一种基于土壤肥力评估的大豆施肥方法及系统与流程

本发明涉及土壤分析评估，具体为一种基于土壤肥力评估的大豆施肥方法及系统。

背景技术：

1、随着目前农业的快速发展，化学合成肥料在全球范围内广泛使用，尤其是在大规模商业农业中，这些肥料包括氮、磷、钾等主要营养元素不同配比，用于提高农作物的生长速度和产量，现代大豆施肥方法强调减少对环境的负面影响，采用精准施肥技术和有机肥料整合，可以有效减少化学肥料的使用量，有助于维持农业生态系统的健康和稳定。

2、现有技术中的，公开号为cn112851433a公开了一种基于quefts模型的区域化大豆专用肥料与施用方法，采用quefts模型在复杂的大豆施肥体系中获取产量、产量反应以及相对产量等关键参数评估大豆作物生长环境和土壤肥力状况，准确快速地提供一种大豆专用肥氮、磷、钾养分需求比例和对应的推荐施肥方法。

3、现有技术不足：

4、利用quefts模型获取产量、产量反应以及相对产量的过程中，由于土壤会有分层现象，不同的层次土壤所包含的营养元素与水分都存在差异性，就会导致作物产量、产量反应以及相对产量等参数发生变化，可能就会导致配比的化肥中营养元素发生比例变化，从而影响作物产量收成。

5、大豆专用肥中氮、磷、钾的需求比例并不是一成不变的，而是要根据大豆不同的生长阶段进行动态调整，在初期幼苗阶段，大豆往往对氮元素需求量比较高，但是到成株阶段，大豆对氮元素需求量就会急剧减少，反而对磷、钾元素需求量增大，在农业施肥中，氮元素对环境污染较大，容易引起土壤盐碱化和水源污染等生态环境问题。

6、因此有必要提供一种基于土壤肥力评估的大豆施肥方法及系统来解决所述问题。

7、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于土壤肥力评估的大豆施肥方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于土壤肥力评估的大豆施肥方法，具体步骤包括：

4、步骤1：将种植大豆的农田分为若干子区域，监测并记录各个子区域土壤含水量数据，并设定含水量阈值，获取不同深度土壤含水量数据集合，利用各个子区域土壤数据集合生成土壤含水指数，若土壤含水指数远大于或者远小于含水量阈值，则发出首次警报；

5、步骤2：发出首次警报时，采集各个子区域中土壤中养分离子含量数据，评估土壤中主要营养元素含量，生成营养浓度系数，采集大豆对营养元素的需求量数据，利用营养浓度系数与采集的营养所需数据综合生成土壤肥力系数；

6、步骤3：将子区域中土壤中养分离子含量数据与对营养元素的需求量数据作比较，筛选出相对缺少或者多余的元素，利用生成的土壤肥力系数对筛选出的营养元素数据进行校准处理，得到大豆所需施肥量数据；

7、步骤4：根据得到的大豆所需施肥量数据，控制施肥量不变，改变灌溉流速，记录在相同时间不同灌溉速率下的土壤含水量数据，并与含水量阈值作对比，选择最接近含水量阈值的土壤含水量数据，计算得到大豆对水分的利用率；

8、步骤5：根据大豆对水分利用率，控制合适的灌溉流速不变，记录土壤中营养元素含量的变化量，并与大豆对营养元素的需求量数据作对比，得到变化量最大的营养元素，根据营养元素变化量最大元素，改变化肥中营养元素比例。

9、进一步地，在步骤1中，记录各个区域中的含水量数据并设定含水量阈值的具体步骤为：获取不同深度土壤含水量数据集合，具体所依据的方法为：取同等容积的表层土壤、深层土壤以及与大豆根系同一水平的土壤，分别称量三种不同深度土壤的湿重与干重，计算出三种不同深度下的土壤含水量，并将与种植大豆的根系处于同一水平深度的土壤含水量数据结合土壤容积设定为含水量阈值，所依据的公式为：

10、mc＝(ms-mg)*lnhc

11、ma＝(ms-mg)*ln(hc+15)

12、mb＝(ms-mg)*ln(hc-15)

13、

14、式中，mc、ma、mb分别表示等同容积下的同一水平土壤、深层土壤、表层土壤的含水量数据，ms、mg表示土壤湿重和土壤干重，hc表示与大豆根系同一水平的土壤深度，hc表示含水量阈值，vc表示同一水平中土壤容积。

15、进一步地，在步骤1中，生成含水量指标，并与含水量阈值比较，判断是否发出警报的具体步骤为：利用各个子区域土壤数据集合生成土壤含水指数，所依据的公式为：

16、

17、式中，zb表示土壤含水指数，v表示等容积的土壤体积。

18、进一步地，在步骤2中，采集各个子区域中土壤中养分离子含量数据，评估土壤中主要营养元素含量，生成营养浓度系数的具体步骤为：评估土壤中主要营养元素含量，生成肥力系数，具体所依据的方法为：采集各个子区域土壤中的养分样本，利用原子吸收光谱法检测氮、磷、钾主要营养元素的离子含量，生成营养浓度系数，具体所依据的逻辑为：

19、

20、式中，r(cn，cp，ck)表示土壤内的营养浓度系数，cn、cp、ck分别代表等容积土壤中氮、磷、钾营养离子的浓度，vn、vp、vk表示等容积的采样土壤。

21、进一步地，在步骤2中，综合生成肥力系数的具体步骤为：采集大豆对营养元素的需求量数据，利用营养浓度系数与采集的营养所需数据综合生成土壤肥力系数，具体所依据的逻辑为：

