本發(fā)明涉及水肥一體化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水肥一體化灌溉施肥的控制方法。

背景技術(shù)：

水肥一體化技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，是精準(zhǔn)施肥的重要手段，根據(jù)不同的環(huán)境條件和作物水肥需求規(guī)律，運(yùn)用科學(xué)合理的控制方法實(shí)施水肥一體化，是實(shí)現(xiàn)高效灌溉與施肥的必由之路。但是，由于水肥一體化技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，人們普遍存在既缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，又缺乏對(duì)應(yīng)用技術(shù)的深入研究，在實(shí)施水肥一體化技術(shù)的時(shí)候，如何進(jìn)行灌溉施肥時(shí)期、灌溉施肥量、灌溉施肥頻次及施肥濃度等方面的控制，還缺乏操作性強(qiáng)的方法，導(dǎo)致水肥一體化應(yīng)用困難，實(shí)施效果不佳。

在已公開(kāi)的技術(shù)中，雖然也有人提出對(duì)灌溉施肥時(shí)期、灌溉施肥量和灌溉施肥周期的控制方案，但均不夠具體和全面。如灌溉施肥時(shí)期要確定在作物的水肥敏感期和需求旺盛期，施肥量要有施肥總量與階段施肥量之分，在作物生長(zhǎng)的不同階段還要控制不同的施肥濃度和養(yǎng)分配比，土壤濕度的控制也要考慮土壤濕潤(rùn)程度和濕潤(rùn)深度等，這些方面均需要有相應(yīng)的量值確定和控制方法，已有的技術(shù)并沒(méi)有提供明確的和系統(tǒng)的應(yīng)用方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)水肥一體化應(yīng)用過(guò)程中缺乏系統(tǒng)性的控制方法，導(dǎo)致實(shí)施效果上的不足，提供一種全面精準(zhǔn)控制灌溉與施肥的技術(shù)與方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

水肥一體化四控灌溉施肥方法，上述四控灌溉施肥方法由灌溉施肥的時(shí)間控制、施肥量控制、養(yǎng)分比例控制、土壤濕度控制四個(gè)方面內(nèi)容組成。

本發(fā)明的水肥一體化四控灌溉施肥方法進(jìn)一步設(shè)置為：

時(shí)間控制，又包括灌溉施肥的時(shí)期控制與每次灌溉施肥的時(shí)長(zhǎng)控制；

施肥量控制，又包括施肥總量控制與單次施肥量控制；

養(yǎng)分比例控制，又包括肥液濃度控制與肥液養(yǎng)分配比控制；

土壤濕度控制，又包括濕潤(rùn)程度控制與濕潤(rùn)深度或灌溉深度控制。

本發(fā)明的水肥一體化四控灌溉施肥方法進(jìn)一步設(shè)置為：

上述時(shí)期控制為根據(jù)作物生育階段設(shè)置在作物對(duì)水肥需求的敏感階段和旺盛階段，上述時(shí)長(zhǎng)控制為根據(jù)不同作物對(duì)土壤濕度和階段養(yǎng)分量的需求來(lái)確定每次灌溉施肥的時(shí)長(zhǎng)，并通過(guò)電腦或控制器來(lái)設(shè)定；

上述的施肥總量控制為根據(jù)作物品種、目標(biāo)產(chǎn)量、基礎(chǔ)地力科學(xué)制定施肥總量，上述單次施肥量控制為根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段營(yíng)養(yǎng)需求程度，按灌溉次數(shù)分解單次施肥量；

上述肥液濃度控制為根據(jù)不同作物對(duì)肥液濃度的耐受程度和土壤濕度確定灌溉濃度，上述肥液養(yǎng)分配比控制為根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)元素的需求，通過(guò)人工或配肥設(shè)備配制不同養(yǎng)分比例的肥液，并通過(guò)施肥設(shè)備實(shí)施水肥一體化灌溉施肥；

上述濕潤(rùn)程度控制為根據(jù)不同作物對(duì)土壤水分的要求控制適合的土壤濕度，上述土壤濕度通過(guò)在根系密集區(qū)或最大根土功能空間的中部埋設(shè)水分傳感器采集而來(lái)，控制器根據(jù)采集的土壤濕度在達(dá)到作物水分需求上限或下限后開(kāi)啟或關(guān)閉灌溉閥門(mén)。

