本发明专利技术公开了一种脐橙果园水肥一体化中基于作物状况的肥料分配方法，提出一个关于主干半径、高度和土壤含水量的肥料流失函数，当前节点的肥料受到其他节点影响程度主要取决于其他节点的施肥量和其他节点到当前节点的距离，其他节点施肥量越多、离当前节点越近，则影响越大，因此可以用一个渗透函数去拟合当前节点能接收到其他节点流失的肥料量，设计了利润函数的博弈模型，并给出处于纳什均衡状态下的每个节点施肥量的表达式，迭代求解出下一周期各个节点的施肥量，从而保障脐橙果园的总体收益。该发明专利技术可改善肥料分布的均匀性，从而提高农资的利用效率，有助于推动实现脐橙果园的可持续发展。可持续发展。
【技术实现步骤摘要】
脐橙果园水肥一体化中基于作物状况的肥料分配方法
[0001]本专利技术属于农业农资管理
，具体涉及脐橙果园中基于博弈论的肥料分配方法。
技术介绍
[0002]我国农业化肥使用量较高，但化肥利用率较低，而过度使用化肥增加了农业成本，且造成环境污染，因此，提高农业资源的利用效率对实现农业的可持续发展具有重要意义。当前水肥一体化得到了广泛应用，且对于滴灌施肥下的土壤水肥入渗特性及分布研究成果较多。大量研究表明，滴灌施肥条件下，土壤性质、滴灌流肥料溶液浓度、肥料种类、施肥时间、施肥频率等因素都会影响氮素等营养物质在土壤中的移动和分布，适宜的滴出速度和施肥频率降低了土壤中的肥料流失量，提高了肥料利用率。为了有效地管理施肥，可使注入的肥料在系统中均匀分布，并了解在水肥一体化在滴灌过程中发生的水力过程，从而有效改善肥料分配。在本专利技术专利中，针对山地脐橙果园提出了一种基于脐橙果树生长状况的肥料分配方法，以改善肥料分布的均匀性，从而提高肥料的利用效率。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目标为脐橙果园水肥一体化中的肥料分配设计一个基于非合作博弈的数学模型，使有限的肥料资源合理分配给各个滴灌装置节点，从而让脐橙果园的总体效益在理论上最大。
[0004]为实现上述目标，本专利技术的技术方案包括以下内容：
[0005]设定在山地脐橙果园中，每个脐橙果树下配备有一个滴灌装置节点。由于土壤中的渗透作用，滴灌在每一个节点的肥料进入土壤后有一部分会随着土壤水流动到其他的节点以至于造成该节点的肥料流失，流失的程度与该节点作物根基的锁水固水能力有关，同时脐橙树的高度和主干半径能很好地反映根基状况，于是单个节点i肥料流失状况可表示如下：
[0006][0007]其中，x
i
为滴灌在该节点的肥料，w
i
为该节点根基土壤水含量，h
i
为该节点脐橙树的高度，r
i
为该节点脐橙树的主干半径，λ、a、b、c均为权重系数。
[0008]与此同时，滴灌在其他节点k的肥料也会随着土壤中的水分渗透到该节点i 处，考虑该节点能获得的其他节点流失的肥料的量与该节点和其他节点的距离l
ik
还有其他节点的施肥量x
k
有关，可表示如下：
[0009][0010]其中，γ、β为对应系数。
[0011]于是单个节点i所获得的肥料的量，可表示如下：
[0012][0013]由此可得：
[0014][0015]利用二次曲线来拟合单节点收益与施肥量的关系，即单节点所获得收益可表示为：
[0016]E
i
＝dF
i2
+fF
i
+g
‑
αx
i
[0017]其中，αx
i
代表农资成本，α、d、f、g为权重系数，可通过增加对各个节点的施肥量来提高收益，在对总肥料成本有限制的情况下，可通过处于纳什均衡的状况来获得总体最佳方案，即对E
i
关于x
i
求一阶导数：
[0018][0019]由此可得：
[0020][0021]展开后解得：
[0022][0023]其中，对E
i
关于x
i
求二阶导数：
[0024][0025]将x
i*
代入上式得到：
[0026]其中，在实际应用中u＞＞n，故可近似可得：
