一種基于作物需求的智能節(jié)水灌溉方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及智能農(nóng)業(yè)灌概技術(shù)領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種基于作物需求的智能節(jié)水 灌概方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國目前應(yīng)用最為廣泛的節(jié)水灌概方法主要為噴灌和滴灌。它們采用先進的技術(shù) 將水源盡可能均勻、適度的分配到作物根區(qū)±壤中，使±壤經(jīng)常保持適宜作物生長的水分、 通氣和營養(yǎng)狀況，從而達到提高灌概水利用效率和水產(chǎn)出效率的目的。然而，運些灌概方法 在某些實際應(yīng)用過程中仍存在一些缺點，如在灌概受限的盆栽裝置，節(jié)水效率并未有實質(zhì) 性改善。究其原因，主要在于運些灌概方法不能根據(jù)作物需水需求進行適時適量地精準(zhǔn)灌 概。
[0003] 一般來說，作物的生長通常分為營養(yǎng)生長（葉片和節(jié)間的生長）和生殖生長（果 實和花的生長）兩個階段，而且不同生育階段作物對水分的需求量有很大差別。例如向日 葵從出苗至現(xiàn)蕾需水占全生育期總需水量的20%左右，現(xiàn)蕾至開花結(jié)束是向日葵一生需水 最多的時期，約占全生育期需水量的60% W上，開花結(jié)束到成熟需水約占全生育期需水量 的20%。在運種情況下，無論采用噴灌或者滴灌技術(shù)均不能根據(jù)作物不同生長周期不同需 水量需求進行適時適量地精準(zhǔn)灌概。因此，根據(jù)作物需水要求，適時適量地精準(zhǔn)灌概，并利 用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等智能技術(shù)手段對±壤墻情和灌區(qū)輸配水系統(tǒng)的水情進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)采 集和計算機處理，進一步計劃用水、優(yōu)化配水，W達到既節(jié)水又增產(chǎn)的目的。運已成為未來 研發(fā)智能節(jié)水灌概方法的新趨勢。
[0004] 隨著信息和通信技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)也從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向數(shù)字化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，而進一步隨 著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等智能技術(shù)的發(fā)展，運些技術(shù)和農(nóng)業(yè)的結(jié)合就促進了 "智能農(nóng)業(yè)"的產(chǎn)生 和發(fā)展。作為智能農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，智能節(jié)水灌概技術(shù)的發(fā)展也越來越重要。區(qū)別 于傳統(tǒng)的漫灌、噴灌、滴灌等技術(shù)方法，基于作物自身的生長規(guī)律的數(shù)學(xué)模型進行灌概方案 的制定，本發(fā)明提出了一種基于作物需求的智能節(jié)水灌概方法，可用于灌概受限的盆栽裝 置，為智能農(nóng)業(yè)灌概設(shè)備的自動開關(guān)控制提供技術(shù)支持，達到最大化水分利用效率的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于作物需求的智能節(jié)水灌概方法，其具體 的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種基于作物需求的智能節(jié)水灌概方法，該方法包括W下步驟：
[0007] 步驟一、根據(jù)栽培作物類型，確定作物內(nèi)在生長發(fā)育的機理參數(shù)r和Sp ;
[0008] 步驟二、構(gòu)建作物生長周期i的生長模型，根據(jù)作物內(nèi)在生長發(fā)育的機理參數(shù)定 量確定作物不同生長周期生物量產(chǎn)量；
[0009] 步驟=、構(gòu)建作物生長周期i的需水量需求模型，根據(jù)步驟二得到的作物生物量 產(chǎn)量和環(huán)境監(jiān)測設(shè)備得到的上壤含水量數(shù)據(jù)，計算出不同生長周期作物的需水量需求；
[0010] 步驟四，根據(jù)步驟=得到的作物的需水量需求，制定作物全生命周期的精準(zhǔn)灌概 方案。
[0011] 進一步，步驟一中，作物內(nèi)在生長發(fā)育的機理參數(shù)r和Sp分別表示作物水利用效 率和作物的占地面積，前者取值范圍為0到1之間，后者與作物種植密度緊密相關(guān)。通常情 況下，作物水利用效率r根據(jù)收集的作物器官干重數(shù)據(jù)估計出來，或者設(shè)置經(jīng)驗值0. 45mg cm 2皿1;作物的占地面積則設(shè)為種植密度的倒數(shù)，它反映了作物自身遮擋和相鄰作物競爭 的影響。
[0012] 進一步，步驟二中，構(gòu)建的作物生長模型表示為：
[0014] 其中，Q(i)為第i個生長周期的生物量產(chǎn)量，r和Sp為內(nèi)在生長發(fā)育的機理參數(shù)， S(i)為第i個生長周期的作物總的葉面積，E(i)為第i個生長周期在該周期氣象環(huán)境條件 下作物單產(chǎn)量生產(chǎn)潛力，其值由作物的潛在蒸散量（Potential EvapotranspirationJET) 決定，或者當(dāng)收集的氣象環(huán)境數(shù)據(jù)為溫度、光合福射、相對濕度和風(fēng)速時，可W采用PET的 簡化公式FA0-24福射方法，其計算公式為
[0016] 其中，氏為光合福射量，A為與溫度相關(guān)的蒸汽壓曲線的斜率，其取值范圍為0到 1之間，a、b和丫為常數(shù)，分別設(shè)為-0. 3mm day 1、1. 065和2. 45kPa° C 1。限于篇幅有限，詳 細內(nèi)容，請參閱 Jensen等人（1990)的論文[Jensen, M. E. , Burman, R. D. , Allen, R. G. , 1990. Evapotranspiration and Irrigation Water 民equirements. American Society of Civil Engineers, New York, NY, pp. 332 - 360] D
[0017] 進一步，步驟S中，構(gòu)建的作物需水量需求模型為：
[0019] 其中，U(i)為作物生長周期i的需水量需求，(Ui)為生長周期i ±壤含水量， 為±壤最大含水量，P和C分別為與作物水分吸收相關(guān)的系數(shù)。
[0020] 本發(fā)明所提供的一種基于作物需求的智能節(jié)水灌概方法，具有W下優(yōu)點：
[0021] 本發(fā)明提出的一種基于作物需求的智能節(jié)水灌概方法是根據(jù)作物自身的生長規(guī) 律的數(shù)學(xué)模型進行灌概方案的制定。通過作物生長模型，本發(fā)明能夠計算作物內(nèi)部源庫平 衡的變化，并據(jù)此計算出±壤水分與動態(tài)變化，進而提出作物不同生長周期需水量的精準(zhǔn) 灌概方案。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明基于作物需求的智能節(jié)水灌概方法的原理框圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖及本發(fā)明的實施例對本發(fā)明的一種基于作物需求的智能節(jié)水灌概 方法作進一步詳細的說明。
[0024]圖1是本發(fā)明基于作物需求的智能節(jié)水灌概方法的原理框圖，如圖1所示，所述方 法包括W下步驟：
[00巧]步驟1，基于植物生長功能-結(jié)構(gòu)模型（Gree化油）構(gòu)建作物生長模型，該模型可W 定量計算出作物不同生長周期生物量產(chǎn)量。一般情況下，在作物的生長過程中，作物不同生 長周期的需水量需求與它對應(yīng)生長周期的生