稻田水肥调控方法及装置

技术领域

本发明涉及农业种植技术领域，具体涉及一种稻田水肥调控方法及装置。

背景技术

水稻在我国粮食安全中扮演着极为重要的角色。同时水稻也是肥、水资源消耗大户，水稻耗水量约占农业用水总量的60％-70％，化肥用量超过20％。由于水稻种植中水、肥管理粗放，普遍存在肥料浅施表施、基肥和分蘖肥过重、灌水和排水随意等问题，再加上水稻种植区水网密布，降雨丰富，洪涝灾害易发频发，水稻种植引发的氮磷面源污染问题已不容小视。稻田氮磷的流失，不仅浪费了肥、水资源，也威胁着我国水环境安全。

精准控制水稻氮、磷肥施用量以及合理控制水稻灌水和排水，增加稻田蓄水库容，是防控稻田氮磷面源污染的关键措施。

目前已有一些节水灌溉技术以及一些测土配方施肥、平衡施肥技术。但这些技术主要靠人工操作，非常耗工费时，而且无法做到准确控制，严重限制了其推广应用以及应用效果，进而也制约了稻田氮磷面源污染的高效防控。

因此，如何提出一种方法，能够准确调控水稻的水量和肥量，从而既能保障水稻产量，又能有效地防控稻田氮磷面源污染，具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种稻田水肥调控方法及装置。

本发明提供的稻田水肥调控方法，包括：

根据当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，基于水稻当前生育阶段的需水量，确定所述当前地块在当前生育阶段的灌溉量；

根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定所述当前地块在当前生育阶段的施肥量；

根据所述灌溉量以及所述施肥量，对所述当前地块进行水肥调控；

其中，所述测量参数包括：

所述当前地块的基础总水量以及蒸发蒸腾量；

所述基础总水量为所述田面水总量与所述当前地块的根层土壤水总量之和。

在一个实施例中，所述根据所述灌溉量以及所述施肥量，对所述当前地块进行水肥调控包括：

将所述施肥量对应的肥料，与所述灌溉量对应的水进行混合，并根据混合后的溶液对所述当前地块进行灌溉。

在一个实施例中，所述根据当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，基于水稻当前生育阶段的需水量，确定所述当前地块在当前生育阶段的灌溉量，包括：

根据所述当前地块的历史降水量数据，获取所述当前地块在当前年份的日降水量；

根据所述当前地块的田面水总量以及历史淋溶量数据，确定所述当前地块的淋溶量；

根据所述日降水量、所述淋溶量以及所述测量参数，确定所述当前地块的需水参考量；

根据所述需水参考量以及所述需水量，确定所述灌溉量；

其中，所述需水参考量为所述基础总水量以及所述日降水量之和，与所述淋溶量以及所述蒸发蒸腾量之和的差值。

在一个实施例中，所述根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定所述当前地块在当前生育阶段的施肥量之前，还包括：

根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的雨水中的养分浓度以及降雨量，确定所述降雨带入养分量；

根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的排水中的养分浓度以及排水量，确定所述排水带走养分量；

根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的淋溶水中的养分浓度以及淋溶水量，确定所述淋溶带走养分量。

在一个实施例中，所述根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定所述当前地块在当前生育阶段的施肥量，包括：

确定所述降雨带入养分量，与所述排水带走养分量以及所述淋溶带走养分量之和的差值；

根据所述养分需求量与所述差值之差，确定所述施肥量。

在一个实施例中，所述根据所述当前地块的在水稻上一生育阶段的淋溶水中的养分浓度以及淋溶水量，确定所述淋溶带走养分量之后，还包括：

获取水稻上一生育阶段的氨挥发损失氮量以及氧化亚氮排放氮量；

所述根据所述当前地块的在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定所述当前地块在当前生育阶段的施肥量，包括：

确定所述降雨带入养分量，与所述排水带走养分量、所述淋溶带走养分量、所述氨挥发损失氮量以及所述氧化亚氮排放氮量之和的差值；

根据所述养分需求量与所述差值之差，确定所述施肥量。

在一个实施例中，所述需水量由所述水稻当前生育阶段的需水规律、所述当前地块的质地以及饱和持水量确定；

其中，所述需水量包括：最低需水量以及最佳需水量；

所述需水参考量与所述灌溉量之和小于等于所述最佳需水量，并且大于等于所述最低需水量。

本发明还提供一种稻田水肥调控装置，包括：

水量确定模块，用于根据当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，基于水稻当前生育阶段的需水量，确定所述当前地块在当前生育阶段的灌溉量；

养分确定模块，用于根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定所述当前地块在当前生育阶段的施肥量；

