一种基于对作物根系预测与分析的灌溉方法及系统

1.本发明涉及农业灌溉技术领域，具体涉及一种基于对作物根系预测与分析的灌溉方法及系统。


背景技术：

2.当今世界面临着人口、资源与环境三大问题，其中水资源是各种资源中不可替代的一种重要资源，随着经济和社会的发展，对水的需求将显得更为突出，水资源将日趋紧张。据世界银行调查，占世界人口40％的80个国家面临水资源危机。联合国预计，到2025年世界将有一半人口生活在缺水地区。为应对水资源紧张和缺乏，世界各国都大力发展节水产业，提倡节约用水。节水灌溉是世界灌溉技术发展的趋势，是缓解水资源危机和实现高效、精准农业的必然选择。
3.我国是一个水资源贫乏的国家，被列为世界上13个最贫水国之一。我国人均水资源占有量约为2,100立方米，仅相当于美国的1/5。同时，在我国，38％的耕地分布在西北、华北、东北等北方地区，而干旱少雨导致我国北方地区水资源比较缺乏。在西北，50％以上的土地没有灌溉就没有农业，而其他地区的土地没有灌溉就不能保证粮食稳产、高产。我国农田灌溉水有效利用系数仅为0.53，远低于发达国家0.80的平均水平。据国土资源部、水利部的统计，在灌溉方面，农田有效灌溉面积由2010年的5,965万公顷上升到2014年的6,454万公顷，年复合增速2.0％；农田有效灌溉面积占耕地面积比重稳中有升，从2010年的44.10％上升到2014年的47.80％。在节水灌溉方面，节水灌溉工程面积由2010年的2,731万公顷上升到2014年的2,902万公顷，年复合增速1.50％，节水面积占有效灌溉面积比重呈现波动趋势，在2012年占比最高，为50％，其余各年份在45％上下波动。全国仍有一半左右的耕地面积没有灌溉设施，属于“靠天吃饭”，接近一般的有效灌溉面积仍在使用落后的灌溉方式。不同作物的根系分布存在一定的差异性，而作物根系分布与需水量和需肥量具有一定的正相关性。盲目地对作物统一灌溉，浪费了大量的水资源同时也降低了肥料的利用率。我国水资源匮乏且分布不均、农业灌溉用水利用效率低下，大力发展节水灌溉是缓解我国水资源紧张的必然要求。
4.因此，如何设计出一个可以通过具体根系作物实际情况实现个体化灌溉，以达到节省水资源的同时实现又能适应作物的生长的方法是现有技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计出一种作物根系的具体分布来进一步决定灌溉量，节约水资源的同时又能适应作物的生长的方法及系统。
6.一方面，本发明提出了一种基于对作物根系预测与分析的灌溉方法，包括以下步骤；
7.s1，采集作物根系的基本参数；
8.s2，选择预测参数建立预测模型，对作物根系灌溉方法进行预测；
9.s3，根据预测模型结果，对作物根系进行灌溉。
10.优选的，所述步骤s1中，作物根系的基本参数包括地面覆盖率、平均株高和水量保持率。
11.更优的，所述地面覆盖率的获取方法包括：
12.垂直地对一组作物进行拍照，然后再经过图像处理计算绿色植被在图形中的实际占比。
13.更优的，所述平均株高通过水平地对根系作物进行拍照，通过分析计算得到。
14.更优的，所述水量保持率获取方法包括：
15.对作物进行灌溉后，10cm深度的土壤中的水量会在一段时间后趋于稳定，通过测量具体不同位置的土壤水量含水率，进行平均处理得到。
16.优选的，所述步骤s2中，预测参数包括作物根系的深度、根系的宽度和根系的密度。
17.优选的，所述步骤s3中，根据预测结果，通过水压的大小控制喷灌面积的大小，通过开阀时间长短控制灌溉量多少。
18.另一方面，本发明还提供了一种实施所述方法的基于对作物根系预测与分析的灌溉系统，其包括相互连接的如下模块：
19.数据采集模块：用于采集作物根系的基本参数；
20.预测模型模块：用于选择预测参数建立预测模型进行预测；
