一种提高冬小麦水分利用效率的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种提高冬小麦水分利用效率的方法和系统，包括：农作物干旱程度评估；选择断根时期；确定切根量；冬小麦当前生育期根系空间分布计算；确定断根深度；确定断根位置；断根。本发明专利技术所述方法采用对气候和田间的湿润程度进行评估，以及根据冬小麦前期长势和干旱评估，确定断根量。通过建立根系分布数学模型，以判断小麦根系发育情况，由此确定断根时机、位置、深度等参数。所述的系统采用断根凝结的方法，阻止农作物根系被切断后从切断刀流出营养液体，尽量减少伤流，使断根后的农作物快速回到原有的长势，避免因为断根部位坏死造成作物减产甚至枯萎，提高了农作物生长过程中的水资源利用率，改善和保持了农田的土壤墒情和肥力。

【技术实现步骤摘要】
一种提高冬小麦水分利用效率的方法和系统
本专利技术涉及一种提高冬小麦水分利用效率的方法和系统，是一种节水环保的农田管理措施，是一种提高农作物产量和水分利用效率的方法和系统。
技术介绍
小麦是主要粮食作物，而在半干旱的旱作农业区，水资源贫乏成为限制小麦高产的主要因子，植物个体间竞争最强烈的环境资源是土壤水分，而根系是竞争水分最主要的器官。根系生长发育状况与作物产量密切相关，合理调控根系生长可以促进作物地上部与地下部的协调发展，有利于作物产量提高。在农业生产实践中，通过合理的农艺措施促进地上、地下群体协调发展，实现作物水资源的高效利用，一直是旱地农业研究的重点。目前，利用断根（伤根）的方式，在产量变化不大的条件下，提升作物水分利用效率。然而该方法会造成断根部位“伤流”，从断根处流出的液体富含作物生长所需的养分，流失太多，会造成长势衰弱，断根后一段时间内作物长势收到影响，甚至会因为断根部位坏死造成作物减产甚至枯萎。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种提高冬小麦水分利用效率的方法和系统。所述的方法和系统根据冬小麦前期长势和干旱评估，确定需要断根量，根据小麦根系发育情况确定断根位置、深度和角度利用机械装置，在断根的同时对断根部位进行加热，从而避免断根部位“伤流”，避免伤流液的蒸发以及异物的进入，减轻甚至消除断根后作物长势受到影响的情况发生，有效提升小麦的水资源利用效率和抗旱保产效益与效果。本专利技术的目的是这样实现的：一种提高冬小麦水分利用效率的方法，所述方法的步骤如下：农作物干旱程度评估的步骤：首先评估历史长序列条件下，作物不同生育期的干旱程度，并评估当前生育期的真实干旱程度；如果：真实干旱程度大于历史干旱程度，同时历史干旱程度的评估表明，其干旱为加强趋势，即下一个生育期干旱程度大于当前生育期，则需要根据当前生育期的真实干旱程度确定切根量；选择断根时期的步骤：根据冬小麦生长过程，选择冬小麦进入返青期前后两天的范围内作为进行断根处理的时机；确定切根量的步骤：根据气候和土壤的干湿程度，确定10%～40%的断根切根量；冬小麦当前生育期根系空间分布计算的步骤：根据根系较完全的发育阶段的资料，利用多种函数进行拟合，根据相对误差较小、相关较显著的原则，建立的冬小麦根系生长模型，根据冬小麦根系生长模型确定冬小麦根系分布；确定断根深度的步骤：根据根长密度公式计算当前生育期小麦根系分布：式中，RLD为根长密度，Z为土壤深度（cm）；a、b、c、d为参数，根据影响冬小麦根系发育的积温和土壤水分、降雨因素、冬小麦品种及生育期确定；确定断根位置的步骤：根据冬小麦根系生长模型所确定的冬小麦根系分布，以主茎为中心划圆，圆内包含的根系干重占总干重比例为25%～50%，以所述圆与株行平行的切线为断根位置；断根的步骤：按照所选择的断根时机、断根位置和断根深度，对冬小麦的根系进行切断作业，去掉部分次生根，在对冬小麦的根系切断的同时对切断部位进行凝结处理，阻止伤流，减少断根对农作物根系的伤害。进一步的，所述的断根位置为距主茎2.0cm、1.8cm、1.5cm、1.3cm厘米两侧，断根深度为：垂直下切10厘米，或距主茎3.0cm、2.8cm、2.5cm、2.3cm两侧，斜45度下切至主根，分别切根量定为10%、20%、30%、40%。一种实现上述方法的提高冬小麦水分利用效率的系统，所述系统包括：安装在拖拉机车架上的至少一套断根刀和安装断根刀的刀架，所述的断根刀或刀架上安装有凝结器，所述的凝结器与安装在拖拉机上的凝结器电源连接。进一步的，所述的断根刀和刀架以两套为一组，一组中两个所述的断根刀之间的距离为15-25厘米，设置4-5组断根刀和刀架通过连接架与拖拉机的车架连接。进一步的，所述的刀架或连接架上设有切深控制机构，一组断根刀之间设有切位控制机构。进一步的，所述的断根刀和凝结器是带有超声波换能器刀具，所述的超声波换能器与安装在拖拉机上的超声波电源连接。进一步的，所述的带有超声波换能器的刀具是镰刀形刀具或圆盘形刀具。进一步的，所述的断根刀是外缘有切齿的圆盘形刀具，所述的凝结器是电凝结器，所述的电凝结器与安装在拖拉机上的电凝结器电源连接。进一步的，所述的电凝结器是沿刀盘径向开出的窄缝，所述窄缝中成对设置电极。进一步的，所述的圆盘形刀具通过传动轴与拖拉机的动力轴连接。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术所述方法采用对气候和田间的湿润程度进行评估，以及根据冬小麦前期长势和干旱评估，确定断根量。通过建立根系分布数学模型，以判断小麦根系发育情况，由此确定断根时机、位置、深度等参数。所述的系统采用断根凝结的方法，阻止农作物根系被切断后从切断刀流出营养液体，尽量减少伤流，使断根后的农作物快速回到原有的长势，避免因为断根部位坏死造成作物减产甚至枯萎，提高了农作物生长过程中的水资源利用率，改善和保持了农田的土壤墒情和肥力。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是冬小麦根系和本专利技术实施例二所述冬小麦植株行两侧断根切割的位置示意图；图2是本专利技术的实施例二所述冬小麦植株行两侧断根切割的位置示意图；图3是本专利技术的实施例三所述系统的结构示意图；图4是本专利技术的实施例三所述系统的结构示意图，是图3中A-A剖面图；图5本专利技术的实施例四所述多个断根刀组合的结构示意图；图6是本专利技术的实施例九所述电凝结器的圆盘形断根刀的示意图。具体实施方式实施例一：本实施例是一种提高冬小麦水分利用效率的方法。所述方法的步骤如下：（一）农作物干旱程度评估的步骤：首先评估历史长序列条件下，作物不同生育期的干旱程度，并评估当前生育期的真实干旱程度；如果：真实干旱程度大于历史干旱程度，同时历史干旱程度的评估表明，其干旱为加强趋势，即下一个生育期干旱程度大于当前生育期，则需要根据当前生育期的真实干旱程度确定切根量。干旱评估：可以使用帕尔默法和修正的PDSI指数的计算法。（1）帕尔默法：帕尔默（Palmer，有人译为帕默尔）认为干旱期是一个水分持续亏缺的时段，旱度可以认为是水分亏缺量及其持续时间的函数，在这个定义基础上于1965年提出了能够进行干旱程度分析的帕尔默干旱指数（有人译为“旱度模式”），并以Palmer干旱指数（PDSI，PalmerDroughtSeverityIndex）表示干旱的严重程度。该模式的建立中，Palmer首次提出了有别于长期平均降水量的“当前气候适宜”（CAFEC，ClimaticallyAppropriateforExistingCondition）的降水量（）的概念，即满足地区经济运行、生物生长用水所适宜的需水量称为“当前气候适宜”的降水量。