水肥调控模块，用于根据所述灌溉量以及所述施肥量，对所述当前地块进行水肥调控；

其中，所述测量参数包括：

所述当前地块的基础总水量以及蒸发蒸腾量；

所述基础总水量为所述田面水总量与所述当前地块的根层土壤水总量之和。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一种的稻田水肥调控方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种的稻田水肥调控方法的步骤。

本发明提供的稻田水肥调控方法及装置，由于在确定稻田所需灌溉量以及施肥量时，考虑了水稻不同生育阶段的实际需求，并通过综合灌溉量以及施肥量的方式对稻田进行水肥调控，因此可以准确调控水稻的水量和肥量，有效避免了水资源以及肥料的浪费，从而既能保障水稻产量，又能有效地防控稻田氮磷面源污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的稻田水肥调控方法的流程示意图；

图2为本发明提供的稻田水肥调控装置的结构示意图；

图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的稻田水肥调控方法的流程示意图。参照图1，本发明提供的稻田水肥调控方法可以包括：

S110、根据当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，基于水稻当前生育阶段的需水量，确定当前地块在当前生育阶段的灌溉量；

S120、根据当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定当前地块在当前生育阶段的施肥量；

S130、根据灌溉量以及施肥量，对当前地块进行水肥调控；

其中，测量参数包括：

当前地块的基础总水量以及蒸发蒸腾量；

基础总水量为田面水总量与当前地块的根层土壤水总量之和。

本发明提供的稻田水肥调控方法的执行主体可以是电子设备、电子设备中的部件、集成电路、或芯片。该电子设备可以是移动电子设备，也可以为非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器(Network Attached Storage，NAS)、个人计算机(personal computer，PC)、电视机(television，TV)、柜员机或者自助机等，本发明不作具体限定。

下面以计算机执行本发明提供的稻田水肥调控方法为例，详细说明本发明的技术方案。

首先，可以获取一定时间内，例如1个月、3个月内等的当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，并基于水稻不同生育阶段的需水量，确定当前地块在当前生育阶段的灌溉量。

需要说明的是，当前地块指一定面积的稻田，例如，其可以是2公顷(hm

接着，可以根据当前地块在上一生育阶段的降雨带入养分量、排排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定当前地块在当前生育阶段的施肥量。

需要说明的是，水稻生育阶段指的是水稻生长过程中的不同阶段。在不同生育阶段，水稻生长对于水量以及养分的需求是不同的。

例如，可以将水稻不同生育阶段划分为：插秧-返青阶段、分蘖阶段、拔节-孕穗阶段以及开花-成熟阶段。上述各个阶段分别对应不同的需水量以及养分需求量。

在确定当前地块在当前生育阶段的灌溉量以及施肥量后，即可根据灌溉量以及施肥量，对当前地块进行水肥调控。

本发明提供的稻田水肥调控方法，由于在确定稻田所需灌溉量以及施肥量时，考虑了水稻不同生育阶段的实际需求，并通过综合灌溉量以及施肥量的方式对稻田进行水肥调控，因此可以准确调控水稻的水量和肥量，有效避免了水资源以及肥料的浪费，从而既能保障水稻产量，又能有效地防控稻田氮磷面源污染。

进一步地，在一个实施例中，步骤S130可以包括：

将施肥量对应的肥料，与灌溉量对应的水进行混合，并根据混合后的溶液对当前地块进行灌溉。

例如，对于当前地块中处于某一生育阶段的水稻而言，其所需的氮肥为25Kg，所需的水量为10吨，则可以将25Kg氮肥与10吨水进行混合制成溶液，并根据混合后的溶液对当前地块进行灌溉。

通过将肥料与水进行混合制成溶液，并根据该溶液对稻田进行灌溉，可以省去对稻田单独进行施肥的工序，有效提高了对稻田进行水肥调控的效率。

进一步地，在一个实施例中，步骤S110可以包括：

根据当前地块的历史降水量数据，获取当前地块在当前年份的日降水量；

根据当前地块的田面水总量以及历史淋溶量数据，确定当前地块的淋溶量；

根据日降水量、淋溶量以及测量参数，确定当前地块的需水参考量；

根据需水参考量以及需水量，确定灌溉量；

其中，需水参考量为基础总水量以及日降水量之和，与淋溶量以及蒸发蒸腾量之和的差值。

具体地，可以根据当前地块的历史降水量数据，通过例如天气发生器等，预测当前地块在当前年份的日降水量。

例如，历史降水量数据可以是当前年份前60年的历史降水量数据。在获取到该历史降水量数据后，即可将其输入至天气发生器，以使天气发生器输当前年份的日降水量模拟预测值。最后，可以将当前年份的日降水量模拟预测值，作为当前年份的日降水量。

