CN108668550A - 一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂的改良方法和装置 - Google Patents
一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂的改良方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108668550A CN108668550A CN201810329791.0A CN201810329791A CN108668550A CN 108668550 A CN108668550 A CN 108668550A CN 201810329791 A CN201810329791 A CN 201810329791A CN 108668550 A CN108668550 A CN 108668550A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- soil
- water
- cracking
- data processing
- dilatancy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
- A01B79/00—Methods for working soil
- A01B79/005—Precision agriculture
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G25/00—Watering gardens, fields, sports grounds or the like
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
- Cultivation Of Plants (AREA)
Abstract
本发明公开了一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂的改良方法，其步骤包括：测量土壤田间持水量；监测膨胀性砂姜黑土的土壤水势，并监测土壤表面形态；当耕层土壤水势小于‑70kpa或土壤表面出现肉眼可见裂隙时，对其进行灌溉；灌水量以0‑50cm土层达到田间持水量为标准，通过监测耕层(0‑20cm)和耕层以下(20‑50cm)土壤含水量进行确定。并公开了一种砂姜黑土的控水防龟裂装置。采用本发明所述方法和装置，将农田土壤含水量维持在龟裂点含水量之上，一方面可以减少土壤干湿循环次数，提高土壤缩限，减少土壤胀缩性；另一方面能维护良好的土壤墒情，利于作物生长。与现有的施用改良剂或耕作改良技术相比，可以通过控水减少土壤龟裂，达到改良土壤的目的。
Description
技术领域
本发明涉及到一种变性土型旱地农田土壤的控水防龟裂改良方法和装置，属于农田土壤改良技术领域。
背景技术
膨胀性土壤(如砂姜黑土等)在失水干燥过程中，土表容易发生严重龟裂。农田土壤严重龟裂会损伤作物根系，使得根系的水肥吸收能力下降，影响作物产量；会促进土壤水分蒸发，引起干旱和土壤进一步开裂；还会影响土壤温度、氧化还原环境和气体循环过程等。因此，龟裂是膨胀性土壤农田生产过程中的重要障碍因子之一，提高膨胀性土壤的生产力必须要对其龟裂特性进行抑制和改良【1】。
目前，对膨胀性土壤的改良思路以改变土壤固有的龟裂点含水量值，减少土壤的龟裂强度为主。常见的方式有：添加物理或化学改良剂、科学耕作等。改良剂的作用机理主要在于降低土壤颗粒间的内聚力，降低土壤胀缩系数，来达到减少土壤开裂，改良土壤的目的。常见的土壤物理和化学改良剂包括作物秸秆、粗砂、粉煤灰、生物炭、泥炭、石灰、石膏、有机肥等。科学耕作则通过机械外力打散粘闭的土壤结构，同样可以使得土壤龟裂障碍得到阶段性缓解。实际生产中，各种改良剂和耕作改良技术均因地制宜的得到了推广应用。通过添加物料来改良膨胀性土壤的方法虽然可行，但改良剂投入量大，操作较为复杂。改良物料成本和人力成本成为限制其推广的重要因素。科学的耕作处理虽然可以在一定时期内起到疏松土壤，减少内聚力，减缓开裂的目的，但其时效性较短，而且由于膨胀性土壤的耕作阻力大，深耕相对成本也较高【2-4】。
研究证明，土壤的膨胀作用会随干湿交替次数的增加而增强。因此，通过有效监控土壤含水量，减少土壤干湿循环次数，可以减少土壤膨胀势，同样可以有效抑制土壤胀缩对农业生产的危害。这将是一种低成本、易推广且可以与其他改良技术配合应用的新型膨胀性土壤改良技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种膨胀性土壤的控水防龟裂改良方法。
本发明采用的技术方案为：一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂改良方法，其步骤包括：
(1)测量0-20cm耕层土壤田间持水量θ1f和20-50cm耕层以下土壤田间持水量θ2f；
(2)利用土壤张力计监测土壤水势，利用图像采集传输装置监测土壤表面形态；
(3)当被监测的0-20cm耕层土壤水势小于-70kpa或被监测的土壤表面出现肉眼可见明显裂隙时，确定需要对土壤进行灌溉；
(4)利用土壤含水量监测***监测0-20cm耕层土壤含水量θ1和20-50cm耕层以下土壤含水量θ2，并根据0-20cm耕层土壤田间持水量θ1f和20-50cm耕层以下土壤田间持水量θ2f确定灌溉水量，灌溉量的计算方法为：I＝[(θ1f-θ1)×0.2+(θ2f–θ2)×0.3]×104，式中，I为灌溉量，单位为m3/hm2，θ1f、θ2f、θ1、θ2单位为cm3/cm3；
(5)利用精量灌溉***对土壤进行灌溉。
优选的，所述肉眼可见明显裂隙是指裂隙最大宽度≥0.5cm。
优选的，所述图像采集传输装置固定于土壤表面上方1m，镜头垂直向下，所述图像采集传输装置的有效像素在500万以上，对应地面分辨率小于1mm。
优选的，所述土壤含水量的测量由FDR式土壤含水量传感器来实现，所述FDR式土壤含水量传感器共2支，分别掩埋于土壤10cm和35cm深度，用以代表0-20cm耕层和20-50cm耕层以下土壤，所述土壤张力计为数字式土壤张力计，掩埋于土壤20cm深度。
本发明还提供了一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂装置，由土壤水势监测***、土壤表面形态影像监测***、土壤含水量监测***、数据处理***和精量灌溉***组成；
