本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)干旱領(lǐng)域，尤其涉及動態(tài)適配作物根系發(fā)育過程的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算。

背景技術(shù)：

1、干旱是一種自然的、反復(fù)發(fā)生的、全球性的現(xiàn)象，是一種復(fù)雜的、破壞性的災(zāi)害，造成了巨大的經(jīng)濟、社會和環(huán)境影響。目前大多數(shù)干旱定義著眼于其影響范圍，農(nóng)業(yè)干旱涉及氣象干旱特征對農(nóng)業(yè)的影響，一般是指一段時期內(nèi)土壤水分降低所引起的作物產(chǎn)量減少的現(xiàn)象，其以土壤水分含量與植物生長狀況為特征來反映植物生長過程中所受到的水分脅迫程度。農(nóng)業(yè)干旱通常會造成嚴重的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失，進而影響社會的糧食安全，是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)威脅最大的災(zāi)害之一。因此，建立有效的農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測指標以監(jiān)測農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生、范圍及嚴重程度，對農(nóng)業(yè)規(guī)劃與管理來說具有重要意義。干旱指數(shù)用于識別、分類和監(jiān)測干旱條件，通常結(jié)合氣候、水文等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)來進行計算，從而得出干旱狀況進行表征的數(shù)值。干旱指數(shù)能夠?qū)Ξ惓夂驐l件的強度、持續(xù)時間和空間范圍進行定量評估，并且能夠支持決策系統(tǒng)。

2、在較短的時間尺度上，如日尺度，作物狀態(tài)更適合用來評估農(nóng)業(yè)干旱。其中基于土壤水分、植被狀態(tài)和地表溫度(考慮到它們的短期估計)的干旱指數(shù)將包括描述干旱影響和原因的主要因素，并且適用于中短期的農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測，如sánchez提出的農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)smadi。然而，目前的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測只考慮了土壤水分本身的虧損狀態(tài)，而忽略了作為農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)，所種植農(nóng)作物的水分需求，由于植物根系的分布不同，在不同的根區(qū)深度的水分需求量也不相同。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本方法的目的在于，在現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)中引入不同農(nóng)作物在不同生長發(fā)育階段的根系在不同根區(qū)深度的土壤水分需求量，形成一種土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，更準確地評估小范圍短時間內(nèi)不同農(nóng)作物區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱狀態(tài)，為精準農(nóng)業(yè)灌溉提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

2、本發(fā)明提供的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，在smadi指數(shù)的基礎(chǔ)上，引入了農(nóng)作物在不同生長發(fā)育階段的根系在不同根區(qū)深度的土壤水分需求量，計算土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)msmadi，利用msmadi能夠根據(jù)不同的農(nóng)作物需求提供更準確的農(nóng)業(yè)干旱狀態(tài)，更加方便農(nóng)業(yè)監(jiān)測與管理。該方法包括如下步驟：

3、步驟s1：數(shù)據(jù)采集和處理：采集土壤水分相關(guān)變量ndvi、lst和pre、土壤水分遙感數(shù)據(jù)ssm、rzsm和站點土壤水分rzsm，并進行預(yù)處理；

4、步驟s2：干旱參與指數(shù)構(gòu)建：根據(jù)步驟s1得到的ndvi、lst和ssm數(shù)據(jù)，得到土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)的參與指數(shù)vci、mtci和smci；

5、步驟s3：根區(qū)土壤水分狀況指數(shù)rzsmci計算：根據(jù)步驟s1得到的rzsm數(shù)據(jù)，計算得出作物的rzsmci，以反映不同作物在不同深度的土壤水分狀況；

6、步驟s4：作物根長密度rld計算：根據(jù)作物的根系分布規(guī)律和生長規(guī)律，計算處于不同生長發(fā)育階段的作物在不同根區(qū)深度的根長密度；

7、步驟s5：土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)msmadi構(gòu)建：根據(jù)步驟s2得到的干旱參與指數(shù)vci、mtci、步驟s3得到的rzsmci和步驟s4得到的rld，得到msmadi，以反映不同作物在不同生長階段和不同根區(qū)深度的土壤水分干旱狀況；

8、步驟s6：土壤水分虧損指數(shù)swdi計算：根據(jù)步驟s1所得到的站點土壤水分rzsm數(shù)據(jù)計算得出swdi，以反映不同根區(qū)深度真實土壤含水量；

9、步驟s7：農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)對比和評估；將msmadi與現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)smadi和土壤水分虧損指數(shù)swdi進行比較，驗證msmadi在不同作物區(qū)域的準確性和可靠性，再將msmadi、smadi和swdi與植被狀態(tài)ndvi、lst和降水pre進行比較，評估干旱指數(shù)對于環(huán)境因子的響應(yīng)情況。

