一种设施蔬菜膜下滴灌方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710315258.4 (22)申请日 2017.05.08 (71)申请人 北京市水科学技术研究院 地址 100048 北京市海淀区车公庄西路21 号 (72)发明人 范海燕 杨胜利 郝仲勇 张娟 许翠平 黄俊雄 马志军 齐艳冰 张航 付二伟 宋凤义 (74)专利代理机构 北京华旭智信知识产权代理 事务所(普通合伙) 11583 代理人 琼伟格 (51)Int.Cl. A01G 25/02(2006.01) A01G 25/16(2006.01) (54)发明名称 一种设

2、施蔬菜膜下滴灌方法 (57)摘要 本发明涉及一种设施蔬菜膜下滴灌方法， 包 括： a)实时计算设施蔬菜计划湿润层深度内的土 壤含水量； b)当计划湿润层深度内土壤含水量低 于蔬菜的土壤适宜含水率下限时， 认为作物需灌 溉； c)通过计划湿润层深度内土壤含水量与适宜 含水率上限的差距， 计算灌水量； d)开始灌溉； e) 当灌水量满足作物灌水需求时， 停止灌溉， 同时 记录每次灌水的信息， 包括灌水开始时间、 结束 时间、 灌水历时、 灌水量等， 实现灌溉用水的智能 监控。 本发明能够根据作物的生长习性及耗水规 律适时适量的完成作物灌溉， 实现灌溉时机的自 动诊断、 灌溉用水量的精准确定、 灌溉

3、过程的智 能控制等功能， 达到省时省工、 节约用水、 提升效 率的目的， 同时还能有助于设施蔬菜的优质高 产。 权利要求书1页 说明书7页 CN 106993518 A 2017.08.01 CN 106993518 A 1.一种设施蔬菜膜下滴灌方法， 包括 a)实时监测设施蔬菜计划湿润层深度内的土壤含水量； b)当计划湿润层深度内土壤含水量低于蔬菜的土壤适宜含水率下限时， 给蔬菜灌水； 其中， 灌水量由下式确定： mP( max- min)HS (1) m为灌水量， 单位为m3； P为土壤湿润比， 单位为百分比； max为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率上限， 为田间持水量的百分比； mi

4、n为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率下限， 为田间持水量的百分比， 其中所述 设施蔬菜包括叶菜类蔬菜、 果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜， 叶菜类蔬菜的土壤适宜含水率下限 为田间持水量的65-75， 果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜的土壤适宜含水率下限为田间持水 量的75-85； H为土壤湿润层深度， 单位为m， 其中对于叶菜类蔬菜， 土壤湿润层深度H为0.2m； 对于果 菜类蔬菜及瓜果类蔬菜， 土壤湿润层深度H为0.3m； S为灌水区域的面积， 单位为m2； c)当达到上述灌水量时， 停止灌溉。 2.根据权利要求1所述的设施蔬菜膜下滴灌方法， 其中所述土壤适宜含水率上限为田 间持水量的95-100。 3.根据

5、权利要求1所述的设施蔬菜膜下滴灌方法， 其中所述土壤湿润比P取80-90。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 106993518 A 2 一种设施蔬菜膜下滴灌方法 技术领域 0001 本发明涉及设施蔬菜灌溉领域， 更具体地， 涉及一种设施蔬菜膜下滴灌方法。 背景技术 0002 膜下滴灌是在滴灌带或滴灌毛管上覆盖一层地膜， 这种技术是通过可控管道系统 供水， 将加压的水经过过滤设施滤 “清” 后， 和水溶性肥料充分融合， 形成肥水溶液， 进入输 水干管-支管-毛管(铺设在地膜下方的滴灌带)， 再由毛管上的滴水器均匀、 定时、 定量浸润 作物根系发育区， 供根系吸收。 0003 膜下滴灌具

6、有省水、 节能、 肥料利用率高、 灌水均匀、 增产效果明显、 省时省力等优 点， 如今已得到大力的推广应用。 0004 与其他的农作物相比， 蔬菜对水的需求比较敏感， 土壤中水分的多少对蔬菜的产 量影响非常大， 因此需要经常灌水以保持土壤中水分在一定的水平。 其他农作物例如玉 米相比之下对水的需求较不敏感， 在整个作物的生长期内定时定次数灌溉即可。 但是， 当 前农户在对蔬菜的灌溉过程中仍存在以下问题： (1)凭感觉或经验灌水， 或定时灌水， 要么 灌水量大于蔬菜需求量， 造成浪费水的现象， 要么灌水少于蔬菜需求量， 造成蔬菜产量低， 这均会导致水分生产效率低下； (2)灌水过程仍然需要人工来

