本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域，尤其涉及一種封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前無(wú)土栽培發(fā)展較快，無(wú)土栽培是以草炭、巖棉、珍珠巖、蛭石等固體基質(zhì)代替土壤，并利用營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行水分和養(yǎng)分供給的一種栽培方式。無(wú)土栽培之前多用于育苗，但是由于無(wú)土栽培所用的基質(zhì)干凈衛(wèi)生，避免了土壤栽培模式中最易出現(xiàn)的土傳病害問題的發(fā)生，所以今年來(lái)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中得到迅速的發(fā)展。

和土壤栽培不同，無(wú)土栽培所使用的基質(zhì)本身不含或極少量的含有營(yíng)養(yǎng)元素，作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)需要依靠營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行供給，所以營(yíng)養(yǎng)液的灌溉是無(wú)土栽培種的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。而當(dāng)前無(wú)土栽培技術(shù)中，灌溉的控制基本還是按照土壤栽培中的灌溉控制模式：或者是定時(shí)灌溉，即事先規(guī)定好灌溉時(shí)間表，定時(shí)開始，定時(shí)結(jié)束；或者是根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行灌溉，即通過插入或埋入基質(zhì)里的濕度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)基質(zhì)濕度的變化，達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)進(jìn)行灌溉，根據(jù)傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)確定灌溉停止時(shí)間；或者是根據(jù)作物蒸騰量進(jìn)行灌溉，即根據(jù)特定的計(jì)算公式進(jìn)行作物蒸騰量的計(jì)算，當(dāng)達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)進(jìn)行灌溉，并根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)確定灌溉量的大小。

以上所述多種灌溉控制模式都是按照土壤栽培的灌溉思路執(zhí)行的，即由控制器根據(jù)時(shí)間表、傳感器或蒸騰計(jì)算模型進(jìn)行灌溉控制，它們都忽略了一個(gè)重要的問題：與土壤栽培不同，無(wú)土栽培所用的基質(zhì)都是放置在一個(gè)固定的容器中，或者是栽培槽，或者是基質(zhì)袋，或者是花盆，基質(zhì)是處于一個(gè)容量有限的封閉式環(huán)境中；作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分需要依靠營(yíng)養(yǎng)液提供，作物通過蒸騰作用將水分以蒸汽狀態(tài)散失到空氣中，其無(wú)法吸收的營(yíng)養(yǎng)元素就會(huì)存留在基質(zhì)中，造成鹽分的積累，當(dāng)鹽分積累到一定程度后，就會(huì)影響作物根系的呼吸和代謝活動(dòng)，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受到影響。所以，無(wú)土栽培過程中，營(yíng)養(yǎng)液的灌溉是需要根據(jù)作物的生長(zhǎng)、環(huán)境的變化以及基質(zhì)內(nèi)鹽分的積累情況不斷進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的，而當(dāng)前無(wú)土栽培中所使用的自動(dòng)灌溉控制方法或系統(tǒng)卻很少考慮這一問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制方法系統(tǒng)，解決現(xiàn)有無(wú)土栽培灌溉方法或系統(tǒng)都是按照土壤栽培的灌溉思路執(zhí)行的，會(huì)造成影響作物根系的呼吸和代謝活動(dòng)，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受到影響的問題。

為解決上述技術(shù)問題，發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制方法，

a.設(shè)定作物耗水量閾值V_th，超量灌溉值V_D0，其中V_D0＝0.1～0.3V_th，連續(xù)兩次灌溉最大實(shí)際間隔T_max，從基質(zhì)中排出的多余營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率閾值EC_Dth；控制灌溉執(zhí)行器第一次對(duì)無(wú)土栽培基質(zhì)灌溉營(yíng)養(yǎng)液的量為V_IR1＝V_th+V_D0；

