一种灌溉施肥方法与流程

本发明涉及农艺技术领域，特别涉及一种灌溉施肥方法。

背景技术：

在农作物生长过程中，通常需要灌溉施肥来促进农作物的生长以及提高农作物的产量。其中，灌溉施肥包括地面灌溉、地下灌溉与注射灌溉，而地面灌溉具有灌水方便、成本低、运行管理方便等特点，故在灌溉施肥领域中占有主导位置。

其中，人工撒施是地面灌溉中的常见实施方式，包括：先将肥料均匀撒施在畦田间；然后再将畦灌水流从畦首引入，并流向畦尾，畦灌水流在重力和水流推力的作用下沿畦长方向以薄水层向前推进的同时，携带着肥料渗入到土壤内。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

畦灌水流易对固体肥产生冲刷，可导致部分肥料被畦灌水流冲携到畦尾，引起畦尾水流溶质浓度增大的“后翘”现象，造成肥料在畦田的分布不均匀，降低肥料利用率。

技术实现要素：

为了解决现有技术中畦尾水流溶质浓度增大的“后翘”现象的问题，本发明实施例提供了一种灌溉施肥方法。所述技术方案如下：

一种灌溉施肥方法，所述方法包括：对畦田撒施肥料，控制施肥量从所述畦田的畦首至畦尾逐渐减少；

自所述畦首引入畦灌水流，使所述畦灌水流自所述畦首推进至所述畦尾。

具体地，所述对畦田撒施肥料，控制施肥量从所述畦田的畦首至畦尾逐渐减少，包括：

自所述畦首至所述畦尾，将所述畦田平均分割成多段子畦田；

根据当地的平均施肥水平，获取所述畦田平均施肥量，预设撒施非均匀系数，根据所述平均施肥量和所述撒施非均匀系数，确定畦首施肥量；

根据所述畦首施肥量，获取每段所述子畦田的施肥量；

根据每段所述子畦田的施肥量，获取每段所述子畦田的施肥总量；

根据每段所述子畦田的施肥总量，对每段所述子畦田进行撒施；

其中，所述撒施非均匀系数的计算公式：

式中：

usn——撒施非均匀系数，大于0；

nmax——畦首施肥量，kg/hm²；

nave——平均施肥量，kg/hm²。

具体地，每段所述子畦田的施肥量的计算公式如下所示：

式中：

n——子畦田的总段数，大于或等于2，且为的整数倍；

i——自畦首起，子畦田所在段数；

ni——第i段子畦田的施肥量，kg/hm²；

usn——大于1。

具体地，每段所述子畦田的施肥总量的计算公式如下所示：

式中：

qi——第i段子畦田的施肥总量，kg；

s——当对畦田进行平均分割时，每段子畦田的面积，hm²。

具体地，所述撒施非均匀系数为1～2。

具体地，所述子畦田的总段数为2～10。

具体地，随着所述撒施非均匀系数的增大，所述畦灌水流的单宽流量也随之增大。

具体地，所述方法还包括：

选择畦田，根据所述平均施肥量和所述撒施非均匀系数对所述畦田撒施肥料，并对所述畦田引入所述畦灌水流进行灌溉，获取灌溉施肥性能评价指标；

根据所述灌溉施肥性能评价指标，对所述撒施非均匀系数的合理性进行验证；

若所述灌溉施肥性能评价指标高于均匀撒施肥料时的灌溉性能评价指标，则判断所述撒施非均匀系数合理；否则，重新预设所述撒施非均匀系数及对应所述撒施非均匀系数选取畦灌水流的单宽流量，直至所述灌溉施肥性能评价指标高于均匀撒施肥料时的灌溉性能评价指标。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过采取非均匀撒施肥料的方式，即控制施肥量从畦田的畦首至畦尾逐渐减少，可减少由于畦灌水流对肥料的冲刷携带而造成畦田不同区域施肥量的差异，提高了肥料在畦田的分布均匀性，从而避免了畦灌水流到达畦尾时，畦尾的实际施肥量大于平均施肥量，而引起畦尾水流溶质浓度增大的“后翘”现象，减少了肥料流失，提高了肥料的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1～图3是本发明实施例提供的，不同畦田分段情况下非均匀撒施肥料的状态示意图；