7、控制， 费时费力。 0005 所以， 需要一种智能灌溉的方法， 来解决上述现有问题， 而在解决上述现有问题的 过程中， 对于灌水下限(即什么情况下开始灌水)的确定， 则是重中之重。 发明内容 0006 为解决上述问题， 本发明采用如下技术方案： 0007 一种设施蔬菜膜下滴灌方法， 包括 0008 a)实时监测设施蔬菜计划湿润层深度内的土壤含水量； 0009 b)当计划湿润层深度内土壤含水量低于蔬菜的土壤适宜含水率下限时， 给蔬菜灌 水； 0010 其中， 灌水量由下式确定： 0011 mP( max- min)HS(1) 0012 m为灌水量， 单位为m3； 0013 P为土壤湿润比， 单位

8、为百分比； 0014 max为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率上限， 为田间持水量的百分比； 0015 min为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率下限， 为田间持水量的百分比， 其中 所述设施蔬菜包括叶菜类蔬菜、 果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜， 叶菜类蔬菜的土壤适宜含水率 下限可为田间持水量的65-75， 果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜的土壤适宜含水率下限可为 田间持水量的75-85； 0016 H为土壤湿润层深度， 单位为m， 其中对于叶菜类蔬菜， 土壤湿润层深度H可为0.2m； 对于果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜， 土壤湿润层深度H可为0.3m； 说 明 书 1/7 页 3 CN 106993518 A 3

9、0017 S为灌水区域的面积， 单位为m2； 0018 c)当达到上述灌水量时， 停止灌溉。 0019 此外， 所述土壤适宜含水率上限可为田间持水量的95-100。 0020 此外， 所述土壤湿润比P可取80-90， 本领域技术人员可以根据需要来选择适 当的值。 0021 本发明的有益效果为： 本发明可实时监控设施蔬菜的土壤水分动态变化， 掌握作 物灌水信息， 监控灌溉用水情况， 可有效提高灌溉水的利用效率， 减少用工， 降低管理成本， 提高经济效益。 具体实施方式 0022 下面将结合实施例对本发明进行详细描述。 0023 一种设施蔬菜膜下滴灌方法， 包括： 0024 a)实时监测设施蔬菜计

10、划湿润层深度内的土壤含水量； 0025 b)当计划湿润层深度内的土壤含水量低于蔬菜的土壤适宜含水率下限时， 给蔬菜 灌水； 0026 其中， 灌水量由下式确定： mP( max- min)HS(1) 0027 m为灌水量， 单位为m3； 0028 P为土壤湿润比， 是指湿润土体体积与整个计划湿润层土体的比值， 单位为百分 比， 可取值80-90， 因滴灌带双行布置， 优选取90； 0029 max为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率上限， 为田间持水量的百分比； 0030 min为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率下限， 为田间持水量的百分比， 其中 所述设施蔬菜包括叶菜类蔬菜、 果菜类蔬菜及

11、瓜果类蔬菜， 叶菜类蔬菜的土壤适宜含水率 下限可为田间持水量的65-75， 果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜的土壤适宜含水率下限可为 田间持水量的75-85。 0031 H为土壤湿润层深度， 单位为m， 其中对于叶菜类蔬菜， 土壤湿润层深度H可为0.2m； 对于果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜， 土壤湿润层深度H可为0.3m； S为灌水区域的面积， 单位为 m2； 0032 c)当达到上述灌水量时， 停止灌溉。 0033 此外， 所述土壤适宜含水率上限可为田间持水量的95-100。 0034 此外， 所述土壤湿润比P可取80-90， 本领域技术人员可以根据需要来选择适 当的值。 0035 本发明在多年设施蔬菜膜下

12、滴灌耗水规律及节水高效灌溉制度试验研究的基础 上， 通过环境气象因子、 土壤含水量变化、 灌水量、 植株生理指标、 光合速率等数据的长系列 监测， 总结提出了膜下滴灌条件下设施叶菜、 设施果菜及瓜果类作物的高效节水灌溉制度， 提出了膜下滴灌设施蔬菜的土壤适宜含水率下限控制阈值， 对于设施叶菜类蔬菜， 土壤适 宜含水率下限为田间持水量的65-75， 计划湿润层深度宜为20cm， 对于果菜类蔬菜及瓜 果类， 土壤适宜含水率下限为田间持水量的75-85， 适宜计划湿润层深度为30cm， 可有 效提高作物的水分利用效率及作物生长品质， 指导设施蔬菜节水灌溉。 0036 田间持水量指在地下水较深和排水良