b.檢測(cè)第一次灌溉后，無(wú)土栽培基質(zhì)排出營(yíng)養(yǎng)液的體積V_D1，電導(dǎo)率EC_D1；計(jì)算出第一次灌溉后無(wú)土栽培基質(zhì)實(shí)際得到的營(yíng)養(yǎng)液體積V_C1＝V_IR1-V_D1，及第一次排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率值EC_D1與設(shè)定的排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率閾值EC_Dth的差值比例ec₁＝(EC_D1-EC_Dth)/EC_Dth；檢測(cè)大棚內(nèi)太陽(yáng)光輻射量計(jì)算太陽(yáng)輻射總量根據(jù)無(wú)土栽培基質(zhì)實(shí)際得到的營(yíng)養(yǎng)液體積及太陽(yáng)輻射總量計(jì)算出作物蒸騰量隨太陽(yáng)輻射的變化比率IR₁＝SR/V_C1；

c.隨著時(shí)間t的變化，當(dāng)t<T_max時(shí)，判斷SR＝IR₁·V_th是否成立，如果不成立，則隨著時(shí)間t的變化，繼續(xù)判斷SR＝IR₁·V_th是否成立，如果在小于T_max時(shí)間內(nèi)，滿足SR＝IR₁·V_th，開始第二次灌溉，第二次灌溉量V_IR2＝V_IR1·(1+μ)，其中u<0.4；如果達(dá)到T_max時(shí)間，仍然SR<IR₁·V_th,則開始第二次灌溉，灌溉量等于V_IR1；

d.第三次灌溉時(shí)間點(diǎn)及量相較于第二次灌溉時(shí)間點(diǎn)及量的計(jì)算重復(fù)以上步驟第二次灌溉時(shí)間點(diǎn)及量相較于第一次灌溉時(shí)間點(diǎn)及量的計(jì)算，以后灌溉時(shí)間點(diǎn)及量的計(jì)算以此類推。

進(jìn)一步的，步驟c中參數(shù)u的確定，當(dāng)該次灌溉中排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率值EC_D1與設(shè)定的排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率閾值EC_Dth的差值比例ec₁<0.1時(shí)，μ＝0；當(dāng)ec₁＝0.1時(shí)，μ＝0.1；當(dāng)0.1<ec₁≤0.2時(shí)，μ＝0.2；當(dāng)0.2<ec₁≤0.3時(shí)，μ＝0.3。

再進(jìn)一步的，步驟a中，V_D0＝0.2V_th

一種封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，設(shè)置光輻射傳感器測(cè)定大棚內(nèi)太陽(yáng)光輻射量R，設(shè)置EC值傳感器測(cè)定無(wú)土栽培基質(zhì)中排出營(yíng)養(yǎng)液的電導(dǎo)率值EC_Di，設(shè)置排水量傳感器測(cè)定無(wú)土栽培基質(zhì)中排出營(yíng)養(yǎng)液的體積V_Di；所述光輻射傳感器、EC值傳感器和排水量傳感器與控制器電連接，將所測(cè)得的參數(shù)傳輸?shù)娇刂破?；控制器根?jù)如權(quán)利要求1或2所述的任意一項(xiàng)方法，按時(shí)按量控制灌溉執(zhí)行器對(duì)無(wú)土栽培基質(zhì)進(jìn)行灌溉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

當(dāng)前用于封閉式無(wú)土栽培模式中的灌溉控制系統(tǒng)和方法基本很少考慮根據(jù)基質(zhì)內(nèi)鹽分富集情況調(diào)整灌溉量，一般都是采用定時(shí)灌溉的方式，少數(shù)根據(jù)作物蒸騰進(jìn)行灌溉的也只是根據(jù)蒸騰量進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液的補(bǔ)充和灌溉。本發(fā)明所闡述的“一種封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制方法及系統(tǒng)”根據(jù)作物蒸騰和基質(zhì)內(nèi)鹽分積累情況，靈活有效的實(shí)現(xiàn)變量灌溉；根據(jù)從基質(zhì)中農(nóng)排出的多余的營(yíng)養(yǎng)液的EC值，反映基質(zhì)內(nèi)鹽分富集情況，并根據(jù)該值進(jìn)行灌溉量的調(diào)整；根據(jù)太陽(yáng)光照輻射計(jì)算作物蒸騰量，并根據(jù)太陽(yáng)光照輻射積累量確定何時(shí)需要進(jìn)行灌溉；即綜合考慮了作物蒸騰和基質(zhì)內(nèi)的鹽分富集情況，既能實(shí)現(xiàn)按照作物需求進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液的灌溉，又能根據(jù)基質(zhì)內(nèi)鹽分富集情況調(diào)整灌溉量，對(duì)基質(zhì)進(jìn)行淋洗，防止基質(zhì)內(nèi)鹽分含量過高影響作物的生長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖說(shuō)明對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制方法控制流程圖；