图4～图6是本发明实施例提供的不同撒施非均匀系数所对应的非均匀撒施肥料的状态示意图；

图7现有技术提供的均匀撒施肥料的状态示意图；

图8是本发明实施例提供的条畦布置示意图；

图9是本发明实施例提供的，六种不同畦灌施肥方式所对应的地表畦灌水流的硫酸根浓度分布示意图。

其中，附图中的各个标号说明如下：

nmax畦首施肥量，nave平均施肥量，l畦长。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种灌溉施肥方法，该方法包括：对畦田撒施肥料，控制施肥量从畦田的畦首至畦尾逐渐减少；

自畦田的畦首引入畦灌水流，使畦灌水流自畦首推进至畦尾。

本发明实施例通过采取非均匀撒施肥料的方式，即控制施肥量从畦田的畦首至畦尾逐渐减少，可减少由于畦灌水流对肥料的冲刷携带而造成畦田不同区域施肥量的差异，提高了肥料在畦田的分布均匀性，从而避免了畦灌水流到达畦尾时，畦尾的实际施肥量大于平均施肥量，而引起畦尾水流溶质浓度增大的“后翘”现象，减少了肥料流失量，提高了肥料的利用率。

通过如下所述的方法来控制施肥量从畦首至畦尾逐渐减少：

步骤101：自畦首至畦尾，将畦田平均分割成多段子畦田。

步骤102：根据当地的平均施肥水平，获取畦田平均施肥量，预设撒施非均匀系数，根据平均施肥量和撒施非均匀系数确定畦首施肥量。

步骤103：根据畦首施肥量，获取每段子畦田的施肥量。

步骤104：根据每段子畦田的施肥量，获取每段子畦田的施肥总量。

步骤105：根据每段子畦田的施肥总量，对每段子畦田进行撒施。

其中，撒施非均匀系数的计算公式：

式中：

usn——撒施非均匀系数，大于0；

nmax——畦首施肥量，kg/hm²；

nave——平均施肥量，kg/hm²。

以下就以上各步骤进行详细说明：

步骤101中，自畦首至畦尾，沿着畦长方向，将畦田平均分割成多段子畦田。

根据实际畦长，可将畦田平均分成至少2段子畦田，且每段子畦田所在区域内的施肥量相同，即每段子畦田所在区域内撒施肥料的高度保持一致。

其中，在畦田设置子畦田的段数决定了在畦灌之前，撒施到畦田的肥料的分布情况，例如可参见图1～图3。图1、图2、图3分别示出了当撒施非均匀系数等于1、施肥总量不变以及畦田规格不变的情况下，将畦田平均分割成2段子畦田、4段子畦田与无穷段子畦田时，它们各自对应的肥料的分布情况。

可见，当将畦田分成无穷段子畦田时，每段子畦田的施肥量近似呈线性关系(参见图3)。

优选地，子畦田的总段数为2～10，例如2、3、4等，这样设置子畦田的总段数，可有效地提高畦田不同区域内撒施肥料的均匀程度，提高肥料的利用率。

步骤102中，根据当地的平均施肥水平，获取畦田平均施肥量，以及预设的撒施非均匀系数，然后根据平均施肥量以及撒施非均匀系数，来确定畦首施肥量。

其中，当地的平均施肥水平指的是，可根据季节和土质状况等，来确定的当地经验施肥量(单位是kg/hm²，千克每公顷)或施肥总量(单位是kg)，其可以理解为是确定的。

基于撒施非均匀系数的上述计算公式可知，撒施非均匀系数是表征畦田不同区域(即不同子畦田)内撒施肥料的非均匀程度，撒施非均匀系数越大，畦田不同区域内撒施肥料的非均匀程度也就越大。

