[發明專利]一種識別作物根系活動層深度的方法及系統

有效

• 申請號: 202110204767.6
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113156082B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 于景鑫;張鐘莉莉;張馨;薛緒掌;張石銳;李文龍
• 申請（專利權）人: 北京農業智能裝備技術研究中心
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 聶俊偉

本發明提供的識別作物根系活動層深度的方法及系統，包括：采集不同深度的土壤含水量構建時間序列數據；將其轉換為三維空間坐標系下的點位數據；對點位數據進行空間插值處理，構建數字土壤水分濕度空間模型；對其進行模型變化速率和變化方向計算，以構建數字土壤水分變化速率模型和數字土壤水分變化方向模型；確定根系活動區域的中點的深度值作為作物根系活動層深度。本發明通過構建三維空間坐標系框架將時序數據轉換為空間坐標系下的點數據進而利用高精度插值算法獲取面狀數字土壤水分濕度空間模型，再通過三維空間像元變化速率與變化方向分析最終得出精準作物根系活動層深度，實現了非破壞性作物根系水分變化監測，識別精度高、成本低、易推廣。

技術領域

本發明涉及農業信息技術領域，尤其涉及一種識別作物根系活動層深度的方法及系統。

背景技術

作物根系活動層是指作物主要根系能從中吸收水分的土層。在該土層中作物的根量約占總根量的90％以上。據測定，冬小麥根深可達1.5～2.0m以上，但90％的根量分布在0～60cm表土層內；玉米根系最深可達到2m以上，一般為1.0m左右，但主要根系分布于0～50cm的表土層中；棉花的主要根系也分布在0～50cm的表土層中。作物根系活動層是制定土壤計劃濕潤層從而確定灌溉水量的重要指標。在作物生育期應根據作物生長發育的需要，保證作物根系活動層的土壤中水分適宜，精準識別出作物根系活動層深度對實現精準灌溉、農業節水等具有極其重要的意義。作物根系活動層深度與作物類型品種、生長階段、土壤類型、土壤水分條件等有關，受到的影響條件多，相互關系復雜。

現有應用實踐中一般是根據以往的種植經驗以及資料，估算不同生育期間的作物根系深度，這種方式通常基于生育期對作物根系深度劃分2-3個等級，給出變化區間較為簡單粗糙，難以達到精準農業對該指標的作業要求。

此外，現有技術方案中，通過安裝多組土壤水分和土壤濕度傳感器，進而對比各傳感器所檢測的溫度與濕度的差值，以判斷活動層深度。這種方法不僅需要預留對照設備和空白田塊造成農田二次破壞和浪費，且對傳感器安裝位置要求極高。由于不同點位間的影響因素復雜，通過多傳感器間對照的方式判別并不可靠甚至是會造成錯誤。

此外，有技術方案提出使用探地雷達來探測作物根深，該方法無法精準識別作物根系活動層深度且市場價格高，使得多設備或特殊設備的監測方法不僅對現場安裝實施要求極高也使得后期的安裝與維護成本變得高昂，極難用于實際推廣應用。

有鑒于此，亟需通過方法和系統創新，實現以較低成本高精度獲取農田作物根系活動層深度的方法和系統。

發明內容

針對現有技術在進行作物根系活動層深度識別時所存在的根系深度探測方法精度低，難以滿足精準農業的定量化要求以及根系深度探測所需傳感器種類、數量多，設備成本高，可推廣性差等缺陷，本發明實施例提供一種識別作物根系活動層深度的方法及系統。

本發明提供一種識別作物根系活動層深度的方法，包括：利用設置于目標測量點的土壤水分傳感器，按預設時間間隔采集不同深度的土壤含水量，構建時間序列數據；在構建三維空間坐標系之后，將時間序列數據轉換為三維空間坐標系下的點位數據；對點位數據進行空間插值處理，構建數字土壤水分濕度空間模型；對數字土壤水分濕度空間模型進行模型變化速率計算，以根據計算結果構建數字土壤水分變化速率模型；對數字土壤水分濕度空間模型進行模型變化方向計算，以根據計算結果構建數字土壤水分變化方向模型；基于數字土壤水分變化速率模型和數字土壤水分變化方向模型，確定根系活動區域；并將根系活動區域的中點所對應的深度值作為作物根系活動層深度。

根據本發明提供的一種識別作物根系活動層深度的方法，，所述三維空間坐標系，包括x，y，z三個互相垂直的要向軸；x軸用于表示時間維度軸，y軸用于表示土壤深度維度的軸，z軸用于表示土壤含水量維度的軸。