所述土壤水势监测***包括掩埋于土壤中的张力计，以及收集张力计数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备；
所述土壤表面形态影像监测***包括设置于土壤上方一定高度的图像采集装置，以及收集图像采集数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备；
所述土壤含水量监测***包括掩埋于土壤中的土壤含水量传感器，以及收集传感器数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备；
所述数据处理***接收土壤张力计、图像采集传输装置的数据并分析处理，根据处理结果决定是否启动精量灌溉***，并根据FDR式土壤含水量传感器数据确定灌溉量；
所述精量灌溉***包括与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备以及灌溉设备，由数据处理***控制实现对土壤的精量灌溉。
优选的，所述土壤含水量传感器为FDR式土壤含水量传感器，有2支，分别掩埋于土壤10cm和35cm深度。
采用本发明所述方法和装置，可以将土壤含水量维持在龟裂点含水量之上，一方面可以控制土壤龟裂，另一方面能维护良好的土壤墒情，利于作物生长。与现有的改良剂或耕作改良技术相比，可以在不添加外源物质或对土壤进行耕作的情况下，通过控水减少土壤龟裂。该方法及装置简单，成本低，便于推广，且可以与改良剂和耕作改良配套应用，能进一步提升膨胀性土壤的改良效果。
附图说明
图1为本发明的膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂装置的结构示意图。
图2为膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂装置应用在土壤中的示意图。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1
本膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂装置，由土壤水势监测***、土壤表面形态影像监测***、土壤含水量监测***、数据处理***和精量灌溉***组成；
所述土壤水势监测***包括掩埋于土壤中的数字式土壤张力计1(T4e，德国UMSGmbH)，以及收集张力计数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备2(DL6-te，德国UMS GmbH)；
所述土壤表面形态影像监测***包括设置于土壤上方一定高度的图像采集装置3，以及收集图像采集数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备4(DS-2CD，海康威视)；
所述土壤含水量监测***包括掩埋于土壤中的FDR式土壤含水量传感器5(GS3，美国Decagon)，以及收集传感器数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备6(CR1000，美国Campbell)；
所述数据处理***7接收土壤张力计、图像采集传输装置的数据并分析处理，根据处理结果决定是否启动精量灌溉***，并根据FDR式土壤含水量传感器数据确定灌溉量；
所述精量灌溉***包括与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备8以及灌溉设备9，由数据处理***控制实现对土壤的精量灌溉。
若待监测土壤的面积较大时，也可在田间布置多个土壤张力计，形成土壤水势监测网，以监测到的水势最低值或均值作为评判标准；并布置多个图像采集装置，形成土壤表面形态影像监测网，任一位置具有肉眼可见明显裂隙即可启动精量灌溉***，以便更好的对土壤状态进行监测。
实施例2
本膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂改良方法，其步骤包括：
(1)测量0-20cm耕层土壤田间持水量θ1f和20-50cm耕层以下土壤田间持水量θ2f；实验测得耕层和耕层以下土壤的田间持水量θ1f和θ2f分别为0.39cm3/cm3和0.36cm3/cm3；
(2)将数字式土壤张力计掩埋于土壤20cm深度，用于监测土壤水势，将图像采集传输装置固定于土壤表面上方1m，镜头垂直向下，利用图像采集传输装置监测土壤表面形态，所述图像采集传输装置的有效像素在500万以上，对应地面分辨率小于1mm；(3)监测的耕层土壤水势为-75kpa，确定需要对土壤进行灌溉；
(4)利用2支分别掩埋于土壤10cm和35cm深度的FDR式土壤含水量传感器，测得此时0-20cm耕层土壤含水量θ1和20-50cm耕层以下土壤含水量θ2，分别为0.28cm3/cm3和0.25cm3/cm3。根据灌溉量的计算方法I＝[(θ1f-θ1)×0.2+(θ2f–θ2)×0.3]×104，确定灌溉量为550m3/hm2；
(5)利用精量灌溉***对土壤进行灌溉，灌溉量为550m3/hm2。
实施例3
本膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂改良方法，其步骤包括：
(1)测量0-20cm耕层土壤田间持水量θ1f和20-50cm耕层以下土壤田间持水量θ2f；实验测得耕层和耕层以下土壤的田间持水量θ1f和θ2f分别为0.39cm3/cm3和0.36cm3/cm3；
(2)将数字式土壤张力计掩埋于土壤20cm深度，用于监测土壤水势，将图像采集传输装置固定于土壤表面上方1m，镜头垂直向下，利用图像采集传输装置监测土壤表面形态，所述图像采集传输装置的有效像素在500万以上，对应地面分辨率小于1mm；(3)监测的耕层土壤表面出现肉眼可见明显裂隙(裂隙最大宽度≥0.5cm)，确定需要对土壤进行灌溉；
(4)利用2支分别掩埋于土壤10cm和35cm深度的FDR式土壤含水量传感器，测得此时0-20cm耕层土壤含水量θ1和20-50cm耕层以下土壤含水量θ2，分别为0.28cm3/cm3和0.25cm3/cm3。根据灌溉量的计算方法I＝[(θ1f-θ1)×0.2+(θ2f–θ2)×0.3]×104，确定灌溉量为550m3/hm2；
(5)利用精量灌溉***对土壤进行灌溉，灌溉量为550m3/hm2。
Claims (6)
1.一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂的改良方法，其步骤包括：