圖2為本發(fā)明封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

封閉式無(wú)土栽培模式中，非常重要的一個(gè)灌溉原則就是要考慮栽培基質(zhì)內(nèi)鹽分富集情況，避免因?yàn)辂}分含量過高而影響作物的正常生長(zhǎng)。一般情況下，土壤或基質(zhì)內(nèi)鹽分含量通過電導(dǎo)率值EC來(lái)反映，所以檢測(cè)其EC值是應(yīng)用封閉無(wú)土栽培的一個(gè)重要條件，現(xiàn)有的EC傳感器直接測(cè)量基質(zhì)內(nèi)的EC值準(zhǔn)確度相對(duì)不高，且單個(gè)位置的EC值也無(wú)法全面反映基質(zhì)整體的鹽分積累情況；封閉式無(wú)土栽培模式中，為了充分供給作物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)避免基質(zhì)內(nèi)鹽分的富集，一般采用的灌溉方法是按照一定比例超量供給作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)液，通過這種方式可以將基質(zhì)內(nèi)積累的鹽分淋洗出一部分，從基質(zhì)中排出來(lái)的多余營(yíng)養(yǎng)液可以進(jìn)行回收利用。因此，可以通過檢測(cè)排出營(yíng)養(yǎng)液的EC值來(lái)反映基質(zhì)內(nèi)鹽分的積累情況。此外，封閉式無(wú)土栽培一般應(yīng)用于溫室種植，作物營(yíng)養(yǎng)液的消耗主要通過蒸騰作用實(shí)現(xiàn)，而溫室環(huán)境內(nèi)影響作物蒸騰作用的最重要的參數(shù)就是太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度，所以，可以根據(jù)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度來(lái)控制灌溉行為的實(shí)施。

如圖1所示，一種封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制方法的具體實(shí)施方式。

本發(fā)明根據(jù)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的積累量來(lái)控制何時(shí)進(jìn)行灌溉，根據(jù)從基質(zhì)中排出的營(yíng)養(yǎng)液的體積和EC值控制灌溉量，具體控制流程如下：

1.設(shè)定作物耗水量閾值V_th，超量灌溉值V_D0，其中V_D0＝0.2V_th，連續(xù)兩次灌溉最大實(shí)際間隔T_max，從基質(zhì)中排出的多余營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率閾值EC_Dth。

2.根據(jù)公式(1)得到首次灌溉量為V_IR1,灌溉結(jié)束后，測(cè)量排出營(yíng)養(yǎng)液的容量V_D1，電導(dǎo)率EC_D1；根據(jù)公式(2)計(jì)算本次灌溉結(jié)束后基質(zhì)中實(shí)際得到的營(yíng)養(yǎng)液量V_C1，根據(jù)公式(3)計(jì)算本次排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率值EC_D1與設(shè)定的排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率閾值EC_Dth的差值比例ec₁，根據(jù)公式(4)計(jì)算太陽(yáng)輻射總量SR，根據(jù)公式(5)計(jì)算作物蒸騰量隨太陽(yáng)輻射的變化比率IR₁。

V_IR1＝V_th+V_D0 (1)

V_C1＝V_IR1-V_D1 (2)

ec₁＝(EC_D1-EC_Dth)/EC_Dth (3)

IR₁＝SR/V_C1 (5)

