[发明专利]农田作物需水量的确定方法、装置、灌水方法及灌水系统

说明书

本发明公开了一种适用于不同气候区可降解地膜覆盖农田作物需水量的确定方法、装置、灌水方法及灌水系统，包括：获取不同气候区基础数据、参数数据库、模型参数；地膜破损率通过布设在地膜上方20cm处的地膜破损率监控系统实时连续监测；构建可降解地膜覆盖农田蒸散模型；可降解地膜覆盖农田蒸散模型为：作物冠层蒸腾、裸地区、覆膜区、覆膜破损区的土壤蒸发，和各分区阻力系数的乘积之和，并以覆膜比例和地膜破损率作为权重；利用可降解地膜覆盖农田蒸散模型确定农田作物需水量，通过智能控制中枢调控灌水制度，达到实时、精准灌溉的目的。本发明避免了因地膜破损导致的水分胁迫现象，实现了不同气候区作物高产节水效果。

技术领域

本发明涉及农田作物灌溉技术领域，更具体的涉及一种适用于不同气候区可降解地膜覆盖农田作物的需水量自动确定方法、装置、灌水方法及灌水系统。

背景技术

覆膜耕作技术可以有效减小土壤蒸发，提高土壤水分，增加作物产量。因此，该技术已被全球广泛使用。然而，由于传统的塑料地膜主要是由难以降解的聚乙烯材料组成，长期连续的使用导致农田土壤残膜大量积累，严重危害了农田安全，制约了可持续农业的绿色发展。近年来，由淀粉等降解材料制备的生物可降解地膜在覆膜一定时间后可以降解为水和二氧化氮，且保温、保墒、增产效应接近于塑料地膜。然而，由于降解膜高透水性以及在诱导期后破损比例随生育期逐渐扩大，导致可降解地膜覆盖下农田作物需水量和灌溉制度难以确定和规划。

当前，作物需水量的估算和灌溉制度的制定通常采用土壤水分监测的技术。该技术主要通过设置土壤含水率上下限值，调控实际土壤含水率变化趋势，最终实现满足作物需水量的目标。尽管该技术可以有效指导农田灌溉，但该技术主要受土质条件的影响。针对具有多种土质条件的农田，土壤变异性的增加将导致同一农田中不同位置的土壤水力参数存在显著差异，从而造成灌水不均匀和灌水效率低下等问题的发生。目前，利用彭曼公式和作物系数法集成的灌水技术是一种可以较优地估计农田作物需水量，但该技术主要针对的是无覆盖的裸地农田，难以适用于具有高阻隔性的覆膜农田，特别对于可降解地膜覆盖农田。

发明内容

本发明实施例提供一种适用于不同气候区可降解地膜覆盖农田作物需水量的自动确定方法、装置、灌水方法及灌水系统，用以解决不同气候区可降解地膜破损差异导致的作物根系水分胁迫、作物产量减小的问题。

本发明实施例提供一种农田作物需水量的确定方法，包括：

获取基础数据：包括土壤含水率、气象数据、地膜破损率，获取参数数据库：包括作物生长参数数据库、空气动力学参数数据库、土壤阻力参数数据库，及获取模型参数：包括农田作物冠层阻力、空气动力学阻力、土壤阻力；

构建可降解地膜覆盖农田蒸散模型；其中，所述可降解地膜覆盖农田蒸散模型为：作物冠层蒸腾、裸地区、覆膜区、覆膜破损区的土壤蒸发，和作物冠层蒸腾、裸地区、覆膜区、覆膜破损区的阻力系数的乘积之和，并以覆膜比例和地膜破损率作为权重；

根据基础数据、参数数据库、模型参数，通过可降解地膜覆盖农田蒸散模型，确定农田作物需水量。

进一步地，所述地膜破损率包括：

利用设置在地膜上方20cm的地膜破损率监控系统每24小时拍一次，记录地膜破损面积；

将采集得到的图像导入计算机图像操作系统，经几何校正和背景去除后，采用自适应阈值二值化方法得到地膜破损面积；

根据地膜破损面积与地膜覆盖面积，确定地膜破损率。

进一步地，所述气象数据包括：不同气候区空气温度、湿度、太阳辐射、热通量和风速。

进一步地，

所述作物生长参数数据库，包括：不同气候区不同作物的株高、叶面积和气孔导度；