一种基质栽培作物的灌溉决策方法

摘要

本发明公开了一种基质栽培作物的灌溉决策方法及灌溉系统，该方法包括下列步骤：（1）使用标定后的电介质型土壤水分传感器进行基质水分数据的采集；（2）采用基于动态数据驱动的数值模拟方法，建立基质水分运移和作物根系分布模型；（3）由基质湿润体含水量与预设的作物灌溉目标含水量进行比较，以及模型得到的基质湿润体和作物根区的匹配程度进行灌溉数据决策，并依据该方法发明了一种基质栽培作物的灌溉决策，本发明方法和系统能够提高基质水分预报的动态性、实时性，具有节水、节能的特点，对制定用水计划有重要意义，便于大面积推广应用。

主权项

一种基质栽培作物的灌溉决策方法,包括以下步骤： A确定基质类型和作物种类，在基质内部设立用于测量基质体积含水量的基质水分传感器和喷水系统，确定目标作物灌溉时的含水量上限和下限； B通过实验建立目标基质水分运移模型和作物根系分布模型 利用剖面挖掘法测量不同滴灌流量、不同滴灌历时下的基质湿润锋和基质体积含水量，通过数据拟合建立基质水分运移模型；在作物最佳生长条件下的不同生长期进行作物根系取样，测量作物最大根深及不同根深处的根区半径，通过拟合建立作物根系分布模型；其中： 基质水分运移模型包括基质径向、横向水分运移模型和基质湿润体模型； 水分运移模型方程为： 式中：R_x和R_y：径向和纵向湿润锋距离，单位：cm；t：灌溉时间，单位：h；q：滴头流量，单位：L/h；θ：基质体积含水量，单位：cm³·cm^‑3；a，b，c，d，e，f：待拟合参数； 基质湿润体体积模型方程为： 式中：V_误：基质湿润体体积，单位：cm³；R_x和R_y：径向和纵向湿润锋距离，单位：cm；R_ymax：纵向最大湿润锋距离，单位：cm； 根系分布模型包括根深生长模型、根区半径生长模型和根区体积模型，其中根深生长方程为： Z_max＝b_z·DD+g   (3) 式中：Z_max：最大根深，单位：cm；DD：有效积温，单位：℃；bz:待拟合常量，单位：cm·℃^‑1·d^‑1；g:定植时根深，单位：cm； 根区半径生长方程为： R_根＝hZ³+iZ²+jZ+k   (4) 式中：R_根:不同根深处的根区横向半径，单位：cm，Z:根深，单位：cm，h,i,j,k:与有效积温 有关的参量； 根区体积方程为： 式中：V_根：根系体积，单位：cm³；Z_max：最大根深，单位：cm；h,i,j,k:与有效积温有关的参量，可表示为： h＝h₁DD³+h₂DD²+h₃DD+h₄i＝i₁DD³+i₂DD²+i₃DD+i₄j＝j₁DD³+j₂DD²+j₃DD+j₄k＝k₁DD³+k₂DD²+k₃DD+k₄     (6) 式中：h₁、h₂、h₃、h₄,i₁、i₂、i₃、i₄,j₁、j₂、j₃、j₄,k₁、k₂、k₃、k₄：待拟合参数； 其中，DD为有效积温，其计算方程为： 式中：Ta：每天的平均温度，单位：℃；Tb：发育下限温度，单位：℃；Tm：发育上限温度，单位：℃； C灌溉决策 以目标基质适时的基质湿润体含水量与目标作物灌溉时的含水量上限和下限为基础，以基质水分运移模型和作物根系分布模型为依据，指导灌溉；当基质水分传感器检测的基质湿润体含水量低于目标作物灌溉时的含水量下限时，滴灌系统打开，开始灌溉；根据基质水分运移模型求得不同灌溉历时下的基质湿润体，与根据作物根系分布模型求得的作物根区进行匹配计算，使湿润体位置、大小与作物根区相匹配，直至基质湿润体与根系体积相重叠，此时通过基质水分传感器检测基质湿润体含水量，当基质湿润体含水量大于目标作物灌溉时的含水量上限时，滴灌系统停止灌溉。