具体地，根据当前地块的田面水总量以及历史淋溶量数据，确定当前地块的淋溶量可以包括：

根据历史淋溶量数据确定历史淋溶量与历史田面水总量的函数关系；其中，历史淋溶量数据包括历史淋溶量以及历史田面水总量；

根据当前地块的田面水总量与函数关系，确定当前地块的淋溶量。淋溶量与田面水总量的函数关系可以是：

L＝a×SW+b

其中，L为淋溶量，SW为田面水总量，a、b分别为常数。

可以将历史淋溶量数据代入到上式中，已确定a、b的值，从而确定淋溶量与田面水总量具体的函数关系。

之后，可以将当前地块的田面水总量代入到上述具体的函数关系中，求得当前地块的淋溶量。

通过历史数据确定淋溶量与田面水总量的函数关系，并基于该函数关系，通过田面水总量确定当前地块的淋溶量，可确保确定的淋溶量的准确性。

设当前地块在当前年份的日降水量为R，淋溶量为L，基础总水量为B，蒸发蒸腾量为ET

N＝(B+R)–(L+ET

通过确定需水参考量，即可将需水参考量与水稻不同生育阶段的需水量进行对比，从而迅速确定应当对当前地块进行灌溉或排水。

具体地，当需水参考量大于需水量时，则说明当前地块中的水量已经超过了水稻正常生长所需的水量，需要对当前地块进行排水操作。

而当需水参考量小于需水量时，则说明当前地块中的水量尚不能满足水稻正常生长所需的水量，需要对当前地块进行灌溉操作。

在一个实施例中，水稻不同生育阶段的需水量由水稻不同生育阶段的需水规律、当前地块的质地以及饱和持水量确定；

其中，需水量可以包括：最低需水量和最佳需水量；需水参考量与灌溉量之和小于等于最佳需水量，并且大于等于最低需水量。

通过将水稻不同生育阶段的需水量划分为不同等级，进而相应地确定灌溉量，可以在灌溉量满足水稻当前阶段的正常生长的同时，最大限度地节约水资源，从而有效地防控稻田氮磷面源污染。

在一个实施例中，在步骤S120之前，还包括：

根据当前地块在水稻上一生育阶段的雨水中的养分浓度以及降雨量，确定降雨带入养分量；

根据当前地块在水稻上一生育阶段的排水中的养分浓度以及排水量，确定排水带走养分量；

根据当前地块在水稻上一生育阶段的淋溶水中的养分浓度以及淋溶水量，确定淋溶带走养分量。

具体地，可以获取当前地块所在地的雨水中的养分浓度，以及当前地块接收到的降雨量，来确定降雨带入养分量(雨水中的养分浓度×降雨量)；其中，降雨带入养分量指通过降雨添加到当前地块中的养分。

随后，可以获取当前地块的排水中的养分浓度以及排水量，来确定排水带走养分量(排水中的养分浓度×排水量)；其中，排水带走养分量指通过排水从到当前地块中流失的养分。

之后，可以获取当前地块的淋溶水中的养分浓度以及淋溶量，来确定淋溶带走养分量(淋溶水中的养分浓度×淋溶量)；其中，淋溶带走养分量指通过淋溶从到当前地块中流失的养分。

本发明提供的稻田水肥调控方法，通过首先确定由各种途径带入稻田或从稻田流失的养分量，并在此基础上结合水稻不同生育阶段的养分需求量来综合确定施肥量，可以实现对水稻施肥量的动态精准调控。

