[發(fā)明專利]一種區(qū)域尺度農(nóng)作物分區(qū)水肥管理模式的優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011561322.5
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112700035A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王素芬;范云飛;戶廣勇;于波;馬士萌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/02;A01C21/00;A01G25/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

1.一種區(qū)域尺度農(nóng)作物分區(qū)水肥管理模式的優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

步驟1：選取研究區(qū)域，確定農(nóng)作物種類，構(gòu)建區(qū)域空間屬性數(shù)據(jù)庫；

步驟2：建立區(qū)域內(nèi)某種灌溉模式下的水氮耦合生產(chǎn)函數(shù)模型；

步驟3：基于水氮耦合生產(chǎn)函數(shù)模型建立區(qū)域水肥管理優(yōu)化模型，獲取農(nóng)作物實際產(chǎn)量；

步驟4：確定研究區(qū)的水文年型農(nóng)作物全生育期內(nèi)的有效降雨量；

步驟5：通過水肥耦合試驗獲得水氮耦合生產(chǎn)函數(shù)模型參數(shù)；

步驟6：基于水氮耦合生產(chǎn)函數(shù)模型對區(qū)域內(nèi)的水肥管理模式進(jìn)行分區(qū)優(yōu)化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟1包括選取研究區(qū)域，確定農(nóng)作物的種類和研究年份以及水文年型；所述區(qū)域空間屬性數(shù)據(jù)庫包括氣象數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型、土壤數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、農(nóng)作物生長空間適宜性分區(qū)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2水氮耦合生產(chǎn)函數(shù)模型基于氮素效應(yīng)函數(shù)相乘Jensen模型建立，為：

式(1)中：a，b，c為氮素效應(yīng)二次函數(shù)的各項系數(shù)；k為水氮互作系數(shù)，反映水肥耦合效應(yīng)，當(dāng)k1時表示水氮耦合呈協(xié)同作用；N_a，N_m分別為農(nóng)作物生育期內(nèi)實際吸氮量、潛在吸氮量；Y_a，Y_m分別為各水肥管理條件下農(nóng)作物的實際產(chǎn)量和水分氮素充分供應(yīng)時農(nóng)作物的最大產(chǎn)量；ET_ai，ET_am分別為農(nóng)作物各生育階段或每次灌水間隔內(nèi)的實際耗水量和需水量；i為農(nóng)作物的第i個生育階段，i＝1，2，3，…，n；λ_i為農(nóng)作物第i個生育階段的水分敏感指數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3區(qū)域水肥管理優(yōu)化模型包括施氮制度的優(yōu)化模型和灌溉制度的優(yōu)化模型；

施用氮素相對量的取值為二次曲線的對稱軸處，如式(2)和(3)所示：

式(2)、(3)中：N_a，N_m分別為農(nóng)作物生育期內(nèi)實際吸氮量、潛在吸氮量；a，b分別為氮素效應(yīng)二次函數(shù)的二次項系數(shù)和一次項系數(shù)。

水量平衡方程如式(4)所示

IR_i+Pe_i+W_i+K_i＝ET_ai+W_i+1+D_i (4)

式(4)中：

階段變量：i是根據(jù)不同農(nóng)作物劃分整個生育期內(nèi)的生育階段，i＝1，2，3，…，n；階段變量n為農(nóng)作物各生育階段的順序編號；

狀態(tài)變量：W_i為計劃濕潤層內(nèi)可供農(nóng)作物利用的土壤含水量；P_ei為農(nóng)作物生育期內(nèi)的有效降雨量；

決策變量：ET_ai為農(nóng)作物各生育階段或每次灌水間隔內(nèi)的實際耗水量；IR_i為農(nóng)作物各生育階段的灌水量；K_i為第i個階段的地下水補(bǔ)給量；W_i+1為第i+1階段的土壤含水量；D_i為第i階段的深層滲漏量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3中，農(nóng)作物實際產(chǎn)量為氮素效應(yīng)的施氮制度的優(yōu)化模型與水分效應(yīng)的灌溉制度的優(yōu)化模型同時取得最大值時的產(chǎn)量，如式(5)所示：

式(5)中：F表示單位面積農(nóng)作物的實際相對產(chǎn)量；Y_a，Y_m分別為各水肥管理條件下農(nóng)作物的實際產(chǎn)量和水分氮素充分供應(yīng)時農(nóng)作物的最大產(chǎn)量；ET_ai，ET_am分別為農(nóng)作物各生育階段或每次灌水間隔內(nèi)的實際耗水量和需水量；i是根據(jù)不同農(nóng)作物劃分整個生育期內(nèi)的生育階段，i＝1，2，3，…，n；階段變量n為農(nóng)作物各生育階段的順序編號；λ_i為農(nóng)作物第i個生育階段的水分敏感指數(shù)。