13、好的土地上充分灌水或降水后， 允许水分充 说 明 书 2/7 页 4 CN 106993518 A 4 分下渗， 并防止其水分蒸发， 经过一定时间， 土壤剖面所能维持的较稳定的土壤水含量(土 水势或土壤水吸力达到一定数值)， 是大多数植物可利用的土壤水上限。 被认为是土壤所能 稳定保持的最高土壤含水量， 也是土壤中所能保持悬着水的最大量， 是对作物有效的最高 的土壤水含量， 且被认为是一个常数， 常用来作为灌溉上限和计算灌水定额的指标。 0037 作物正常发育需要在一定的适宜土壤含水率范围内(即上、 下限之间)， 若降至此 范围以外， 则影响作物的生长发育， 假若较长时间得不到水分补充， 将会

14、使作物生长受到抑 制， 甚至发生萎蔫； 若灌水时超出上限， 则造成浪费水的情况， 而蔬菜对水的需求更为敏感。 0038 在本发明中， 土壤适宜含水率上限可取田间持水量的95-100， 能更好的满足 蔬菜的生长； 对于叶菜类蔬菜， 土壤适宜含水率下限为田间持水量的65-75， 对于果菜 类蔬菜及瓜果类蔬菜， 土壤适宜含水率下限为田间持水量的75-85； 可有效提高作物的 水分利用效率及作物生长品质， 指导设施蔬菜节水灌溉。 0039 当实时监测设施蔬菜湿润层土壤含水量时， 可以使用多深度土壤水分传感器， 来 测量土壤含水量。 使用时， 按照测量需要将其埋入相应深度的土壤内。 0040 实施例1

15、0041 以种植苦苣为例： 0042 (1)首先平整、 紧实将要种植苦苣的地， 布置畦田； 0043 (2)在平整好的地上铺设滴灌带； 0044 (3)将滴灌带与输配水系统连接； 0045 (4)将苦苣的种子平播至畦田， 连接滴灌带输水灌溉。 0046 本实施例的具体实施方案如下： 0047 首先， 实时计算种植苦苣的土壤的含水量， 此步骤可以由多深度土壤水分传感器 将土壤含水量信息传送给处理器， 由处理器计算土壤含水量， 并进行判断。 0048 当土壤含水量低于苦苣的土壤适宜含水率下限 min(田间持水量的65-75)时， 认定为苦苣需要灌溉。 0049 接着通过计划湿润层内土壤含水量与适宜

16、含水率上限的差距， 计算灌水量， 使用 如下公式进行计算： mP( max- min)HS(1)。 0050 对于苦苣这种叶菜类蔬菜， H取0.2m， 在某一试验区内， P取90， 田间持水量为 30， max取田间持水量的100， min取田间持水量的比例如下表(1)所示。 0051 接着， 按照计算出的灌水量开始灌溉。 0052 当灌水量满足作物灌水需求时， 即上述灌溉量完成后， 停止灌溉， 同时记录每次灌 水的信息， 包括灌水开始时间、 结束时间、 灌水历时、 灌水量等， 实现灌溉用水的智能控制。 0053 经过试验， 得出苦苣的产量及水分生产效率对比表如下表(1)所示。 0054 实施

17、例2 0055 以与实施例1同样的方法种植白菜， 得出相应的产量及水分生产效率对比表如下 表(1)所示。 0056 实施例3 0057 以与实施例1同样的方法种植娃娃菜， 得出相应的产量及水分生产效率对比表如 下表(1)所示。 0058 实施例4 说 明 书 3/7 页 5 CN 106993518 A 5 0059 以种植樱桃西红柿为例： 0060 (1)首先平整、 紧实将要种植樱桃西红柿的地， 布置畦田； 0061 (2)在平整好的地上铺滴灌带； 0062 (3)在铺设好的滴灌带上铺设地膜， 在地膜上用打眼器按照樱桃西红柿株距的要 求， 整齐地打上孔， 接着用土压好地膜的四周。 0063

18、(4)将培植好的樱桃西红柿的幼苗栽于地膜眼里。 0064 (5)将滴灌带与输配水系统连接。 0065 本实施例的具体实施方案如下： 0066 首先， 实时计算种植樱桃西红柿的土壤的含水量， 此步骤可以由多深度土壤水分 传感器将土壤含水量信息传送给处理器， 由处理器计算土壤含水量， 并进行判断。 0067 当土壤含水量低于樱桃西红柿的土壤适宜含水率下限min(田间持水量的75- 85)时， 认定为樱桃西红柿需要灌溉。 0068 接着通过计划湿润层内土壤含水量与适宜含水率上限的差距， 计算灌水量， 使用 如下公式进行计算： mP( max- min)HS(1)。 0069 对于樱桃西红柿这种果菜类

