[發明專利]一種作物根區土壤水分監測與智能灌溉決策方法

有效

• 申請號: 201210202778.1
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102726273A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 徐飛鵬;邱恒清;李云開;曾祥斐;賈瑞卿;羅昊
• 申請（專利權）人: 中農先飛（北京）農業工程技術有限公司
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16;G06F19/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

技術領域

本發明涉及一種土壤水分監測方法，特別涉及一種作物根區土壤水分監測與智能灌溉決策方法。

背景技術

節水灌溉的基礎是作物缺水診斷，作物受旱時會有多方面的響應，能夠反映作物缺水的指標很多，傳統和常用的指標是土壤水分指標，因此土壤水分的測定尤為重要。土壤水分的測定方法已有較長的發展歷史，經歷了從取土烘干測定到傳感器實時自動采集的過程。目前土壤水分的快速測量技術已經比較成熟，可實現實時自動監測和數據采集，但是作物根區土壤水分的連續、實時監測仍沒有方便快捷的方法。一般溫室作物根系分布在深度0至100厘米以內的土層中，但是由于傳感器價格昂貴，在作物根區布設傳感器會顯著增加成本，在目前的農業灌溉中，監測土壤水分的手段只在土壤表層0至10厘米的范圍內布設傳感器，并用于指導灌溉決策，但真正被作物利用的是作物根區范圍內的土壤水分，僅以表層土壤水分含量作為灌溉決策的依據，不足以反映作物缺水狀況，顯然不夠合理。為了獲得作物根區的土壤水分狀況，一般方法是在作物根區土壤剖面布設多個傳感器，利用多個傳感器測得的數據進行灌溉決策，這樣不僅破壞原有土體、增加灌溉成本，還將使設置傳感器的成本顯著增加，多個傳感器也會產生大量的冗余數據，增加了決策的難度。為此，建立合適的作物根區土壤水分監測與灌溉決策方法已成為目前智能灌溉控制系統必須解決的問題。王橋等（專利號CN102252973A）公開了一種土壤含水量遙感監測方法，監測土壤水分的瞬時值。秦齊明等（專利號CN101614651A）公開了一種土壤水分監測的數據同化方法，利用遙感數據和數據同化技術實現時空尺度上大面積土壤水分連續監測。有學者由遙感數據反演的表層土壤水分，根據一定的數學模型計算得到深層土壤含水量，但很難實現深層含水量的實時獲得。目前土壤水模擬方法還只是一種“靜態”模擬，不能實現土壤水分模擬的實時性、動態性，也無法將模擬結果用于智能灌溉系統。

發明內容

為了解決目前無法實現深層土壤含水量的實時獲得，不能實現土壤水分的實時、動態模擬，無法將“靜態”模擬結果用于智能灌溉系統及指導灌溉決策的問題，本發明提出一種作物根區土壤水分監測與智能灌溉決策方法，所采用的技術方案是：

一種作物根區土壤水分監測與智能灌溉決策方法，包括以下3個方面：

（1）土壤水分數據采集

使用土壤水分傳感器基于時域反射或頻域反射的原理進行土壤水分數據采集，土壤水分傳感器埋設在土壤濕潤區域的范圍內，土壤水分傳感器布設在表層土壤中；

（2）土壤水分數值修正

采用基于動態數據驅動應用系統的數值模擬方法，利用實時監測表層土壤水分獲得作物根區的土壤水分狀況，建立土壤水分數學模型，連續監測的表層土壤含水量經過修正，用于指導灌溉決策，修正的過程以土壤水分變化的機理性模型即土壤水動力學模型為基礎，以動態數據驅動應用系統為土壤水分模擬的技術范式，輔以作物信息和實時氣象信息，建立土壤水分模擬和實際土壤水分監測之間的動態模擬系統，動態模擬系統的模擬結果為作物根區土壤水分含量，將作物根區土壤水分含量進行儲存、顯示，以指導灌溉決策；

（3）灌溉數據決策

由水動力學模型得到的作物根區土壤水分含量與設定的作物灌溉閾值進行比較，低于灌溉閾值下限時進行灌溉，達到灌溉閾值上限時停止灌溉。

一種作物根區土壤水分監測與智能灌溉決策方法，土壤水分變化的機理性模型即土壤水動力學模型的方程為：