撒施非均匀系数决定了畦灌之前每段子畦田的施肥量。图4、图5、图6示出了当施肥总量不变、畦田规格不变以及将畦田分为无穷段子畦田的情况下，撒施非均匀系数分别为1.5、1以及0.5时，在畦灌之前，畦田施肥量变化的示意图。可见，当撒施非均匀系数为1时，畦尾施肥量为0kg/hm²；当撒施非均匀系数为1.5时，施肥量在到达畦尾之前就已经变为0kg/hm²；当撒施非均匀系数为0.5时，畦尾施肥量大于0kg/hm²。

需要指出的是，当均匀撒施肥料时，可看作撒施非均匀系数等于0，即平均施肥量等于畦首施肥量，且畦首至畦尾的施肥量保持不变(参见图7)。

基于上述，将撒施非均匀系数设置为1～2，例如1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0等，既可避免由于撒施非均匀系数太小，而不能有效提高畦田不同区域内撒施肥料的均匀化程度以及提高肥料的利用率；也可避免因为撒施非均匀系数过大，而无法保证畦灌水流将肥料携带至畦尾，进而不能保证畦田不同区域内撒施肥料的均匀程度。

由撒施非均匀系数的计算公式可知，畦首施肥量根据平均施肥量以及撒施非均匀系数，再利用上述计算撒施非均匀系数的公式计算得出，即nmax＝(1+usn)×nave。

需要说明的是，当将畦田分为有限段子畦田时，第一段子畦田所对应的施肥量不等于畦首施肥量。当畦田分成无穷段子畦田时，第一段子畦田所对应的施肥量约等于畦首施肥量(参见图3)。其中，第一、第二，至第n是以畦首到畦尾按顺次设定的。

步骤103根据畦首施肥量，获取每段子畦田的施肥量，具体地：

每段子畦田的施肥量的计算公式如下所示：

式中：

n——子畦田的总段数，大于或等于2，且为的整数倍；

i——自畦首起，子畦田所在段数；

ni——第i段子畦田的施肥量，kg/hm²；

usn——大于1。

子畦田的总段数n应大于或等于2，且为的整数倍，举例来说，若usn＝1，即则n可取2、3、4、5、6、7、8、9、10等；

若usn＝1.5，则n可取5、10、15、20等。

基于畦首施肥量可通过撒施非均匀系数和平均施肥量计算得到，每段子畦田的施肥量的计算公式也可表示为：

可见，根据畦首施肥量，即可获得每段子畦田的施肥量。

步骤104根据每段子畦田的施肥量，获取每段子畦田的施肥总量，具体地：

每段子畦田的施肥总量为每段子畦田的施肥量与每段子畦田的面积的乘积，每段子畦田的施肥总量的计算公式如下所示：

式中：

qi——第i段子畦田的施肥总量，kg；

s——当对畦田进行平均分割时，每段子畦田的面积，hm²。

本领域技术人员可以理解的是，由于对畦田进行了平均分割，每段子畦田的面积彼此相等。

基于畦首施肥量可通过撒施非均匀系数和平均施肥量计算得到，，每段子畦田的施肥总量的计算公式也可如下所示：

由上述可知，一旦确定了畦田的子畦田的个数、平均施肥量以及撒施非均匀系数，就可获取每段子畦田的施肥总量。

举例来说，选取规格为100m(长)×1.7m(宽)的畦田，并沿畦长将畦田分为10段，即n＝10，且平均施肥量为952.38kg/hm²。以下，来计算每段子畦田的施肥总量。