19、蔬菜， H取0.3m， 在某一试验区内， P取90， 田间持水 量为30， max取田间持水量的100， min取田间持水量的比例如下表(1)所示。 0070 接着， 按照计算出的灌水量开始灌溉。 0071 当灌水量满足作物灌水需求时， 即上述灌溉量完成后， 停止灌溉， 同时记录每次灌 水的信息， 包括灌水开始时间、 结束时间、 灌水历时、 灌水量等， 实现灌溉用水的智能控制。 0072 经过试验， 得出樱桃西红柿的产量及水分生产效率对比表如下表(1)所示。 0073 实施例5 0074 以与实施例4同样的方法种植青椒， 得出相应的产量及水分生产效率对比表如下 表(1)所示。 0075 实施例

20、6 0076 以与实施例4同样的方法种植西葫芦， 得出相应的产量及水分生产效率对比表如 下表(1)所示。 表(1) 说 明 书 4/7 页 6 CN 106993518 A 6 0077 由上表可以看出， 采用实时监控的灌溉方法， 结果如下： 0078 当灌水下限为75时， 苦苣产量最高， 耗水量最少， 水分生产效率最高； 0079 当灌水下限为70时， 白菜产量最高， 耗水量最少， 水分生产效率最高； 0080 当灌水下限为70时， 娃娃菜产量最高， 耗水量最少， 水分生产效率最高； 0081 当灌水下限为75时， 樱桃西红柿产量最高， 耗水量最少， 水分生产效率最高； 0082 当灌水下限

21、为85时， 青椒产量最高， 耗水量最少， 水分生产效率最高； 0083 当灌水下限为80时， 西葫芦产量最高， 耗水量最少， 水分生产效率最高。 0084 对于叶菜类蔬菜， 当灌水下限位于65-75这个范围之外时， 产量和水分生产效 率均下降； 对于果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜， 当灌水下限位于75-85这个范围之外时， 产 量和水分生产效率也均下降。 说 明 书 5/7 页 7 CN 106993518 A 7 0085 对比例1 0086 对于苦苣， 在同样的实验条件下， 即H取0.2m， P取90， 田间持水量为30， max取 田间持水量的100， min取田间持水量的75， 采用定时定额滴

22、灌的方法， 得出在此条件下 的相应的产量及水分生产效率如下表(2)所示。 0087 对比例2 0088 对于白菜， 在同样的实验条件下， 即H取0.2m， P取90， 田间持水量为30， max取 田间持水量的100， min取田间持水量的70， 采用定时定额滴灌的方法， 得出在此条件下 的相应的产量及水分生产效率如下表(2)所示。 0089 对比例3 0090 对于娃娃菜， 在同样的实验条件下， 即H取0.2m， P取90， 田间持水量为30， max 取田间持水量的100， min取田间持水量的70， 采用定时定额滴灌的方法， 得出在此条件 下的相应的产量及水分生产效率如下表(2)所示。

23、0091 对比例4 0092 对于樱桃西红柿， 在同样的实验条件下， 即H取0.3m， P取90， 田间持水量为30， max取田间持水量的100， min取田间持水量的75， 采用定时定额滴灌的方法， 得出在此 条件下的相应的产量及水分生产效率如下表(2)所示。 0093 对比例5 0094 对于青椒， 在同样的实验条件下， 即H取0.3m， P取90， 田间持水量为30， max取 田间持水量的100， min取田间持水量的85， 采用定时定额滴灌的方法， 得出在此条件下 的相应的产量及水分生产效率如下表(2)所示。 0095 对比例6 0096 对于西葫芦， 在同样的实验条件下， 即H取

24、0.3m， P取90， 田间持水量为30， max 取田间持水量的100， min取田间持水量的80， 采用定时定额滴灌的方法， 得出在此条件 下的相应的产量及水分生产效率如下表(2)所示。 表(2) 0097 实施例与对比例在产量和水分生产效率上的对比结果如下表(3)所示。 表(3) 说 明 书 6/7 页 8 CN 106993518 A 8 0098 通过大量的实验得出， 采用本发明的设施蔬菜膜下滴灌方法， 叶菜类蔬菜能够增 产10-30， 水分生产效率能够提高10-45。 0099 通过大量的实验得出， 采用本发明的设施蔬菜膜下滴灌方法， 果菜类蔬菜以及瓜 果类能够增产5-15， 水分

25、生产效率能够提高10-25。 0100 本发明能够根据作物的生长习性及耗水规律适时适量的完成作物灌溉， 实现灌溉 时机的自动诊断、 灌溉用水量的精准确定、 灌溉过程的智能控制等功能， 达到省时省工、 节 约用水、 提升效率的目的， 同时还能有助于设施蔬菜的优质高产。 0101 上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本 案技术， 熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改， 并把在此说明的一 般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。 因此， 本案不限于以上实施例， 本领 域的技术人员根据本案的揭示， 对于本案做出的改进和修改， 例如， 对于个别流程步骤所采 用的方式、 工具等方面的更换， 若没有产生超出本案之外的有益效果， 则都应该在本案的保 护范围内。 说 明 书 7/7 页 9 CN 106993518 A 9