植物灌溉决策系统和方法

技术领域

本发明涉及灌溉决策技术领域，尤其涉及一种植物灌溉决策系统和方法。

背景技术

随着来自工业、环境、市政及服务业等用水需求的加剧，灌溉农业面临着减少用水的巨大压力，同时还需要保持较高的产量。当前研究的一种策略是调亏灌溉(RDI)，基于作物在每个生育阶段的干旱敏感性，通过对作物整个生育期进行精准、差异化的灌溉来实现更高的水分生产率。

实时精准的监测作物水分状况对于实施RDI指导灌溉决策和优化灌溉制度至关重要。当前获取作物水分状况信息的方法主要依靠对土壤水分的测量或是基于简单的方法来计算作物的需水量(例如基于潜在的蒸散量和作物指数)或是基于植物对干旱的生理响应。基于土壤的测量的一个问题是植物对土壤水分的响应取决于许多其他因素，包括蒸发需求、植物根系吸水能力、植物水分传输能力及作物品种等。蒸散估算需要对作物指数进行良好的估算，作物指数会受到种植密度、作物生长如冠层覆盖度变化的影响。基于植物对干旱生理的响应，直接测量植物水分状况是判断水分亏缺的最好方法，因为这些测量提供了植物所经历的表观亏缺水平的直接信息。但直到最近，这些测量仍十分费力且非自动化，如叶片水势、茎干水势传统的离体测量过程会对植物产生损伤，很难长期精准地指示植物水分状况。

植物液流可以代表植物单株尺度的耗水量，另外流量测量也可以提供有关导水木质部功能、生理以及植物水分状况的大量信息。随着木质部的生长，发育和增殖，新的导管、管胞逐渐形成，旧的因充满气体、凝胶等变得功能失调，这些变化会增加或降低木质部导水能力，进而影响到液流。另外，木质部水势梯度或根与叶之间的水势差提供的驱动力也决定着液流的大小和流向。因此，通过测量液流和驱动液流的水势梯度，可以获取植物水分运输系统状态及水力导度等反映植物水分状况的有关信息。一些研究曾基于液流测量来测定植物水力导度，但都是通过使用破坏性的压力室测量来确定水势，通过切割茎干很容易出现测量的假象，与无损植物的实际水力导度相比可能存在较大差异。

因此，如何避免现有的灌溉决策方法中参数测量会对植物造成破坏性损伤，且无法长期精准地指示植物水分状况的情况，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种植物灌溉决策系统和方法，用以解决现有的灌溉决策方法中参数测量会对植物造成破坏性损伤，且无法长期精准地指示植物水分状况的缺陷，通过采用水势仪和液流计这种无损传感器采集植株的水势和蒸腾耗水速率，然后基于采集的待测植株和参考植株的水势和蒸腾耗水速率确定待测植株的水分状况，基于水分状态调节当前的灌溉策略。使用的水势仪和液流计均不会对植株造成破坏性损伤，且在持续供电的情况下可以持续实时采集并通过处理终端实时计算缺水状况进行灌溉策略的调整。

本发明提供一种植物灌溉决策系统，该系统包括水势仪、供电装置、液流计、数据采集器和处理终端，其中，

所述水势仪固定于待测植株的基础端和顶端，以及参考植株的基础端和顶端；

所述液流计固定于所述待测植株和所述参考植株上；

所述水势仪和所述液流计采集的水势和蒸腾耗水速率经过所述数据采集器的搜集后被转发至所述处理终端；

所述供电装置为所述水势仪和所述液流计供电。

根据本发明提供的一种植物灌溉决策系统，还包括中继器，

所述水势仪和所述液流计采集的所述待测植株和所述参考植株的数据以无线通信方式依次传输至所述中继器和所述数据采集器。

根据本发明提供的一种植物灌溉决策系统，所述供电装置包括太阳能板、转换器和蓄电池。

本发明还提供一种基于上述植物灌溉决策系统的植物灌溉决策方法，包括：

所述水势仪持续实时采集所述待测植株的第一基础端水势和第一顶端水势，以及所述参考植株的第二基础端水势和第二顶端水势；

所述液流计持续实时采集所述待测植株的第一蒸腾耗水速率和所述参考植株的第二蒸腾耗水速率；

所述数据采集器接收所述水势仪和所述液流计上报的数据后转发至所述处理终端；

所述处理终端基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势、所述第一蒸腾耗水速率、所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定当前时刻所述待测植株的缺水程度；

