本發(fā)明涉及一種節(jié)水灌溉方法，灌溉的時(shí)間節(jié)點(diǎn)由土壤-植物系統(tǒng)中的作物根區(qū)內(nèi)外土壤水分信息和作物莖直徑微變共同決策。

背景技術(shù)：

水是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。然而，近年來水資源安全問題日趨嚴(yán)重。尤其是我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，目前正處于產(chǎn)業(yè)化調(diào)整的關(guān)鍵階段，農(nóng)業(yè)與工業(yè)用水競(jìng)爭(zhēng)的矛盾在所難免。而作為淡水消耗最多的農(nóng)業(yè)灌溉，灌溉效率卻不足40%。因此，尋求一種有效提高農(nóng)業(yè)用水效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉的方法十分必要。

當(dāng)土壤處于非飽和水分狀態(tài)時(shí)，土壤與植物對(duì)水分運(yùn)移的支配權(quán)是建立在土壤水吸力與植物根吸力的相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系之上的。水分的運(yùn)移始終處于兩種吸力的動(dòng)態(tài)平衡當(dāng)中。因此，綜合考慮土壤-植物系統(tǒng)的水分信息進(jìn)行灌溉決策更具科學(xué)性。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于作物節(jié)水灌溉方法的研究多是基于選取合理的灌溉指標(biāo)，該指標(biāo)通常僅限于土壤或者植物單一對(duì)象的水分信息，具有較大的局限性。如測(cè)量某一深度土壤水分或者通過在土壤不同深度放置多個(gè)土壤傳感器獲取多點(diǎn)的土壤水分，顯然現(xiàn)有的土壤傳感技術(shù)勢(shì)必會(huì)對(duì)作物原位土壤環(huán)境造成擾動(dòng)，而且傳感器探頭的一致性也難以保證；對(duì)于植物水分信息的獲取普遍做法是測(cè)量葉片水勢(shì)、莖流速率、莖直徑或莖水分等。但是，此類方法一般均會(huì)對(duì)植物的正常生長(zhǎng)產(chǎn)生一定程度的影響，所獲取的水分信息不具備代表性?？梢?，無創(chuàng)傷獲取作物的土壤-植物系統(tǒng)水分信息，結(jié)合作物生長(zhǎng)階段的特點(diǎn)，選取合理的灌溉指標(biāo)是實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉的基本前提。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

（一）要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在不影響作物正常生長(zhǎng)的前提下，無創(chuàng)傷采集作物根區(qū)內(nèi)外土壤水分及作物莖直徑微變。然后根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段的需水特點(diǎn)，科學(xué)選擇二者的臨界值，以此作為作物的水脅迫指數(shù)制訂灌溉策略，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉。

（二）技術(shù)方案

1）基于lvdt技術(shù)，研制適用于不同作物的莖直徑微變傳感器的機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)和信號(hào)調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)莖直徑微變的無創(chuàng)傷檢測(cè)；針對(duì)作物存在的“根區(qū)邊界移動(dòng)問題”，在現(xiàn)有土壤水分傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制可測(cè)量多深度土壤剖面水分的錐式土壤水分傳感器，實(shí)現(xiàn)作物根區(qū)內(nèi)外土壤水分的檢測(cè)，同時(shí)保證作物生長(zhǎng)環(huán)境的無擾動(dòng)。

2）結(jié)合作物種類的差異以及根系發(fā)展的階段對(duì)水分需求的不同，科學(xué)選取作物根區(qū)內(nèi)外土壤水分的下限和莖直徑微變的臨界值作為作物干旱脅迫指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉。