3.判斷SR＝IR₁·V_th是否成立，如果不成立，繼續(xù)根據(jù)公式(4)計(jì)算SR并再次判斷，如果在小于T_max時(shí)間內(nèi)，滿足SR＝IR₁·V_th，開始第2次灌溉，灌溉量根據(jù)公式(6)得到，當(dāng)ec₁<0.1時(shí)，μ＝0，當(dāng)ec₁＝0.1時(shí)，μ＝0.1，當(dāng)0.1<ec₁≤0.2時(shí)，μ＝0.2，當(dāng)0.2<ec₁≤0.3時(shí)，μ＝0.3，此種控制方法下，ec₁沒有大于0.3的情況；如果達(dá)到T_max時(shí)間，仍然SR<IR₁·V_th,則開始第2次灌溉，灌溉量等于V_IR1。灌溉結(jié)束后，測(cè)量排出營(yíng)養(yǎng)液的容量V_D2，電導(dǎo)率EC_D2；根據(jù)公式(7)計(jì)算本次灌溉結(jié)束后基質(zhì)中實(shí)際得到的營(yíng)養(yǎng)液量V_C2，根據(jù)公式(8)計(jì)算本次排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率值EC_D2與設(shè)定的排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率閾值EC_Dth的差值比例ec₂，根據(jù)公式(4)計(jì)算太陽(yáng)輻射總量SR，根據(jù)公式(9)計(jì)算作物蒸騰量隨太陽(yáng)輻射的變化比率IR₂。

V_IR2＝V_IR1·(1+μ) (6)

V_C2＝V_IR2-V_D2 (7)

ec₂＝(EC_D2-EC_Dth)/EC_Dth (8)

IR₁＝SR/V_C2 (9)

4.依次類推，判斷SR＝IR_i·V_th是否成立，如果不成立，繼續(xù)根據(jù)公式(4)計(jì)算SR并再次判斷，如果在小于T_max時(shí)間內(nèi)，滿足SR＝IR_i·V_th，開始第i次灌溉，灌溉量根據(jù)公式(10)得到，當(dāng)ec₁<0.1時(shí)，μ＝0，當(dāng)ec₁＝0.1時(shí)，μ＝0.1，當(dāng)0.1<ec₁≤0.2時(shí)，μ＝0.2，當(dāng)0.2<ec₁≤0.3時(shí)，μ＝0.3，此種控制方法下，ec₁沒有大于0.3的情況；如果達(dá)到T_max時(shí)間，仍然SR<IR₁·V_th,則開始第i次灌溉，灌溉量等于V_IRi-1。灌溉結(jié)束后，測(cè)量排出營(yíng)養(yǎng)液的容量V_Di，電導(dǎo)率EC_Di；根據(jù)公式(11)計(jì)算本次灌溉結(jié)束后基質(zhì)中實(shí)際得到的營(yíng)養(yǎng)液量V_Ci，根據(jù)公式(12)計(jì)算本次排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率值EC_Di與設(shè)定的排出營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率閾值EC_Dth的差值比例ec_i，根據(jù)公式(4)計(jì)算太陽(yáng)輻射總量SR，根據(jù)公式(13)計(jì)算作物蒸騰量隨太陽(yáng)輻射的變化比率IR_i。

V_IRi＝V_IR1·(1+μ) (10)

V_Ci＝V_IRi-V_Di (11)

ec_i＝(EC_Di-EC_Dth)/EC_Dth (12)

IR_i＝SR/V_Ci (13)

如圖2所示，一種封閉式無(wú)土栽培自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，安裝光輻射傳感器測(cè)定大棚內(nèi)太陽(yáng)光輻射量R，安裝EC值傳感器測(cè)定無(wú)土栽培基質(zhì)中排出營(yíng)養(yǎng)液的電導(dǎo)率值EC_Di，安裝排水量傳感器測(cè)定無(wú)土栽培基質(zhì)中排出營(yíng)養(yǎng)液的體積V_Di；所述光輻射傳感器、EC值傳感器和排水量傳感器與控制器電信號(hào)連接，將所測(cè)得的參數(shù)傳輸?shù)娇刂破?。在控制器中利用程序根?jù)上述的方法計(jì)算，按時(shí)按量控制灌溉執(zhí)行器對(duì)無(wú)土栽培基質(zhì)進(jìn)行灌溉。

以上所述的實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。