[发明专利]一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土壤水分监测方法，特别涉及一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法。

背景技术

节水灌溉的基础是作物缺水诊断，作物受旱时会有多方面的响应，能够反映作物缺水的指标很多，传统和常用的指标是土壤水分指标，因此土壤水分的测定尤为重要。土壤水分的测定方法已有较长的发展历史，经历了从取土烘干测定到传感器实时自动采集的过程。目前土壤水分的快速测量技术已经比较成熟，可实现实时自动监测和数据采集，但是作物根区土壤水分的连续、实时监测仍没有方便快捷的方法。一般温室作物根系分布在深度0至100厘米以内的土层中，但是由于传感器价格昂贵，在作物根区布设传感器会显著增加成本，在目前的农业灌溉中，监测土壤水分的手段只在土壤表层0至10厘米的范围内布设传感器，并用于指导灌溉决策，但真正被作物利用的是作物根区范围内的土壤水分，仅以表层土壤水分含量作为灌溉决策的依据，不足以反映作物缺水状况，显然不够合理。为了获得作物根区的土壤水分状况，一般方法是在作物根区土壤剖面布设多个传感器，利用多个传感器测得的数据进行灌溉决策，这样不仅破坏原有土体、增加灌溉成本，还将使设置传感器的成本显著增加，多个传感器也会产生大量的冗余数据，增加了决策的难度。为此，建立合适的作物根区土壤水分监测与灌溉决策方法已成为目前智能灌溉控制系统必须解决的问题。王桥等（专利号CN102252973A）公开了一种土壤含水量遥感监测方法，监测土壤水分的瞬时值。秦齐明等（专利号CN101614651A）公开了一种土壤水分监测的数据同化方法，利用遥感数据和数据同化技术实现时空尺度上大面积土壤水分连续监测。有学者由遥感数据反演的表层土壤水分，根据一定的数学模型计算得到深层土壤含水量，但很难实现深层含水量的实时获得。目前土壤水模拟方法还只是一种“静态”模拟，不能实现土壤水分模拟的实时性、动态性，也无法将模拟结果用于智能灌溉系统。

发明内容

为了解决目前无法实现深层土壤含水量的实时获得，不能实现土壤水分的实时、动态模拟，无法将“静态”模拟结果用于智能灌溉系统及指导灌溉决策的问题，本发明提出一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法，所采用的技术方案是：

一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法，包括以下3个方面：

（1）土壤水分数据采集

使用土壤水分传感器基于时域反射或频域反射的原理进行土壤水分数据采集，土壤水分传感器埋设在土壤湿润区域的范围内，土壤水分传感器布设在表层土壤中；

（2）土壤水分数值修正

采用基于动态数据驱动应用系统的数值模拟方法，利用实时监测表层土壤水分获得作物根区的土壤水分状况，建立土壤水分数学模型，连续监测的表层土壤含水量经过修正，用于指导灌溉决策，修正的过程以土壤水分变化的机理性模型即土壤水动力学模型为基础，以动态数据驱动应用系统为土壤水分模拟的技术范式，辅以作物信息和实时气象信息，建立土壤水分模拟和实际土壤水分监测之间的动态模拟系统，动态模拟系统的模拟结果为作物根区土壤水分含量，将作物根区土壤水分含量进行储存、显示，以指导灌溉决策；

（3）灌溉数据决策

由水动力学模型得到的作物根区土壤水分含量与设定的作物灌溉阈值进行比较，低于灌溉阈值下限时进行灌溉，达到灌溉阈值上限时停止灌溉。

一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法，土壤水分变化的机理性模型即土壤水动力学模型的方程为：