（三）有益效果

本發(fā)明提供的基于土壤-植物系統(tǒng)關(guān)鍵水分信息的節(jié)水灌溉方法，采用自行研制的多深度土壤水分傳感器測(cè)量作物根區(qū)內(nèi)外的土壤水分；利用莖直徑微變傳感器無創(chuàng)傷連續(xù)檢測(cè)作物的莖直徑微變化，在不影響作物正常生長(zhǎng)的前提下獲取作物的水分脅迫信息，保證了水分信息的有效性。再結(jié)合作物生長(zhǎng)階段的差異性，確定干旱脅迫指數(shù)，以此指導(dǎo)節(jié)水灌溉。該方法綜合考慮土壤-植物系統(tǒng)水分運(yùn)移規(guī)律，傳感器安裝拆卸簡(jiǎn)單、精度高，成本相對(duì)低廉，具有較大的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明涉及的多深度土壤水分傳感器物理結(jié)構(gòu)示意圖，其中1：傳感器電路板安裝孔；2：同軸電纜；3：第1深度土壤水分傳感器電極；4：pvc連接桿；5：第2深度土壤水分傳感器電極；6：第3深度土壤水分傳感器電極；7：pvc錐頭。

附圖2為本發(fā)明涉及的作物莖直徑微變傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)及信號(hào)處理電路，其中1：信號(hào)調(diào)理電路；2：數(shù)據(jù)電纜；3：植物莖稈固定滑塊；4：滑塊滑動(dòng)支撐桿；5：緊固螺絲；6：lvdt傳感器探頭；7：傳感器探頭支撐機(jī)構(gòu)；8：傳感器支撐桿插空。

附圖3為本發(fā)明涉及的節(jié)水灌溉傳感器及設(shè)備安裝示意圖，其中1：多深度土壤水分傳感器；2：莖直徑微變傳感器；3：流量計(jì)；4：微氣象站；5：入水口；6：水流閥；7：水。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如附圖1為本發(fā)明涉及的多深度土壤水分傳感器物理結(jié)構(gòu)，其主體為錐桿狀，電極縱向嵌套在錐桿上不同位置，由同軸電纜線分別連接到信號(hào)處理電路。安裝時(shí)只需用土鉆在安裝點(diǎn)打一個(gè)直徑略小于錐桿的孔，即可插入傳感器，以此保證電極與土壤保持可靠、緊密的接觸，對(duì)原位土壤幾乎沒有擾動(dòng)。為降低功耗，傳感器信號(hào)處理電路可通過太陽(yáng)能進(jìn)行供電，各深度傳感器電極及其信號(hào)調(diào)理電路采取分時(shí)上電進(jìn)行土壤水分參數(shù)采集。

再如附圖2為本發(fā)明涉及的作物莖直徑微變傳感器機(jī)構(gòu)及信號(hào)處理電路。測(cè)量時(shí)先將植物莖稈固定滑塊取下，把待測(cè)植物莖稈固定于傳感器探頭與固定滑塊之間，保證植物正常生長(zhǎng)的前提下，將傳感器支撐機(jī)構(gòu)、傳感器探頭、植物莖稈固定滑塊通過緊固螺絲固定后，信號(hào)調(diào)理電路完成莖直徑微變的數(shù)據(jù)采集和輸出。

再如附圖3為本發(fā)明涉及的節(jié)水灌溉傳感器及設(shè)備安裝示意圖。根據(jù)作物生長(zhǎng)階段及其根系的生長(zhǎng)特點(diǎn)，綜合考慮所測(cè)得的作物根區(qū)內(nèi)外土壤水分和作物莖直徑微變，選取二者干旱脅迫臨界值作為干旱指標(biāo)，然后控制水流閥并實(shí)時(shí)讀取流量計(jì)的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉啊。微氣象站用于輔助優(yōu)化節(jié)水灌溉指標(biāo)。

最后所應(yīng)說明的是：以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種變化，如替換其它類型的土壤水分傳感器或莖直徑微變傳感器，因此所有等同的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的范疇，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及基于土壤?植物系統(tǒng)關(guān)鍵水分信息的節(jié)水灌溉方法。所述方法主要是通過一種多深度土壤水分傳感器測(cè)得作物根區(qū)內(nèi)外不同深度剖面的土壤水分含量，并利用植物莖直徑傳感器無創(chuàng)傷獲取作物的莖直徑微變，然后結(jié)合作物不同生長(zhǎng)階段的需水特點(diǎn)，選取合理灌溉指標(biāo)并制訂灌溉決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉。

技術(shù)研發(fā)人員：員玉良;張健;白仕文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2016.04.20
技術(shù)公布日：2017.10.31