1.一种基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:设备铺设
将螺旋式水肥气一体化滴灌装置埋设于种植穴中,穴深50‑80cm,埋设时,螺旋式滴灌管的几何圆心与种植中心重合且第1个滴灌器距地表5cm;
S2:种植与缓苗
S201,选苗
选择需要诱导的作物幼苗,若作物根系侧根生长较发达,在不影响作物生长的前提下,适当剪短部分侧根,以促进主根生生长,使后续的根系诱导效果更加明显;
S202,种植
种植时使幼苗的茎干位于种植穴中心,填土时,在垂直方向上应保证作物的根盘全部扎于第1个滴灌器下面土壤的不远处;
S203,缓苗
打开滴灌装置的第1圈区、第2圈区的滴灌器进行缓苗滴灌,使作物适应新的土壤环境,促进根系生长,保证幼苗移栽存活;
S3:初始设定
S301,目标值设定
根系向下生长土壤最佳含水率C=50‑70%;
S302,调控设定
诱导调控值kt=0.8‑1.3;胁迫调控值kP=1‑1.5;胁迫含水率C0=10‑30%;
S303,影响系数设定:
滴灌修正系数K1=0.8‑1.3;根系密度修正系数K2=0.9‑1.3;诱导系数K3=0.8‑1.2;
S304,可靠域设定
a=0.3‑0.5;b=0.5‑0.7;
S305,滴灌层划分
将作物地下进行垂向分层,划分滴灌层,每层厚10cm,从上往下依次为第1滴灌层、第2滴灌层、第3滴灌层……,每层滴灌层对应一圈螺旋式滴灌管;
S4:灌溉决策执行
在缓苗结束后,根系进入生长期,此时开始进入诱导阶段,第R滴灌层每天执行诱导灌溉策略,所有第R滴灌层以上的滴灌层每天执行的胁迫灌溉策略;设第R滴灌层的诱导灌溉日序为i,i依次取1,2,3……随诱导灌溉天数变化;需注意的是,首次诱导灌溉,R取初始值
2,即在首次诱导灌溉时,第2滴灌层每天执行诱导灌溉策略,第1圈区每天执行胁迫灌溉策略;
S5:当前土壤含水率获取
土壤探针每天实时获取每层滴灌层的当前土壤含水率,土壤含水率取该滴灌层土壤探针所测得土壤含水率的平均值,记第R滴灌层的当前土壤含水率为E;
S6:湿点时长获取
当天由第R滴灌层的当前土壤含水率为E,算出最佳含水率C与当前土壤含水率E随时间变化的动态差值EC,EC=C‑E;由传感器获取EC值每次大于Nt的时间间隔 即进行诱导灌溉的滴灌器阀门每次开启的时间间隔,实际上, 为第i天第k次诱导灌溉后的湿点时长,即当天每次诱导灌溉后湿土持续时长;
由下式算出当天(即为第i天)的平均湿点时长
其中,n为当天灌溉次数;
S7:湿点时长偏差计算
由下式计算得第i天的湿点时长偏差θi
S8:根系吃水量判定
由下式计算得当天的根系吃水量判定因子ei
ei=K1K2K3θi
其中,K1为滴灌修正系数,考虑连续滴灌对土壤环境及滴头的的影响,一般0.8≤K1≤
1.3;K2为根系密度修正系数,考虑根系生长情况对根系吸水的影响,一般0.9≤K2≤1.3;K3为诱导系数,考虑外界环境如光照强度对土壤水分蒸发的影响,一般0.8≤K3≤1.2,若外界因素忽略不计,K3取1;
以第R滴灌层的灌溉日序i为横坐标,根系吃水量判定因子ei为纵坐标建立直角坐标系,得判定点坐标(i,ei),即每一个诱导灌溉日结束可得一个判定点;
由下列公式可算得当天的根系吃水量判定值ke,其中,ui为i的均值, 为ei的均值,n为灌溉天数;
由下列公式可算得调控可靠性评价值re,
其中
ui为i的均值, 为ei的均值,δi为i的标准差, 为ei的标准差,N为当天的灌溉总天数;
由当天的ke值及re值进行根系吃水量判定:
①当天的ke≤0,说明该滴灌层附近这几天不存在根系吃水或者根系吃水量过少;
②当天的ke>0,
若re∈(a,b),则说明该滴灌层附近根系吃水量逐天增加且具备一定的可靠性;
若 说明该滴灌层这几天存在根系吃水,但根系密度未达期望,不具备可靠性;
其中,(a,b)是可靠域,结合作物根系生长特性及诱导经验取值,一般取0.3≤a≤0.5,
0.5≤b≤0.7;
S9:垂向调控与判定,具体如下:
当诱导灌溉日序i≥4时,系统每天在灌溉结束后进行调控判定:①若当天的ke≤0,则说明诱导力度不大,胁迫调控值kp减小5%,诱导调控值kt增大
5%,增强诱导效果;
②若当天的ke>0且re∈(a,b),则该滴灌层根系吃水量逐天增加且具备一定的可靠性,此时判定根系密度已达诱导期望,该圈区的根系向下生长诱导成功,该圈区的滴灌器结束诱导灌溉;
i置为1,置R=R+1,即下一层滴灌层开始进一步诱导根系向下生长,系统返回S4,重复执行S5‑S9,依次类推,直至根系向下生长达到诱导预期,结束诱导灌溉;