上述濕潤(rùn)深度控制為根據(jù)作物根系主要分布區(qū)控制灌溉水在土壤中下滲的深度；上述濕潤(rùn)深度控制信號(hào)由根系密集區(qū)或最大根土功能空間下部埋設(shè)的底層土壤水分傳感感應(yīng)而來(lái)，當(dāng)控制器收到水分下滲到根層下部的感應(yīng)信號(hào)后關(guān)閉灌溉閥門(mén)。

本發(fā)明的水肥一體化四控灌溉施肥方法進(jìn)一步設(shè)置為：

當(dāng)作物為淹水作物時(shí)，上述濕潤(rùn)深度控制為灌溉深度控制，即飽和水層上下限控制，上述土壤水分傳感器為測(cè)量田面水位及落干后土壤飽和水所處位置的水位器，當(dāng)控制器收到水位下限或上限后打開(kāi)或關(guān)閉灌溉閥門(mén)。

本發(fā)明的水肥一體化四控灌溉施肥方法進(jìn)一步設(shè)置為：

上述根系密集區(qū)或最大根土功能空間為作物成熟后的根系密集分布區(qū)。

本發(fā)明的水肥一體化四控灌溉施肥方法進(jìn)一步設(shè)置為：

上述作物包括番茄，其生長(zhǎng)階段中的水肥敏感階段為番茄的開(kāi)花結(jié)果期，上述旺盛階段為番茄的果實(shí)膨大期和盛果期；

上述淹水作物包括水稻，其生長(zhǎng)階段中的水肥敏感階段為水稻的分蘗期、拔節(jié)期、抽穗楊花期、灌漿期，上述旺盛階段為水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的快速階段。

本發(fā)明的水肥一體化四控灌溉施肥方法進(jìn)一步設(shè)置為：

具體步驟依次如下：

步驟1、數(shù)據(jù)庫(kù)建立：

對(duì)不同種植地點(diǎn)根據(jù)衛(wèi)星定位器的定位方案進(jìn)行區(qū)域坐標(biāo)編號(hào)，調(diào)查區(qū)域內(nèi)的土壤類(lèi)型、測(cè)定土壤肥力數(shù)據(jù)，根據(jù)不同作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)和水分養(yǎng)分需求規(guī)律確定模型；建立不同作物在其不同生長(zhǎng)階段所需的土壤濕度、養(yǎng)分需求量、養(yǎng)分比例、可耐受的施肥濃度等指標(biāo)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并使用顯示器觸摸屏界面存入到控制器中；

步驟2、灌溉施肥參數(shù)調(diào)用：

在種植地點(diǎn)通過(guò)控制器獲取衛(wèi)星定位器的位置數(shù)據(jù)，控制器自動(dòng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用種植區(qū)域內(nèi)不同種植作物的灌溉施肥參數(shù)，選擇作物之后根據(jù)灌溉施肥參數(shù)與模型，制定施肥方案。

步驟3、肥水配制和養(yǎng)分比例控制：

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)元素的要求，選取溶解性良好的尿素、磷酸二氫鉀、氯化鉀或其它肥料，按比例溶解配制成滴灌液肥，儲(chǔ)存于肥料桶中，或根據(jù)施肥參數(shù)自動(dòng)按比例獲取不同養(yǎng)分液體肥料配制成滴灌液肥，直接供應(yīng)灌溉施肥系統(tǒng)應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分比例控制。

步驟4、智能動(dòng)態(tài)監(jiān)控：

控制器控制并定時(shí)采集設(shè)置于灌溉施肥區(qū)的衛(wèi)星定位器、圖像采集器、土壤水分傳感器、養(yǎng)分濃度、養(yǎng)分比例、灌溉量等數(shù)據(jù)；

步驟5、時(shí)間控制：

根據(jù)灌溉施肥方案，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確定作物灌溉施肥的時(shí)期與每次灌溉施肥的時(shí)長(zhǎng)；

步驟6、施肥量控制：

根據(jù)灌溉施肥方案，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確定施肥總量控制與單次施肥量控制；

