[发明专利]一种基于多尺度生境信息的苗期作物水肥检测和控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于多尺度生境信息的苗期作物水肥检测和控制方法及装置，基于作物冠层尺度的三维激光扫描信息、叶片尺度的偏振‑高光谱成像信息、微尺度的micro‑CT扫描信息，对作物水肥胁迫的多尺度特征进行融合分析，结合作物生长温室内的温度、湿度、光照和基质含水率的实时反馈，通过多信息融合建模，实现对作物水肥胁迫和需水需肥信息的综合判断和反馈，并给出了施肥灌溉量的决策信息。基于水肥决策信息，水肥控制系统基于变频调速技术和管道恒压控制技术，通过动态控制灌溉泵和施肥泵的转速，控制管路压力、施肥流量，结合EC值的动态反馈，实现液肥配比和灌溉量精确控制。

技术领域

本发明属于设施农业生物信息探测技术领域，涉及一种基于多尺度生境信息的苗期作物水肥检测和控制方法及装置。

背景技术

我国设施面积已达410万公顷，但适用于日光温室、钢架大棚的水肥一体化技术装备研究较少，大型现代化温室采用的进口水肥灌施系统能够实现多路肥料的精确混合施用和科学管理，但是通常体积较大，操作和管理复杂，价格也较高，不适合普通农户。而国产小型施肥系统，水肥管理粗放，尤其是缺少作物营养、水分需求信息，因此不能做到按需施肥灌溉、不能达到节水节肥的目的，且大多没有混肥搅拌和沉积排出装置，易发生沉积和堵塞，故障率较高。

中小农户的水肥一体化装备大多为简易型手持式的灌施装置，水肥一体化滴灌系统普及率较低。而普遍使用的手持式灌施装置不仅管理粗放，造成水肥资源的严重浪费和面源污染，且浪费大量的人力，劳动效率低下，由于设施肥水施用频繁，设施果蔬基本上每隔三四天就需要进行灌施作业，10亩大棚每次作业需要1-2天/人，导致人力和用工成本较高，设施种植的经济效益较差。

针对目前中小农户日光温室生产水肥灌施自动化程度低，水肥不能精确按需调控，以及大水大肥造成的农产品品质下降和面源污染等问题，本发明申请开发了一种基于多尺度生境信息的苗期作物水肥检测和控制方法，能依据温室环境和作物信息控制水肥灌溉时机、灌溉量；针对日光温室种植农艺要求，研发轻简化水肥灌施装置，使之更加低成本和实用化，提高日光温室肥水的利用率及降低人工劳动强度，有助于精确农业实现高效、持续、集约的发展。

温室种植作物的生长过程的智能监测技术已成为温室生产的关键环节，而植株水分胁迫状态是温室智能化水肥管理的重要依据，传统经验检测法和化学分析、冠气温差、图像检测等植株营养水分检测方法，易受环境干扰检测精度较低等问题，容易出现误判，无法满足要求无法满足现代化设施生产的需求，本发明利用三维扫描成像和micro-CT扫描成像融合对植株的营养和水分胁迫导致的内外宏观和微观形态差异进行精确表型，利用偏振-高光谱成像技术则能够对作物表观颜色纹理偏振态等营养水分胁迫的差异进行探测，结合土壤含水率和环境温湿度光照信息的探测，通过不同尺度的内外特征的融合互补能够实现对作物营养水分胁迫的精确探测，并以此为依据进行水肥灌施的决策控制，对提高中小农户温室生产的智能化技术水平具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多尺度生境信息的苗期作物水肥检测和控制方法及装置，以实现对苗期作物水肥胁迫状态的快速无损精确探测和水肥决策，为设施水肥的科学管理提供依据。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于多尺度生境信息的苗期作物水肥检测和控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采取标准营养液配方，利用珍珠岩作为培养基质，采用无土栽培定植温室蔬菜作物，采用温室标准化管理方式进行管理，保证苗期作物营养元素和水分的正常供给；

(2)选取定植一周后的植株分别进行水分胁迫、氮素胁迫样本培育；

(3)苗期样本水分胁迫、营养胁迫分别在胁迫后通过微尺度的micro-CT、叶片尺度的偏振-高光谱成像扫描、冠层尺度的植株冠层三维扫描成像进行植株生长状态的连续检测与信息采集，同时获取植株生长环境信息；