農田的自動灌溉裝置及自動灌溉方法,通過在智能種植農田中設置數據采集模塊、控制模塊、與供水系統連通的灌溉裝置、以及用于控制灌溉裝置啟閉的灌溉執行裝置,考慮土壤物理特性、作物需水量、土壤水動力學以及作物根系生長等基本理論與模型,基于土壤水平衡方法和貝葉斯分析實現缺水后自動灌溉,確定灌溉量范圍,并使滴灌濕潤體與兩種作物根系分布相匹配,最終實現高效用水。種植是指在同一塊土地上種植兩種或兩種以上作物,是作物在時間和空間上的集約化,據統計其增產貢獻率占應用的各種農業技術中的27%左右。與單作相比,智能種植農田輻射利用效率、土地利用效率以及土地當量比都有明顯的提高,所以智能種植在我國農業生產中具有重要的地位,其種植面積超過總種植面積的1/3,并提供50%以上的糧食,特別對于北方干旱單熟制地區,更是肩負起了糧食增產和農民增收的雙重重任。而對于瓜果類蔬菜作物,比如番茄,通過玉米番茄智能種植不僅能增加產量、提高經濟效益,同時能明顯降低番茄病蟲害,是解決番茄多年連作病蟲害問題的有效手段。但目前智能種植農田仍以傳統地面灌溉為主,作物間用水不協調,水分高耗低效等問題相當嚴重,特別對于鹽漬化地區水鹽過程、水肥過程更加復雜。
由于智能種植農田作物生長期的疊加以及條帶種植的邊行效應等,使得智能種植作物的蒸騰蒸發耗水量大于其相應作物單作種植耗水量的累加值。同時單位面積上作物生長期的延長,復種指數的提高,使得智能種植在增加單位面積產量與產值的同時,用水總量也在增加,同時傳統地面灌溉難以解決智能種植農田不同作物用水在時間和空間上的差異,導致農田水分利用效率低下。可見,隨著水資源短缺的日益嚴重,實現智能種植與先進節水灌溉技術的協調,提高智能種植條件下用水效率并優化灌溉制度是未來智能種植可持續發展的重點,對于緩解或解決水資源短缺問題具有重要意義。由于膜下滴灌具有節水保墑、調節地溫、增產、抑制雜草及病蟲害發生等良好效應的高效節水灌溉技術,近年來在我國干旱地區推廣普及速度非常快,將具有良好節水效應的膜下滴灌技術與顯著增產效應的智能種植方式相結合必將實現明顯節水與增產的雙重效應,能徹底解決智能種植中不同作物需水不同步的灌溉難題,從而明顯提高作物水肥利用效率、產量以及土地利用效率。
目前傳統種植的問題是解決鹽漬化地區智能種植作物灌溉不同步,當其中一種作物在需水旺期,而另一種作物不是需水旺期時,采用同一灌水定額,導致不需水作物灌溉水浪費,致使農田用水效率低下。智能農田的自動灌溉裝置,包括分布于農田內的數據采集模塊、控制模塊、與供水系統連通的灌溉裝置、以及用于控制灌溉裝置啟閉的灌溉執行裝置,所述控制模塊包括作物信息管理模塊、土壤信息管理模塊、模數轉換器、數據管理模塊、數據運算模塊、數據輸出模塊和數模轉換器;數據采集模塊、模數轉換器、數據管理模塊、數據運算模塊、數據輸出模塊和數模轉換器依次電性連接,作物信息管理模塊和土壤信息管理模塊分別與數據管理模塊電性連接;作物信息管理模塊內儲存有包含第一作物不同生育期的作物系數和作物根深數據,以及第二作物的不同生育期的作物系數和作物根深數據;土壤信息管理模塊內儲存有土壤物理性質數據,所述土壤物理性質包括農田土壤的不同深度的土壤容重;數據采集模塊用于采集農田氣象數據、智能農田內種植的第一作物的根區土壤含水率數據、第二作物的根區土壤含水率數據、第一作物的占地面積數據及第二作物的占地面積數據,所述農田氣象數據包括降雨量、當前平均溫度、平均濕度、植被表面凈輻射量和風速;
對農田土壤的不同深度的土壤容重、田間持水量進行測量,建立包含有土壤容重和田間持水量的土壤信息數據庫;數據采集在種植有第一作物和第二作物的智能農田上,分別采集第一作物的根區土壤含水率的模擬信號,和第二作物的根區土壤含水率的模擬信號,并采集農田氣象數據的模擬信號,所述農田氣象數據包括降雨量、當前平均溫度、平均濕度、植被表面凈輻射量和風速;將農田氣象數據的模擬信號、智能農田內種植的第一作物的根區土壤含水率的模擬信號和第二作物的根區土壤含水率的模擬信號進行模數轉換,分別轉換為農田氣象數據的數字信號、智能農田內種植的第一作物的根區土壤含水率的數字信號和第二作物的根區土壤含水率的數字信號;根據作物信息數據庫內儲存的第一作物和第二作物的作物系數和作物根深數據,土壤信息管理模塊內儲存的土壤物理性質數據,以及采集的農田氣象數據、智能農田內種植的第一作物的根區土壤含水率、第二作物的根區土壤含水率,進行灌溉量的計算;