【論文精選】自動(dòng)感知和控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)

《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2018年第34卷第23期刊載了江蘇大學(xué)流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心等單位顧哲、袁壽其、齊志明、王新坤、蔡彬和鄭珍的論文——“基于ET和水量平衡的日光溫室實(shí)時(shí)精準(zhǔn)灌溉決策及控制系統(tǒng)”。該研究由十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(項(xiàng)目號(hào):2016YFC0400202)資助。

有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)民可以根據(jù)作物的生長(zhǎng)情況和土壤的干濕情況以及天氣情況判斷是否需要灌溉，但是自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)一開始并沒(méi)有這個(gè)能力。當(dāng)前大部分的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)只能進(jìn)行灌溉量的控制，但至于何時(shí)需要灌溉，灌多少的問(wèn)題仍然依賴人為輸入，致使農(nóng)民不得不時(shí)刻關(guān)注田間的狀態(tài)。

一些系統(tǒng)采用傳感器自動(dòng)測(cè)量土壤的干濕情況進(jìn)行灌溉，不需要人為的干預(yù)，但僅考慮了土壤因素，灌溉時(shí)間和灌水量的確定不夠精準(zhǔn)，缺乏較好的科學(xué)依據(jù)，容易造成損失。該研究的開展正是基于以上情況。

如何科學(xué)地確定灌溉時(shí)間和灌水量呢？作物和土壤的耗水規(guī)律的研究給了很好的解決辦法，把土壤蒸發(fā)的水分和作物蒸騰的水分之和稱為蒸散量，蒸散量的大小主要受到天氣情況和作物生長(zhǎng)階段的影響，可以通過(guò)計(jì)算獲得。

因此，在溫室中，不考慮降雨，灌水量就可以設(shè)置為蒸散量。灌溉理論的研究也給出了適宜作物生長(zhǎng)的土壤濕度的范圍，從而當(dāng)計(jì)算得累積的蒸散量使土壤濕度低于這個(gè)范圍時(shí)進(jìn)行灌溉。

采用上述方法，該研究開發(fā)了一套自動(dòng)感知和控制的溫室灌溉系統(tǒng)，能通過(guò)溫室內(nèi)的小型氣象站實(shí)時(shí)地感知天氣情況，并自動(dòng)計(jì)算蒸散量，估計(jì)土壤濕度，判斷是否進(jìn)行灌溉，一旦確定需要灌溉，則將灌溉量發(fā)送給田間控制器，自動(dòng)地開始和停止灌溉，無(wú)需人為干預(yù)。

將上述實(shí)時(shí)的自動(dòng)感知和控制系統(tǒng)應(yīng)用到日光溫室番茄的灌溉系統(tǒng)中，試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的灌溉系統(tǒng)能按科學(xué)方法的計(jì)算結(jié)果精確控制灌水量，估計(jì)的土壤濕度雖然與實(shí)際值存在一些偏差但總體趨勢(shì)一致，當(dāng)該值低于適宜的土壤濕度范圍時(shí)，系統(tǒng)能準(zhǔn)確作出反應(yīng)觸發(fā)灌溉。

該研究將實(shí)時(shí)灌溉時(shí)間和灌水量的決定過(guò)程納入到自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，真正實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程的自動(dòng)灌溉，可以為其他灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)化改進(jìn)提供借鑒，從而提高灌溉效率。

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