21.自动化灌溉模块：用于根据预测模型结果，对作物根系进行个体化灌溉。
22.本发明的有益效果是：
23.本发明的提供的基于对作物根系预测与分析的灌溉方法，是根据预测模型进行个体化灌溉，根据作物根系的具体分布来进一步决定灌溉量，确定可用于灌溉系统的流量；确定灌溉机器的所需流量；将可用流量与所需流量进行比较，以基于灌溉装置规格来判断可用流对于系统是否是足够的；调节灌溉流量，以将所需流量减小到至少可用水量，节约水资源的同时又能适应作物的生长。
附图说明
24.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
25.图1是本发明实施例的灌溉方法的流程示意图；
26.图2是本发明实施例平均株高采集示意图；
27.图3是本发明实施例个体化灌溉面积示意图；
28.图4是本发明实施例个体化灌溉渗透深度示意图；
29.图5是本发明实施例个体化灌溉示意图。
具体实施方式
30.以下结合具体实施例对基于对作物根系预测与分析的灌溉方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
31.实施例
32.参见附图1-5，本发明实施例提供的基于对作物根系预测与分析的灌溉方法，如图1所示，包括以下步骤；
33.s1，采集作物根系的基本参数；
34.s2，选择预测参数建立预测模型，对作物根系灌溉方法进行预测；
35.s3，根据预测模型结果，对作物根系进行灌溉。
36.优选的，所述步骤s1中，作物根系的基本参数包括地面覆盖率、平均株高和水量保持率。
37.更优的，所述地面覆盖率的获取方法包括：
38.垂直地对一组作物进行拍照，然后再经过图像处理计算绿色植被在图形中的实际占比。
39.经过图像处理可以获取其地面覆盖率，地面覆盖率与根系分布具有较强的相关性。
40.更优的，所述平均株高通过水平地对根系作物进行拍照，通过分析计算得到。
41.如图2所示，水平地对作物进行拍照，通过分析可以得到农作物的平均株高，平均株高与根系分布也具有较强的相关性。
42.更优的，所述水量保持率获取方法包括：
43.对作物进行灌溉后，10cm深度的土壤中的水量会在一段时间后趋于稳定，通过测量具体不同位置的土壤水量含水率，进行平均处理得到(与根系分布相关性较强的)水量保持率。
44.优选的，所述步骤s2中，预测参数包括作物根系的深度、根系的宽度和根系的密度。
45.选择作物根系的深度、根系的宽度与根系的密度作为对作物根系描述的所需参数，并建立预测模型对这三个参数进行预测。
46.优选的，所述步骤s3中，根据预测结果，通过水压的大小控制喷灌面积的大小，通过开阀时间长短控制灌溉量多少。
47.先将作物分成基本组与实验组，基本组用来搭建预测模型，随后再用实验组进行相关实验研究。
48.如图3、图4所示，根据预测出的不同实验组作物根系分布的差异性，对每个实验组作物进行不同面积不同量的灌溉方式。主要是通过不同水压控制喷灌面积的大小，通过开阀时间来控制灌溉量(渗透深度)的多少(如图5所示)。
49.本发明实施例还提供一种实施上述方法的基于对作物根系预测与分析的灌溉系统，其包括相互连接的如下模块：
50.数据采集模块：用于采集作物根系的基本参数；
51.预测模型模块：用于选择预测参数建立预测模型进行预测；
52.自动化灌溉模块：用于根据预测模型结果，对作物根系进行个体化灌溉。
53.本发明上述实施例，是根据作物根系的具体分布来进一步决定灌溉量，确定可用于灌溉系统的流量；确定灌溉机器的所需流量；将可用流量与所需流量进行比较，以基于灌溉装置规格来判断可用流对于系统是否是足够的；调节灌溉流量，以将所需流量减小到至
少可用水量，节约水资源的同时又能适应作物的生长。
54.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。