果树调亏灌溉技术研究动态及其应用

介绍了果树调亏灌溉的基本概念,分析了调亏灌溉技术与果树生长生理生态指标、果实产量和品质及其水分利用效率的相互关系,综述了目前国内外调亏灌溉技术在果树栽培上的应用,提出了果树调亏灌溉研究需进一步解决的问题。最后对调亏灌溉技术的应用前景进行了展望。     

行走式节水灌溉精量施水控制系统设计

设计了一种基于ARM9 Linux的行走式节水灌溉精量施水控制系统.该系统接收各种输入信号,经过ARM嵌入式内核处理后输出控制步进电动机的脉冲信号,由步进电动机控制阀门,调节出水量,实现精量施水.室内试验结果表明,该控制系统具有一定的稳定性,能达到预期效果.     

水肥精量配比灌溉系统设计

精确地控制农业灌溉中的水肥配比,能够很好地促进农作物的生长,大大提高化肥利用率。为此,开发了一套水肥精量配比灌溉系统,采用水路和肥路混合的方法,利用直流调速器控制泵来调节管道中水肥流量,从而实现水肥配比。该系统采用遗传算法优化的模糊PID模型作为控制策略来实现精量配比控制,进一步完善了传统PID的控制性能。实验结果表明:该系统成功实现了水肥精量配比,有效地提高了灌溉精度,具有一定的推广性和应用价值。     

无人机遥感技术在精量灌溉中应用的研究进展

以提高农业用水效率为目标的精量灌溉是未来农业灌溉的主要模式,精量灌溉的前提条件是对作物缺水的精准诊断和科学的灌溉决策。用于作物缺水诊断和灌溉决策定量指标的信息获取技术主要基于田间定点监测、地面车载移动监测及卫星遥感。无人机从根本上解决了卫星遥感由于时空分辨率低而导致的瞬时拓延、空间尺度转换、遥感参数与模型参数定量对应等技术难题,也克服了地面监测效率低、成本高、影响田间作业等问题。近几年的研究结果表明,无人机遥感系统可以高通量地获取多个地块的高时空分辨率图像,使精准分析农业气象条件、土壤条件、作物表型等参数的空间变异性及其相互关系成为可能,为大面积农田范围内快速感知作物缺水空间变异性提供了新手段,在精量灌溉技术应用中具有明显的优势和广阔的前景。无人机遥感系统已经应用在作物覆盖度、株高、倒伏面积、生物量、叶面积指数、冠层温度等农情信息的监测方面,但在作物缺水诊断和灌溉决策定量指标监测方面的研究才刚刚起步,目前主要集中在作物水分胁迫指数(CWSI)、作物系数、冠层结构相关指数、土壤含水率、叶黄素相关指数(PRI)等参数估算的研究,有些指标已经成功应用于监测多种作物的水分胁迫状况,但对于大多数作物和指标,模型的普适性还有待进一步研究。给出了无人机遥感在精准灌溉技术中应用的技术体系,并指出,为满足不同尺度的高效率监测和实现农业用水精准动态管理的需求,今后无人机遥感需要结合卫星遥感和地面监测系统,其中天空地一体化农业水信息监测网络优化布局方法与智能组网技术、多源信息时空融合与同化技术、作物缺水多指标综合诊断模型、农业灌溉大数据等将是未来重点研究内容。     

基于无线传感器网络的茶园分布式灌溉控制系统

为实现茶树需水信息准确检测和茶园精量灌溉自动控制,设计了一套基于无线传感器网络的茶园分布式灌溉控制系统,给出了系统体系结构及软、硬件实现方法;针对无线传感器网络节点在茶园内高度分散的特点,提出两种适用于不同规模茶园的分布式灌溉控制方案,设计了由模糊控制器和最优化控制器组成的分层灌溉控制器,使得系统可在满足一定性能指标前提下,实现茶园精量灌溉控制.试验结果表明系统设计合理可行,特别适用于大型农田、果园、苗圃等区域的精量灌溉.     

