[发明专利]用于盐碱地的灌溉控制方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术，更具体涉及用于盐碱地的灌溉控制方法与系统。

背景技术

我国盐碱土面积约5.2亿亩，开发利用潜力巨大。对于盐碱地作物，除土壤水分外，土壤盐分也是影响其水分吸收、生长以及产量的重要因素。土壤含盐量越高，土壤溶液盐分浓度就越高，土壤水渗透势就越低，从而降低土壤水分有效性并对作物造成水分胁迫（也常被称为盐分胁迫），甚至对作物造成毒害。由此可见，对盐碱地作物实施灌溉需同时考虑土壤水分与盐分的影响。灌水不足时，作物可能因根区土壤含水量过低或土壤溶液盐分浓度过高而减缓生长速率甚至减产。然而，过量灌溉也可能会影响作物正常生长，并且因抬高地下水位而导致土壤次生盐碱化。所以，如何通过灌溉适时调节盐碱地作物根区土壤水分与盐分状况，使其既有利于作物生长又能减少蒸发与渗漏等损失，是实现盐碱地可持续利用并提高水分利用效率过程中亟待解决的难题。显然，在盐碱地推广应用自动灌溉控制系统是解决上述难题的有效途径，而灌溉控制方法则是该系统的核心所在。

迄今为止，已有的灌溉控制方法大概可分为以下两类。第一类灌溉控制方法借助作物对水分胁迫的生理响应（比如冠层温度、叶水势、气孔导度等生理指标的变化）来估算作物所受到的水分胁迫程度,并据此判断灌水时间，其中基于作物冠层温度估算作物水分胁迫指数（CWSI，表示因水分胁迫所导致的作物蒸散速率降低的程度）的方法较为常见。理论上，由于土壤盐分也是通过影响土壤水分有效性并最终影响作物蒸腾以及冠层温度等生理指标，所以，可直接将该方法应用于盐碱地。然而，作物冠层温度在光照期间很容易随时间动态变化，并且受气候环境以及观测视野内土壤与作物枝干的影响较大，所以该方法存在稳定性与代表性较差的问题，在作物生长早期冠层较为稀疏时表现得尤为突出。其次，绝大多数情况下单纯依靠CWSI只能判断灌水时间，为确定灌水定额，仍需借助实测的土壤含水量剖面，除增加前期成本投入外，还给实际应用带来不便。另外，基于作物生理响应估算CWSI并确定灌水时间时，作物往往已经受到了一定程度的胁迫，所以很难保证作物一直在最优土壤水、盐条件下生长。因此，绝大多数方法（第二类）都根据土壤含水量进行灌溉控制，并基于充分灌溉原理，将根区土壤含水量算术平均值（简称为根区算术平均土壤含水量）或根区某深度处的土壤含水量（或土壤水基质势）作为灌水控制指标，当其低于最适宜作物生长的土壤含水量下限时开始灌溉，直到其达到最适宜作物生长的土壤含水量上限。然而，已有的第二类方法在判断灌水时间时都只考虑了土壤水分对作物生长与蒸腾的影响而忽略了土壤盐分的影响。因此，在应用第二类方法对盐碱地作物进行灌溉控制之前，仍需再对其进行改进以便考虑土壤水分与盐分对作物的共同胁迫，否则将给灌溉控制精度带来较大偏差。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题为：如何根据根区土壤水分、盐分以及根系分布快速、准确地估算CWSI进而控制灌溉。

（二）技术方案

为了解决该技术问题，根据本发明的一方面，提出了一种用于盐碱地的灌溉控制方法，其特征在于，该方法包括：

将灌溉区域的土壤从表层至最大扎根深度L_r处依次分为若干层，层数记为k，用每层土壤的平均深度z_i除以L_r，得到每层土壤的相对深度z_ri，用每层土壤的厚度h_i除以L_r，得到每层土壤的相对厚度Δz_ri，设定作物在每层土壤中的相对根长密度L_nrd(z_ri)、萎焉系数θ_W、饱和土壤含水量θ_S、最适宜作物生长的土壤含水量上限θ_H与下限θ_L、土壤水渗透势上限与下限

测量每层土壤的含水量θ_i、温度以及土体电导率；