實時灌溉監測點位置的確定方法

2023-10-04 11:19:59 1

實時灌溉監測點位置的確定方法
【專利摘要】本發明公開了一種實時灌溉監測點位置的確定方法，在作物根區埋設土壤水分監測探頭，監測灌水周期內根區各監測點土壤體積含水量和根區土體內的儲水量的變化特徵，分析土壤水分監測點與作物耗水量之間的關係，確定實時灌溉監測點。本發明實時灌溉監測點位置的確定方法，能夠簡單、快速、有效的確定監測點，為實時適量灌溉研究提供幫助。
【專利說明】實時灌溉監測點位置的確定方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於農業灌溉【技術領域】，具體涉及一種實時灌溉監測點位置的確定方法。

【背景技術】
[0002] 對於實時滴灌，如何選擇探頭的埋設位置是實時灌溉的關鍵。一個點要作為實時 灌溉土壤水分監測點，該點的含水量在灌水周期內的變化必須不能太劇烈，也不能太緩慢， 並且能反映出土體中整體（溼潤體）的平均含水量變化特徵。監測點如果分布在根系質 量分布很大的地方，會導致實時灌溉的灌水量和灌水頻率增大，浪費水資源，達不到節水效 果，反之，會使實時灌溉的灌水量和灌水頻率減小，不能滿足作物正常生長。探頭的埋設位 置的確定是一個很複雜的過程，受諸多因素影響，例如作物根系的分布、根系長度、灌溉制 度等。作物的耗水量主要取決於土壤蒸發和作物蒸騰作用，其中作物蒸騰量和根系吸水之 間有著密切關係，因此，根系在土壤中的分布在一定程度上決定了根區土壤含水量的變化， 從而影響土體中儲水量的變化，而根系質量重心則能代表根系整體分布情況。因此，監測點 的位置一般是根系質量的重心位置，然而根系分布特徵通常是未知的，無法確定根系質量 重心。目前，人們通常採取的方法是直觀上將根系的平均深度作為探頭的埋設深度，但是此 方法無法準確確定最佳的灌溉監測點，不能反映出土體中整體（溼潤體）的平均含水量變 化特徵，另外通過設定不同灌溉制度的試驗，分析不同深度土壤含水量變化特徵來確定監 測點，但此方法具有一定複雜性。


【發明內容】

[0003] 本發明的目的在於提供一種實時灌溉監測點位置的確定方法，能夠簡單、快速、有 效的確定不同作物的實時灌溉監測點。
[0004] 本發明所採用的技術方案是：實時灌溉監測點位置的確定方法，在作物根區埋設 土壤水分監測探頭，監測灌水周期內根區各監測點土壤體積含水量和根區土體內的儲水量 的變化特徵，分析土壤水分監測點與作物耗水量之間的關係，確定實時灌溉監測點。
[0005] 本發明的特點還在於，
[0006] 具體包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :以作物主根與地面交接點為原點（0, 0)，以Lx為水平步長、Lz為垂直步 長，分別沿水平方向和垂直方向劃分網格，並採用Campbell TDR 土壤水分測量系統監測網 格監測點Tm，n處土壤體積含水量θπη;
[0008] 步驟2 :在灌水周期內，連續監測土壤體積含水量的日變化，並根據各個監測點每 天的土壤體積含水量θπη，計算每天土體內的儲水量I ;
[0009]

【權利要求】
1. 實時灌溉監測點位置的確定方法，其特徵在於，在作物根區埋設土壤水分監測探頭， 監測灌水周期內根區各監測點土壤體積含水量和根區土體內的儲水量的變化特徵，分析土 壤水分監測點與作物耗水量之間的關係，確定實時灌溉監測點。
2. 如權利要求1所述的實時灌溉監測點位置的確定方法，其特徵在於，具體包括以下 步驟： 步驟1 :以作物主根與地面交接點為原點（0, 0)，以Lx為水平步長、Lz為垂直步長，分 別沿水平方向和垂直方向劃分網格，並採用Campbell TDR土壤水分測量系統監測網格監測 點Tm，n處土壤體積含水量Θ mn ; 步驟2 :在灌水周期內，連續監測土壤體積含水量的日變化，並根據各個監測點每天的 土壤體積含水量θπη，計算每天土體內的儲水量I; Μ Ν m=l n=l 式中，Θ m為監測點處的土壤體積含水量，單位為cm3/cm3 ;m = 1，2, 3,…，M，表示 監測點垂直方向位置；η = 1，2, 3,…，N，表示監測點水平方向位置；Lx為水平步長；Lz為垂 直步長； 步驟3 :根據Campbell TDR 土壤水分測量系統採集的各監測點每天土壤體積含水量， 分析灌水周期內根區各個監測點的土壤體積含水量θπη日變化特徵，並採用二次多項式擬 合各個監測點土壤體積含水量日變化趨勢： θ mn = amn2t2+amnlt+amn 〇, 1 ^ t ^ T (2) 式中：Θ mn為監測點Tm，n處的土壤體積含水量，單位為cm3/cm 3 ;Τ為灌水周期，單位為 天；t為灌水後天數，單位為天；3"2、和為處的土壤體積含水量擬合參數，採用 最小二乘法擬合得到； 步驟4 :分析灌水周期內土體內的儲水量I的日變化特徵，並採用二次多項式擬合土體 內的儲水量的日變化趨勢： I = A2t2+A1t+A〇, 1 ^ t ^ T (3) 式中為土體內的儲水量，單位為mm ;T為灌水周期，單位為天；t為灌水後天數，單位 為天;A2、4和&為擬合參數，採用最小二乘法擬合得到； 步驟5 :為了確定最佳監測點位置，需要進一步分析監測點處的土壤體積含水量θπη和 土體內的儲水量I的變化特徵，分別對式（2)和式（3)求一階導數： 〇θη,η = amnt+amnl? 1 ^ t ^ T (4) Dj = At+A1； 1 ^ t ^ T (5) 式中：Denm表示Tm，n處的土壤體積含水量θ_的一階導數； Dl表示土體內的儲水量I的 一階導數；其中I = 28^，A = 2A2 ; D 0_和h分別反應了監測點Tm，n處土壤體積含水量和土體內的儲水量的變化速率，D θπη 與h相等，則認為Tm，n處土壤體積含水量的變化趨勢可以最準確地反應土體內的儲水量的 變化趨勢，即監測點T m，n即為最佳監測點； 步驟6 :由於截距anml尹&，因此需要對式⑷進行放縮，使得式（4)與式（5)的截距 相等，從而更好的確定監測點位置，將式（4)放縮為： Demn= Dem" = amn '~~t + ^1, 1 <t<T (6) Umn\ "mnl 7 為 令九=義，-- amm kmn表示放縮到土體儲水量水平上各監測點含水量變化速率； 分別計算各監測點Tm，n處L，並與式（5)中的A進行比較：如果彡A彡km， n， 彡A彡km，n，則確定最佳監測點L在和Tm，n四個點圍成的範圍之內， 即最佳監測點L的水平坐標X e [ (m-1) · Lx, m · Lx]，垂直坐標z e [ (n-1) · Lz, η · Lz]。
3.如權利要求2所述的實時灌溉監測點位置的確定方法，其特徵在於，所述步驟1中水 平步長Lx和垂直步長Lz，根據作物根區範圍選擇20cm?40cm。
【文檔編號】G01N33/24GK104297450SQ201410559815
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】王全九, 蘇李君 申請人:西安理工大學