[發明專利]一種基于濕點時長偏差誘導根系向下生長的灌溉方法

在審

• 申請號: 202210374007.4
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114698540A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 劉曉初;鄭佳鵬;粱忠偉;蕭金瑞;沈忠健;樂祥斌;陳澤威;胡彬
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: A01G29/00
• 分類號: A01G29/00;A01C21/00;A01G22/00
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 秦瑩

1.一種基于濕點時長偏差誘導根系向下生長的灌溉方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1:設備鋪設

將螺旋式水肥氣一體化滴灌裝置埋設于種植穴中，穴深50-80cm，埋設時，螺旋式滴灌管的幾何圓心與種植中心重合且第1個滴灌器距地表5cm；

S2:種植與緩苗

S201，選苗

選擇需要誘導的作物幼苗，若作物根系側根生長較發達，在不影響作物生長的前提下，適當剪短部分側根，以促進主根生生長，使后續的根系誘導效果更加明顯；

S202，種植

種植時使幼苗的莖干位于種植穴中心，填土時，在垂直方向上應保證作物的根盤全部扎于第1個滴灌器下面土壤的不遠處；

S203，緩苗

打開滴灌裝置的第1圈區、第2圈區的滴灌器進行緩苗滴灌，使作物適應新的土壤環境，促進根系生長，保證幼苗移栽存活；

S3:初始設定

S301，目標值設定

根系向下生長土壤最佳含水率C＝50-70％；

S302，調控設定

誘導調控值k_t＝0.8-1.3；脅迫調控值k_P＝1-1.5；脅迫含水率C₀＝10-30％；

S303，影響系數設定：

滴灌修正系數K1＝0.8-1.3；根系密度修正系數K2＝0.9-1.3；誘導系數K3＝0.8-1.2；

S304，可靠域設定

a＝0.3-0.5；b＝0.5-0.7；

S305，滴灌層劃分

將作物地下進行垂向分層，劃分滴灌層，每層厚10cm，從上往下依次為第1滴灌層、第2滴灌層、第3滴灌層……，每層滴灌層對應一圈螺旋式滴灌管；

S4：灌溉決策執行

在緩苗結束后，根系進入生長期，此時開始進入誘導階段，第R滴灌層每天執行誘導灌溉策略，所有第R滴灌層以上的滴灌層每天執行的脅迫灌溉策略；設第R滴灌層的誘導灌溉日序為i，i依次取1，2，3……隨誘導灌溉天數變化；需注意的是，首次誘導灌溉，R取初始值2，即在首次誘導灌溉時，第2滴灌層每天執行誘導灌溉策略，第1圈區每天執行脅迫灌溉策略；

S5:當前土壤含水率獲取

土壤探針每天實時獲取每層滴灌層的當前土壤含水率，土壤含水率取該滴灌層土壤探針所測得土壤含水率的平均值，記第R滴灌層的當前土壤含水率為E；

S6:濕點時長獲取

當天由第R滴灌層的當前土壤含水率為E，算出最佳含水率C與當前土壤含水率E隨時間變化的動態差值EC，EC＝C-E；由傳感器獲取EC值每次大于N_t的時間間隔即進行誘導灌溉的滴灌器閥門每次開啟的時間間隔，實際上，為第i天第k次誘導灌溉后的濕點時長，即當天每次誘導灌溉后濕土持續時長；

由下式算出當天(即為第i天)的平均濕點時長

其中，n為當天灌溉次數；

S7:濕點時長偏差計算

由下式計算得第i天的濕點時長偏差θ_i

S8:根系吃水量判定

由下式計算得當天的根系吃水量判定因子e_i

e_i＝K₁K₂K₃θ_i

其中，K₁為滴灌修正系數，考慮連續滴灌對土壤環境及滴頭的的影響，一般0.8≤K₁≤1.3；K₂為根系密度修正系數，考慮根系生長情況對根系吸水的影響，一般0.9≤K₂≤1.3；K₃為誘導系數，考慮外界環境如光照強度對土壤水分蒸發的影響，一般0.8≤K₃≤1.2，若外界因素忽略不計，K₃取1；

以第R滴灌層的灌溉日序i為橫坐標，根系吃水量判定因子e_i為縱坐標建立直角坐標系，得判定點坐標(i，e_i)，即每一個誘導灌溉日結束可得一個判定點；

由下列公式可算得當天的根系吃水量判定值k_e，

其中，u_i為i的均值，為e_i的均值，n為灌溉天數；

由下列公式可算得調控可靠性評價值r_e，

其中

u_i為i的均值，為e_i的均值，δ_i為i的標準差，為e_i的標準差，N為當天的灌溉總天數；

由當天的k_e值及r_e值進行根系吃水量判定：

①當天的k_e≤0，說明該滴灌層附近這幾天不存在根系吃水或者根系吃水量過少；

②當天的k_e0，

若r_e∈(a，b)，則說明該滴灌層附近根系吃水量逐天增加且具備一定的可靠性；

若說明該滴灌層這幾天存在根系吃水，但根系密度未達期望，不具備可靠性；

其中，(a，b)是可靠域，結合作物根系生長特性及誘導經驗取值，一般取0.3≤a≤0.5，0.5≤b≤0.7；

S9:垂向調控與判定，具體如下：

當誘導灌溉日序i≥4時，系統每天在灌溉結束后進行調控判定：

①若當天的k_e≤0，則說明誘導力度不大，脅迫調控值k_p減小5％，誘導調控值k_t增大5％，增強誘導效果；

②若當天的k_e0且r_e∈(a，b)，則該滴灌層根系吃水量逐天增加且具備一定的可靠性，此時判定根系密度已達誘導期望，該圈區的根系向下生長誘導成功，該圈區的滴灌器結束誘導灌溉；

i置為1，置R＝R+1，即下一層滴灌層開始進一步誘導根系向下生長，系統返回S4，重復執行S5-S9，依次類推，直至根系向下生長達到誘導預期，結束誘導灌溉；

③當誘導灌溉日序i≥12，若k_e≤0或則判定第R圈區根系密度未達誘導期望；檢查作物地上部分的生長情況，進行下一步判斷：

若作物生長良好，i置為0，R＝R+1，進一步的，脅迫調控值k_p減小5％，誘導調控值k_t增大5％，增強誘導效果；系統返回S4，重復執行S5-S9，依次類推，直至根系向下生長到達預定目標時，系統結束誘導灌溉；

若作物生長不良，則放棄該植株的根系向下誘導，結束誘導，重新種植。