在一个实施例中，步骤S120可以包括：

S121、确定降雨带入养分量，与排水带走养分量以及淋溶带走养分量之和的差值；

S122、根据养分需求量与该差值之差，确定施肥量。

具体地，设降雨带入养分量为F

F

水稻不同生育阶段的养分需求量可以包括：

插秧-返青阶段养分需求量、分蘖阶段养分需求量、拔节-孕穗阶段养分需求量以及开花-成熟阶段养分需求量。

本发明提供的稻田养分调控方法，通过考虑水稻不同生育阶段的养分需求量，来确定对应的施肥量，可以实现对水稻施肥量的动态精准调控。

需要说明的是，对于养分中的氮而言，其存在相对不稳定，存在自然排放的现象。

因此，为了更精确确定氮肥的释放量，在一个实施例中，根据淋溶水中的养分浓度以及淋溶水量，确定淋溶养分量之后，还包括：

获取水稻上一生育阶段的氨挥发损失氮量以及氧化亚氮排放氮量；

则对应地，步骤S120包括：

S121’、确定降雨带入养分量，与排水带走养分量、淋溶带走养分量、氨挥发损失氮量以及氧化亚氮排放氮量之和的差值；

S122’、根据养分需求量与该差值之差，确定施肥量。

具体地，获取氨挥发损失氮量可以包括：

根据水稻上一生育阶段的田面水水深以及田面水中氨氮浓度确定氨挥发损失氮量。

具体地，可以根据在测定田面水深度、温度、pH、氨氮浓度、风速等的基础上，利用Jayaweera-Mikkelsen氨挥发模型获取水稻不同生育阶段氨挥发损失氮量F

其中，S为田面水水深；TAN为田面水中氨氮浓度；K

获取水稻上一生育阶段的氧化亚氮排放氮量可以包括：

根据水稻上一生育阶段的施氮量与氧化亚氮排放氮量的对应关系，确定氧化亚氮排放氮量。

具体地，可以利用施氮量与氧化亚氮排放量的对应关系F

设降雨带入养分量为F

则

F

本发明提供的稻田水肥调控方法，针对氮养分的特性适应性地考虑了氨挥发损失氮量以及氧化亚氮排放氮量来确定对应的施氮量，可以实现对水稻施氮量的动态精准调控。

本发明还提供一种5G网络到4G网络的切换装置，该装置与上文描述的5G网络到4G网络的切换方法可相互对应参照。

图2为本发明提供的稻田水肥调控装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：

水量确定模块210，用于根据当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，基于水稻当前生育阶段的需水量，确定当前地块在当前生育阶段的灌溉量；

养分确定模块220，用于根据当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定当前地块在当前生育阶段的施肥量；

水肥调控模块230，用于根据灌溉量以及施肥量，对当前地块进行水肥调控；

其中，测量参数包括：

当前地块的基础总水量以及蒸发蒸腾量；

基础总水量为田面水总量与当前地块的根层土壤水总量之和。

本发明提供的稻田水肥调控装置，由于在确定稻田所需灌溉量以及施肥量时，考虑了水稻不同生育阶段的实际需求，并通过综合灌溉量以及施肥量的方式对稻田进行水肥调控，因此可以准确调控水稻的水量和肥量，有效避免了水资源以及肥料的浪费，从而既能保障水稻产量，又能有效地防控稻田氮磷面源污染。

在一个实施例中，水肥调控模块230具体用于：

将施肥量对应的肥料，与灌溉量对应的水进行混合，并根据混合后的溶液对当前地块进行灌溉。

在一个实施例中，水量确定模块210具体用于：

根据当前地块的历史降水量数据，获取当前地块在当前年份的日降水量；

根据当前地块的田面水总量以及历史淋溶量数据，确定当前地块的淋溶量；

根据日降水量、淋溶量以及测量参数，确定当前地块的需水参考量；

根据需水参考量以及需水量，确定灌溉量；

其中，需水参考量为基础总水量以及日降水量之和，与淋溶量以及蒸发蒸腾量之和的差值。

在一个实施例中，养分确定模块220还用于：

根据当前地块在水稻上一生育阶段的雨水中的养分浓度以及降雨量，确定降雨带入养分量；

根据当前地块在水稻上一生育阶段的排水中的养分浓度以及排水量，确定排水带走养分量；

根据当前地块在水稻上一生育阶段的淋溶水中的养分浓度以及淋溶水量，确定淋溶带走养分量。

在一个实施例中，养分确定模块220具体用于：

确定降雨带入养分量，与排水带走养分量以及淋溶带走养分量之和的差值；

根据养分需求量与差值之差，确定施肥量。

在一个实施例中，养分确定模块220还用于：

获取水稻上一生育阶段的氨挥发损失氮量以及氧化亚氮排放氮量；

确定降雨带入养分量，与排水带走养分量、淋溶带走养分量、氨挥发损失氮量以及氧化亚氮排放氮量之和的差值；

根据养分需求量与差值之差，确定施肥量。

本发明还提供一种电子设备，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(communication interface)320、存储器(memory)330和通信总线(bus)340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行上述各方法实施例提供的稻田水肥调控方法的步骤，例如包括：

根据当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，基于水稻当前生育阶段的需水量，确定所述当前地块在当前生育阶段的灌溉量；

根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定所述当前地块在当前生育阶段的施肥量；

根据灌溉量以及施肥量，对当前地块进行水肥调控。

此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例提供的稻田水肥调控方法的步骤，例如包括：

根据当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，基于水稻当前生育阶段的需水量，确定所述当前地块在当前生育阶段的灌溉量；

根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定所述当前地块在当前生育阶段的施肥量；

根据灌溉量以及施肥量，对当前地块进行水肥调控。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例提供的稻田水肥调控方法的步骤，例如包括：

根据当前地块的日降水量、淋溶量以及测量参数，基于水稻当前生育阶段的需水量，确定所述当前地块在当前生育阶段的灌溉量；

根据所述当前地块在水稻上一生育阶段的降雨带入养分量、排水带走养分量以及淋溶带走养分量，基于水稻当前生育阶段的养分需求量确定所述当前地块在当前生育阶段的施肥量；

根据灌溉量以及施肥量，对当前地块进行水肥调控。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。