上一篇文章涉及建立作物数学模型,这篇文章专门对如何在基于已经构建完成的具体作物生长的数字孪生模型进行灌溉施肥决策的。首先基于作物生长的物理、生理和生态等因素,搭建数学模型必须是一个经过检验的,在作物生长时,使用显著性检验等方法来验证了模型的准确性。它能够准确反映作物的各生育期的水量需求和养分需求等有关生长要素的需求。建立的作物生长需水需肥模型以及土壤水分平衡模型是决策的基础条件。
以内蒙古的春玉米种植为例,这里假定我们已经有了春玉米的作物模型,并已经根据当地种植习惯和种植的品种进行了参数校准。在作物数字模型运行模拟生长过程,需要找出玉米生长的关键需水和需肥时期,尽量满足关键期作物的水分和养分需要,是作物优质高产重中之重。
在玉米种植生产过程中,玉米在生长的不同阶段都需要水和肥料的供应,但是在玉米生长的不同阶段,其对水和肥料的需求程度也是有所不同的。一般来说,玉米在生长发育中最需要水和肥料的关键生育期如下:
1.发芽期:玉米生长季节的开始,足够的水和营养物质会促进种子发芽生长,稳定种植的基础。
灌溉施肥关键期是在三叶期,种子贮藏的营养耗尽,称为“离乳期”。这个阶段土壤水分是影响壮苗的因素,所以浇足水量对玉米产量起决定性的作用。程序以DVS=0.2为关键期的标定参数。经用天气数据输入模型模拟,三叶期在5月21日左右,程序施肥灌水设定为此日。
2.抽雄期:这个期间玉米需要大量的水分和钾肥,以保证花粉的发育和授粉率的增加,从而提高产量和粒重。
灌溉施肥关键期在从拔节至抽雄的穗期。生长发育特点是:营养生长和生殖生长同时进行,就是叶片、茎节等营养器官旺盛生长和雌雄穗等生殖器官强烈分化与形成。时间定为DVS=0.8,经天气数据输入模型模拟,时间在7月1日,以此为施肥灌溉日。
3.灌浆期:玉米籽粒在成熟前需要大量的水分,同时适量的磷、钾等营养物质也会促进玉米粒的沉积率和品质,它也是玉米生长发育中一个非常关键的期间。
这个时段,灌溉施肥关键期是玉米从抽雄至成熟称为花粒期。玉米抽雄、散粉,此时叶片已定型,植株完成生长。这时停止营养体的增长,进入以生殖生长为中心的阶段。DVS=1.1后,施肥以K为主。
因此,给玉米种植时需在以上三个关键生育期内做好肥料施用和适量的灌溉,可以保证确保玉米生长状况的良好,提高玉米产量和品质。制定在关键生育期集中灌溉施肥,基于作物需水需肥进行少量多次施肥灌溉的不同模式。
内蒙古赤峰地区春季种植的玉米生长期大约为100天,全生育期需要充足的营养(如氮、磷、钾肥)来支持作物的生长发育。根据国家农业技术推广服务中心发布的相关资料,内蒙赤峰地区春季种植的玉米年平均产量大约在4500-5200公斤/公顷左右,相关的肥料施用标准如下:
1. 发芽期:一般使用氮、磷、钾的量比为3:1:2,每公顷可施用氮肥100-150千克、磷肥40-60千克、钾肥80-120千克。
2. 抽雄期:每公顷可施用氮肥80-120 千克、磷肥150-200千克、钾肥160-200千克。
3. 灌浆期:在灌浆期,玉米对钾的需求量较大,一般每公顷施用氮肥120-150千克、磷肥60-80千克、钾肥240-320千克。
需要注意的是,以上数据仅供参考,具体用肥量应该根据实际土壤情况、预期产量和肥料效果等因素相综合考虑而定,建议种植户们结合当地气候、土壤水分状况以及实际需求进行调整。
全程模拟施肥灌溉:
fertilizer_days=[[5,21],[7,1],[8,1]] # [月,日]
N_amounts=[100,80,120] #对应 [第一次,第二次,第三次]施肥
P_amounts=[40,150,60] #取施肥的下限值
K_amounts=[80,160,240]
irrigation_days=[[5,21],[7,1],[8,1],[8,15]]
amounts=[2,2,2,2] #对应 [第一次,第二次,第三次,第四次]浇水
efficiencies=[0.7,0.7,0.7,0.7] #对应 [第一次,第二次,第三次,第四次]
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