步驟7、土壤濕度控制：

根據(jù)灌溉施肥方案，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確定作物的濕潤(rùn)程度與濕潤(rùn)深度；

步驟8、濕潤(rùn)程度控制：

根據(jù)中層土壤水分傳感器測(cè)量，實(shí)現(xiàn)灌溉濕潤(rùn)程度控制：灌溉水由滴頭滴入土壤，并在植物根區(qū)擴(kuò)散下滲，當(dāng)埋于根層中部的土壤水分傳感器感應(yīng)達(dá)到作物水分需求上限時(shí)，感應(yīng)信號(hào)指示控制閥關(guān)閉，本次灌溉結(jié)束；

步驟9、濕潤(rùn)深度控制：

根據(jù)底層土壤水分傳感器，實(shí)現(xiàn)灌溉深度控制，灌溉水由滴頭滴入土壤，并在植物根區(qū)擴(kuò)散下滲，當(dāng)灌溉濕潤(rùn)鋒到達(dá)根層下部時(shí)，埋在該層的水分傳感器感應(yīng)到土壤濕度提高，并通過(guò)電信號(hào)指示控制閥關(guān)閉，完成單次灌溉過(guò)程；

對(duì)于淹水作物，通過(guò)確定灌溉前水層或土壤飽和水需要下降到達(dá)的位置，并確定灌溉后的水層厚度，從而控制灌溉深度，實(shí)現(xiàn)灌溉控濕或深；

步驟10、重復(fù)步驟3-步驟9；

步驟11、作物收割，完成整個(gè)灌溉施肥過(guò)程。

本發(fā)明的水肥一體化四控灌溉施肥方法進(jìn)一步設(shè)置為：

在步驟3-11中，動(dòng)態(tài)監(jiān)控并采集圖像數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的缺氮或磷或鉀作物葉片圖片或養(yǎng)分超量作物葉片照片進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)圖像對(duì)比結(jié)果進(jìn)行灌溉施肥方案的修正；

本發(fā)明的水肥一體化四控灌溉施肥方法進(jìn)一步設(shè)置為：

第一步，人工或自動(dòng)獲取多個(gè)位置點(diǎn)中的一個(gè)葉片圖像；

第二步，對(duì)葉片圖像與標(biāo)準(zhǔn)葉片圖像進(jìn)行對(duì)比，找到與其最近似的數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)圖像，當(dāng)兩者灰度數(shù)據(jù)一致度超過(guò)5-15%，即可判斷其中度缺鉀或缺磷肥或氮肥，超過(guò)30%，及判斷為嚴(yán)重缺乏，同時(shí)根據(jù)所缺肥料的種類(lèi)，調(diào)整施肥方案。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、本發(fā)明方法通過(guò)提出系統(tǒng)性的水肥一體化控制技術(shù)與方法，易掌握、易操作，方便于廣泛的推廣應(yīng)用。

2、本發(fā)明提出水肥一體化灌溉程度由控制土壤濕度和灌溉深度來(lái)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)埋設(shè)土壤濕度傳感器（電子水分傳感器、土壤水分張力計(jì)或水位器）來(lái)定量讀取或顯示，便于使用和操作。

3、本發(fā)明針對(duì)不同作物的水分需求和根系深度實(shí)現(xiàn)土壤濕度和灌溉深度的精良控制，可以將灌溉水和肥料溶液限定在根區(qū)范圍，從而避免過(guò)量施肥引起的揮發(fā)、滲漏等損失，實(shí)現(xiàn)水肥的高效利用。

4、本發(fā)明提出水肥一體化施肥控制根據(jù)作物不同階段的養(yǎng)分需求、結(jié)合測(cè)土配方施肥技術(shù)科學(xué)制定施肥總量，并通過(guò)施肥計(jì)量、濃度控制、設(shè)計(jì)灌溉施肥頻次，應(yīng)用比例施肥器、電腦控制或人工控制等方法調(diào)節(jié)控制不同階段施肥量，可以實(shí)現(xiàn)精確施肥，并節(jié)省人工。

