[发明专利]一种基于作物环境协同反馈的灌溉施肥系统

权利要求书

1.一种基于作物环境协同反馈的灌溉施肥系统，其特征在于，该系统包括气象站、土壤湿度传感器、叶面积指数测定仪和控制器，

气象站、土壤湿度传感器和叶面积指数测定仪获得与农作物生长有关的日照时数、气压、气温、空气湿度、降水量、小气候环境2米高风速、太阳辐射、田间持水量、田间持水率、含水饱和度、凋萎点土壤含水量、凋萎系数、叶面积指数参数后，传输给控制器进行数据处理与计算，得到入渗量、潜在入渗量、潜在作物蒸腾量、土壤表面潜在蒸发量和潜在蒸发量参数，进一步运算建立数学模型，形成灌溉计划。

2.如权利要求1所述的基于作物环境协同反馈的灌溉施肥系统，其特征在于，所述的数学模型包括以下处理步骤：

A1，将土壤参数的单位由体积单位转换为高度单位，

WP＝DP×WPP×10.0 (2)

FC＝DP×FCP×10.0 (3)

ST＝DP×STP×10.0 (4)

其中，WP、FC和ST分别是凋萎系数、田间持水量和饱和含水量；

A2，计算土壤蓄积量(S)，根据土壤入渗和径流曲线得到，

S＝254×(100/CN－1) (5)

A3，计算土壤含水量阈值，低于该阈值发生干旱胁迫(THE)，该阈值的近似公式为，

THE＝WP+0.75×(FC－WP) (6)

A4，根据初始土壤含水量计算初始胁迫因子(SWFAC1和SWFAC2)，累计降雨量(TRAIN)，灌溉水量(TIRR)，土壤蒸发量(TESA)，作物蒸腾量(TEPA)，地面径流量(TROF)，垂直向排水量(TDRN)和入渗量(TINF)的累积值；

A5，进行作物状态计算，

读取灌溉量参数，潜在入渗量(POTINF)是降雨量(TRAIN)和灌水量(TIRR)的总和，根据每日土壤含水量高于田间持水量的数值来计算得出土壤垂直向排水量(DRN，以mm为单位)，公式为，

DRN＝(SWC－FC)×DRNP (7)

如果潜在入渗量(POTINF)大于零，则使用SCS曲线计算每日地表水径流量(ROF)；

入渗量(INF)是潜在入渗与径流之间的差，

基于Priestly-Taylor方法计算每日潜在的蒸腾量(ETp)，

基于LAI的表面反射率(ALB)由土壤和作物反射率的加权平均值来估计，与叶面指数测定仪数据对比进行模型参数修正：

ALP＝0.1×EXP(－0.7×LAI)+0.2×(1－EXP(－0.7×LAI)) (9)

由式(10)和(11)计算白天的平均温度(T)和平衡蒸发(EEQ)，

Tmed＝0.6×TMAX+0.4×TMIN (10)

EEQ＝SRAD×(4.88E－3－4.37E－3×ALB)×(Tmed+29) (11)

通过系数(f)来调节平衡蒸发速率，得到ETp的最终值，

接下来，用与反射率相同的加权系数来计算潜在的土壤蒸发量(ESp)和作物腾发速率(EPp)：

ESP＝ETP×EXP(－0.7×LAI) (12)

EPP＝ETP×(1－EXP(－0.7×LAI) (13)

根据当前土壤水分可用量大小计算实际的每日土壤蒸发量(ESa)，如果土壤含水量低于凋萎系数，则不会发生水分蒸发，如果土壤含水量大于田间持水量，则会发生蒸发；

土壤含水量在凋萎系数和田间持水量之间，实际蒸腾量在0和潜在蒸腾量之间呈线性变化，

潜在的作物蒸腾速率(EPp)被最小的土壤水分胁迫因子(SWFAC1或SWFAC2)协导致其数值降低从而获得实际作物蒸腾量(EPa)；

A6，进行数据的汇总集成，

基于入渗量(INF)、土壤蒸发量(ESa)、作物蒸腾(EPa)和垂直向排水(DRN)的值运算土壤水分平衡模块的汇总集成，更新土壤含水量(SWC)的值，公式为：

SWC＝SWC+(INF-EPa-DRN) (15)

土壤含水量计算值被限制在饱和含量的最大值到零之间，如果计算土壤含水量超过土壤饱和含水量，则应当调整径流量和土壤含水量。如果计算的土壤含水量小于零，则要考虑额外的调整因子(SWC_ADJ)，

最后是累积入渗量、蒸发量、蒸腾量、排水量和径流量的更新；

A7，计算土壤水分胁迫因子，

干旱胁迫因子(SWFAC1)为1.0时发生最小胁迫，如果土壤含水量大于“初始化”部分(THE)中计算的阈值，在凋萎点之下，发生最大胁迫时(SWFAC1＝0.0)，在这范围之间的胁迫因子是线性分布的；

土壤剖面底部地下水的埋深(WTABLE，以mm为单位)从超过田间持水量可用的过量水来计算，然后计算地下水的水层厚度(DWT，以mm为单位)，

WTABLE＝(SWC-FC)/(ST-FC)×DP×10.0 (17)

DWT＝DP×10.0－WTABLE (18)

当水位下降时，发生土壤最小多余水分胁迫(SWFAC2＝1.0)为零。当地下水位(DWT)的值大于250mm(STRESS_DEPTH＝250mm)时，发生最大多余水分胁迫(SWFAC2＝0.0)，其余的水分胁迫因子在这些水位之间进行线性条件插值。