(1)当撒施非均匀系数等于1时

由于，nave＝952.38kg/hm²，s＝100×1.7/10＝17m²,可得出nave×s＝1.62kg。

则，第1段子畦田的总施肥量

第2段子畦田的总施肥量

依次类推，来计算第3～10子畦田的总施肥量。

(2)当撒施非均匀系数等于1.5时

由于，nave＝952.38kg/hm²，s＝100×1.7/10＝17m²,可得出nave×s＝1.62kg。

则，第1段子畦田的总施肥量

第2段子畦田的总施肥量

依次类推，来计算第3～10子畦田的总施肥量。

步骤105根据每段子畦田的施肥总量，对每段子畦田进行撒施。

在实际操作中，基于每段子畦田的施肥总量，可以采取人工方式对每段子畦田进行均匀撒施，也可以采用机械化方式对每段子畦田进行均匀撒施。

当对畦田的每个子畦田撒施完毕后，自畦田的畦首引入畦灌水流，使畦灌水流自畦首推进至畦尾，畦田内不均匀分布的肥料在畦灌水流的逐步推进下，实现均匀分布。

其中，畦灌水流的流量对畦田施肥量的均匀程度也有一定影响，若畦灌水流的流量过大，可增强畦灌水流对肥料的冲刷作用，使过多的肥料被携带至畦尾，提高了畦尾出现“后翘”现象的概率；若畦灌水流的流量过小，会使肥料被携带至畦尾的量过少，增加了畦田不同区域施肥量的不均匀程度。

为了解决该问题，本发明实施例采取以下方法：随着撒施非均匀系数的增大，畦灌水流的单宽流量也随之增大。

举例来说，若撒施非均匀系数为1，畦灌水流的单宽流量可以为2～6l/(m·s)；若撒施非均匀系数为1.5，畦灌水流的单宽流量可以为6～8l/(m·s)。

在实际操作中，由于撒施非均匀系数是根据经验预设的，为了能准确高效地获取最佳的撒施非均匀系数，实现肥料的均匀分布，在对某一畦田进行非均匀撒施之前，可以先在其中选取一块畦田对撒施非均匀系数的合理性进行判断，具体为：

选择畦田，根据平均施肥量和撒施非均匀系数对畦田撒施肥料，并对畦田引入畦灌水流进行灌溉，获取灌溉施肥性能评价指标；

根据灌溉施肥性能评价指标，对撒施非均匀系数的合理性进行验证；

若灌溉施肥性能评价指标高于均匀撒施肥料时的灌溉施肥性能评价指标，则判断撒施非均匀系数合理；否则，重新预设撒施非均匀系数，以及对应撒施非均匀系数选取畦灌水流的单宽流量，直至灌溉施肥性能评价指标高于均匀撒施肥料时的灌溉性能。

可见，采用由该块畦田确定的撒施非均匀系数，对同一畦田其他与之规格相同的畦田进行施肥灌溉，能达到同样的施肥效果，有效避免畦尾出现“后翘”现象，保证畦田不同区域内施肥量的均匀程度。

其中，灌溉施肥性能评价指标，包括施肥分布均匀性、施肥效率和施肥满足率等评价指标，本发明实施例采用施肥分布均匀性评价指标、施肥效率评价指标以及畦田地表水流的肥料含量来综合评价撒施非均匀系数性能，下面对这三者进行说明。