(1)测量0-20cm耕层土壤田间持水量θ1f和20-50cm耕层以下土壤田间持水量θ2f；
(2)利用土壤张力计监测土壤水势，利用图像采集传输装置监测土壤表面形态；
(3)当被监测的0-20cm耕层土壤水势小于-70kpa或被监测的土壤表面出现肉眼可见明显裂隙时，确定需要对土壤进行灌溉；
(4)利用土壤含水量监测***监测0-20cm耕层土壤含水量θ1和20-50cm耕层以下土壤含水量θ2，并根据0-20cm耕层土壤田间持水量θ1f和20-50cm耕层以下土壤田间持水量θ2f确定灌溉水量，灌溉量的计算方法为：I＝[(θ1f-θ1)×0.2+(θ2f–θ2)×0.3]×104，式中，I为灌溉量，单位为m3/hm2，θ1f、θ2f、θ1、θ2单位为cm3/cm3；
(5)利用精量灌溉***对土壤进行灌溉。
2.根据权利要求1所述的膨胀性土壤的控水防龟裂改良方法，其特征在于：所述肉眼可见明显裂隙是指裂隙最大宽度≥0.5cm。
3.根据权利要求1或2所述的膨胀性土壤的控水防龟裂改良方法，其特征在于：所述图像采集传输装置固定于土壤表面上方1m，镜头垂直向下，所述图像采集传输装置的有效像素在500万以上，对应地面分辨率小于1mm。
4.根据权利要求3所述的膨胀性土壤的控水防龟裂改良方法，其特征在于：所述含水量的测量由FDR式土壤含水量传感器来实现，所述FDR式土壤含水量传感器共2支，分别掩埋于土壤10cm和35cm深度，用以代表0-20cm耕层和20-50cm耕层以下土壤，所述土壤张力计为数字式土壤张力计，掩埋于土壤20cm深度。
5.一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂装置，由土壤水势监测***、土壤表面形态影像监测***、土壤含水量监测***、数据处理***和精量灌溉***组成；
所述土壤水势监测***包括掩埋于土壤中的张力计，以及收集张力计数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备；
所述土壤表面形态影像监测***包括设置于土壤上方一定高度的图像采集装置，以及收集图像采集数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备；
所述土壤含水量监测***包括掩埋于土壤中的土壤含水量传感器，以及收集传感器数据并与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备；
所述数据处理***接收土壤张力计、图像采集传输装置的数据并分析处理，根据处理结果决定是否启动精量灌溉***，并根据FDR式土壤含水量传感器数据确定灌溉量；
所述精量灌溉***包括与数据处理***进行通讯的有线/无线通讯设备以及灌溉设备，由数据处理***控制实现对土壤的精量灌溉。
6.根据权利要求5所述的控水防龟裂装置，其特征在于：所述土壤含水量传感器为FDR式土壤含水量传感器，有2支，分别掩埋于土壤10cm和35cm深度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810329791.0A CN108668550B (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂的改良方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810329791.0A CN108668550B (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂的改良方法和装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108668550A true CN108668550A (zh) | 2018-10-19 |
| CN108668550B CN108668550B (zh) | 2021-04-27 |
Family
ID=63799931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810329791.0A Active CN108668550B (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂的改良方法和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108668550B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090050663A (ko) * | 2007-11-16 | 2009-05-20 | 에프엑스코어솔루션(주) | 워터배터리층을 이용한 건조지역 녹화구조 및 그 시공방법 |
| CN103329778A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-10-02 | 扬州大学 | 一种玉米高产节水灌溉方法 |
| JP2017205049A (ja) * | 2016-05-18 | 2017-11-24 | デンカ株式会社 | 防草材及びそれの使用方法 |
| CN107873492A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-04-06 | 河海大学文天学院 | 一种无人机农田控制灌溉***及其工作方法 |
-
2018
- 2018-04-13 CN CN201810329791.0A patent/CN108668550B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090050663A (ko) * | 2007-11-16 | 2009-05-20 | 에프엑스코어솔루션(주) | 워터배터리층을 이용한 건조지역 녹화구조 및 그 시공방법 |
| CN103329778A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-10-02 | 扬州大学 | 一种玉米高产节水灌溉方法 |
| JP2017205049A (ja) * | 2016-05-18 | 2017-11-24 | デンカ株式会社 | 防草材及びそれの使用方法 |