蓄流分离式果树节能微灌新技术应用研究

针对特色林果业种植面积快速发展中,现有节水灌溉技术应用于果树灌溉存在一些局限和不完善问题,创新提出基于果树类作物的蓄流分离式灌溉技术模式。以技术理论结合试验示范应用研究范例,分析这一灌溉模式节水增产、节能降耗、提升灌溉水温、定额用水机制,以及取得的技术经济效果。蓄流灌溉新模式对研究拓展不同灌溉作物多元化节水新技术、新方法、新产品,具有重要的现实应用意义。     

节水灌溉对精量穴直播超级稻根系生理特征的影响

研究了不同灌水量对精量穴直播水稻培杂泰丰(超级杂交稻)和玉香油占(超级常规稻)2个水稻品种各个生育期根系生理特征的影响,并与移栽常规灌溉进行了比较。结果表明,精量穴直播湿润灌溉在相对于精量穴直播常规灌溉节水23.51%、相对于移栽常规灌溉节水30.46%的情况下,从孕穗期开始精量穴直播湿润灌溉处理根系的每株总根长、每株根总表面积、平均直径、每株根总体积、每株根尖数、根系伤流量和土壤氧化还原电位都明显高于精量穴常规灌溉处理和移栽常规灌溉处理。     

基于植物全生育期的精量智能灌溉控制器设计

根据设施温室作物种植灌溉的节水需求,设计了一款基于植物全生育期的智能精量灌溉控制器。控制器选用高性能MCU为核心;采用HMI作为系统和用户之间信息交换的桥梁;采用流量传感器控制植物精量灌溉;采用短距离无线通信和GPRS相结合的传输方式在农业物联网架构中充当中间件设备;根据用户需求设计了可供用户选择的3种智能灌溉策略,采用专家辅助决策的知识挖掘技术制定植物全生育期的灌溉处方。试验表明,系统运行稳定,操作简便,节水效果明显,有较大的推广应用空间。     

温室作物需水信息指标及湿度控制

在温室土壤－作物－环境连续体中，作物水分损耗、吸收和水分利用一直是研究的热点。在温室内，作物精量灌溉必须要考虑何时灌和灌多少两个方面的问题。从冠层蒸腾速率、茎流、水势、叶温和作物水分胁迫系数、茎秆果的直径微变化、根源信号、作物生长器官的电特性及图像特征技术方面，回顾和评价了作物水分状况诊断方法中作物需水信息指标的研究进展及存在的问题。同时，为防止过量灌溉带来的高湿矛盾，讨论了温室湿度控制的不同策略，以指导灌溉。最后，初步提出了进一步研究的建议。     

胶东水库灌区果树灌溉效益分摊系数试验研究

在灌溉工程项目经济效益分析和评估中 ,通常应用灌溉效益分摊系数法 ,对粮食作物如冬小麦、夏玉米、水稻方面有一些研究成果 ,但对果树的灌溉效益分摊系数研究较少。山东省胶东地区是国内享有盛名的果树种植区 ,自然条件优越 ,果树种植面积大 ,效益高 ,产业化发展前景好 ,对果树生产效益方面的研究具有实际和很好的代表性。基于上述原因 ,龙口市北邢家水库所在其灌溉试验站对果树灌溉效益分摊系数进行 3年的试验研究 ,主要研究了长把梨、苹果、黄杏 3种主要果树的灌溉效益分摊系数 ,为灌溉水在果树生产中的作用作了定量分析 ,为灌溉工程的经济评价提供了科学依据。     

