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

背景技術：

當前無土栽培發(fā)展較快，無土栽培是以草炭、巖棉、珍珠巖、蛭石等固體基質(zhì)代替土壤，并利用營養(yǎng)液進行水分和養(yǎng)分供給的一種栽培方式。無土栽培之前多用于育苗，但是由于無土栽培所用的基質(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，所以今年來在設施農(nóng)業(yè)中得到迅速的發(fā)展。

和土壤栽培不同，無土栽培所使用的基質(zhì)本身不含或極少量的含有營養(yǎng)元素，作物生長所需的營養(yǎng)需要依靠營養(yǎng)液進行供給，所以營養(yǎng)液的灌溉是無土栽培種的一個重要環(huán)節(jié)。而當前無土栽培技術中，灌溉的控制基本還是按照土壤栽培中的灌溉控制模式：或者是定時灌溉，即事先規(guī)定好灌溉時間表，定時開始，定時結束；或者是根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進行灌溉，即通過插入或埋入基質(zhì)里的濕度傳感器實時檢測基質(zhì)濕度的變化，達到某一設定值時進行灌溉，根據(jù)傳感器的檢測數(shù)據(jù)確定灌溉停止時間；或者是根據(jù)作物蒸騰量進行灌溉，即根據(jù)特定的計算公式進行作物蒸騰量的計算，當達到某一設定值時進行灌溉，并根據(jù)計算數(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)時間表、傳感器或蒸騰計算模型進行灌溉控制，它們都忽略了一個重要的問題：與土壤栽培不同，無土栽培所用的基質(zhì)都是放置在一個固定的容器中，或者是栽培槽，或者是基質(zhì)袋，或者是花盆，基質(zhì)是處于一個容量有限的封閉式環(huán)境中；作物生長所需養(yǎng)分需要依靠營養(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，其無法吸收的營養(yǎng)元素就會存留在基質(zhì)中，造成鹽分的積累，當鹽分積累到一定程度后，就會影響作物根系的呼吸和代謝活動，導致作物生長受到影響。所以，無土栽培過程中，營養(yǎng)液的灌溉是需要根據(jù)作物的生長、環(huán)境的變化以及基質(zhì)內(nèi)鹽分的積累情況不斷進行動態(tài)調(diào)整的，而當前無土栽培中所使用的自動灌溉控制方法或系統(tǒng)卻很少考慮這一問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種封閉式無土栽培自動灌溉控制方法系統(tǒng)，解決現(xiàn)有無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，會造成影響作物根系的呼吸和代謝活動，導致作物生長受到影響的問題。

為解決上述技術問題，發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明一種封閉式無土栽培自動灌溉控制方法，

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

b.檢測第一次灌溉后，無土栽培基質(zhì)排出營養(yǎng)液的體積V_D1，電導率EC_D1；計算出第一次灌溉后無土栽培基質(zhì)實際得到的營養(yǎng)液體積V_C1＝V_IR1-V_D1，及第一次排出營養(yǎng)液電導率值EC_D1與設定的排出營養(yǎng)液電導率閾值EC_Dth的差值比例ec₁＝(EC_D1-EC_Dth)/EC_Dth；檢測大棚內(nèi)太陽光輻射量計算太陽輻射總量根據(jù)無土栽培基質(zhì)實際得到的營養(yǎng)液體積及太陽輻射總量計算出作物蒸騰量隨太陽輻射的變化比率IR₁＝SR/V_C1；

c.隨著時間t的變化，當t<T_max時，判斷SR＝IR₁·V_th是否成立，如果不成立，則隨著時間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；如果達到T_max時間，仍然SR<IR₁·V_th,則開始第二次灌溉，灌溉量等于V_IR1；

d.第三次灌溉時間點及量相較于第二次灌溉時間點及量的計算重復以上步驟第二次灌溉時間點及量相較于第一次灌溉時間點及量的計算，以后灌溉時間點及量的計算以此類推。

進一步的，步驟c中參數(shù)u的確定，當該次灌溉中排出營養(yǎng)液電導率值EC_D1與設定的排出營養(yǎng)液電導率閾值EC_Dth的差值比例ec₁<0.1時，μ＝0；當ec₁＝0.1時，μ＝0.1；當0.1<ec₁≤0.2時，μ＝0.2；當0.2<ec₁≤0.3時，μ＝0.3。

再進一步的，步驟a中，V_D0＝0.2V_th

一種封閉式無土栽培自動灌溉控制系統(tǒng)，設置光輻射傳感器測定大棚內(nèi)太陽光輻射量R，設置EC值傳感器測定無土栽培基質(zhì)中排出營養(yǎng)液的電導率值EC_Di，設置排水量傳感器測定無土栽培基質(zhì)中排出營養(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，將所測得的參數(shù)傳輸?shù)娇刂破鳎豢刂破鞲鶕?jù)如權利要求1或2所述的任意一項方法，按時按量控制灌溉執(zhí)行器對無土栽培基質(zhì)進行灌溉。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益技術效果如下：

當前用于封閉式無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，一般都是采用定時灌溉的方式，少數(shù)根據(jù)作物蒸騰進行灌溉的也只是根據(jù)蒸騰量進行營養(yǎng)液的補充和灌溉。本發(fā)明所闡述的“一種封閉式無土栽培自動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，靈活有效的實現(xiàn)變量灌溉；根據(jù)從基質(zhì)中農(nóng)排出的多余的營養(yǎng)液的EC值，反映基質(zhì)內(nèi)鹽分富集情況，并根據(jù)該值進行灌溉量的調(diào)整；根據(jù)太陽光照輻射計算作物蒸騰量，并根據(jù)太陽光照輻射積累量確定何時需要進行灌溉；即綜合考慮了作物蒸騰和基質(zhì)內(nèi)的鹽分富集情況，既能實現(xiàn)按照作物需求進行營養(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，對基質(zhì)進行淋洗，防止基質(zhì)內(nèi)鹽分含量過高影響作物的生長。

