實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法，在作物根區(qū)埋設(shè)土壤水分監(jiān)測(cè)探頭，監(jiān)測(cè)灌水周期內(nèi)根區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤體積含水量和根區(qū)土體內(nèi)的儲(chǔ)水量的變化特征，分析土壤水分監(jiān)測(cè)點(diǎn)與作物耗水量之間的關(guān)系，確定實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法，能夠簡(jiǎn)單、快速、有效的確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為實(shí)時(shí)適量灌溉研究提供幫助。
【專(zhuān)利說(shuō)明】實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)灌溉【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于實(shí)時(shí)滴灌，如何選擇探頭的埋設(shè)位置是實(shí)時(shí)灌溉的關(guān)鍵。一個(gè)點(diǎn)要作為實(shí)時(shí) 灌溉土壤水分監(jiān)測(cè)點(diǎn)，該點(diǎn)的含水量在灌水周期內(nèi)的變化必須不能太劇烈，也不能太緩慢， 并且能反映出土體中整體（濕潤(rùn)體）的平均含水量變化特征。監(jiān)測(cè)點(diǎn)如果分布在根系質(zhì) 量分布很大的地方，會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)灌溉的灌水量和灌水頻率增大，浪費(fèi)水資源，達(dá)不到節(jié)水效 果，反之，會(huì)使實(shí)時(shí)灌溉的灌水量和灌水頻率減小，不能滿(mǎn)足作物正常生長(zhǎng)。探頭的埋設(shè)位 置的確定是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，受諸多因素影響，例如作物根系的分布、根系長(zhǎng)度、灌溉制 度等。作物的耗水量主要取決于土壤蒸發(fā)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(guān)系，因此，根系在土壤中的分布在一定程度上決定了根區(qū)土壤含水量的變化， 從而影響土體中儲(chǔ)水量的變化，而根系質(zhì)量重心則能代表根系整體分布情況。因此，監(jiān)測(cè)點(diǎn) 的位置一般是根系質(zhì)量的重心位置，然而根系分布特征通常是未知的，無(wú)法確定根系質(zhì)量 重心。目前，人們通常采取的方法是直觀上將根系的平均深度作為探頭的埋設(shè)深度，但是此 方法無(wú)法準(zhǔn)確確定最佳的灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不能反映出土體中整體（濕潤(rùn)體）的平均含水量變 化特征，另外通過(guò)設(shè)定不同灌溉制度的試驗(yàn)，分析不同深度土壤含水量變化特征來(lái)確定監(jiān) 測(cè)點(diǎn)，但此方法具有一定復(fù)雜性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法，能夠簡(jiǎn)單、快速、有 效的確定不同作物的實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法，在作物根區(qū)埋設(shè) 土壤水分監(jiān)測(cè)探頭，監(jiān)測(cè)灌水周期內(nèi)根區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤體積含水量和根區(qū)土體內(nèi)的儲(chǔ)水量 的變化特征，分析土壤水分監(jiān)測(cè)點(diǎn)與作物耗水量之間的關(guān)系，確定實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0006] 具體包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :以作物主根與地面交接點(diǎn)為原點(diǎn)（0, 0)，以Lx為水平步長(zhǎng)、Lz為垂直步 長(zhǎng)，分別沿水平方向和垂直方向劃分網(wǎng)格，并采用Campbell TDR 土壤水分測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng) 格監(jiān)測(cè)點(diǎn)Tm，n處土壤體積含水量θπη;
[0008] 步驟2 :在灌水周期內(nèi)，連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤體積含水量的日變化，并根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每 天的土壤體積含水量θπη，計(jì)算每天土體內(nèi)的儲(chǔ)水量I ;