[0027][0028]显然p＞＞1，调整参数d、m使得E
i”(x
i*
)＜0，x
i*
即为纳什均衡点，若改变其施肥量，它的效益将降低，即E
i
(x
i*
,x
‑
i*
)＞E
i
(x
i
,x
‑
i
*),其中x
‑
i
表示除节点i的施肥量之外的其他所有节点的施肥量向量。
[0029]当检测到节点参数变化时,可以对x
i
进行更新，表示如下：
[0030]附图说明：
[0031]图1为滴灌装置节点在脐橙果园中的分布情况
[0032]图2为脐橙果园中各节点的施肥量变化情况
[0033]具体实施措施
[0034]设定脐橙果园的种植区域中均匀分布着5个滴灌装置节点，如图1中所示，设参数集的格式为t＝[土壤含水量,高度,主干半径]，则t1＝[2.8L/m3，3.12m， 0.191m],t2＝[2.45L/m3，2.75m，0.163m],t3＝[3.07L/m3，2.83m，0.172m],t4＝[2.95L/m3， 3.3m，0.221m],t5＝[2.93L/m3，2.82m，0.188m]，可以根据计算节点与节点之间的距离，计算得到距离(单位为米)表格如下：
[0035]L
ij
Node1Node2Node3Node4Node5Node105.614.374.936.26Node25.6106.427.215.54Node34.376.4204.925.03Node44.937.214.9206.62Node56.265.545.036.620
[0036]设置参数λ＝5，β＝30，m＝0.7，n＝0.9,γ＝10,a＝0.5,b＝0.3,c＝0.2,假设第t次更新各个节点时，则各个节点土壤肥料剩余量为
[0037]x
k(t)
＝[x1,x2,x3,x4,x5]＝[0.63kg/m3,0.57kg/m3,0.59kg/m3,1.18kg/m3,0.72kg/m3][0038]根据上述迭代式计算得出第t+1次的施肥量
[0039]x
k(t+1)
＝[x1,x2,x3,x4,x5]＝[3.69kg,5.34kg,4.22kg,3.46kg,5.11kg]，
[0040]间隔固定时间后继续测量土壤中肥料剩余量和节点相关参量，从而进行迭代可以得到下一次的肥料分配，则第t+1次到第t+5次的施肥量如图2所示。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.脐橙果园水肥一体化中基于作物状况的肥料分配方法，其特征在于：(1)在脐橙果园中，由于土壤中的渗透作用，滴灌在每一个滴灌装置节点的肥料进入土壤后有一部分会随着土壤水流动到其他的节点以至于造成该节点的肥料流失，流失的程度与该节点作物根基的固水锁水能力有关，而且脐橙树的高度，主干半径能很好地反映根基状况，则单个节点i的肥料流失状况表示为：其中，x
i
为滴灌在该节点的肥料，w
i
为该节点根基土壤水含量，h
i
为该节点脐橙树的高度，r
i
为该节点脐橙树的主干半径，λ、a、b、c均为系数。(2)滴灌在其他节点的肥料也会随着土壤中的水分渗透到该节点，考虑该节点i能获得的其他节点k流失的肥料的量与该节点和其他节点的距离l
ik
以及其他节点的施肥量x
k
有关，可表示为：其中，γ、β为权重系数。则单个节点i所获得的肥料的量可表示为：即(3)利用二次曲线来拟合单个节点i有关收益与施肥量的关系，即单个节点所获得收益可表示为：E
i
＝dF
i2
+fF
i
+g
‑
αx
...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄隆胜，李建威，吴小军，朱赟，汤磊，
申请(专利权)人：赣南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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