所述处理终端基于所述缺水程度调整当前时刻待测植株的灌溉策略；

其中，所述参考植株与所述待测植株的生长环境、种类和生长阶段均相同，且所述参考植株浇灌良好。

根据本发明提供的一种植物灌溉决策方法，所述基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势、所述第一蒸腾耗水速率、所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定当前时刻所述待测植株的缺水程度，具体包括：

基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势和所述第一蒸腾耗水速率确定所述待测植株的原位水力导度；

基于所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定所述参考植株的原位水力导度；

基于所述待测植株的原位水力导度和所述参考植株的原位水力导度确定所述待测植株的水导指数；

基于所述水导指数确定所述待测植株的缺水程度。

根据本发明提供的一种植物灌溉决策方法，所述基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势和所述第一蒸腾耗水速率确定所述待测植株的原位水力导度，具体包括：

通过如下公式确定所述待测植株的原位水力导度K

其中，

对应地，所述基于所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定所述参考植株的原位水力导度，具体包括：

通过如下公式确定所述参考植株的原位水力导度K

其中，

根据本发明提供的一种植物灌溉决策方法，所述基于所述待测植株的原位水力导度和所述参考植株的原位水力导度确定所述待测植株的水导指数，具体包括：

通过如下公式确定所述待测植株的水导指数K

其中，K

根据本发明提供的一种植物灌溉决策方法，所述基于所述水导指数确定所述待测植株的缺水程度，具体包括：

所述待测植株的缺水程度与所述水导指数负相关。

根据本发明提供的一种植物灌溉决策方法，所述待测植株的缺水程度与所述水导指数负相关，具体包括：

若所述水导指数小于预设阈值，则判定所述待测植株为缺水状态，否则判定所述待测植株为不受水分亏缺状态。

根据本发明提供的一种植物灌溉决策方法，所述持续实时采集的时间段为每天11点至14点。

本发明提供的植物灌溉决策系统和方法，通过所述水势仪持续实时采集所述待测植株的第一基础端水势和第一顶端水势，以及所述参考植株的第二基础端水势和第二顶端水势；所述液流计持续实时采集所述待测植株的第一蒸腾耗水速率和所述参考植株的第二蒸腾耗水速率；所述数据采集器接收所述水势仪和所述液流计上报的数据后转发至所述处理终端；所述处理终端基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势、所述第一蒸腾耗水速率、所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定当前时刻所述待测植株的缺水程度；所述处理终端基于所述缺水程度调整当前时刻待测植株的灌溉策略；其中，所述参考植株与所述待测植株的生长环境、种类和生长阶段均相同，且所述参考植株浇灌良好。采用水势仪和液流计这种无损传感器采集植株的水势和蒸腾耗水速率，然后基于采集的待测植株和参考植株的水势和蒸腾耗水速率确定待测植株的水分状况，基于水分状态调节当前的灌溉策略。使用的水势仪和液流计均不会对植株造成破坏性损伤，且在持续供电的情况下可以持续实时采集并通过处理终端实时计算缺水状况进行灌溉策略的调整。因此，本发明提供的系统和方法，实现了在对植物没有破坏性损伤的情况下长期精准地监测植物水分状况。

