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水 利 学 报
2025 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 7 期
文章编号：0559-9350（2025）07-0958-11
基于植被指数的喷灌变量灌溉处方图生成方法研究
张勇静 ，赵伟霞 ，单志杰 ，黄 乾 2
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（1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100048；
2. 山东省水利科学研究院，山东 济南 250014）
摘要：与冠层温度相比，植被指数是反映作物生长表型和水肥亏缺信息的复合指标，为变量灌溉处方图的生成提
供了更为综合的基础信息。为了研究基于植被指数的高精度变量灌溉处方图生成方法，本文基于优化土壤调节植
被指数（Optimized Soil Adjusted Vegetation Index，OSAVI），提出了仅通过改变喷灌机行走速度即可实现动态变量
灌溉管理的扇形变量灌溉处方图生成方法，并研究了无人机多光谱系统起飞时间和飞行高度对扇形变量灌溉处方
图的影响，及其与基于归一化相对冠层温度指标（Normalized Relative Canopy Temperature，NRCT）生成的变量灌溉
处方图差异。试验在河北省邢台市大曹庄管理区中国水利水电科学研究院智慧灌溉技术与装备创新示范推广基地
开展，供试作物为 2023 年和 2024 年种植的冬小麦，无人机多光谱系统飞行高度为 50、70 和 90 m，分别于 8：00、
11：00、14：00 和 17：00 开始起飞，飞行区域为四跨加悬臂圆形喷灌机控制的 1/6 区域。结果表明，起飞时间对
OSAVI 的空间分布具有显著影响，在 11：00 和 14：00 起飞时，OSVAI 空间分布特征相对稳定且总灌水量相对较
小，分别比 17：00 时的总灌水量平均减少 17.7% 和 18.8%。随着无人机多光谱系统飞行高度的增加，总灌水量无
明显变化规律，且不同飞行高度时的总灌水量最大仅相差 6%。与基于 NRCT 的变量灌溉处方图相比，基于 OSAVI
的变量灌溉处方图总灌水量平均减少 6%。在利用无人机多光谱系统获取冬小麦喷灌扇形变量灌溉处方图时，推
荐适宜起飞时间段为 11：00—14：00。
关键词：无人机；多光谱；植被指数；变量灌溉；处方图
中图分类号：S275.5 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240659
1 研究背景
大型喷灌机变量灌溉（Varibale Rate Irrigation，VRI）技术通过将整个农田划分为大小不同的扇形地
块或网格地块，分别基于喷灌机行走速度的自动调节或喷灌机行走速度与电磁阀脉冲占空比的联合调
控实现了有限水资源的适时适量适位空间分配，是最大限度提高农田喷灌水分利用效率的关键技术之
［1］
一 。受不同数据监测方法的影响，管理分区图及 VRI 管理效果会存在一定差异 ［2-3］ 。目前，基于归一
化相对冠层温度（Normalized Relative Canopy Temperature， NRCT） 的动态分区管理代表了 VRI 技术的
［4］
最高管理水平，但是综合土壤水分-冠层温度-气象信息进行 VRI 决策后的田间试验结果表明，喷灌
VRI 技术虽然能够实现 25% 的节水效果，但是小麦产量的增加幅度仍然有限，很难突破由水分生产函
数决定的节水与增产之间的矛盾而仅停留在节水稳产层面。采用多源信息融合的策略可以进一步提高
［5］
VRI 管理分区精度，并在充分发挥 VRI 系统变量施肥功能的基础上挖掘喷灌节水增产潜力 。
［6］
与基于冠层温度的水分亏缺指标仅能反映作物冠层的水分亏缺程度不同 ，植被指数是利用卫星
收稿日期：2024-10-12；网络首发日期：2025-06-10
网络首发地址：https：//link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250609.1516.001
基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFD1900805）；国家自然科学基金项目（52379056）；流域水循环与调控国家重点实验室
自由探索课题（SKL2024YJTS08）；山东省重点研发计划课题（2022CXGC020707）
作者简介：张勇静（1999-），硕士，主要从事大型喷灌机变量灌溉技术研究。E_mail： 1585442236@qq.com
通信作者：赵伟霞（1980-），博士，正高级工程师，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E_mail：zhaowx@iwhr.com
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