5、本發(fā)明根據(jù)作物養(yǎng)分需求規(guī)律進(jìn)行施肥控制，并科學(xué)合理地控制灌溉施肥的時(shí)間和空間，既保證作物能夠良好生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，又可控制因過(guò)量施肥造成肥料流失或揮發(fā)造成環(huán)境污染，并減輕土壤板結(jié)和連作障礙等。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的四控灌溉施肥示意圖。

圖2是本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于此。

實(shí)施例1

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種水肥一體化四控灌溉施肥方法，包括灌溉施肥的時(shí)間控制、施肥量控制、養(yǎng)分比例控制、土壤濕度控制。

時(shí)間控制，由灌溉施肥的時(shí)期控制與每次灌溉施肥的時(shí)長(zhǎng)控制組成；施肥量控制，由括施肥總量控制與單次施肥量組成；養(yǎng)分比例控制，由肥液濃度控制與肥液養(yǎng)分配比控制組成；土壤濕度控制，由濕潤(rùn)程度控制與濕潤(rùn)深度控制組成。

時(shí)期控制為根據(jù)作物生育階段設(shè)置在作物對(duì)水肥需求的敏感階段和旺盛階段，時(shí)長(zhǎng)控制為根據(jù)不同作物對(duì)土壤濕度和階段養(yǎng)分量的需求來(lái)確定每次灌溉施肥的時(shí)長(zhǎng)，并通過(guò)電腦或控制器來(lái)設(shè)定；

施肥總量控制為根據(jù)作物品種、目標(biāo)產(chǎn)量、基礎(chǔ)地力科學(xué)制定施肥總量，單次施肥量控制為根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段營(yíng)養(yǎng)需求程度，按灌溉次數(shù)分解單次施肥量；

肥液濃度控制為根據(jù)不同作物對(duì)肥液濃度的耐受程度和土壤濕度確定灌溉濃度，肥液養(yǎng)分配比控制為根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)元素的需求，通過(guò)人工或配肥設(shè)備配制不同養(yǎng)分比例的肥液，并通過(guò)施肥設(shè)備實(shí)施水肥一體化灌溉施肥；

濕潤(rùn)程度控制為根據(jù)不同作物對(duì)土壤水分的要求控制適合的土壤濕度，土壤濕度通過(guò)在根系密集區(qū)或最大根土功能空間的中部埋設(shè)水分傳感器采集而來(lái)，控制器根據(jù)采集的土壤濕度在達(dá)到作物水分需求上限或下限后開(kāi)啟或關(guān)閉灌溉閥門(mén)。

濕潤(rùn)深度控制為根據(jù)作物根系主要分布區(qū)控制灌溉水在土壤中下滲的深度；濕潤(rùn)深度控制信號(hào)由根系密集區(qū)（最大根土功能空間）下部埋設(shè)的底層土壤水分傳感感應(yīng)而來(lái)，當(dāng)控制器收到水分下滲到根層下部的感應(yīng)信號(hào)后關(guān)閉灌溉閥門(mén)。對(duì)于淹水作物，土壤水分傳感器為測(cè)量田面水位及落干后土壤飽和水所處位置的水位器，當(dāng)控制器收到水位下限或上限后打開(kāi)或關(guān)閉灌溉閥門(mén)。

根系密集區(qū)或最大根土功能空間為作物成熟后的根系密集分布區(qū)。

作物包括番茄，其生長(zhǎng)階段中的水肥敏感階段為番茄的開(kāi)花結(jié)果期，旺盛階段為番茄的果實(shí)膨大期和盛果期。

作物包括水稻，其生長(zhǎng)階段中的水肥敏感階段為水稻的分蘗期、拔節(jié)期、抽穗楊花期、灌漿期，旺盛階段為水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的快速階段。

本發(fā)明方法更進(jìn)一步設(shè)置為，具體步驟依次如下：

步驟1、數(shù)據(jù)庫(kù)建立：

對(duì)不同種植地點(diǎn)根據(jù)衛(wèi)星定位器的定位方案進(jìn)行區(qū)域坐標(biāo)編號(hào)，調(diào)查區(qū)域內(nèi)的土壤類(lèi)型、測(cè)定土壤肥力數(shù)據(jù)，根據(jù)不同作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)和水分養(yǎng)分需求規(guī)律確定模型；建立不同作物在其不同生長(zhǎng)階段所需的土壤濕度、養(yǎng)分需求量、養(yǎng)分比例、可耐受的施肥濃度等指標(biāo)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并使用顯示器觸摸屏界面存入到控制器中；