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为本发明提供的植物灌溉决策系统的实体结构示意图之一；

图2为本发明提供的植物灌溉决策系统的实体结构示意图之二；

图3为本发明提供的基于植物灌溉决策系统的植物灌溉决策方法的流程示意图；

图4为本发明提供的水力导度K

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。

现有的灌溉决策方法中普遍存在参数测量会对植物造成破坏性损伤，且无法长期精准地指示植物水分状况的问题。下面结合图1描述本发明的一种植物灌溉决策系统。图1为本发明提供的植物灌溉决策系统的实体结构示意图之一，如图1所示，该系统包括水势仪、供电装置、液流计、数据采集器和处理终端，其中，

所述水势仪固定于待测植株的基础端和顶端，以及参考植株的基础端和顶端；

所述液流计固定于所述待测植株和所述参考植株上；

所述水势仪和所述液流计采集的水势和蒸腾耗水速率经过所述数据采集器的搜集后被转发至所述处理终端；

所述供电装置为所述水势仪和所述液流计供电。

具体地，本发明提供的植物灌溉决策系统中使用的直接采集植株水分相关参数的传感器为水势仪和液流计，水势仪至少有四个，每个待测植株的基础端和顶端各固定一个水势仪，参考植株的基础端和顶端也各固定一个水势仪，液流计至少有两个，每个待测植株的固定一个，参考植株固定一个，待测植株至少有一个，参考植株为一个，通常，待测植株的数量非常大，由于种植的面积大导致频繁浇灌的人力物力成本高才需要实时监测植株的水分状况，尽量以最低频次的灌溉保证植株的水分充足，降低浇灌的人力物力成本。因此待测植株通常数量较大，即实际的植物灌溉决策系统中安装参量参数传感器水势仪和液流计的待测植株数量较大，可以是大面积种植区中的所有需要监控的植株，也可以是所述大面积种植区中每隔预设间距采样得到的样本待测植株进行安装水势仪和液流计进行水分相关参数的采集，但是为了简要说明植物灌溉决策系统的实施机理，仅以其中一株待测植株的数据采集与分析进行说明。此处需要说明的是，参考植株是与待测植株处于同一生产环境、种类相同且生长阶段也一致的植株，具体做法是在种植待测植株的大面积区域的旁边相同土壤处与待测植株同时种植N个参考植株，通常N为不超过3的正整数，从N个参考植株中选出一个与待测植株生长阶段最为接近的作为参考植株或者以N个参考植株测量得到的水分相关参数的平均值作为参考植株的测量数据，此处为了简要说明植物灌溉决策系统的实施机理，仅以挑选其中最合适一株的情况作为参考植株的数据采集与分析进行说明。

安装在待测植株基础端的第一水势仪和顶端的第二水势仪将待测植株的水势参数发送至数据采集器，安装在参考植株基础端的第三水势仪和顶端的第四水势仪将参考植株的水势参数发送至数据采集器，安装在待测植株的第一液流计将待测植株的蒸腾耗水速率发送至数据采集器，安装在参考植株的第二液流计将参考植株的蒸腾耗水速率发送至数据采集器，所述数据采集器将持续接收的上述各传感器发来的植株水分相关数据进行搜集整理转发至处理终端，处理终端根据接收到的所有植株水分相关数据进行分析计算得到待测植株的缺水状况，实时进行浇灌策略的调整。数据采集器具有搜集测量参数和参数记录的功能。处理终端可以是具有数据处理功能的笔记本电脑或平板电脑等，处理终端中包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行植物灌溉决策方法，该方法包括：基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势、所述第一蒸腾耗水速率、所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定当前时刻所述待测植株的缺水程度，并基于所述缺水程度调整当前时刻待测植株的灌溉策略。

其中，所述液流计用于测量蒸腾耗水速率，即原位液流的测定，液流计目前可选用的商业设备通常采用三种原理(热脉冲法、热扩散法和热平衡法)的任何一种或几种组合。这些液流计不会对植物正常的生理活动产生影响和破坏，可获得长期原位的高通量液流数据。其中，包裹式液流计通过对植物茎干加热，基于热平衡方法推算测量处的液流，其传感器具有多种类型，如微传感器、茎干测量计和枝干测量计分别适宜测量茎干直径在2-5mm、9-23mm和32-125mm的植物液流量，其中直径60mm以下的探头应用时误差较小，精度较高；按照待测植株的种类对应的茎秆直径选择合适的液流计，只有少量植株在发育过程中茎秆直径变化非常大的需要在生长后期更换尺寸更大的液流计；所述水势仪通过安置在植株的基础端和顶端，通过两处测量的水势求差得到茎秆的水势梯度值，此处需要说明的是涉及确定所述水势梯度值的测定设备为原位茎干水势测量仪，该设备既可以安装在木本及草本植物茎干上，也可用于果实和叶片的水势测量。另外，原位茎干水势测量仪可以把影响植物的所有周围环境参数，如太阳辐射、温度、湿度、风速和水分供应，集成为一个单一的连续可测变量(水势)，同时结合植物液流测量，可获得完整的植物水分关系。

本发明提供的植物灌溉决策系统，包括水势仪、供电装置、液流计、数据采集器和处理终端，其中，所述水势仪固定于待测植株的基础端和顶端，以及参考植株的基础端和顶端；所述液流计固定于所述待测植株和所述参考植株上；所述水势仪和所述液流计采集的水势和蒸腾耗水速率经过所述数据采集器的搜集后被转发至所述处理终端；所述供电装置为所述水势仪和所述液流计供电。通过采用水势仪和液流计这种对植株不会造成破坏性损伤的传感器采集植株水分相关参数，以及持续实时的采集分析，达到在对植物没有破坏性损伤的情况下长期精准地监测植物水分状况的目的。因此，本发明提供的系统，实现了在对植物没有破坏性损伤的情况下长期精准地监测植物水分状况。

基于上述实施例，该系统中还包括中继器，

所述水势仪和所述液流计采集的所述待测植株和所述参考植株的数据以无线通信方式依次传输至所述中继器和所述数据采集器。

具体地，为了降低系统中的硬件布设成本，将每个待测植株和参考植株上传感器采集的水分相关参数以无线信号传输的方式发送至中继器，再由中继器以无线信号传输的方式发送至数据采集器，最后由数据采集器以有线传输方式发送至处理终端，通常数据采集器与处理终端所处位置相近，但水势仪和液流计传感器都位于植株所处的农田中，从传感器到处理终端距离较大，因此，使用无线通信的方式进行数据传输时，考虑到传感器的发射天线的功率有限，在传感器和数据采集器的距离空间中需要加装中继器，能将信号及时加强后再发射，克服传感器与数据采集器距离过远的问题，而加入的中继器成本还是低于全部走有线的布设施工加设备成本，图2为本发明提供的植物灌溉决策系统的实体结构示意图之二，如图2所示，该系统可以通过在传感器水势仪和液流计和数据采集器之间加入中继器实现长距离无线数据的传输。中继器是具有数据转发与传送功能的设备。

基于上述实施例，该系统中，所述供电装置包括太阳能板、转换器和蓄电池。

具体地，供电装置设置为太阳能模式更节能环保且长期以来成本更低廉。供电装置在野外条件下为至少包括一块太阳能板、一个转换器及一块蓄电池组成的一套供电设备，并根据不同设备的供电要求选择合适的蓄电池容量，将多种数据传感器(即水势仪和液流计)并联之后进行供电。

在上述实施例的基础上，本发明提供一种基于上述植物灌溉决策系统的植物灌溉决策方法，用于解决现有的灌溉决策方法中参数测量会对植物造成破坏性损伤，且无法长期精准地指示植物水分状况的问题。下面结合图3描述本发明的一种植物灌溉决策系统的植物灌溉决策方法。图3为本发明提供的基于植物灌溉决策系统的植物灌溉决策方法的流程示意图，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤310，所述水势仪持续实时采集所述待测植株的第一基础端水势和第一顶端水势，以及所述参考植株的第二基础端水势和第二顶端水势；所述液流计持续实时采集所述待测植株的第一蒸腾耗水速率和所述参考植株的第二蒸腾耗水速率。

具体地，安装在待测植株和参考植株的水势仪和液流计持续实时采集待测植株和参考植株的水分相关参数，所述水分相关参数具体包括：在植株基础端用水势仪测得的基础端水势，在植株顶端用水势仪测得的顶端水势，以及在植株上用液流计测得的蒸腾耗水速率，传感器持续实时地以一定频率进行采集上述数据并以同样的频率持续向数据采集器发送。

步骤320，所述数据采集器接收所述水势仪和所述液流计上报的数据后转发至所述处理终端。

具体地，数据采集器有搜集和记录数据的功能，因此，在数据采集器接收到植株上的水势仪和液流计以一定频率持续发送的水势和蒸腾耗水速率的数据后，进行各个植株的分类搜集和记录，再以自身设定频率向终端处理器发送，所述自身频率与每次发送的数据量相关，每次传输的数据量越大，所述自身频率越小。

步骤330，所述处理终端基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势、所述第一蒸腾耗水速率、所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定当前时刻所述待测植株的缺水程度；所述处理终端基于所述缺水程度调整当前时刻待测植株的灌溉策略；其中，所述参考植株与所述待测植株的生长环境、种类和生长阶段均相同，且所述参考植株浇灌良好。

具体地，处理终端接收到从数据采集器发送过来的待测植株和参考植株的水势和蒸腾耗水速率这些与水分相关参数后，构建特定的用于分析待测植株缺水状况的数学模型，基于所述数学模型确定所述待测植株的缺水情况，实现灌溉策略随着对待测植株水分状况的实时监测而及时调整。此处需要说明的是，参考植株如前文所描述的与所述待测植株的生长环境、种类和生长阶段均相同，所述参考植株的浇灌良好是指对参考植株以传统方式足量的灌溉浇水，因为参考植株种植在其特定区域，且数量少，在不导致植物涝情发生时足量及时高频次的灌溉浇水相对于大面积种植的待测植株需要的人力物力极少，而足量浇水可以保证参考植株时刻处于被良好浇灌的状态，更适合作为水分充足情况下的采集的各种水分相关参数的最大值参考量。处理终端中的用于分析待测植株缺水状况的数学模型也是基于参考植株的测量参数作为最大值参考量构建的，待测植株的测量参数与对应的参考植株测出的最大值之间的差值或者比例，可以用于衡量待测植株的缺水情况，所述数学模型的具体构建方法此处不作具体限定。

本发明提供的植物灌溉决策方法，通过所述水势仪持续实时采集所述待测植株的第一基础端水势和第一顶端水势，以及所述参考植株的第二基础端水势和第二顶端水势；所述液流计持续实时采集所述待测植株的第一蒸腾耗水速率和所述参考植株的第二蒸腾耗水速率；所述数据采集器接收所述水势仪和所述液流计上报的数据后转发至所述处理终端；所述处理终端基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势、所述第一蒸腾耗水速率、所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定当前时刻所述待测植株的缺水程度；所述处理终端基于所述缺水程度调整当前时刻待测植株的灌溉策略；其中，所述参考植株与所述待测植株的生长环境、种类和生长阶段均相同，且所述参考植株浇灌良好。采用水势仪和液流计这种无损传感器采集植株的水势和蒸腾耗水速率，然后基于采集的待测植株和参考植株的水势和蒸腾耗水速率确定待测植株的水分状况，基于水分状态调节当前的灌溉策略。使用的水势仪和液流计均不会对植株造成破坏性损伤，且在持续供电的情况下可以持续实时采集并通过处理终端实时计算缺水状况进行灌溉策略的调整。因此，本发明提供的方法，实现了在对植物没有破坏性损伤的情况下长期精准地监测植物水分状况。

基于上述实施例，该方法中，所述基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势、所述第一蒸腾耗水速率、所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定当前时刻所述待测植株的缺水程度，具体包括：

基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势和所述第一蒸腾耗水速率确定所述待测植株的原位水力导度；

基于所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定所述参考植株的原位水力导度；

基于所述待测植株的原位水力导度和所述参考植株的原位水力导度确定所述待测植株的水导指数；

基于所述水导指数确定所述待测植株的缺水程度。

具体地，进一步对处理终端在接收到传感器采集的待测植株和参考植株各自的水分相关参数后的分析计算方式进行限定。首先确定用于表征植株缺水状况的物理参数为原位水力导度，所述原位水力导度与其自身的蒸腾耗水速率正相关，但是与其自身的水势梯度负相关，因此，可以通过原位水力导度与蒸腾耗水速率、水势梯度之间的正负相关关系构建原位水力导度的计算公式，而正相关和负相关的数学公式构建有多种方式，例如最简单的线性比例法，复杂一些的参数拟合法等等，此次不作具体限定。此处需要说明的是，通过预设规则基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势和所述第一蒸腾耗水速率确定所述待测植株的原位水力导度，那么需要通过同样的预设规则基于所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定所述参考植株的原位水力导度，如此以相同规则确定的待测植株和参考植株的原位水力导度才可以以参考植株的原位水力导度作为参考值进行比较或者分析计算得到待测植株的缺水状况。再进一步地，基于所述待测植株的原位水力导度和所述参考植株的原位水力导度确定所述待测植株的水导指数，可以有多种构建所述水导指数的方式，简单的有例如水导指数＝待测植株的原位水力导度/参考植株的原位水力导度，或者水导指数＝(参考植株的原位水力导度-待测植株的原位水力导度)/参考植株的原位水力导度，等等，此处不作具体限定。根据所述水导指数可以判定待测植株的缺水情况，根据缺水情况实时调整灌溉策略，例如若判定严重缺水，则开启自动喷水枪以大流量进行喷洒灌溉，若判定略微缺水，则开启自动喷水枪以小流量进行喷洒灌溉。

基于上述实施例，该方法中，所述基于所述第一基础端水势、所述第一顶端水势和所述第一蒸腾耗水速率确定所述待测植株的原位水力导度，具体包括：

通过如下公式确定所述待测植株的原位水力导度K

其中，

对应地，所述基于所述第二基础端水势、所述第二顶端水势和第二蒸腾耗水速率确定所述参考植株的原位水力导度，具体包括：

通过如下公式确定所述参考植株的原位水力导度K

其中，

具体地，此处进一步限定通过原位水力导度与蒸腾耗水速率、水势梯度之间的正负相关关系构建原位水力导度的计算公式为最简单的线性比例法，其推导过程如下：

通过如下公式确定所述待测植株的原位水力导度K

上述公式中

上述公式中，假设研究期间(营养生长后期-生殖生长前期)植株株高变化不大，水势测量点的间距相对稳定，则可以将水势梯度的长度L假定为常数。基于该假定，在分析K

此方法的实现需要一个与待测植株处于同一生长环境且种类相同的参考植株，对待测植株与参考植株的液流、原位茎干基础端与顶端的水势均进行实时测定，以获取驱动液流的实时水势梯度。

为了后续计算出的参考植株的原位水力导度与待测植株的原位水力导度有分析对比的参考价值，参考植株的原位水力导度也需要与待测植株的原位水力导度使用同样的计算公式，故：

通过如下公式确定所述参考植株的原位水力导度K

其中，

通过简单的数据模型进行植株的水力导度的计算可以提高计算速度，实现更好效果的实时显示待测植株的缺水状况检测。

基于上述实施例，该方法中，所述基于所述待测植株的原位水力导度和所述参考植株的原位水力导度确定所述待测植株的水导指数，具体包括：

通过如下公式确定所述待测植株的水导指数K

其中，K

具体地，进一步限定通过待测植株的水力导度和参考植株的水力导度确定待测植株的水导指数的计算公式为最简单的构建所述水导指数的方式，水导指数＝待测植株的原位水力导度/参考植株的原位水力导度。参考植株为充分供水，处于无水分亏缺状态。