| CN107873492A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-04-06 | 河海大学文天学院 | 一种无人机农田控制灌溉***及其工作方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 何静安等: "砂姜黑土的改良利用", 《河南农林科技》 * |
| 王世荣等: "农田灌水量的简捷计算法", 《农业网络信息》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108668550B (zh) | 2021-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liao et al. | By increasing infiltration and reducing evaporation, mulching can improve the soil water environment and apple yield of orchards in semiarid areas | |
| Boeken et al. | The effect of plant litter on ecosystem properties in a Mediterranean semi‐arid shrubland | |
| Jalota et al. | Straw management and tillage effects on soil water storage under field conditions | |
| CN108323419B (zh) | 土壤地表渗水速率和灌溉水量的判别方法及智能灌溉*** | |
| Robinson | A comparison of soil-water distribution under ridge and bed cultivated potatoes | |
| Huang et al. | Surface runoff volumes from vegetated slopes during simulated rainfall events | |
| Zhang et al. | Soil loss, crop growth, and economic margins under different management systems on a sloping field in the black soil area of Northeast China | |
| DE202022102325U1 (de) | Paddy-Überwachungssystem mit IoT und intelligenten Schaltkreisen für landwirtschaftsbasierte hohe finanzielle Ergebnisse | |
| CN103609305B (zh) | 旱地玉米浅旋覆盖微垄沟种植方法 | |
| Mielke et al. | Comparisons of soil physical characteristics in long-term tillage winter wheat–fallow tillage experiments | |
| Kobierska et al. | Plant protection product losses via tile drainage: A conceptual model and mitigation measures | |
| CN204634575U (zh) | 一种灌溉*** | |
| Zhang et al. | Response of soil moisture to landscape restoration in the hilly and gully region of the Loess Plateau, China | |
| Abrisqueta et al. | Effects of soil tillage on runoff generation in a Mediterranean apricot orchard | |
| CN101032212A (zh) | 苹果培土覆黑膜栽培方法 | |
| CN108966722A (zh) | 一种应用四维改良法进行盐碱地改良的方法 | |
| CN108668550A (zh) | 一种膨胀性砂姜黑土的控水防龟裂的改良方法和装置 | |
| Zhang et al. | Influences of mulching durations on soil erosion and nutrient losses in a peanut (Arachis hypogaea)-cultivated land | |
| Hou et al. | Effects of rotational tillage practices on soil water characteristics and crop yields in semi-arid areas of north-west China | |
| Singh et al. | Spatial variability of soil hydraulic and physical properties in erosive sloping agricultural fields | |
| CN110063242A (zh) | 冬小麦微咸水灌溉方法及*** | |
| CN105532106B (zh) | 盐碱地改良装置 | |
| Cepuder et al. | Irrigation management by means of soil moisture sensor technologies | |
| Salem et al. | Soil physical properties and soil water tension monitoring by wireless sensor network after reservoir and minimum tillage practices | |
| Peterson | Water relationships and irrigation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |