农田土壤墒情监测与预报系统研发

为了定量预报农田未来7d 土壤墒情变化特征,提升农业气象服务工作质量与效率,该文旨在研发基于网络化的辽宁省农田土壤墒情监测与预报系统。该系统基于VC++及Fortran程序语言设计,以改进的CERES-MAIZE模型中的土壤水分子模型为基础,通过程序设计及各接口功能的实现,自动调用辽宁省自动土壤水分观测站的监测当日土壤含水量数据和中央气象台预报指导产品,实现数据的网络化获取和业务模型的实时运行,提升土壤墒情模拟的准确性、时效性和便利性。结果表明,预报准确率随预报日期增加而呈现降低的趋势,越临近实际监测日期土壤墒情预报情况与实际情况拟合越好;等级干旱预报准确率最低值为70.1%,最高值为81.9%,系统对于辽宁省农田土壤干旱级别的预报具有较高准确率。     

基于网格化信息的北京地区土壤墒情预报服务系统

依据农田土壤水分平衡理论,引入RS和GIS技术,以图像栅格信息方式分别考虑土壤、植被和大气空间区域分布的非均匀性,以中期天气预报要素、实测土壤墒情及当前MODIS卫星遥感资料为基础,研究开发了基于IDL语言的250m空间分辨率网格信息的北京市土壤墒情预报服务系统,并在北京地区进行了气象业务服务应用和效果评估。结果表明,RS和GIS技术能有效实现土壤墒情预报信息的网格化和预报参数值的非均匀化,基于IDL语言开发的土壤墒情预报系统技术流程清晰,功能齐全,业务化程度高,系统在北京农业干旱监测和预报服务中能得到有效发挥,对与北京农田类似的地区具有推广价值。     

基于ARM和GPRS的远程土壤墒情监测预报系统

为提高农业灌溉用水利用率、实现节水灌溉,设计了基于GPRS的无线土壤墒情监测预报系统。提出了一种土壤墒情监测预报模型,开发了以ARM9系列S3C2410处理器、GPRS模块和CS8900a网卡等组成数据采集系统,实现了对土壤墒情信息的自动采集、存储和墒情信息的无线网络传输,并可以根据墒情信息实施定时、定量的灌溉控制。该系统已投入国家农业示范基地使用15个月的时间,试验表明,该系统对土壤墒情的预报值与实际测试数据误差为3.39%,实现了对土壤墒情的有效监测和准确预报。     

节水灌溉管理与决策支持系统

基于灌区灌溉用水过程的复杂性和实时性,研制了节水灌溉管理与决策支持系统软件。系统根据采集到的气象、土壤水分、作物、水资源状况等信息,运用作物系数法进行作物需水量的计算,根据土壤墒情决策模型,作出灌溉预报,确定精确的灌溉时间和最佳灌溉水量,利用决策结果对灌溉设备进行自动控制与监测,从而达到高效、节水的目的。该系统不仅具有数据录入、编辑、查询、统计、输出等信息处理功能,而且能够根据采集到的信息为灌区管理和用水户提供灌溉优选和水资源优化分配的决策支持,制定精细灌溉的作业方案。该系统立足田间,面向农户,可以为用户提供节水灌溉模式咨询、具体方案优选、指导灌区优化灌溉等功能,具有较强的推广应用价值。     

基于3S技术联合的农田墒情远程监测系统开发

农田墒情信息是现代农业实施精准施肥、精确灌溉的重要科学依据。为了实现快速准确地采集墒情信息,研究开发了基于3S（GPS/GIS/GPRS）技术联合的农田墒情远程监测系统。该系统主要由农田信息监测网络节点和远程服务器组成,在小范围内由传感器节点基于ZigBee通讯协议组成无线传感器网络,在大尺度上通过网关节点集成GPS网络,利用GSM/GPRS网络实现与Internet的信息交互,完成了墒情数据的自动采集、无线传输和准确定位。设计了太阳能自供电的长寿命无线传感器节点和网关节点,开发了服务器端农田墒情信息管理系统软件,实现了Web方式下的参数远程设置和信息实时监测。该系统的设计开发为农田墒情信息监测和分析决策提供了有效的工具。     

关于建立田间墒情监测网信息系统的探讨

阐述建立田间墒情监测网的方法步骤，以及旱情评估的几种理论，在此基础上提出了墒情监测网信息系统的方案，该方案主要为地方（灌区或县、市）灌溉农业的用户服务，以期达到省水增产目的，同时与全国抗旱信息系统兼容为抗旱防灾、减灾服务     

吉林市土壤墒情监测系统开发及利用

为了及时掌握吉林市土壤墒情信息,为旱情预报预警提供基础数据,开发了吉林省吉林市土壤墒情监测系统。该系统由1个旱情分中心、建立在辖区内5个重点抗旱县的信息站以及分布在各县的13个土壤墒情监测站组成。土壤墒情监测站每天定时采集土壤墒情信息,通过GSM短消息上传到信息站;信息站对数据进行初步的整理后上报旱情分中心;旱情分中心根据各信息站上报的土壤墒情信息对区域旱情作出预报或预警,并根据需要给出抗旱决策。历时两年多的连续运行表明,系统在可靠性和实用性上基本达到了要求。     

干旱内陆河灌区灌溉条件下土壤水盐运移规律分析

利用中子水分仪和负压计对干旱内陆河灌区田间土壤水、盐及地下水动态进行监测,结果表明：在全生育期里,积盐脱盐交替频繁,交替周期与灌水周期对应;超大水量冬灌方式是导致灌区土壤盐渍化恶性循环的主要原因;对农田土壤盐分的定点实时监测,能够定量表征农田生态环境状况优劣;地下水位埋深变化,可警示农田盐渍化的演变,对调整灌溉定额采取预防措施有指导意义。     

淮北地区农业干旱预警模型与灌溉决策服务系统

根据2002-2005年3a的田间试验资料和1990-2005年16a的大田土壤水分观测资料,分析确定了安徽淮北地区冬小麦、夏玉米干旱等级指标和适宜土壤水分指标。基于常规气象资料建立了36个逐旬中期降水预报模型,基于温度、降水等气象要素建立了24个土壤墒情逐月回归模型,基于土壤水分平衡方程建立了农业干旱逐旬预报数学模型,对各模型进行综合集成,建立了淮北地区农业干旱综合预警模型。根据干旱预报和降水预报结果,以及作物-土壤适宜水分指标、作物需水量关键期、临界期和土壤水分临界值等,开发了淮北地区冬小麦、夏玉米的干旱预警和灌溉决策计算机服务系统,使用简便快捷,业务化程度高,在近2a的业务应用中,服务效果显著。     

低功耗经济型区域墒情实时监测系统

灌区墒情实时监测是现代灌区灌溉管理中的必要部分和基础工作。该文设计了一种利用微功耗处理器的墒情监测仪,仅用2节1号干电池供电,结合GPRS(general packet radio service)数据传输至网络服务器处理分析,从而实现了区域分布式的墒情监测。本系统设计装载4层土壤水分/温度传感器和1层水势传感器,根据灌溉管理需要布设在作物根区不同深度;利用微处理器和设计电路进行土壤墒情等参数的采集、存储、传输和控制,每小时采集1次数据、每日将数据发送至网络服务器。通过在灌区不同区域典型作物生育期内实际运行1 a结果表明,该系统采用干电池或锂离子电池供电,体积小而便于在田间布设,不影响农田耕作,方便经济;监测数据能够及时传送至网络服务器以进行结果处理和灌溉管理。该文同时也对系统特点进行了总结,并指出对该系统进一步改进和研发方向。     

节水灌溉联动控制系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源利用效率,实现自动灌溉控制,该文采用自主设计的灌溉控制设备和墒情监测设备,通过GSM网络传输数据,设计了一套集墒情监测、灌溉控制和专家决策支持的节水灌溉联动控制系统。该系统由就地控制柜、数据采集系统和自动控制软件三部分组成,实现了土壤墒情实时监测、专家知识管理及根据不同作物、不同生育期需水参数等进行自动灌溉控制等功能。在示范区的应用证明,该系统稳定可靠、操作方便、可广泛应用于规模化种植、温室大棚、精细农业等领域,对节水农业的实施具有重要的现实意义。     

设施葡萄智能化水肥管理体系研究

当前设施葡萄栽培中水肥盲目投入问题严重,因为缺乏灌溉决策标准导致农户实际生产中难以合理应用水肥一体化技术.利用基于NB-IoT网络传输的固态电阻传感器设备对设施葡萄根系土壤水分进行实时监测,建立了基于土壤水分张力的设施葡萄灌溉决策指标,并依托水肥一体化设备实现自动灌溉.研究结果表明:智能灌溉与施肥结合的综合管理比农户常...     

土壤墒情实时监测与精准灌溉系统的设计

为了及时、准确地给作物提供适宜的土壤水分条件,该研究利用拥有自主知识产权的土壤水分传感器、数据采集控制模块、数据传输模块、管道流量计等硬件以及自己编制的土壤墒情监测与精准灌溉控制软件,以灌溉小区为管理单元,布置土壤水分传感器与灌溉设备,实现了自动获取土壤含水量信息,根据作物不同生育期的适宜土壤水分上下限确定自动或手动启动、关闭灌溉系统;通过固定式喷灌、滴灌和渗灌方式,将水直接输送到作物根部,满足作物各生育期对水的需求,从而达到节约用水,提高产量,改善作物品质的功效。运行结果表明,该系统运行稳定、可扩展性强、低成本维护,其相对偏差与传统方法相比不到5%,是有效和适用的工具。     

活动式坡地集雨及滴灌系统研究

雨水利用是干旱半干旱地区农业发展的生长点，该文依据干旱半干旱地区自然降水特征、农耕地分布特点、农业种植制度、作物需水与土壤水分动态变化规律，提出了“上坡春季种粮，秋季覆膜集雨，地边打窖贮水，补灌下部作物”的坡地活动式集雨及灌溉系统，并对其集雨效率、农田水分效应和系统产出效益进行了试验研究。研究结果表明，该系统具有集水效率高、保水效果好和增产效益明显的优点，是一种适合于干旱半干旱地区的集雨灌溉农业模式。     

基于物联网的荔枝园信息获取与智能灌溉专家决策系统

为实现荔枝园环境的实时远程监控和精准管理,设计基于农业物联网的荔枝园信息获取与智能灌溉专家决策系统,该系统通过信息采集终端模块实时采集荔枝园的土壤含水率、空气温湿度、光照强度、风速和降雨量等环境信息,通过无线传感网将数据包发送到网关上,网关通过通用无线分组网(general packet radio service,GPRS)将处理后的数据包传输到云服务器,专家系统根据采集到的环境数据,结合专家知识,建立多个决策数学模型,实现计算作物需水量、预报灌溉时间、灌溉最佳定量决策、根据灌溉制度决策等决策功能,将决策结果反馈到控制终端模块进行智能监控。经试验,对比系统多参数决策和一般的单参数决策得出的结论,多参数决策的准确性更高;灌溉区域的土壤含水率平均值为17.4%,满足荔枝树生长所需的土壤含水率条件,说明系统的灌溉决策具有比较强的实时性。且系统预测能达到75%的准确率,说明系统的预测实时性比较好。该系统实现了荔枝园的环境信息获取与智能灌溉,能指导用户更好地管理荔枝园。     

