【摘 要】
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随着我国加快建设现代化强国的进程,全国用水量不断增加,水资源短缺已成为制约我国可持续发展的瓶颈。我国作为传统的农业大国,在农业灌溉中的总用水量约占我国可使用的淡水资源的70%,因此节水灌溉技术需要得到大力发展与推广。针对我国水肥一体化灌溉过程中水分利用效率低问题,本文以水肥一体化机灌溉系统为研究对象,通过设计水肥一体化机分层灌溉装置及系统,实现节水灌溉决策生成及根系密集区加量灌溉,此装置系统对提高
【基金项目】
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广东省高校重点领域专项“自适应光伏驱动智能精准灌溉装备关键技术及应用研究（2019KZDZX1009）”； 广东省高等学校科技创新团队项目“太阳能智能灌溉装备关键技术（2017KCXTD025）”；
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随着我国加快建设现代化强国的进程,全国用水量不断增加,水资源短缺已成为制约我国可持续发展的瓶颈。我国作为传统的农业大国,在农业灌溉中的总用水量约占我国可使用的淡水资源的70%,因此节水灌溉技术需要得到大力发展与推广。针对我国水肥一体化灌溉过程中水分利用效率低问题,本文以水肥一体化机灌溉系统为研究对象,通过设计水肥一体化机分层灌溉装置及系统,实现节水灌溉决策生成及根系密集区加量灌溉,此装置系统对提高灌溉水利用效率具有重要意义。本文的主要研究内容如下:（1）引入土壤分层概念和干深-时域理论的三维深度和时域性概念,结合多源信息融合方法,提出一种基于根系分布情况的水肥一体化机分层灌溉节水新方法,避免了湿不到根及湿不配根。（2）运用Fluent仿真软件,模拟分层灌溉器在不同腔体结构下的灌溉口流量情况,对仿真结果进行分析,得到了七个几何参数的影响水平。运用多目标灰狼算法（MOGWO）对分层灌溉器的几何参数进行多目标优化,提高了分层灌溉器灌溉性能,满足对根系密集土壤层进行加量灌溉需求。（3）构建根系预测模型,确定测定指标及其测量方法,对模型的输入因子与输出因子进行选择,结合XGBoost算法建立预测模型,为灌溉决策提供根系信息。基于D-S证据理论确定信息融合方法,用于判断是否执行灌溉。设计模糊选择策略,根据模糊规则确定分层灌溉器的入水口流量及灌溉时长,完成节水灌溉决策模型建立。（4）根据系统功能需求和灌溉器的特点进行硬件选择及选型。基于QT Designer平台结合pyside2库进行水肥一体化机分层灌溉系统的开发,实现土壤及作物根系状况分层监测和数据处理、分析、储存与查询等功能,方便农业人员快速了解农田与作物情况。（5）搭建水肥一体化机分层灌溉装置及系统的试验平台。进行根系试验为根系分布预测模型提供训练与检验样本,并进行误差检验分析;对分层灌溉器的仿真结果进行验证,并对经过MOGWO多目标优化后的分层灌溉器进行流量测试;对系统根系密集土壤层确定、节水灌溉决策及对根系密集土壤层加量灌溉等功能进行测试。试验结果表明,水肥一体化机分层灌溉装置及系统能够有效地提高根系密集土壤层的灌溉量和灌溉水利用效率,从而达到节水灌溉的目的。
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