[发明专利]一种智能式作物局部根区交替灌溉控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及地面灌溉技术领域，特别是涉及一种智能式作物局部根区交替灌溉控制方法及系统。

背景技术

康绍忠等于1997年基于节水灌溉技术原理与作物感知缺水的根源信号理论提出了一种根系分区交替灌溉技术，该技术主动控制作物根区土壤在水平或垂直剖面的某个区域的水分状况，使作物根区始终有一部分生长在干燥或较为干燥的环境中，限制该部分的根系吸水，同时通过人工控制使根系在水平或垂直剖面的干燥区域交替出现，使干燥区的根系产生水分胁迫信号传递到叶气孔从而有效调节气孔运动，而处于湿润区的根系从土壤中吸收水分以满足作物的生命健康需水，使对作物的伤害保持在临界限度以内。同时由于表层土壤总是仅有部分区域湿润，既可减少棵间全部湿润时的无效蒸发损失和总的灌溉用水量，也可降低土壤机械强度、改善土壤的通透性，促进根系的补偿生长，提高根系对水分、养分的利用率，提高矿质养分的有效性，以达到不牺牲作物的光合产物累积而大量节水的目的。

传统的地面灌溉技术存在劳动强度大、施肥粗放和水分养分浪费严重等问题，而滴灌、微喷灌等先进的节水灌溉技术虽然节省劳动力而且节水节肥效果显著，但同时又存在易于堵塞、盐分累积、造价较高以及管理复杂等缺陷。结合田间现有供水系统实施根系分区交替灌溉改造是一种节水、高效、简便易行的方式，而且进一步挖掘了作物自身的生理节水潜力并人为创造了一个高效用水的局部环境，是现代节水农业发展的新方向。目前，申请人与合作者设计了“一种地表间隔灌溉装置”(专利号：ZL 03219010.7，公开号：CN2618430)。此外，针对大田和温室滴灌、渗灌条件下在根区水平向和垂向实施交替灌溉，还提出了“一种果树根区交替滴灌的灌溉系统”(专利号：ZL200420041661.0，公开号：CN2696310)和“一种根系分层灌溉装置”(专利号：ZL 03219009.3，公开号：CN2618431)，设计了“一种适用于交替灌溉的灌水管”(专利号：ZL 200420041614.6，公开号：CN2681547)，但灌溉系统易出现机械故障、设备费用高、操作较复杂，而且自动化程度较低，限制了该技术的应用和推广。

因此，现有地面灌溉技术仍然存在以下几个方面的问题：

1.已有的根系分区交替灌溉装置需要借助其他试验观测资料判断作物根区的实际含水情况，确定是否需要灌水以及何时需要交替灌水，严重影响了控制的精度，往往会错过作物需水的关键期而造成减产。

2.已有的根系分区交替灌溉装置还停留在手动控制阶段，需通过机械或连杆的操作实现作物局部根区的交替灌溉，费时费力，响应速度较慢。

3.已有的根系分区交替灌溉装置自动化程度较低，没有实现人机交换和基于土壤水分实时监测的智能控制，不能真正满足作物健康生长的最佳水环境需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能式作物局部根区交替灌溉控制系统，包括：

信号采集模块，用于实时地采集作物不同根区的土壤含水率信息，上述根区的选择原则是：对于大田或温室作物隔沟交替灌溉一般是在左右两侧根区，对于果树一般是根据树龄，选择树冠投影内的1/3～1/6根区；及

控制模块，用于利用各侧根区的水分差异交替阈值、灌溉作物的土壤含水率的上限、下限和土壤含水率实时信息，对灌溉系统的电机进行控制，当存在土壤含水率低于该根区灌溉作物的土壤含水率下限的根区时，控制模块控制灌溉系统的电机开始启动，对该根区进行灌水，直至该根区的土壤含水率达到灌溉作物的土壤含水率上限。当判断所有待灌溉根区的土壤含水率均不低于该根区灌溉作物的土壤含水率下限时，进一步判断各侧根区的土壤含水率的差值是否低于各侧根区的水分差异交替阈值，若是，则控制模块控制灌溉系统的电机开始启动，对土壤含水率相对较低的根区灌水，直至该根区的土壤含水率达到灌溉作物的土壤含水率上限；若否，则判断土壤含水率相对较低的根区的土壤含水率是否低于灌溉作物的土壤含水率上限，若是，则控制模块控制灌溉系统的电机开始启动，对土壤含水率相对较低的根区灌水，直至该根区的土壤含水率达到灌溉作物的土壤含水率上限。

其中，所述系统还包括电机驱动模块，所述电机驱动模块用于接收所述控制模块的控制信号，以驱动所述灌溉系统的电机实现交替灌溉作物不同根区。

所述控制模块控制灌溉系统的电机开始启动具体为：开启所述灌溉系统的交替闸阀，启动控制模块的电机驱动模块，开启与需要灌水的根区相应的出水口或毛管，所述电机驱动模块驱动所述灌溉系统的电机进行工作。