22、

23、式中，fl表示土壤肥力系数，cn′、cp′、ck′表示与种植大豆的根系处于同一水平深度的等容积土壤中所含氮、磷、钾营养离子的浓度，表示采集的营养所需数据。

24、进一步地，在步骤3中，筛选出相对缺少或者多余的元素，并得到所需施肥数据的具体步骤为：利用生成的土壤肥力系数对筛选出的营养元素数据进行校准处理，得到大豆所需施肥量数据，具体所依据的方法为：将子区域中土壤中养分离子含量数据对营养元素的需求量数据作比较，筛选出相对缺少或者多余的元素，所依据的方法为：计算氮、磷、钾元素的偏差量，判断三种元素偏差量的大小，引入偏差阈值来判断最大偏差量是否显著，具体所依据的逻辑为：

25、δn＝|cn′-cn|

26、δp＝|cp′-cp|

27、δk＝|ck′-ck|

28、δcx＝max{δn，δp，δk}

29、

30、其中，δn、δp、δk分别表示氮、磷、钾的元素偏差量，δcx表示筛选出来的相对缺少或者多余的元素，q表示筛选出的元素种类的具体逻辑，ned表示大豆所需施肥量数据，t表示元素偏差阈值。

31、进一步地，在步骤4中，计算得到大豆对水分的利用率的具体步骤为：将在不同灌溉速率下的土壤含水量数据与含水量阈值作对比，选择最接近含水量阈值的土壤含水量数据，计算得到大豆对水分的利用率，具体所依据的逻辑为：

32、δl＝min{(|hc-vk*t|)，(|hc-vm*t|)，(|hc-vy*t|)}

33、

34、式中，δl表示最接近含水量阈值的土壤含水量数据，δ代表大豆对水分的利用率，vk*t、vk*t、vy*t分别代表在快速率灌溉、慢速率灌溉以及匀速率灌溉下的土壤含水量，t表示灌溉相同的时间，ms-mg代表等容积下的土壤总含水量。

35、进一步地，在步骤5中，根据得到的营养元素变化量最大元素，改变化肥中营养元素比例的具体步骤为：根据大豆对水分利用率，控制相对应的灌溉流速不变，记录土壤中营养元素含量的变化量，并与大豆对营养元素的需求量数据作对比，得到变化量最大的营养元素具体所依据的逻辑为：

36、

37、δcx′＝max{δc1，δc2，δc3}

38、nbl＝ned+δcx′

39、式中，nbl表示经元素比例调整后的施肥量，δcx′表示变化量最大的营养元素，δc1、δc2、δc3分别表示在相同的灌溉流速下等容积土壤中所含氮、磷、钾营养离子的浓度变化量，分别代表在相同的灌溉流速下等容积土壤中所含氮、磷、钾营养离子的浓度。

40、本发明另外还提供一种基于土壤肥力评估的大豆施肥系统，用于执行上述的基于土壤肥力评估的大豆施肥方法，包含：

41、土壤含水量监测模块，用于将种植大豆的农田分为若干子区域，监测并记录各个子区域土壤含水量数据，并设定含水量阈值，获取不同深度土壤含水量数据集合，利用各个子区域土壤数据集合生成土壤含水指数，若土壤含水指数远大于或者远小于含水量阈值，则发出首次警报；

42、土壤肥力评估模块，用于在发出首次警报时，采集各个子区域中土壤中养分离子含量数据，评估土壤中主要营养元素含量，生成营养浓度系数，采集大豆对营养元素的需求量数据，利用营养浓度系数与采集的营养所需数据综合生成土壤肥力系数；

43、施肥管理模块，用于将子区域中土壤中养分离子含量数据与对营养元素的需求量数据作比较，筛选出相对缺少或者多余的元素，利用生成的土壤肥力系数对筛选出的营养元素数据进行校准处理，得到大豆所需施肥量数据；

44、水分利用评估模块，用于根据得到的大豆所需施肥量数据，控制施肥量不变，改变灌溉流速，记录在相同时间不同灌溉速率下的土壤含水量数据，并与含水量阈值作对比，选择最接近含水量阈值的土壤含水量数据，计算得到大豆对水分的利用率；

45、营养元素动态调节模块，用于根据大豆对水分利用率，控制合适的灌溉流速不变，记录土壤中营养元素含量的变化量，并与大豆对营养元素的需求量数据作对比，得到变化量最大的营养元素，根据营养元素变化量最大元素，改变化肥中营养元素比例。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

47、通过将农田按照不同深度分为子区域并监测各个深度的土壤含水量，可以实现精确的灌溉管理，设定根系深度处的土壤含水量为含水量阈值，实时监测土壤含水量，及时发现含水量异常并发出警报，有助于避免过度或不足的灌溉，从而节约水资源并优化作物生长条件；

48、评估土壤中主要营养元素的含量，结合大豆对营养元素的需求量数据，生成土壤肥力系数，这种评估和计算可以精确确定土壤中养分的状态，帮助农民优化施肥方案，确保作物获得足够的养分，同时避免过度施肥，减少人工成本并且降低了化肥中化工元素对环境影响；

49、本发明不仅提高了农田管理的精准度和效率，还能够显著降低农业生产的资源消耗，保护环境，同时提升作物的产量和品质，通过实时监测和智能调控，农业生产可以更加可持续和经济高效。