PDSI指数的计算方法：帕尔默指数的计算过程较复杂，首先计算各水分平衡分量，求出有关气候系数、蒸散系数、补水系数、径流系数和失水系数，进而得到对当前情况来说，气候上适宜的降水量。第一步：由长期气象资料序列计算出月水分平衡各分量的实际值、可能值及平均值，包括实际蒸散量ET、可能蒸散量PE、实际径流量RO、可能径流量PRO、实际补水量R、可能补水量PR、实际失水量L和可能失水量PL；第二步：α、β、γ和δ被分别称之蒸散发系数、补水系数、径流系数和失水系数，它们的计算表达式分别为；；；。第三步：计算气候上适宜的降水量：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高冬小麦水分利用效率的方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：农作物干旱程度评估的步骤：首先评估历史长序列条件下，作物不同生育期的干旱程度，并评估当前生育期的真实干旱程度；如果：真实干旱程度大于历史干旱程度，同时历史干旱程度的评估表明，其干旱为加强趋势，即下一个生育期干旱程度大于当前生育期，则需要根据当前生育期的真实干旱程度确定切根量；选择断根时期的步骤：根据冬小麦生长过程，选择冬小麦进入返青期前后两天的范围内作为进行断根处理的时机；确定切根量的步骤：根据气候和土壤的干湿程度，确定10%～40%的断根切根量；冬小麦当前生育期根系空间分布计算的步骤：根据根系发育阶段的资料，利用多种函数进行拟合，根据相对误差较小、相关较显著的原则，建立的冬小麦根系生长模型，根据冬小麦根系生长模型确定冬小麦根系分布；确定断根深度的步骤：根据根长密度公式计算断根深度：

【技术特征摘要】
1.一种提高冬小麦水分利用效率的方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：农作物干旱程度评估的步骤：首先评估历史长序列条件下，作物不同生育期的干旱程度，并评估当前生育期的真实干旱程度；如果：真实干旱程度大于历史干旱程度，同时历史干旱程度的评估表明，其干旱为加强趋势，即下一个生育期干旱程度大于当前生育期，则需要根据当前生育期的真实干旱程度确定切根量；选择断根时期的步骤：根据冬小麦生长过程，选择冬小麦进入返青期前后两天的范围内作为进行断根处理的时机；确定切根量的步骤：根据气候和土壤的干湿程度，确定10%～40%的断根切根量；冬小麦当前生育期根系空间分布计算的步骤：根据根系发育阶段的资料，利用多种函数进行拟合，根据相对误差较小、相关较显著的原则，建立的冬小麦根系生长模型，根据冬小麦根系生长模型确定冬小麦根系分布；确定断根深度的步骤：根据根长密度公式计算断根深度：式中，RLD为根长密度，Z为土壤深度（cm）；a、b、c、d为参数，根据影响冬小麦根系发育的积温和土壤水分、降雨因素，冬小麦品种及生育期确定；确定断根位置的步骤：根据冬小麦根系生长模型所确定的冬小麦根系分布，以主茎为中心划圆，圆内包含的根系干重占总干重比例为25%～50%，以所述圆与株行平行的切线为断根位置；断根的步骤：按照所选择的断根时机、断根位置和断根深度，对冬小麦的根系进行切断作业，去掉部分次生根，在对冬小麦的根系切断的同时对切断部位进行凝结处理，阻止伤流，减少断根对农作物根系的伤害。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的断根位置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英，严登华，蒋云钟，龚家国，聂汉江，徐婷，孙若尘，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11