施肥分布均匀性评价指标，用于整体度量畦田各点处的实际施肥量偏离平均施肥量的程度，其计算公式可如下所示：

式中：

uccn——施肥分布均匀性评价指标；

navg——畦田内作物有效根系层内平均施肥量，g/m；

m——畦田内取样点的数量；

j——自畦首起，第j个取样点；

n——畦田内作物有效根系层内实际施肥量，g/m；

l——畦田的长度，m；

xj-1——第j-1个取样点至畦首的距离，m；

xj——第j个取样点至畦首的距离，m。

施肥效率评价指标，用于度量实际施肥量被存留在作物有效根系层内供作物吸收利用的比例，其计算公式可如下所示：

式中：

nt——总施肥量，g/m；

nrz——施肥后，作物根系层内的肥料增量，g/m。

畦田地表畦灌水流的肥料含量，指的是对畦田开始畦灌后，不同时刻下，畦田不同区域内水流中肥料含量，一般以肥料的浓度(单位为mg/l)来计量。

在实际操作中，本发明实施例在距离畦首不同处布置多个取样点以计算施肥分布均匀性评价指标、施肥效率评价指标以及观察畦田地表水流中的肥料浓度随着畦长的变化。其中，根据肥料的实际种类，其浓度评价指标可以不同，举例来说，当肥料为硫酸铵时，由于铵根离子在土壤中不稳定，可以选择相对更稳定的硫酸根浓度表征肥料浓度。

在对实验畦田进行畦灌前(可取畦灌前1、2天等)和畦灌后的第n天(可取第2、3、4、5天等)，分别对实验畦田每个取样点不同深度(例如，在取样点距离地表0～20cm、20～40cm、40～60cm和60～80cm处)处采集土样，以获取畦田内作物有效根系层内实际施肥量以及作物根系层内的肥料增量，就可计算出施肥分布均匀性评价指标与施肥效率评价指标；

另外，对畦田畦灌开始后，可在不同时刻(例如在畦灌水流推进至取样点及畦尾若干时间后)，在不同取样点处采集水样，获取不同取样点所在的畦田地表畦灌水流中的肥料浓度，以判断畦尾是否出现“后翘”现象。

只有施肥分布均匀性评价指标与施肥效率评价指标高于均匀撒施肥料时的灌溉施肥性能评价指标，且畦尾不出现“后翘”现象，才能说明本发明实施例预设的撒施非均匀系数合理。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

基于本发明实施例提供的方法，下面以北京市大兴区某一田地为例，对本发明实施例提供的灌溉施肥方法进行说明；并且，以均匀撒施为对比例，来说明本发明实施例提供的灌溉施肥方法的效果。

该田地分割成18块畦田，每块畦田的规格为长100m、宽1.7m，本发明实施例自畦首至畦尾，沿着畦长方向将畦田平均分割成10段子畦田(如图8所示)，每段子畦田的长度为10m、宽为1.7m。

该田地种植冬小麦，大兴当地农民的经验施氮量为200kg/hm²。本实施例为了能尽快测出地表水流及土壤中肥料含量，选用易溶性硫酸铵为所用氮肥。其中，硫酸铵中含氮量为21％，则当地硫酸铵经验施肥量＝200/0.21＝952.38kg/hm²，即每块畦田的施肥总量＝952.38×17×10^-4＝16.2kg。

需要说明的是，当地硫酸铵经验施肥量为本发明实施例中所指的平均施肥量。

根据平均施肥量，再根据上述对每段子畦田的施肥总量的计算公式，可得出，在撒施非均匀系数等于1、1.5以及均匀撒施状态(认为撒施非均匀系数为0)下，每段子畦田的施肥总量，如表1所示。

表1

根据表1中的每段子畦田的施肥总量，分别对三块相同规格的畦田进行撒施肥料，并在每块畦田的畦首引入畦灌水流，使畦灌水流自畦首推进至畦尾，完成对畦田的灌溉施肥。

由于不同流量的畦灌水流也会影响畦灌施肥效果，本实施例选取6种畦灌施肥模式，如表2所示。

表2

其中，表2中的q2-s0指入畦单宽流量为2l/(m·s)、撒施非均匀系数为0。

对上述六种畦灌施肥模式进行灌溉施肥以后，下面对这六种模式的灌溉施肥效果给予对比与评价。

本发明实施例在这六种模式所对应的畦田中，距离畦首10、30、50、70m、90m处布置5个取样点(参见图8)以计算施肥分布均匀性评价指标(即指硫酸根分布均匀度)、施肥效率评价指标(即肥料存储率)以及观察畦田地表畦灌水中硫酸根浓度随着畦长的变化。

