[发明专利]农田水肥高效利用多维临界调控方法

说明书

技术领域

本发明属于农田水肥利用率调控技术领域，尤其涉及一种农田水肥高效利用多维临界调控方法。

背景技术

我国农田灌溉用水约占全国用水总量的62％，其中，水稻作为我国主要粮食作物，2013年播种面积约3048万公顷，产量约占全国粮食总产的40％。随人口增长，城镇化加快与极端气候频繁，粮食安全与旱涝灾害、水环境污染等已成为制约我国经济社会可持续发展的关键问题。我国每年农业缺水量达300亿m³，但灌溉水利用系数0.5，灌溉水分生产率1.5kg/m³,远低于发达国家灌溉水利用系数0.7～0.8和水分生产率2～3kg/m³。合理利用降雨，优化控制灌溉用水总量，提高农业用水效率，对建立最严格水资源管理制度，解决干旱缺水问题，具有重要意义。

肥料是农业生产的基本要素和提高作物产量的有效措施。2011年，我国化肥使用量4124t，化肥消费量占世界1/3以上；单位面积农用化肥使用量434.3kg/hm²，是国际公认的化肥使用安全上限225kg/hm²的1.93倍。但当季氮肥利用率仅35％，磷肥利用率10％～25％，低于发达国家15％左右。不仅造成化肥资源浪费，还加重了水环境污染负荷。科学施肥，提高养分利用效率，减少农业面源污染，对保障农业可持续发展与水资源可持续利用具有重要意义。

目前，主要是通过提高灌水技术及改进施肥方式来提高农田水肥利用率。龚时宏等提出了一种通过确定最佳灌溉时机和最佳灌溉方法来提高桃树产量以及水分利用率；张建辉等提出了在坡耕地上挖土坑的方法来提高柑橘肥料利用率；丁孝东等提出了通过测土配方的方法来提高豆角肥料利用率。上述方法均存在一定局限性，仅适用于特定作物及特定地形；且未考虑水肥相互作用对作物生长的影响。所以还需深入研究不同地域气候、土壤和作物条件下水肥耦合灌溉对作物生长、水分养分运移的影响机制。

在控制排水方面，张展羽等提出了一种水位水质联合控制的排水装置；高君等提出了一种农田排水自动装置。然而这些技术仅用来控制农田排水水位与水质，缺少考虑控制排水水深对作物生长、水肥利用率、排水水量及水质等方面的影响，所以还需深入探讨水资源高效利用与旱涝、盐碱、渍、污等灾害综合治理的控制排水技术与标准。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种多目标的农田水肥高效利用多维临界调控方法，适用于不同自然环境灌区。

本发明以节水、省肥、高产、控污为目标，基于农田试验与实地查勘数据，结合水肥耦合灌溉、作物生长、控制排水与临界调控等相关理论，构建节水灌溉、控制排水、合理施肥多维临界调控指标，从而实现农田水肥高效利用多维临界调控。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

农田水肥高效利用多维临界调控方法，包括步骤：

步骤1，构建农田的区域空间属性数据库，所述的区域空间属性数据库包括土壤类型数据、排水系统设计数据、土地利用数据和气象数据；

步骤2，通过农田的水肥耦合灌溉试验与控制排水试验，获得作物生育期内的气象数据、地下水位、田间水位、田间渗漏量、灌水量、排水量、水质氮含量、土壤氮含量、作物生理生态及作物最终产量，即试验数据，其中，气象数据从区域空间属性数据库中获取；对试验数据进行统计分析获取农田水肥迁移转化规律及作物生长发育与产量形成规律；

步骤3，构建作物生长发育和农田水肥迁移转化耦合模型，本步骤进一步包括子步骤：

3.1根据作物生长发育与产量形成规律构建作物生长发育模拟模块；

3.2根据农田水肥迁移转化规律构建农田水肥迁移转化模拟模块；

3.3采用区域空间属性数据库和试验数据对作物生长发育模拟模块和农田水肥迁移转化模块的参数进行统一、规范、率定和验证，获得作物生长发育和农田水肥迁移转化耦合模型；

步骤4，采用作物生长发育和农田水肥迁移转化耦合模型对不同水肥耦合与控制排水条件进行模拟，获得水肥耦合与控制排水条件及作物产量、水肥利用率、水肥流失间的动态响应关系；

步骤5，以高产、节水、省肥和控污为目标函数，以最大淹水深度、水稻水分胁迫、地下水位、水量平衡、氮平衡为约束，以作物边际水分利用率为灌溉临界调控指标，以利润为施肥临界调控指标，以地面累计淹水深度和累计超标准地下水深为排水临界调控指标，建立农田“灌溉-施肥-控制排水”三维临界调控模型；