[發(fā)明專利]根據(jù)作物缺水程度控制灌溉的方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010102820.3
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101790955A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高勝國;段愛旺;黃修橋;馮俊杰;賈艷輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16;G01N29/024
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 亢志民

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種根據(jù)作物缺水程度控制灌溉的方法及其裝置。

背景技術(shù)：

作物生長發(fā)育需要眾多環(huán)境因子，當(dāng)這些環(huán)境因子變化對作物產(chǎn)生傷害效應(yīng)時稱之為脅迫。作物在生長過程中常遭受多種環(huán)境脅迫。研究證實水分虧缺對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響超過所有其他脅迫的總和。因此水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)資源，作物水分的管理是作物生產(chǎn)中最為重要的措施之一。一般來說，適宜作物正常生長發(fā)育的根系活動層(0～90cm)，其土壤含水量為田間持水量的60％～80％，如果低于此含水量時應(yīng)及時進行灌溉。土壤含水量對灌溉有一定參考價值，并在作物節(jié)水灌溉中得到廣泛應(yīng)用。但是由于灌溉對象是作物，而不是土壤，沒有利用作物本身需水信息作為灌溉的直接依據(jù)，因此沒有真正達到按照作物的需求供水。

提高自然降水和灌溉水利用效率是節(jié)水農(nóng)業(yè)的核心，節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究重點已從工程節(jié)水向農(nóng)藝節(jié)水、生物(生理)節(jié)水方向傾斜。生物節(jié)水的中心思想是：采用科學(xué)方法，突破傳統(tǒng)的“及時足量”的灌溉模式，根據(jù)作物耗水和水分利用規(guī)律適時適量供水，即在滿足作物生理需要的同時，減少作物的水分奢侈性蒸騰消耗，根據(jù)作物各生理過程和各生育階段對水分的敏感程度，確定作物對土壤水分的需求，提高作物水分生產(chǎn)效率。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者在生物節(jié)水技術(shù)方面進行了大量研究工作。人們直接利用或間接參考作物的生理變化探討作物的需水信息，先后研究了許多用于作物水分虧缺診斷的方法。但前人的工作主要是：水分虧缺所引起的作物生理的變化規(guī)律，且集中于理論分析和實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。由于這些作物水分虧缺診斷的方法均存在這樣或那樣的不足，因而將植物的生理指標(biāo)作為植物需水信息決策并應(yīng)用于實際的灌溉控制中尚不多見，除個案外，能夠規(guī)模應(yīng)用的產(chǎn)品幾乎沒有。下面據(jù)以往的研究成果，就不同的作物水分虧缺診斷指標(biāo)、方法的優(yōu)勢和局限性綜述如下：

1、作物形態(tài)：作物缺水的形態(tài)主要表現(xiàn)在兩個方面：一是葉面積指數(shù)下降；二是葉片發(fā)生形態(tài)變化，如葉片萎蔫；葉片改變方位；改變?nèi)~角和改變?nèi)~片顏色等。雖然形態(tài)指標(biāo)可用來判別作物的水分虧缺，但缺水而引起的作物形態(tài)變化有一個滯后期，當(dāng)形態(tài)上出現(xiàn)上述缺水癥狀時，生理上已經(jīng)受到一定程度的傷害了。另外缺水并非導(dǎo)致作物形態(tài)變化的唯一原因，即使監(jiān)測到了作物形態(tài)變化也很難量化其缺水程度。

2、植物水勢：植物水勢的測定被認為是了解植物水分虧缺程度的最直接方法，但直接測定葉水勢需要進行離體檢測，對植物體具有破壞性。通過測量植物莖稈直徑或葉片厚度微變化可以間接測定植物水勢，雖對植物體不具有破壞性，但與植物有實體接觸，受植物生長影響，需經(jīng)常校準(zhǔn)，不適宜長期觀測。植物器官的動態(tài)水力特性隨時間的變化將降低測量的可靠性和可行性。測量裝置附著在植物體上容易脫落，抗擾動性差，存在檢測個體差異。

3、氣孔導(dǎo)度：當(dāng)植物缺水時，水分成為決定氣孔開閉的決定性因素，干旱會導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，從而避免因繼續(xù)大量蒸騰失水而造成傷害。直接測定氣孔導(dǎo)度需要手工操作，與植物有實體接觸，在實時灌溉決策中難以實現(xiàn)。作物吸收水分的99％用于葉面蒸騰，氣孔是植物蒸騰所必需經(jīng)過的通道。氣孔導(dǎo)度大，蒸騰就強；反之就弱。檢測葉面蒸騰可以間接測定氣孔導(dǎo)度，通過測量植物莖流變化可以間接檢測葉面蒸騰進而檢測氣孔導(dǎo)度變化，但該方法設(shè)備昂貴，操作難度大，與植物有實體接觸并存在檢測個體差異。根據(jù)能量守恒原理，葉片溫度是環(huán)境和植物內(nèi)部因素共同影響葉片能量平衡的結(jié)果，基于葉溫變化的作物水分虧缺診斷指標(biāo)更能全面地反映作物的水分虧缺狀況。當(dāng)作物水分供應(yīng)減少時，作物蒸騰的潛熱減少顯熱增加，葉片溫度相應(yīng)上升，葉溫的變化間接反映了葉面蒸騰的變化。葉溫的量測通過接觸或非接觸方式進行，使用細小的熱電偶線插入植物葉脈或貼在葉面上，在作物商業(yè)化生產(chǎn)中難以推行。一般使用非接觸的紅外線溫度傳感器，采用冠氣溫差或CWSI(作物水分脅迫指標(biāo))作為缺水判斷指標(biāo)。它是迄今為止被認為最有商業(yè)化前景的灌溉控制方法。國內(nèi)已有專利，例如：申請?zhí)?00710178192一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)。

4、光合速率：在嚴重水分肋迫下，植物光合作用受到抑制或完全抑制。但測試光合速率程序過于復(fù)雜，僅適合于科學(xué)研究。

5、細胞汁液濃度：從植物生理上講干旱使植株體液理化性質(zhì)發(fā)生改變，體液增濃、葉水勢增大且能在生理電特性上有所反映。用套針式電阻傳感器測玉米莖稈生理電阻，用介電常數(shù)變化型平行平板電容傳感器測玉米葉片生理電容，都能實時準(zhǔn)確反映植株水分狀況。但與植物有實體接觸，影響所測部位正常生理功能，不宜長期觀測，測量裝置插入或附著在植物體上，抗擾動性差，存在檢測個體差異。