其中，在对这六种模式所对应的每块畦田进行畦灌前和畦灌后的第两天，分别对这六种模式所对应的每块畦田每个取样点深度为10cm、30cm、50cm和70cm处采集土样，每块畦田共计40个土样(即每个取样点每个深度取2个土样)，以获取每块畦田内作物有效根系层内实际施肥量以及作物根系层内的肥料增量，就可计算出施肥分布均匀性评价指标与施肥效率评价指标；

另外，在畦灌水流推进至畦尾15min后，在畦田表面每个取样点处采集水样，以获取畦田地表畦灌水流中的硫酸根浓度，以判断这六种模式所对应的每块畦田的畦尾是否出现“后翘”现象。

以下为这六种畦灌施肥模式所对应的灌溉施肥性能评价结果。其中，表3为这六种畦灌施肥模式下施肥分布均匀性评价指标与施肥效率评价指标。

表3

需要说明的是，对同一评价指标，不同试验处理下具有相同字母的变量数值间在0.05水平上无显著性差异。

从表3中可看出，当入畦单宽流量为2l/(m·s)时，模式iii与模式i相比，硫酸根分布均匀度和储存效率的增幅分别为9％和2.7％，这说明在小流量下进行非均匀撒施可以提高施肥均匀性与施肥效率。

当入畦单宽流量为6l/(m·s)时，模式v与模式iv相比，硫酸根分布均匀度和储存效率的增幅分别为11.6％和5.5％，这说明在较大流量下进行非均匀撒施也可以提高施肥均匀性与施肥效率。

故，可看出本发明实施例提供的灌溉施肥方法可提高畦田不同区域内的施肥量的均匀程度以及施肥效率。

另外，当撒施非均匀系数为1时，模式v与模式ii相比，硫酸根分布均匀度和储存效率的增幅分别为5.8％和2.2％，则说明畦灌水流流量影响畦灌施肥效果，例如，当撒施非均匀系数等于1时，入畦单宽流量为6l/(m·s)所对应的畦灌施肥效果要优于入畦单宽流量为2l/(m·s)所对应的畦灌施肥效果。

另外，畦灌施肥条件下地表畦灌水流作为肥料的载体，对土壤中氮素的运移分布有着密切的关系，地表畦灌水流中氮素的时空分布特征会影响到作物根区土壤氮素的分布。

图9是地表水流推进到畦尾15min后，这六种畦灌施肥模式所对应的畦田地表畦灌水流的硫酸根浓度空间分布图，可以看出，在入畦单宽流量相同时，增大撒施非均匀系数可以有效降低畦尾水流溶质浓度增大的“后翘”程度。

需要说明的是，图9中的地表水流so4^-2浓度指的是畦田地表畦灌水流的硫酸根浓度。

可见，根据表3提供的六种畦灌施肥模式下施肥分布均匀性评价指标与施肥效率评价指标，以及图9提供的六种畦灌施肥模式所对应的畦田地表畦灌水流的硫酸根浓度空间分布图，可证明采用非均匀撒施的方法能提高肥料在畦田的分布均匀程度以及能有效避免畦尾出现“后翘”现象。

另外，本实施例根据表3与图9，选取合理的撒施非均匀系数，以及与该撒施非均匀系数匹配的畦灌水流的单宽流量，确保在它们基础之上，利用本发明实施例提供的灌溉施肥方法能够有效避免畦尾出现“后翘”现象，也能保证畦田不同区域内施肥量的均匀程度。

例如，根据表3与图9，可知，模式ii～模式v所对应的灌溉施肥效果都比第i模式(即均匀撒施肥料)所对应的灌溉施肥效果好，所以，在实际操作中，可根据需求来选择模式ii～模式v中的某一模式，例如可选择模式v，即可将撒施非均匀系数预设成1，以及将畦灌水流的入畦单宽流量设置成6l/(m·s)，利用本发明实施例提供的方法对畦田进行灌溉施肥。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。