步驟2、灌溉施肥參數(shù)調(diào)用：

在種植地點(diǎn)通過(guò)控制器獲取衛(wèi)星定位器的位置數(shù)據(jù)，控制器自動(dòng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用種植區(qū)域和內(nèi)不同種植作物的灌溉施肥參數(shù)，選擇作物之后根據(jù)灌溉施肥參數(shù)，制定施肥方案。

步驟3、肥水配制和養(yǎng)分比例控制：

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)元素的要求，選取溶解性良好的尿素、磷酸二氫鉀、氯化鉀或其它肥料，按比例溶解配制成滴灌液肥，儲(chǔ)存于肥料桶中，或根據(jù)施肥參數(shù)自動(dòng)按比例獲取不同養(yǎng)分液體肥料配制成滴灌液肥，直接供應(yīng)灌溉施肥系統(tǒng)應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分比例控制；

步驟4、智能動(dòng)態(tài)監(jiān)控：

控制器控制并定時(shí)采集設(shè)置于灌溉施肥區(qū)的衛(wèi)星定位器、圖像采集器、土壤水分傳感器、養(yǎng)分濃度、養(yǎng)分比例、灌溉量等數(shù)據(jù)；

步驟5、時(shí)間控制：

根據(jù)灌溉施肥方案，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確定作物灌溉施肥的時(shí)期與每次灌溉施肥的時(shí)長(zhǎng)；

步驟6、施肥量控制：

根據(jù)灌溉施肥方案，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確定施肥總量控制與單次施肥量控制；

步驟7、土壤濕度控制：

根據(jù)灌溉施肥方案，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確定作物的濕潤(rùn)程度與濕潤(rùn)深度；

步驟8、濕潤(rùn)程度控制：

根據(jù)中層土壤水分傳感器測(cè)量，實(shí)現(xiàn)灌溉濕潤(rùn)程度控制：灌溉水由滴頭滴入土壤，并在植物根區(qū)擴(kuò)散下滲，當(dāng)埋于根層中部的土壤水分傳感器感應(yīng)達(dá)到作物水分需求上限時(shí)，感應(yīng)信號(hào)指示控制閥關(guān)閉，本次灌溉結(jié)束；

步驟9、濕潤(rùn)深度控制：

根據(jù)底層土壤水分傳感器，實(shí)現(xiàn)灌溉深度控制，灌溉水由滴頭滴入土壤，并在植物根區(qū)擴(kuò)散下滲，當(dāng)灌溉濕潤(rùn)鋒到達(dá)根層下部時(shí)，埋在該層的水分傳感器感應(yīng)到土壤濕度提高，并通過(guò)電信號(hào)指示控制閥關(guān)閉，完成單次灌溉過(guò)程；

通過(guò)確定灌溉前土壤飽和水需要下降到達(dá)的位置，并確定灌溉后的水層厚度，從而控制灌溉深度，實(shí)現(xiàn)灌溉“控濕（深）”

步驟10、重復(fù)步驟3-步驟9；

步驟11、作物收割，完成整個(gè)灌溉施肥過(guò)程。

圖像對(duì)比的方法步驟如下：

在步驟3-11中，動(dòng)態(tài)監(jiān)控并采集圖像數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的缺氮或磷或鉀作物葉片圖片或養(yǎng)分超量作物葉片照片進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)圖像對(duì)比結(jié)果進(jìn)行灌溉施肥方案的修正；

圖像對(duì)比的方法步驟如下：

第一步，人工或自動(dòng)獲取多個(gè)位置點(diǎn)中的一個(gè)葉片圖像；

第二步，對(duì)葉片圖像與標(biāo)準(zhǔn)葉片圖像進(jìn)行對(duì)比，找到與其最近似的數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)圖像，當(dāng)兩者灰度數(shù)據(jù)一致度超過(guò)5-15%，即可判斷其中度缺鉀或缺磷肥或氮肥，超過(guò)30%，及判斷為嚴(yán)重缺乏，同時(shí)根據(jù)所缺肥料的種類(lèi)，調(diào)整施肥方案。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。