[发明专利]农田精准灌溉控制模型的构建与应用

说明书

本发明公开了一种农田精准灌溉控制模型的构建与应用，旨在解决现有技术中所存在的灌溉控制不够精确、可靠性差、使用维护不便的技术问题。本发明提供一种农田精准灌溉控制模型的构建方法和一种农田精准灌溉方法，根据所构建模型的土壤有效含水容量、实施监测的土壤水分含量、田间蒸发速率计算灌溉水量。本发明基于土壤质地推导农田土壤有效含水量（允许灌溉的最大容量）的转换函数、实时监测的土壤水分和作物蒸散发量（耗水量）数据进行实时、定量地精准控制灌溉，能够实现农田智能灌溉，灌溉水量精准，节水效果明显，水分生产率较常规灌溉提高90%以上，有效地提高作物产量，每亩可以增产20%以上。

技术领域

本发明涉及农田灌溉技术领域，具体涉及一种农田精准灌溉控制模型的构建与应用。

背景技术

农业种植中，灌溉原则是灌溉量、灌溉次数和灌溉时间要根据作物需水特性、生育阶段、气候、土壤条件而定，要适时、适量，合理灌溉。随着世界水资源短缺的加剧，精准灌溉成为农业种植的重点研究方向之一。

中国专利文献CN 104904569 A公开了一种基于动态含水量估计的智能灌溉调控系统及方法，通过土壤水分检测单元实时检测土壤的环境数据，监测通信单元定期采集土壤水分检测单元的数据，决策处理系统采集决策通信单元所接收的数据，估计出灌溉区的整体含水量，产生控制数据，使电磁阀产生相应动作，进行自主灌溉。此发明技术方案采用最大似然估计法动态估计整个灌溉区的含水量。该技术方案所依赖的动态含水量涉及到利用彭曼公式计算参考作物的蒸腾蒸发量ET₀，尽管彭曼公式是计算作物需水量的常规计算模型，但由于该公式参数较多，对于环境条件复杂的农田灌溉反倒因输入数据较多，计算结果常存在较大的误差；此外，该技术方案依赖于无线传输系统的实时传输，对于农田实时精准灌溉来说过于复杂，而且使用维护成本较高，其可靠性也难以保障。

中国专利文献CN 109845625 A公开了一种基于神经网络的多维参量农作物智能灌溉控制方法，通过采集当前灌溉农田的雨量信息、土壤墒情信息、风速信息、温湿度信息、光照强度信息及流量信息等参量，基于神经网络建立以农作物需水信号为响应信息的农作物需水量模型，通过该模型对农作物多维环境参量进行计算处理，最终预测出当前农田农作物的需水量，控制器通过对需水量、降雨量及土壤墒情做出综合判决结果并根据判决结果控制电磁阀，实现对农作物的灌溉。该技术方案虽然考虑影响灌溉需水量的因素较全面，但对于环境条件复杂的农田灌溉反倒因输入数据较多，测算结果常常是有很大的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于土壤质地归纳推导出的农田土壤有效含水量（允许灌溉的最大容量）转换函数、实时监测的土壤水分和作物蒸散发量（耗水量）数据的农田精准灌溉控制模型，将其应用于农田灌溉控制中，以期解决现有技术中所存在的灌溉控制不够精确、可靠性差、使用维护不便的技术问题。

为解决上述技术问题，发明人在长期大量的试验研究及科研实践中发现，现有的农田灌溉控制方法中均未考虑农田土壤质地对土壤田间持水量、凋萎含水量的影响，而土壤田间持水量、凋萎含水量则是土壤有效含水容量确定的基本指标；显然，精确的农田灌溉水量是不能够超过农田土壤有效含水容量的限制，否则就会导致灌溉水的渗漏、径流及土壤养分淋失。

基于此，本发明采用如下技术方案：

提供一种农田精准灌溉控制模型的构建方法，包括以下步骤：

（1）取试验地土壤样品，测定田间土壤的粘粒和砂粒所占百分数数据；测定土壤田间持水量和土壤凋萎点；

（2）将以上所得各项数据代入如下公式：

土壤田间持水量(v/v%)= A×土壤砂粒(w/w%)+B×土壤粘粒(w/w%)＋C；

土壤凋萎点(v/v%)= D×土壤砂粒(w/w%)+E×土壤粘粒(w/w%)＋F；