当待测植株灌溉良好，不缺水时水势梯度小、植株蒸腾耗水强度大，导致水力导度达到峰值，此时K

通过简单的数据模型进行植株的水导指数的计算可以进一步提高计算速度，进一步实现更好效果的实时显示待测植株的缺水状况检测。

基于上述实施例，该方法中，所述基于所述水导指数确定所述待测植株的缺水程度，具体包括：

所述待测植株的缺水程度与所述水导指数负相关。

具体地，所述水导指数越高，说明待测植株的水力导度与所述参考植株的水力导度越接近，待测植株越不缺水，水导指数越低，说明待测植株的水力导度与所述参考植株的水力导度数值差距越远，待测植株越缺水，因此，待测植株的缺水程度与所述水导指数负相关，而获得负相关的关系后，可以通过此关系作出用水导指数指示实时调整灌溉策略的方式的判定，例如比较细分的是按照数值设定灌溉的是否开启和开启后的流量大小，比较粗略的是按照数值判定是在预设阈值之上还是之下，作出对应的开启或者关闭灌溉系统的喷洒抢，等等，此处不作具体限定。

基于上述实施例，该方法中，所述待测植株的缺水程度与所述水导指数负相关，具体包括：

若所述水导指数小于预设阈值，则判定所述待测植株为缺水状态，否则判定所述待测植株为不受水分亏缺状态。

具体地，此处进一步限定作出用水导指数指示实时调整灌溉策略的方式的判定方法，即最简单的阈值判定法，例如将预设阈值设定为0.5，则判定若所述水导指数小于0.5，则判定所述待测植株为缺水状态，否则判定所述待测植株为不受水分亏缺状态。

通过简单的方式进行作出用水导指数指示实时调整灌溉策略的方式的制定可以进一步提高计算速度，进一步实现更好效果的实时显示待测植株的缺水状况检测。

基于上述实施例，该方法中，所述持续实时采集的时间段为每天11点至14点。

具体地，推荐利用每天正午时段(如11:00-14:00)的液流均值转换得到的单位叶面积蒸腾速率T

基于上述实施例，本发明提供一种植物灌溉决策系统和方法灌溉决策系统，该系统集成了植物水分状况信息监测的设备01(即液流测定设备、原位茎干水势测定设备)、供电装置02、数据中继器(Repeater)及采集器03以及终端处理器04。

其中，供电装置02在野外条件下至少包括一块太阳能板、一个转换器及一块蓄电池组成的一套供电设备，并根据不同设备的供电要求选择合适的蓄电池容量，将多种数据测定设备并联之后进行供电；数据中继及采集器03是具有数据转发与传送功能的中继器等以及具备数据记录功能的数据采集器；终端处理器04可以是具有数据处理功能的笔记本电脑或平板电脑等。

所述的植物水分状况信息监测的设备、数据中继及采集器及终端处理器之间采用直接电性连接或者使用智能快捷的无线连接，实现数据的传输或交互。

基于上述实施例提供的基于原位高通水导指数的精准智能灌溉决策系统，执行如下步骤：

步骤S1，分别获取参考植株与待测植株的实时液流及叶面积数据，经转换后分别获得参考植株与待测植株单位叶面积的蒸腾速率。

在本实施例中，液流数据采集自玉米营养生长后期的V10开始，此时植物茎干生长发育达到传感器要求的最低直径，液流测定设备类型为包裹式液流计(Flow32-1K,DynamaxInc.,Houston,TX,USA)，其中针对玉米直径仍然存在一定的差异，因此传感器型号选取SGEX-19与SGEX-25两种，同时设置每1分钟收集一次设备采集值，并记录为15分钟平均值。