10、一種存儲設(shè)備，所述存儲設(shè)備存儲指令及數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法。

11、一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算設(shè)備，包括：處理器及存儲設(shè)備；所述處理器加載并執(zhí)行所述存儲設(shè)備中的指令及數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法。

12、本發(fā)明提供的有益效果是：本發(fā)明提供的方法為不同農(nóng)作物區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱狀態(tài)提供更準確的評估指數(shù)，為精準農(nóng)業(yè)灌溉提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。具體為：

13、(1)本發(fā)明將根區(qū)土壤水分狀況和作物生長發(fā)育過程的根長密度引入土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)中，構(gòu)建了一種動態(tài)適配作物根系發(fā)育過程的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)來計算土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)msmadi，能夠更加準確反映農(nóng)業(yè)干旱狀況，實現(xiàn)精確的農(nóng)業(yè)監(jiān)測與管理。

14、(2)本發(fā)明計算了hoal地區(qū)的冬小麥和夏玉米兩種主要作物在不同生長階段的msmadi，對hoal地區(qū)2019年干旱情況進行了空間和時間上評估，揭示了不同地區(qū)和不同季節(jié)的干旱情況及其影響因素。

技術(shù)特征：

1.一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，其特征在于：步驟s1中，所述的土壤水分相關(guān)變量ndvi和lst數(shù)據(jù)來自遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品modis和landsat?8，土壤水分遙感數(shù)據(jù)來自smap?l4和era5-land，站點土壤水分數(shù)據(jù)來自國際土壤水分網(wǎng)絡(luò)ismn。

3.如權(quán)利要求1所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，其特征在于：步驟s2中，干旱參與指數(shù)包括植被狀況指數(shù)vci、溫度條件指數(shù)mtci、土壤水分狀況指數(shù)smci，計算公式如下：

4.如權(quán)利要求1所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，其特征在于：步驟s3中，根區(qū)土壤水分狀況指數(shù)rzsmci的計算公式如下：

5.如權(quán)利要求1所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，其特征在于：步驟s4中，針對處于不同生長發(fā)育階段的作物，按照氣象部門《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》的要求進行根系分布長度的觀測和測定，根系分布的測定時間為每個發(fā)育期測量1次，測定方法為：采用土鉆采集土柱樣本，對樣本沖洗后，使用交叉法計算不同根區(qū)深度的根長，進而根據(jù)得到的根長計算得到相應(yīng)根區(qū)深度的根長密度rld。

6.如權(quán)利要求5所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，其特征在于：步驟s4中，作物為夏玉米和冬小麥，根據(jù)根系分布規(guī)律將根區(qū)深度分為5cm、10cm、20cm和50cm，根據(jù)生長規(guī)律將夏玉米生長發(fā)育階段分為拔節(jié)期、吐絲期和成熟期，將冬小麥生長發(fā)育階段分為成長期、開花期和成熟期。

7.如權(quán)利要求6所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，其特征在于：步驟s5中，考慮到由于農(nóng)作物的水分獲取手段主要是通過根部從土壤中吸取，而不同的種類在不同的生長階段的根系分布不同導(dǎo)致了對土壤水吸收的影響，在定義土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)時只考慮表層土壤水分是不充分的，因此將根區(qū)土壤水分和生長發(fā)育階段的根長密度納入土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)中構(gòu)建土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)msmadi，計算的公式如下：

8.如權(quán)利要求1所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，其特征在于：步驟s6中，土壤水分虧損指數(shù)swdi計算的公式如下：

9.一種存儲設(shè)備，其特征在于：所述存儲設(shè)備存儲指令及數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)權(quán)利要求1～8任一項所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法。

10.一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)設(shè)備，其特征在于：包括：處理器及存儲設(shè)備；所述處理器加載并執(zhí)行所述存儲設(shè)備中的指令及數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)權(quán)利要求1～8任一項所述的一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適配作物根系發(fā)育的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)計算方法，涉及農(nóng)業(yè)干旱領(lǐng)域。該方法通過引入農(nóng)作物在不同生長發(fā)育階段的根系在不同根區(qū)深度的土壤水分需求量，構(gòu)建了能夠動態(tài)適配作物根系生長階段的土壤水分農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)MSMADI，更加準確反映了不同作物在不同生長階段和不同根區(qū)深度的土壤水分干旱狀況，揭示了不同地區(qū)和不同季節(jié)的干旱時空變化及其影響因素，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)干旱的精準評估。本發(fā)明有益效果是：為不同農(nóng)作物區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱狀態(tài)提供更準確的評估指數(shù)，為精準農(nóng)業(yè)灌溉提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

技術(shù)研發(fā)人員：張翔,劉鑫,顧西輝,沈永林,孔冬冬,陳能成
受保護的技術(shù)使用者：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2