附圖說明

下面結合附圖說明對發(fā)明作進一步說明。

圖1為本發(fā)明封閉式無土栽培自動灌溉控制方法控制流程圖；

圖2為本發(fā)明封閉式無土栽培自動灌溉控制系統(tǒng)結構示意圖；

具體實施方式

封閉式無土栽培模式中，非常重要的一個灌溉原則就是要考慮栽培基質(zhì)內(nèi)鹽分富集情況，避免因為鹽分含量過高而影響作物的正常生長。一般情況下，土壤或基質(zhì)內(nèi)鹽分含量通過電導率值EC來反映，所以檢測其EC值是應用封閉無土栽培的一個重要條件，現(xiàn)有的EC傳感器直接測量基質(zhì)內(nèi)的EC值準確度相對不高，且單個位置的EC值也無法全面反映基質(zhì)整體的鹽分積累情況；封閉式無土栽培模式中，為了充分供給作物生長所需營養(yǎng)，同時避免基質(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所需的營養(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)中排出來的多余營養(yǎng)液可以進行回收利用。因此，可以通過檢測排出營養(yǎng)液的EC值來反映基質(zhì)內(nèi)鹽分的積累情況。此外，封閉式無土栽培一般應用于溫室種植，作物營養(yǎng)液的消耗主要通過蒸騰作用實現(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)就是太陽光輻射強度，所以，可以根據(jù)太陽輻射強度來控制灌溉行為的實施。

如圖1所示，一種封閉式無土栽培自動灌溉控制方法的具體實施方式。

本發(fā)明根據(jù)太陽輻射強度的積累量來控制何時進行灌溉，根據(jù)從基質(zhì)中排出的營養(yǎng)液的體積和EC值控制灌溉量，具體控制流程如下：

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

2.根據(jù)公式(1)得到首次灌溉量為V_IR1,灌溉結束后，測量排出營養(yǎng)液的容量V_D1，電導率EC_D1；根據(jù)公式(2)計算本次灌溉結束后基質(zhì)中實際得到的營養(yǎng)液量V_C1，根據(jù)公式(3)計算本次排出營養(yǎng)液電導率值EC_D1與設定的排出營養(yǎng)液電導率閾值EC_Dth的差值比例ec₁，根據(jù)公式(4)計算太陽輻射總量SR，根據(jù)公式(5)計算作物蒸騰量隨太陽輻射的變化比率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)計算SR并再次判斷，如果在小于T_max時間內(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ec₁<0.1時，μ＝0，當ec₁＝0.1時，μ＝0.1，當0.1<ec₁≤0.2時，μ＝0.2，當0.2<ec₁≤0.3時，μ＝0.3，此種控制方法下，ec₁沒有大于0.3的情況；如果達到T_max時間，仍然SR<IR₁·V_th,則開始第2次灌溉，灌溉量等于V_IR1。灌溉結束后，測量排出營養(yǎng)液的容量V_D2，電導率EC_D2；根據(jù)公式(7)計算本次灌溉結束后基質(zhì)中實際得到的營養(yǎng)液量V_C2，根據(jù)公式(8)計算本次排出營養(yǎng)液電導率值EC_D2與設定的排出營養(yǎng)液電導率閾值EC_Dth的差值比例ec₂，根據(jù)公式(4)計算太陽輻射總量SR，根據(jù)公式(9)計算作物蒸騰量隨太陽輻射的變化比率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)計算SR并再次判斷，如果在小于T_max時間內(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ec₁<0.1時，μ＝0，當ec₁＝0.1時，μ＝0.1，當0.1<ec₁≤0.2時，μ＝0.2，當0.2<ec₁≤0.3時，μ＝0.3，此種控制方法下，ec₁沒有大于0.3的情況；如果達到T_max時間，仍然SR<IR₁·V_th,則開始第i次灌溉，灌溉量等于V_IRi-1。灌溉結束后，測量排出營養(yǎng)液的容量V_Di，電導率EC_Di；根據(jù)公式(11)計算本次灌溉結束后基質(zhì)中實際得到的營養(yǎng)液量V_Ci，根據(jù)公式(12)計算本次排出營養(yǎng)液電導率值EC_Di與設定的排出營養(yǎng)液電導率閾值EC_Dth的差值比例ec_i，根據(jù)公式(4)計算太陽輻射總量SR，根據(jù)公式(13)計算作物蒸騰量隨太陽輻射的變化比率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，一種封閉式無土栽培自動灌溉控制系統(tǒng)，安裝光輻射傳感器測定大棚內(nèi)太陽光輻射量R，安裝EC值傳感器測定無土栽培基質(zhì)中排出營養(yǎng)液的電導率值EC_Di，安裝排水量傳感器測定無土栽培基質(zhì)中排出營養(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連接，將所測得的參數(shù)傳輸?shù)娇刂破鳌Ｔ诳刂破髦欣贸绦蚋鶕?jù)上述的方法計算，按時按量控制灌溉執(zhí)行器對無土栽培基質(zhì)進行灌溉。

以上所述的實施例僅是對本發(fā)明的優(yōu)選方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。