CN114303560A - 一种基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农作物施肥技术领域，公开了一种基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，包括：种植同一时间的农作物和参考作物；通过计算终端计算所述参考作物的根系分布，通过模拟生成沿垂线方向不同土层，并对所述不同土层进行水肥比例的计算；通过探测装置探测不同土层内参考作物的根系分布情况；以农作物茎秆为圆心，将渗灌管道埋于渗灌坑中；将农作物肥料与水混合后得到液体肥料；通过渗灌管道将混有液体肥料的灌溉水流入土壤中进行施肥，并根据三维施肥比例控制模型控制所述渗灌管道输出的液体肥料的流量。本发明通过计算终端计算所述参考作物的根系分布，可以准确的确定不同土层深度内的农作物根所需的水肥比例和渗灌时间。
Description
技术领域
本发明属于农作物施肥技术领域，尤其涉及一种基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法。
背景技术
目前，我国是水资源严重紧缺的国家之一，农业用水占全国用水总量的60％以上，每年农业用水短缺严重制约了我国农业的可持续发展，然而根系是作物从土壤中吸收养分的唯一器官，肥水管理逐渐成为许多果园增产增收的瓶颈。
然而，传统的滴灌、喷灌等措施是将水施用于土表，水分容易蒸发，还会造成果树根系上浮，不利于果树抗旱及抗寒；传统的滴灌及喷灌还存在施肥不均匀，肥料浪费多、农事操作不方便等问题。因此，亟需设计一种新的基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统滴灌、喷灌措施是将水施用于土表，水分容易蒸发，还会造成果树根系上浮，不利于果树抗旱及抗寒，还存在施肥不均匀，肥料浪费多、农事操作不方便等问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法。
本发明是这样实现的，一种基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法包括以下步骤：
步骤一，种植同一时间的农作物和参考作物，所述参考作物种植在所述农作物的一侧并且预留一定量的空间范围；
步骤二，通过计算终端计算所述参考作物的根系分布，通过模拟生成沿垂线方向不同土层，并对所述不同土层进行水肥比例的计算；
步骤三，以参考作物茎秆为圆心，在所述参考作物的根系周围以垂线为基准插入探测装置，通过所述探测装置探测不同土层内参考作物的根系分布情况；
步骤四，以农作物茎秆为圆心，根据农作物的占地、品种和地区在内的外界因素挖设对应数量和范围的渗灌坑，并将渗灌管道埋于渗灌坑中；
步骤五，进行农作物肥料的制备，将农作物肥料与水混合后得到液体肥料；通过渗灌管道将混有液体肥料的灌溉水流入土壤中进行施肥，并根据三维施肥比例控制模型控制所述渗灌管道输出的液体肥料的流量。
进一步，所述步骤二中的计算终端计算所述参考作物的根系分布包括：
(1)获取根系形参p：
Lnrd(Zr)＝p(1-Zr)p-1；
式中，Zr为相对土层深度，Zr＝Z/Lr；z为土层深度，单位cm；Lr为最大扎根深度，单位cm；Lnrd(Zr)为相对根长密度；p为根系形参；
(2)计算单个渗灌坑从地表到渗灌坑底部分成n段；
(3)计算地表各段对应的图形面积所占百分比，计算从开始至最后各段施肥所占百分比；
(4)计算n端内的施肥时间。
进一步，所述步骤四中的渗灌坑内部镶嵌有渗灌管道，所述渗灌管道的长度为3cm～15cm长条形或半径1.5cm～7.5cm的圆形中的任意一种。
进一步，所述步骤四中的渗灌管道上根据终端计算的土层深度开设多个出水段，所述出水段上均匀分布有出水孔；所述出水口连接渗透弯管，所述渗透弯管一端深入渗透管道内部，另一端固定在地面。
进一步，所述步骤四中的渗灌管道的上端设置有保护套，所述渗透弯管镶嵌在保护套的上端。
进一步，所述步骤五中的农作物肥料按照质量份数计，由畜禽粪便30～50份、作物秸秆20～40份、碳酸氢铵15～20份、氮肥10～15份、磷肥10～15份、钾肥10～15份组成。
进一步，所述农作物肥料的制备方法包括：
将作物秸秆粉碎至60～80目后，加入碳酸氢铵进行秸秆的氨化处理；
将畜禽粪便采用化学浸提法提取重金属离子后，通过污泥脱水机脱水备用；
将作物秸秆和畜禽粪便混合后进行堆肥发酵处理；发酵完成后，依次加入氮肥、磷肥和钾肥，利用团粒法复合肥生产设备进行农作物肥料的制备。
进一步，所述步骤五中的混有液体肥料的灌溉水通过接头流入土壤。
进一步，所述步骤五中的根据三维施肥比例控制模型控制所述渗灌管道输出的液体肥料的流量包括：
采集所述渗灌管道数据，包括主管道流量、压力和施肥管道流量；