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法，其特征在于，在作物根區(qū)埋設(shè)土壤水分監(jiān)測(cè)探頭， 監(jiān)測(cè)灌水周期內(nèi)根區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤體積含水量和根區(qū)土體內(nèi)的儲(chǔ)水量的變化特征，分析土 壤水分監(jiān)測(cè)點(diǎn)與作物耗水量之間的關(guān)系，確定實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法，其特征在于，具體包括以下 步驟： 步驟1 :以作物主根與地面交接點(diǎn)為原點(diǎn)（0, 0)，以Lx為水平步長(zhǎng)、Lz為垂直步長(zhǎng)，分 別沿水平方向和垂直方向劃分網(wǎng)格，并采用Campbell TDR土壤水分測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)格監(jiān)測(cè) 點(diǎn)Tm，n處土壤體積含水量Θ mn ; 步驟2 :在灌水周期內(nèi)，連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤體積含水量的日變化，并根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天的 土壤體積含水量θπη，計(jì)算每天土體內(nèi)的儲(chǔ)水量I; Μ Ν m=l n=l 式中，Θ m為監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的土壤體積含水量，單位為cm3/cm3 ;m = 1，2, 3,…，M，表示 監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直方向位置；η = 1，2, 3,…，N，表示監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平方向位置；Lx為水平步長(zhǎng)；Lz為垂 直步長(zhǎng)； 步驟3 :根據(jù)Campbell TDR 土壤水分測(cè)量系統(tǒng)采集的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天土壤體積含水量， 分析灌水周期內(nèi)根區(qū)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤體積含水量θπη日變化特征，并采用二次多項(xiàng)式擬 合各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤體積含水量日變化趨勢(shì)： θ mn = amn2t2+amnlt+amn 〇, 1 ^ t ^ T (2) 式中：Θ mn為監(jiān)測(cè)點(diǎn)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為灌水后天數(shù)，單位為天；3"2、和為處的土壤體積含水量擬合參數(shù)，采用 最小二乘法擬合得到； 步驟4 :分析灌水周期內(nèi)土體內(nèi)的儲(chǔ)水量I的日變化特征，并采用二次多項(xiàng)式擬合土體 內(nèi)的儲(chǔ)水量的日變化趨勢(shì)： I = A2t2+A1t+A〇, 1 ^ t ^ T (3) 式中為土體內(nèi)的儲(chǔ)水量，單位為mm ;T為灌水周期，單位為天；t為灌水后天數(shù)，單位 為天;A2、4和&為擬合參數(shù)，采用最小二乘法擬合得到； 步驟5 :為了確定最佳監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，需要進(jìn)一步分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的土壤體積含水量θπη和 土體內(nèi)的儲(chǔ)水量I的變化特征，分別對(duì)式（2)和式（3)求一階導(dǎo)數(shù)： 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(dǎo)數(shù)； Dl表示土體內(nèi)的儲(chǔ)水量I的 一階導(dǎo)數(shù)；其中I = 28^，A = 2A2 ; D 0_和h分別反應(yīng)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)Tm，n處土壤體積含水量和土體內(nèi)的儲(chǔ)水量的變化速率，D θπη 與h相等，則認(rèn)為T(mén)m，n處土壤體積含水量的變化趨勢(shì)可以最準(zhǔn)確地反應(yīng)土體內(nèi)的儲(chǔ)水量的 變化趨勢(shì)，即監(jiān)測(cè)點(diǎn)T m，n即為最佳監(jiān)測(cè)點(diǎn)； 步驟6 :由于截距anml尹&，因此需要對(duì)式⑷進(jìn)行放縮，使得式（4)與式（5)的截距 相等，從而更好的確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(chǔ)水量水平上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)含水量變化速率； 分別計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)Tm，n處L，并與式（5)中的A進(jìn)行比較：如果彡A彡km， n， 彡A彡km，n，則確定最佳監(jiān)測(cè)點(diǎn)L在和Tm，n四個(gè)點(diǎn)圍成的范圍之內(nèi)， 即最佳監(jiān)測(cè)點(diǎn)L的水平坐標(biāo)X e [ (m-1) · Lx, m · Lx]，垂直坐標(biāo)z e [ (n-1) · Lz, η · Lz]。
3.如權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)灌溉監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定方法，其特征在于，所述步驟1中水 平步長(zhǎng)Lx和垂直步長(zhǎng)Lz，根據(jù)作物根區(qū)范圍選擇20cm?40cm。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK104297450SQ201410559815
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】王全九, 蘇李君 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)