[发明专利]一种基质栽培作物的灌溉决策方法及灌溉系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基质栽培作物的灌溉决策方法及灌溉系统。

背景技术

我国是农业大国，又是世界上人均水资源最缺乏的国家之一。农业作为我国的用水大户，用水量约占水资源总量的65%，且农业用水浪费十分严重，目前，农田灌溉水有效利用系数仅为0.5，与世界先进水平0.7~0.8有较大差距，农作物水分利用率平均为0.87kg/m³，与以色列2.32相比，差1.45kg/m³，可见我国农业灌溉节水潜力相当可观。因此如何协调农业生产需求和节水需求之间的矛盾成为急需解决的问题。

目前关于有关土壤栽培作物的节水灌溉专利的研究与实际应用都已相对成熟。如发明专利公开号CN101574053A公开了一种智能式作物局部根区交替灌溉控制方法及系统，发明专利公开号CN1409959A公开了一种新型灌溉方法及其灌溉系统等，但由于基质理化特性与土壤差别较大，前人关于土壤节水灌溉的研究并不能完全适用于基质栽培。

近年来设施基质栽培蔬菜在我国迅速发展，随着设施基质栽培作物面积不断扩大，同时为缓解我国水资源危机的现状，发展先进的设施基质栽培节水灌溉方法更是刻不容缓。因此，将已有的节水理论和实践经验相结合，研究新型设施基质栽培的节水灌溉技术及价格低廉、操作简单的灌溉决策系统具有重要现实意义。

发明内容

为了解决目前设施基质栽培作物时无法实现精确节水灌溉，实现灌溉系统自动灌溉决策的技术问题，本发明提出一种新型的基质栽培作物的灌溉决策方法及灌溉系统。

一种基质栽培作物的灌溉决策方法, 其原理是以基质水分传感器检测的基质湿润体（即，滴灌形成的湿润的基质部分）含水量小于通过实验得到的目标作物灌溉时的含水量下限作为开始灌溉的条件；当作物根区的体积和基质湿润体的体积相匹配以后，通过检测基质湿润体含水量是否大于通过实验得到的目标作物灌溉时的含水量上限来决策是否停止灌溉，两个条件同时具备，即基质湿润体位置大小应至少覆盖作物根区且基质水分传感器检测的基质湿润体含水量大于预设的灌溉上限时停止灌溉，以避免灌水浪费。

采用的技术方案是：一种基质栽培作物的新型灌溉决策方法,包括以下步骤：

（1）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；

（2）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（基质不同含水量的分界线）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： 

                                                                               （1）

式中： 和：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；：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：

                  （2）

式中：： 基质湿润体体积 ，单位：cm³；和：径向和纵向湿润锋距离，单位：cm；：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（即扎根深度动态模型）、根区半径生长模型（不同根深处的根区横向半径）和根区体积模型，其中根深生长方程为：

                     （3）

式中：：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:定植时生菜根深，单位：cm；

根区半径生长方程为：

                   （4）

式中：R_根:不同根深处的根区横向半径，单位：cm，: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：

   （5）