[发明专利]一种面向精细农业的灌溉试验方法及其试验平台

说明书

本发明公开了一种面向精细农业的灌溉试验方法及其试验平台，所述试验平台包括平台主体、数据采集模块、无线通信模块、主控模块和监控中心，所述试验方法的步骤包括：将不同生长阶段的作物置于所述试验平台上，用不同灌溉模式灌溉，建立生长阶段、灌溉模式、叶片舒展指数和环境因素的多层次多目标的模糊评价模型，科学指导作物灌溉。本发明综合考虑了影响作物生长的土壤含水率、环境及作物最敏感部位，利用物联网技术，提供了一种面向精细农业的灌溉试验方法及其试验平台，通过可操作的实时在线监测方法实现对作物叶片舒展程度的细观考察、研究作物叶片舒展程度与土壤含水率、空气温湿度、灌水量之间的影响机理，进一步揭示作物的生长态势。

技术领域

本发明涉及的是作物温室栽培育种的技术领域，尤其涉及的是一种面向精细农业的灌溉试验方法及其试验平台。

背景技术

目前，精细农业评判作物生长需水指标大体可分为3种类型。一类是以土壤为对象，多采用土壤水势或土壤含水率评判作物需水情况。其优点是比较稳定，受环境影响小。但其毕竟是作物生长的间接指标，而且反映比较迟钝、滞后、精度低。第二类以环境为对象，以环境为对象主要是通过天气预报来估算作物需水量。然而作物需水量不仅受环境的影响，还受其它以及作物本身的影响。同时此方法存在滞后性，所以虽然简便易行，但是精度也较低。第三类直接以作物为对象，因为只有作物本身才能把控制作物水分平衡的土壤因子和大气因子整合起来，所以它们才是灌溉的最佳指示物。因此，以作物本身指导灌溉的方法引起了广泛的重视并得到了较快地发展。但是以作物本身为对象，多采用接触方法(根茎尺寸变化、声发射信号等)，给检测带来一定的困难；同时损伤性方法(作物体电阻、茎液等)，会对作物体造成伤害并影响测试精度。

作物是支撑地球生物圈的第一生产者，作物在生长过程中会受到干旱、低温、高温等环境因子的影响，而叶片作为作物光合作用的主要器官和作物进行生命活动的主要部位，是对逆境反应最敏感的部位。作物叶片舒展程度能反映环境因子对作物的影响，同时叶片的舒展程度也是对土壤含水率、空气温湿度、灌水量因子做出的综合响应。可见，不了解叶片的舒展程度，就无法完整地理解作物生长与外界因素的关系。

另外，以往依据采集信息指导灌溉在时间和空间上具有滞后性；同时对于作物生长态势的分析，缺少实验数据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种面向精细农业的灌溉试验方法及其试验平台，以针对作物生长面积大、生长周期长、传感器节点多以及作物类型等复杂情况下，传统作物采集方法在时间和空间上具有滞后性，以及无法对作物生长态势进行分析的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种面向精细农业的灌溉试验方法，包括以下步骤：

(1)将发芽期、幼苗期、开花期和结果期四个不同生长阶段的作物分别置于四个灌溉试验平台上，用水分适宜、轻度胁迫、中度胁迫和重度胁迫4种灌溉模式分别对所述发芽期、幼苗期、开花期和结果期的作物进行灌溉处理；

(2)实时监测作物的叶片舒展程度：利用3D扫描仪采集作物叶片的3D图像，采用傅立叶变换技术将3D图像转换为傅立叶频谱图，提取傅立叶频谱图中作物叶片空间域的频率信息，获得作物叶片结构特征，根据作物叶片结构特征提取叶片舒展指数，作为考察作物的叶片舒展程度的指标；

(3)实时监测环境因素参数，所述环境因素参数包括空气温湿度、土壤含水率、灌水量、渗漏量、蒸腾量5项指标，具体为：利用空气温湿度传感器采集空气温湿度信息；利用土壤水分传感器采集作物根部处的土壤含水率信息；利用载荷传感器测量由水泵输出的灌水量、渗漏量、作物生长过程中的蒸腾量；

(4)利用基于支持向量机的图像视觉分析叶片舒展程度的方法，建立知识库，逐一标记不同水分胁迫程度下叶片舒展程度。采集环境试验数据，分析叶片舒展程度与土壤含水率的关系；叶片舒展程度与土壤含水率以及环境因素之间的关系；不同水分胁迫程度下叶片舒展程度与土壤含水率以及环境因素之间的关系；