基于物联网的干旱区智能化微灌系统

基于物联网技术的智能化微灌系统能够实现精准灌溉,是干旱区农业可持续发展的有效途径。该文采用物联网技术,根据棉花灌溉决策与管理的实际需求,设计并实现了棉花智能化微灌系统,并将其应用于新疆库尔勒棉花智能化膜下滴灌示范区中。该系统解决了示范区墒情监测布点缺乏依据的困难和关键硬件产品进口价格过高、难以推广等问题。与国外同类产品相比该微灌系统成本降低了44.8%。与传统灌溉方式相比,作物水分利用效率提高了22.6%。     

Effects of magnetized water on the distribution pattern of soil water with respect to time in trickle irrigation

In arid and semi‐arid regions, farmers use low quality groundwater because of limited availability of high quality irrigation water; instead, magnetized water can be used for irrigation given its better quality. Magnetized water is obtained by passing water through permanent magnets or through electro‐magnets installed in or on a feeding pipeline. This study at the Gorgan Agricultural and Natural Resources Research Center, Gorgan province, Iran, investigated soil moisture distribution from trickle irrigation. Treatments were magnetic and non‐magnetic water and sub‐treatments involved the addition of 200 mg/L calcium carbonate and 400 mg/L calcium carbonate with well water providing the control. The experiment was laid out with a complete randomized block design with three replications. Soil moisture around the drippers was measured for 1, 2 and 3 days after irrigation during the 3‐month irrigation period. The results show that the differences in soil moisture for days 1, 2 and 3 after irrigation with magnetized irrigation water were lesser than those for the non‐magnetized irrigation water treatments. Irrigation with magnetized irrigation water caused higher soil moisture compared with the non‐magnetized irrigation water for different irrigation water salinities. The use of magnetized water for irrigation is recommended to improve irrigation efficiency.     

城市绿地节水灌溉的土壤水分诊断层研究

在干旱、半干旱地区,水资源严重不足是城市绿化面临的瓶颈问题之一,节水灌溉必须依据土壤水分状况与植物生理状态进行。本文选取属于温带半干旱季风气候的天津开发区为研究区域,通过对本特草草坪、高羊茅草坪和泡桐行道树带3类城市绿地在一个生长周期内的土壤水分含量与相应的植物光合速率、蒸腾速率、气孔导度、气孔阻力等生理指标的原位试验资料之相关统计分析,提出"土壤水分诊断层"概念,即水分诊断层是气孔导度与土壤含水量呈极显著或显著相关且系数最高的土层;并对各绿地的土壤水分诊断层深度作了初步划分:本特草草坪为距地表20cm深度处土层,高羊茅草坪为距地表50cm深度处土层,泡桐绿地为距地表40cm深度处土层。由此可见,对于不同绿地类型,节水灌溉的水分诊断层具有差异性,建议实践中以诊断层含水量判断灌水时期,从而达到以较少的水资源实现城市绿地用水需求的目的。     

精确灌溉与施肥自动化管理系统的研制与实现

精准灌溉与施肥自动管理系统是利用人工智能技术，在收集气象资料和田间试验的基础上，依据农田水量平衡原理与作物目标产量及土壤养分状况、土壤类型、土壤墒情等资料信息，采用C语言编程而建立的。控制器以单片机为核心，高精度土壤水分探测仪、喷灌、施肥罐与控制器相连接，形成一个完整的土壤水分探头水分传感，控制器采集数据，通过人机对话与菜单选择相结合的方式，自动给出作物各生育期所需灌水量和施肥量，由控制器控制喷灌流量，自动完成灌溉施肥过程。系统可针对不同的作物、不同地域、不同时期的气候与作物生长状况，判断土壤储水量是否下降至作物灌水的下限指标，根据作物需肥量，精确确定灌溉和施肥量；系统在运行时，可以根据地块的宽度自动调节喷灌射程，还可根据地块面积划分为若干个小区，根据肥料的兼溶性，配制肥料，自动调节肥料的喷施浓度，喷施流量，实现自动精确灌溉施肥。系统可提供小麦、玉米、棉花等7种作物精准灌溉与施肥的决策实施方案，并具有良好的扩展性。