根据所述渗灌管道数据，利用所述三维施肥比例控制模型得出所述控制器控制量的区间；
利用经典PID模型调节所述控制器控制量，进而控制所述渗灌管道流量。进一步，所述步骤五中的三维施肥比例控制模型包括：
CcPn＝APn VcPn 3+BPn VcPn 2+CPn VcPn；
其中，Pn为主管道实际压力；VrefPn为主管道流量；VcPn为渗灌管道的流量；CcPn为控制器的控制量。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，通过设置有种植同一时间的农作物和参考作物，所述参考作物种植在所述农作物的一侧并且预留一定量的空间范围；以参考作物茎秆为圆心，在所述参考作物的根系周围以垂线为基准插入探测装置，所述探测装置参测不同土层内参考作物的根系分布情况。本发明通过计算终端计算所述参考作物的根系分布，并且通过模拟生成沿垂线方向不同土层，并且对所述不同土层进行水肥比例的计算，可以准确的确定不同土层深度内的农作物根所需的水肥比例和渗灌时间。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法流程图。
图2是本发明实施例提供的计算终端计算所述参考作物的根系分布的方法流程图。
图3是本发明实施例提供的通过探测装置探测不同土层内参考作物的根系分布情况，并以农作物茎秆为圆心将渗灌管道埋于渗灌坑中的方法流程图。
图4是本发明实施例提供的农作物肥料的制备方法流程图。
图5是本发明实施例提供的根据三维施肥比例控制模型控制所述渗灌管道输出的液体肥料的流量的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法包括以下步骤：
S101，种植同一时间的农作物和参考作物，所述参考作物种植在所述农作物的一侧并且预留一定量的空间范围；
S102，通过计算终端计算所述参考作物的根系分布，通过模拟生成沿垂线方向不同土层，并对所述不同土层进行水肥比例的计算；
S103，通过探测装置探测不同土层内参考作物的根系分布情况；以农作物茎秆为圆心，将渗灌管道埋于渗灌坑中；
S104，进行农作物肥料的制备，将农作物肥料与水混合后得到液体肥料；通过渗灌管道将混有液体肥料的灌溉水流入土壤中进行施肥，并根据三维施肥比例控制模型控制所述渗灌管道输出的液体肥料的流量。
如图2所示，本发明实施例提供的步骤S102中的计算终端计算所述参考作物的根系分布包括：
S201，获取根系形参p，计算单个渗灌坑从地表到渗灌坑底部分成n段；
S202，计算地表各段对应的图形面积所占百分比，计算从开始至最后各段施肥所占百分比；
S203，计算n端内的施肥时间。
本发明实施例提供的获取根系形参p包括：
Lnrd(Zr)＝p(1-Zr)p-1；
式中，Zr为相对土层深度，Zr＝Z/Lr；z为土层深度，单位cm；Lr为最大扎根深度，单位cm；Lnrd(Zr)为相对根长密度；p为根系形参。
如图3所示，本发明实施例提供的步骤S103中的通过探测装置探测不同土层内参考作物的根系分布情况，并以农作物茎秆为圆心将渗灌管道埋于渗灌坑包括：
S301，以参考作物茎秆为圆心，在所述参考作物的根系周围以垂线为基准插入探测装置，通过所述探测装置探测不同土层内参考作物的根系分布情况；
S302，在渗灌坑内部镶嵌渗灌管道，所述渗灌管道的长度为3cm～15cm长条形或半径1.5cm～7.5cm的圆形中的任意一种；
S303，以农作物茎秆为圆心，根据农作物的占地、品种和地区在内的外界因素挖设对应数量和范围的渗灌坑，并将渗灌管道埋于渗灌坑中。
本发明实施例提供的渗灌管道上根据终端计算的土层深度开设多个出水段，所述出水段上均匀分布有出水孔；所述出水口连接渗透弯管，所述渗透弯管一端深入渗透管道内部，另一端固定在地面。
本发明实施例提供的渗灌管道的上端设置有保护套，所述渗透弯管镶嵌在保护套的上端。
本发明实施例提供的步骤S104中的农作物肥料按照质量份数计，由畜禽粪便30～50份、作物秸秆20～40份、碳酸氢铵15～20份、氮肥10～15份、磷肥10～15份、钾肥10～15份组成。
如图4所示，本发明实施例提供的农作物肥料的制备方法包括：
S401，将作物秸秆粉碎至60～80目后，加入碳酸氢铵进行秸秆的氨化处理；
S402，将畜禽粪便采用化学浸提法提取重金属离子后，通过污泥脱水机脱水备用；
S403，将作物秸秆和畜禽粪便混合后进行堆肥发酵处理；发酵完成后，依次加入氮肥、磷肥和钾肥，利用团粒法复合肥生产设备进行农作物肥料的制备。
本发明实施例提供的混有液体肥料的灌溉水通过接头流入土壤。
如图5所示，本发明实施例提供的步骤S104中的根据三维施肥比例控制模型控制所述渗灌管道输出的液体肥料的流量包括：
S501，采集所述渗灌管道数据，包括主管道流量、压力和施肥管道流量；
S502，根据所述渗灌管道数据，利用所述三维施肥比例控制模型得出所述控制器控制量的区间；
