实时灌溉监测点位置的确定方法
【专利摘要】本发明公开了一种实时灌溉监测点位置的确定方法，在作物根区埋设土壤水分监测探头，监测灌水周期内根区各监测点土壤体积含水量和根区土体内的储水量的变化特征，分析土壤水分监测点与作物耗水量之间的关系，确定实时灌溉监测点。本发明实时灌溉监测点位置的确定方法，能够简单、快速、有效的确定监测点，为实时适量灌溉研究提供帮助。
【专利说明】实时灌溉监测点位置的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于农业灌溉【技术领域】，具体涉及一种实时灌溉监测点位置的确定方法。
【背景技术】
[0002] 对于实时滴灌，如何选择探头的埋设位置是实时灌溉的关键。一个点要作为实时 灌溉土壤水分监测点，该点的含水量在灌水周期内的变化必须不能太剧烈，也不能太缓慢， 并且能反映出土体中整体（湿润体）的平均含水量变化特征。监测点如果分布在根系质 量分布很大的地方，会导致实时灌溉的灌水量和灌水频率增大，浪费水资源，达不到节水效 果，反之，会使实时灌溉的灌水量和灌水频率减小，不能满足作物正常生长。探头的埋设位 置的确定是一个很复杂的过程，受诸多因素影响，例如作物根系的分布、根系长度、灌溉制 度等。作物的耗水量主要取决于土壤蒸发和作物蒸腾作用，其中作物蒸腾量和根系吸水之 间有着密切关系，因此，根系在土壤中的分布在一定程度上决定了根区土壤含水量的变化， 从而影响土体中储水量的变化，而根系质量重心则能代表根系整体分布情况。因此，监测点 的位置一般是根系质量的重心位置，然而根系分布特征通常是未知的，无法确定根系质量 重心。目前，人们通常采取的方法是直观上将根系的平均深度作为探头的埋设深度，但是此 方法无法准确确定最佳的灌溉监测点，不能反映出土体中整体（湿润体）的平均含水量变 化特征，另外通过设定不同灌溉制度的试验，分析不同深度土壤含水量变化特征来确定监 测点，但此方法具有一定复杂性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种实时灌溉监测点位置的确定方法，能够简单、快速、有 效的确定不同作物的实时灌溉监测点。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：实时灌溉监测点位置的确定方法，在作物根区埋设 土壤水分监测探头，监测灌水周期内根区各监测点土壤体积含水量和根区土体内的储水量 的变化特征，分析土壤水分监测点与作物耗水量之间的关系，确定实时灌溉监测点。
[0005] 本发明的特点还在于，
[0006] 具体包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :以作物主根与地面交接点为原点（0, 0)，以Lx为水平步长、Lz为垂直步 长，分别沿水平方向和垂直方向划分网格，并采用Campbell TDR 土壤水分测量系统监测网 格监测点Tm，n处土壤体积含水量θπη;
[0008] 步骤2 :在灌水周期内，连续监测土壤体积含水量的日变化，并根据各个监测点每 天的土壤体积含水量θπη，计算每天土体内的储水量I ;
[0009]
【权利要求】
1. 实时灌溉监测点位置的确定方法，其特征在于，在作物根区埋设土壤水分监测探头， 监测灌水周期内根区各监测点土壤体积含水量和根区土体内的储水量的变化特征，分析土 壤水分监测点与作物耗水量之间的关系，确定实时灌溉监测点。
2. 如权利要求1所述的实时灌溉监测点位置的确定方法，其特征在于，具体包括以下 步骤： 步骤1 :以作物主根与地面交接点为原点（0, 0)，以Lx为水平步长、Lz为垂直步长，分 别沿水平方向和垂直方向划分网格，并采用Campbell TDR土壤水分测量系统监测网格监测 点Tm，n处土壤体积含水量Θ mn ; 步骤2 :在灌水周期内，连续监测土壤体积含水量的日变化，并根据各个监测点每天的 土壤体积含水量θπη，计算每天土体内的储水量I; Μ Ν m=l n=l 式中，Θ m为监测点处的土壤体积含水量，单位为cm3/cm3 ;m = 1，2, 3,…，M，表示 监测点垂直方向位置；η = 1，2, 3,…，N，表示监测点水平方向位置；Lx为水平步长；Lz为垂 直步长； 步骤3 :根据Campbell TDR 土壤水分测量系统采集的各监测点每天土壤体积含水量， 分析灌水周期内根区各个监测点的土壤体积含水量θπη日变化特征，并采用二次多项式拟 合各个监测点土壤体积含水量日变化趋势： θ mn = amn2t2+amnlt+amn 〇, 1 ^ t ^ T (2) 式中：Θ mn为监测点Tm，n处的土壤体积含水量，单位为cm3/cm 3 ;Τ为灌水周期，单位为 天；t为灌水后天数，单位为天；3"2、和为处的土壤体积含水量拟合参数，采用 最小二乘法拟合得到； 步骤4 :分析灌水周期内土体内的储水量I的日变化特征，并采用二次多项式拟合土体 内的储水量的日变化趋势： I = A2t2+A1t+A〇, 1 ^ t ^ T (3) 式中为土体内的储水量，单位为mm ;T为灌水周期，单位为天；t为灌水后天数，单位 为天;A2、4和&为拟合参数，采用最小二乘法拟合得到； 步骤5 :为了确定最佳监测点位置，需要进一步分析监测点处的土壤体积含水量θπη和 土体内的储水量I的变化特征，分别对式（2)和式（3)求一阶导数： 〇θη,η = amnt+amnl? 1 ^ t ^ T (4) Dj = At+A1； 1 ^ t ^ T (5) 式中：Denm表示Tm，n处的土壤体积含水量θ_的一阶导数； Dl表示土体内的储水量I的 一阶导数；其中I = 28^，A = 2A2 ; D 0_和h分别反应了监测点Tm，n处土壤体积含水量和土体内的储水量的变化速率，D θπη 与h相等，则认为Tm，n处土壤体积含水量的变化趋势可以最准确地反应土体内的储水量的 变化趋势，即监测点T m，n即为最佳监测点； 步骤6 :由于截距anml尹&，因此需要对式⑷进行放缩，使得式（4)与式（5)的截距 相等，从而更好的确定监测点位置，将式（4)放缩为： Demn= Dem" = amn '~~t + ^1, 1 <t<T (6) Umn\ "mnl 7 為 令九=义，-- amm kmn表示放缩到土体储水量水平上各监测点含水量变化速率； 分别计算各监测点Tm，n处L，并与式（5)中的A进行比较：如果彡A彡km， n， 彡A彡km，n，则确定最佳监测点L在和Tm，n四个点围成的范围之内， 即最佳监测点L的水平坐标X e [ (m-1) · Lx, m · Lx]，垂直坐标z e [ (n-1) · Lz, η · Lz]。
3.如权利要求2所述的实时灌溉监测点位置的确定方法，其特征在于，所述步骤1中水 平步长Lx和垂直步长Lz，根据作物根区范围选择20cm?40cm。
【文档编号】G01N33/24GK104297450SQ201410559815
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】王全九, 苏李君 申请人:西安理工大学