能够在软件或网站上识别地址. 由于电线断裂和需要移除变送器/记录仪，在传感器电线从地面和连接端伸出来时，通过在传感器电线上放置不同颜色的电气胶带来识别传感器深度位置非常重要.

解释传感器结果

了解如何使用传感器数据来安排灌溉是主要目标. 土壤张力通常比土壤含水量更容易解释，因为土壤类型的影响较小，而张力是植物从任何土壤中吸收水分的难度的衡量标准. 对于MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜来说，50至60厘巴的张力是开始灌溉的良好标志. 图6.5为以50厘巴为触发目标时土壤水分张力的变化趋势. 请注意，由于灌溉系统启动的延迟以及水到达田间的时间延迟, 读数确实超过了触发点，许多州特定的建议解释了这种延迟(即, MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜在50厘巴时不会受压, 但这是灌溉计划应该开始的时候). 在沙土中, 你要保持在50厘巴以下的张力, 而在深淤泥壤土等高持水能力土壤中，这一标志应得到不同的观察. 在第一次开花的时候, 你需要一些干燥的土壤来防止过度的营养生长, 因此，张力应允许接近50至60焦耳，灌溉不应用于保持张力低于这一标志. 如果剩余的生长季节极度干燥, 50至60 cb张力将需要优化产量. 然而, 如果剩余的生长季节是间歇性的多雨, 在良好的保水土壤中，MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜产量在更高的张力(100至120 cb)下得到了优化.

与张力测量相反，土壤含水量为20% (2.每英尺土壤4英寸的水)在不同的土壤中意味着不同的东西. 在淤泥壤土里, 20%可能意味着是时候在沙土达到田间容量时进行灌溉，不需要灌溉. 这并不意味着您应该总是选择土壤张力传感器而不是土壤含水量，因为如果您了解传感器所在的土壤，并且传感器针对该土壤进行了充分校准，您将从土壤含水量中获得更好的信息. 例如, you may know that 2 more inches of water can be depleted from the soil profile before irrigation is required; 而且, 如果MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜水分利用率在0左右.2 in/day，需要在10天内(2.0除以0.2 = 10). 此外，如果1英寸的水在补充点以下耗尽, 你知道灌溉一英寸是需要的.

传感器读数的准确性

从土壤传感器获得含水量的绝对精度是很难的. 它需要在重力样本和直接从现场采集的传感器读数之间进行回归分析, 这一过程可能需要随着时间的推移而重复，以获得适当的土壤湿度范围. 这种校准必须与现场的重要土壤条件联系起来，例如现场容量, 允许损耗和萎蔫点. 这种精确度可以成为服务提供商的卖点，但生产商通常不会尝试. 对于许多制作人来说，相对准确性是一个更好的目标. 例如, 电容探头(介电常数的测量)在每次安装时都会改变校准(即使在几乎相同的位置的同一场中)，因为背景介电常数随每次安装而变化. 因此, 现场容量通常确定为浆液应用的快速排水或大型润湿事件停止的点. 然后，应应用制造商对土壤类型的校准来估计萎蔫点和允许损耗. 尽管土壤含水量并不完全准确, 仍然可以估算出可以除去或添加到土壤中的水的量. 当然，在实际数字没有多大意义的地方，传感器可以用作标记. 通过经验, 可以建立一个上下水位，灌溉的目标是保持在这两条线之间.

最后, 在做决定之前，您应该看一看传感器软件，并提出以下问题. 软件是否有组织，以便您可以轻松找到传感器场的位置和深度? 您是否可以轻松地添加定制的管理线路, 如作物生长阶段和土壤容量, 允许损耗和/或触发点? 是否容易理解需要做出什么样的灌溉决策, 特别是当水资源在几个领域之间共享时? 将这些灌溉决策传递给实际执行灌溉的人会有多容易?

传感器的回顾性使用

土壤-水传感器提供了MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜地下根区环境和土壤-水资源的视图和信息. 农业系统的这些关键组成部分不容易观察到, 并且必须进行测量和监控，以更好地了解和优化其重要和不断变化的条件.

基于土壤-水传感器的调度最常用于实时灌溉调度, 随需应变的条件下. 这些条件假设水, 劳动力和其他任何资源都可以在任何时候用于灌溉, 根据需要. 许多灌溉, 然而, 难道就没有这样取之不尽的灌溉用水吗, 或者可能没有必要的劳动力或其他资源随时可用. 灌溉可按日历安排, 例如, where water is delivered or available only at fixed time intervals; or, 由于劳动力或后勤限制, 是否定期进行. 土壤水分监测仍有用武之地, 然而, 并且可以为各种目的提供有价值的信息.

而土壤-水传感器的测量通常用于实时调度, 这些信息也可以用于回顾, 收获后生长期分析. 安装在野外的自动监测站在整个季节运行, 被动地收集和存储土壤水分数据, 而生产者则进行正常的生产和灌溉活动. 在赛季结束的时候, 对土壤-水数据进行了检验, 与其他生产信息相结合, 了解地面活动对地下水资源的影响, 反之亦然.

利用季后土壤-水数据

而生产者的灌溉作业往往受到限制, 而且不能有重大的偏差, 经常会有做细微改变的空间. 对季节后土壤-水资料的审查可能会建议在下一季节对灌溉管理做法作出改变. 例如, 对土壤-水分数据的检查可能表明，土壤干燥的速度不象假定的那样快. 一个每10天灌溉一次的MG游戏中心排名-澳门MG游戏平台排名-好游戏及好应用排名_apple app store排行榜者可能会考虑将时间间隔延长到每两周, 使作物更好地利用可利用的土壤-水资源, 也许还可以减少所需的灌溉次数. 相反, 土壤水分的测量可能表明用水不足, 可能对作物造成压力，降低产量. 在灌溉过程中多浇水, 或者更频繁地灌溉, 会使用更多的水，但是, 如果产量提高, 可能提高用水效率和整体利润.

回顾性土壤-水监测的好处还延伸到其他可能影响土壤的农业活动, 水保, 和文化条件. 耕作的治疗方法, 如深壤保护或少耕, 改变土壤结构，影响入渗, 持水能力, 和根的生长. 提高播种率或植物密度等文化措施, 或者行间距, 会对土壤水分利用产生影响吗, 而且 vice versa; 水保 resources can affect crop growth under various conditions. 通过监测土壤水资源和作物用水, 生产者可以检查各种文化习俗的影响，更好地了解它们对作物生长的影响, 水的利用, 和产量.