S503，利用PID模型调节所述控制器控制量，进而控制所述渗灌管道流量。本发明实施例提供的三维施肥比例控制模型包括：
CcPn＝APn VcPn 3+BPn VcPn 2+CPn VcPn；
其中，Pn为主管道实际压力；VrefPn为主管道流量；VcPn为渗灌管道的流量；CcPn为控制器的控制量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法包括以下步骤：
步骤一，种植同一时间的农作物和参考作物，所述参考作物种植在所述农作物的一侧并且预留一定量的空间范围；
步骤二，通过计算终端计算所述参考作物的根系分布，通过模拟生成沿垂线方向不同土层，并对所述不同土层进行水肥比例的计算；
步骤三，以参考作物茎秆为圆心，在所述参考作物的根系周围以垂线为基准插入探测装置，通过所述探测装置探测不同土层内参考作物的根系分布情况；
步骤四，以农作物茎秆为圆心，根据农作物的占地、品种和地区在内的外界因素挖设对应数量和范围的渗灌坑，并将渗灌管道埋于渗灌坑中；
步骤五，进行农作物肥料的制备，将农作物肥料与水混合后得到液体肥料；通过渗灌管道将混有液体肥料的灌溉水流入土壤中进行施肥，并根据三维施肥比例控制模型控制所述渗灌管道输出的液体肥料的流量。
2.如权利要求1所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述步骤二中的计算终端计算所述参考作物的根系分布包括：
(1)获取根系形参p：
Lnrd(Zr)＝p(1-Zr)p-1；
式中，Zr为相对土层深度，Zr＝Z/Lr；z为土层深度，单位cm；Lr为最大扎根深度，单位cm；Lnrd(Zr)为相对根长密度；p为根系形参；
(2)计算单个渗灌坑从地表到渗灌坑底部分成n段；
(3)计算地表各段对应的图形面积所占百分比，计算从开始至最后各段施肥所占百分比；
(4)计算n端内的施肥时间。
3.如权利要求1所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述步骤四中的渗灌坑内部镶嵌有渗灌管道，所述渗灌管道的长度为3cm～15cm长条形或半径1.5cm～7.5cm的圆形中的任意一种。
4.如权利要求1所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述步骤四中的渗灌管道上根据终端计算的土层深度开设多个出水段，所述出水段上均匀分布有出水孔；所述出水口连接渗透弯管，所述渗透弯管一端深入渗透管道内部，另一端固定在地面。
5.如权利要求1所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述步骤四中的渗灌管道的上端设置有保护套，所述渗透弯管镶嵌在保护套的上端。
6.如权利要求1所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述步骤五中的农作物肥料按照质量份数计，由畜禽粪便30～50份、作物秸秆20～40份、碳酸氢铵15～20份、氮肥10～15份、磷肥10～15份、钾肥10～15份组成。
7.如权利要求6所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述农作物肥料的制备方法包括：
将作物秸秆粉碎至60～80目后，加入碳酸氢铵进行秸秆的氨化处理；
将畜禽粪便采用化学浸提法提取重金属离子后，通过污泥脱水机脱水备用；
将作物秸秆和畜禽粪便混合后进行堆肥发酵处理；发酵完成后，依次加入氮肥、磷肥和钾肥，利用团粒法复合肥生产设备进行农作物肥料的制备。
8.如权利要求1所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述步骤五中的混有液体肥料的灌溉水通过接头流入土壤。
9.如权利要求1所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述步骤五中的根据三维施肥比例控制模型控制所述渗灌管道输出的液体肥料的流量包括：
采集所述渗灌管道数据，包括主管道流量、压力和施肥管道流量；
根据所述渗灌管道数据，利用所述三维施肥比例控制模型得出所述控制器控制量的区间；
利用经典PID模型调节所述控制器控制量，进而控制所述渗灌管道流量。
10.如权利要求1所述基于作物根系生长分布规律的水肥一体化施肥方法，其特征在于，所述步骤五中的三维施肥比例控制模型包括：
CcPn＝APn VcPn 3+BPn VcPn 2+CPn VcPn；
其中，Pn为主管道实际压力；VrefPn为主管道流量；VcPn为渗灌管道的流量；CcPn为控制器的控制量。
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