可选的，针对不同植物可以选不同类型的包裹式液流计：微传感器、茎干测量计及枝干测量计分别适宜测量茎干直径在2-5mm、9-23mm及32-125mm的植物液流,其中直径60mm以下的探头应用时误差较小。

在本实施例中，步骤S1还包括S11和S12两个子步骤，

步骤S11，测得关键生育期始末的参考植株与待测植株的叶面积，插值获得叶面积在各生育期内的日变化。这可以减轻叶面积测量的工作量而又保证数据的稳定。

步骤S12，将所述生育期内的植株液流，根据叶面积与水的密度转换为植株单位叶面积蒸腾速率。

步骤S2，分别获取参考植株与待测植株原位茎干基础端与顶端的实时水势数据，以得到驱动液流的实时水势梯度。

在本实施例中，原位茎干水势实时测定的仪器为茎干水势仪和PSY1数据记录器(ICT International Pty Ltd.,Armidale,NSW,Australia)，按照Tran等人概述的安装程序，安装和维护茎干水势仪。在实时监测期间，如果水势读数在白天突然开始为零，这表明茎干水势仪的腔室可能因水充满而饱和或热电偶损坏，有必要进行重新安装。

可选的，茎干水势仪可以安装在木本及草本植物茎干上，还可用于果实和叶片的水势测量。

步骤S3，基于上述指标，分别计算参考植株与待测植株的原位水力导度K

其中，

其中，K

当待测植株灌溉良好，不缺水时水势梯度小、植株蒸腾耗水强度大，导致水力导度达到峰值，此时K

此方法的实现要求待测植株与参考植株同时观测、处于同一生长环境且种类相同。待测植株为调亏灌溉处理，处于有水分亏缺状态，参考植株为充分灌溉处理，处于无水分亏缺状态。

优选的，此方法推荐利用每天正午时段(如11:00-14:00)的液流均值转换得到的单位叶面积蒸腾速率T

步骤S4，根据所述的原位水力导度K

在本实施例中，图4为本发明提供的水力导度K

此方法涉及到的液流与茎干水势原位测定开始时间与植物生长发育有关。液流原位测定，是在植物茎干生长发育达到传感器要求的最低直径时(与传感器型号有关)，即可安装测定设备开始监测，液流测定覆盖时间较长。茎干水势原位测定对植物茎干的要求相对较低，在植物茎干生长发育到可以安装设备时进行茎干水势实时测量，另外，茎干水势原位测量点的位置保持相对固定，这样即使在株高随时间变化的前提下，也只需要额外考虑株高随生育期的变化规律。对于玉米来说，液流与茎干水势原位测定时间基本覆盖了营养生长后期(V6-VT)、生殖生长前期(R1-R3)及生殖生长后期(R4-R6)。因此该方法的水导指数Kratio可以实现对植物关键生育期水分状况的原位长期的监测，根据所获植物水分状况的信息诊断植物所受水分亏缺的程度，依据植物在各生育期对水分的不同需求，制定差异化的策略，进而指导生产经营者进行精准灌溉决策，达到灌溉用水与产量收益的最佳平衡。

此方法涉及到多种数据测定设备集成的系统。植物液流可以作为独立传感器进行无线传输，通过调整测量与记录时间，可实现与植物茎干水势的同步测定与传输，形成植物生理数据测定设备集成的智能系统。系统内部数据可以通过无线网络、中继器(Repeater)传输，进而链接到本地电脑；也可以利用数据采集器采集存储，以便通过直接的电性连接在终端设备对数据进行实时查看与智能分析处理。通过计算得到水导指数K

根据本发明的方案可以得知，本发明所述的基于原位高通水导指数的精准智能灌溉决策方法及系统，通过原位、高通、实时测量植株基础端与顶端的茎干水势，并结合在流动路径或水势梯度内测定的植物液流，获取植物生理表型参数，确定植物原位水力导度，计算输出水导指数K

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的装置或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。