③当诱导灌溉日序i≥12,若ke≤0或 则判定第R圈区根系密度未达诱导期望;检查作物地上部分的生长情况,进行下一步判断:若作物生长良好,i置为0,R=R+1,进一步的,胁迫调控值kp减小5%,诱导调控值kt增大
5%,增强诱导效果;系统返回S4,重复执行S5‑S9,依次类推,直至根系向下生长到达预定目标时,系统结束诱导灌溉;
若作物生长不良,则放弃该植株的根系向下诱导,结束诱导,重新种植。
2.根据权利要求1所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,S202中,埋设完毕后,安装其他滴灌设施,并对灌溉系统进行调试,确保设备正常工作;
所填土壤,需通过碾压处理达到土质疏松效果,使根系易于向下生长。
3.根据权利要求1所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,S203中,缓苗时间1‑5天,此阶段要求灌溉要灌透,灌溉时应保证土壤的最佳含水率C大于80%。
4.根据权利要求1所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,S305中,每次只有一个滴灌层进行诱导灌溉,设其第R滴灌层,对应滴灌管的第R圈区,R依次取1,2,3,4……。
5.根据权利要求1所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,S4中,诱导灌溉策略和胁迫灌溉策略,具体如下:(1)一日内的诱导灌溉策略:
S401:每当EC值大于Nt值时,第R圈区的滴灌器输水阀门开启,输出水肥液进行滴灌,随着水分增加,EC值不断变小,当EC值为0时,该圈区立即结束滴灌;
S402:停止灌溉时,水分流失,EC值随时间不断增大,当EC值再次大于Nt值时,该圈区的滴灌器输水阀门开启,输出清水开始滴灌,当EC值为0时,该圈区立即结束滴灌;
此时,滴灌器的输气阀门开启,往土壤通入气体20s,改善土壤的通透性使根系更易于向下生长,解决根系向下生长缺氧问题,且防止土壤或根系堵塞滴头;
S403:每当EC值再次大于Nt值时,返回执行S1的灌溉策略,依次类推,滴灌装置进行水肥液滴灌‑清水滴灌的循环滴灌模式;
其中,Nt为灌溉触发阀值,每次诱导灌溉时触发滴灌器开始滴灌的阀值;有Nt=kt(C‑C0),其中,kt为诱导调控值,取值0.8‑1.3,可调控诱导程度;C0‑胁迫含水率,根系发生水分胁迫时的土壤含水率,根据作物特性,一般取20%‑40%;
(2)一日内的胁迫灌溉策略:
每当EC值大于Nt值的30min后,所有R‑1圈区的滴灌器输出清水开始滴灌,此时EC值不断变小,当EC值小于Np时,该圈区立即结束滴灌;
其中,Np为胁迫灌溉触发阀值,每次胁迫灌溉时滴灌器结束滴灌的值,保证进行胁迫灌溉区域的根系产生一定时间的轻度干旱胁迫效应,尽可能抑制根系向计划外的方向生长,有Np=kpNt,kp为胁迫调控,取值1‑1.5。
6.根据权利要求5所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,S403中,水肥液由水肥一体化机按每100kg水加入吲哚丁酸0.2g,萘乙酸0.3g,植物生长调节剂1g,磷肥0.8g,高速搅拌30min配制而成后运输至滴灌装置。
7.根据权利要求6所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,所述植物生长调节剂包括萘乙酸生长素、α‑萘乙酰基硫脲类化合物和6‑苄氨基嘌呤,三者质量比为1:1:0.2。
8.根据权利要求1所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,S1中,螺旋式水肥气一体化滴灌装置其滴灌管外表面固接有滴灌气管,滴灌管的管道轨迹呈锥形螺旋状,螺距10cm。
9.根据权利要求8所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,根据螺旋线的圈数将滴灌管分为多个圈区,圈区的数量根据诱导期望进行选择,每个圈区上设有多个滴灌器。
10.根据权利要求9所述的基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法,其特征在于,每个滴灌器可进行水肥气灌溉且含有土壤探针获取对应湿点的含水率,每个圈区的滴灌器执行同样的灌溉决策。