[发明专利]一种面向作物需水过程的坡耕地垄沟布局优化方法

说明书

本发明公开一种面向作物需水过程的坡耕地垄沟布局优化方法，首先根据降水数据及作物生育期，确定典型作物枯水年，然后根据作物需水需求、蒸发数据及降水数据，确定关键场次降水，以此为依据，结合坡耕地农田水量平衡公式，对比理论垄沟洼地储流最大值与关键场次降水及降雨期间入渗量和蒸发量关系，进而确定垄沟布设相关参数，该方法充分考虑作物需水需求，重点关注作物枯水年降水特征，可显著提高干旱半干旱地区雨水利用率，提高作物产量。

技术领域

本发明涉及农业技术领域，特别是指一种面向作物需水过程的坡耕地垄沟布局优化方法。

背景技术

气候变化和人类活动影响下，降雨计极端事件频繁发生，对雨养农业生产造成极大的不确定性。同时，我国坡耕地面积约占全国耕地面积的1/3，坡耕地由于地形等原因多数不能进行灌溉，因此，充分利用雨水资源是坡耕地农业研究的热点，针对这一问题国内外学者开展了大量研究。其中，垄沟布设是坡耕地雨养农业一项重要措施，但目前多数研究多集中在降低水土流失量、控制面源污染角度出发，缺少从作物需水过程出发，充分利用雨水资源的垄沟布设方案研究。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的面向作物需水过程的坡耕地垄沟布局优化方法，通过综合考虑作物枯水年、作物关键场次降水、垄沟入渗量和蒸发量，构建坡耕地垄沟优化布局方法，充分利用关键场次降水，提高作物产量。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向作物需水过程的坡耕地垄沟布局优化方法，包括：

(1)对研究区日降水数据进行筛选，将作物生育期内的日降水数据提取并加和后作为年降水量，称为作物年降水量。

(2)对研究区作物年降水量数据进行排频计算并通过PⅢ曲线拟合得到研究区典型作物枯水年对应年份。

(3)根据典型作物枯水年的降水数据、蒸发数据，对坡耕地田块进行水量平衡计算：

式中，SW_i+1、SW_i表示第i+1和第i天坡耕地作物耕作层的土壤水量，mm；SWC_i+1、SWC_i表示第i+1和第i天坡耕地作物耕作层的土壤体积含水量，cm³/cm³；ds表示坡耕地耕作层厚度，mm；P_i表示第i天的降水量，mm；E_i表示第i天的降水量蒸发量，mm；j表示研究区典型作物枯水年的对应年份的天数。

(4)根据公式(1)绘制作物典型枯水年坡耕地农田水分变化曲线，确定关键场次降水P'，mm，断定标准为连续三天耕作层土壤体积含水量低于田间持水量的50％后的首次降水。若整个作物生育期出现多次关键降水，以降水所处作物生育期为依据进行排序，选择排首位降水作为关键场次降水P'，将其作为为垄沟优化布局的依据。

(5)根据水量平衡原理，坡耕地农田水循环公式为：

P＝E+I+F+WD (2)

其中，P为坡耕地农田净降水量，mm；E为降水期间农田蒸散发量，mm；I为降水期间坡耕地农田入渗量，mm；F为降水期间坡耕地农田产流量，mm；WD为降水结束后坡耕地垄沟中洼地储流量，mm。

(6)面向作物需水过程的坡耕地垄沟优化布局方法的核心在于，通过优化垄沟参数，将关键场次降水的降水最大化地存储在垄沟中，将坡耕地垄沟概化为等腰梯形(图1)，据此计算坡耕地垄沟中理论洼地储流量WD'，mm。图1中，α是坡耕地坡度，β田垄等腰梯形角度，n是田垄等腰梯形的底边长度，mm，h是田垄等腰梯形的高度，mm，d是田垄等腰梯形的上边长度，mm，p是田垄的间距，mm，也是田沟底边的长度。则长度为l的垄沟理论洼地储流量为：