我国滴灌技术应用发展若干问题分析

分析了目前滴灌应用的3种主要类型：室内滴灌、果园滴灌和大田滴灌；阐述了滴灌技术推广的4大优势：突出的节水效果、优质的灌溉质量、崭新的生产环境和较强的地形适应能力；列举了滴灌推广过程中的制约因素，包括投资、种植管理模式、抗堵塞性能、行距调整困难、技术指导薄弱和维修管理不足。介绍了国内滴灌器材生产能力并对未来市场需求趋势进行了初步探讨，提出了今后推广滴灌技术的几点建议。     

基于LoRa和SVM-Markov的蓝莓园精准灌溉系统研究

针对当前蓝莓园灌溉效率低、劳动强度大、管理粗放等问题,设计基于LoRa无线远距离通信和SVM-Markov组合模型的蓝莓园精准灌溉系统。该系统通过LoRa无线数据采集系统采集蓝莓园空气温湿度、土壤湿度、光照度、风速等环境参数,通过LoRa网关和物联网网关将数据包上传到云服务器,灌溉预测系统根据采集到的环境参数,实现灌溉量预测与灌溉决策,并将决策结果反馈到灌溉执行模块。为提高预测精度,引入SVM-Markov灌溉量预测算法。以句容市天王镇蓝莓园为试验对象,预测结果表明：SVM-Markov模型的平均绝对误差为0.188 7 mm/d,均方根误差为0.239 4 mm/d,相比于SVM模型,SVM-Markov的预测精度更高、数据拟合效果更好。该系统能够实现蓝莓园环境的实时监测与精准灌溉,为其它果园精准灌溉的实现提供一定的参考。     

荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化

为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。     

Determination of orchard water requirement by a combined trunk sap flow and meteorological approach

Summary Sap flow measurements in the trunk and potential transpiration computed from meteorological data were used during two irrigation seasons to determine orchard water requirement. Standard commercial irrigation was applied except for two trees which were irrigated every 3 days to maintain unlimited soil water availability and used as reference trees. Measured transpiration was proportional to potential transpiration. The ratio between the two, averaged for all trees, was approximately 0.3 when soil water availability was not limiting falling to 0.2 when soil water potential in the main root zone dropped to -90 kPa. This ratio was successfully used to schedule orchard irrigation at an arbitrarily chosen reduction of 20% in the ratio as measured on the first day after irrigation. Yield of individual trees was highly correlated with their seasonally accumulated transpiration. Analysis of variability in transpiration between trees led to the conclusion that orchard transpiration may be determined with acceptable accuracy by this approach which can, therefore, be used to schedule orchard irrigation.Contribution from the Agricultural Research Organization, the Volcani Center, Bet Dagan, Israel. No. 3074-E, 1990 Series     

基于无线传感器网络的丘陵果园灌溉控制系统

为解决目前丘陵地区果树灌溉技术中存在的过度灌溉、浪费水资源等问题,以实现丘陵果园节水灌溉,结合无线传感器网络技术,设计开发了一种基于无线传感器网络的丘陵果园灌溉控制系统.系统以ATmega128L单片机为控制核心,由上位机、汇聚节点、无线传感器节点、土壤水分传感器和电磁阀等组成,其中土壤水分传感器和电磁阀连接到无线传感器节点上,汇聚节点与传感器节点之间数据采用无线方式进行传输,汇聚节点通过RS-232串口线与上位机相连.系统能实时监测葡萄土壤含水率的变化,根据土壤含水率来判断葡萄是否缺水,并发出灌溉指令实施对葡萄精确灌溉,系统实现了葡萄园灌溉的自动化控制.通过试验,选定25 cm深度的土壤含水率为灌溉启动监测量,启动灌溉的监测阈值设定为26.8%;选定50 cm深度的土壤含水率为灌溉停止监测量,系统停止灌溉的监测阈值为45.5%.试验表明：系统可以达到精确灌溉要求,结合葡萄的生存阈值可以实现节水灌溉.     

Observations of soil water and salt movement under drip and flood irrigation in an apple orchard

Part of a mature apple orchard, previously flood irrigated, was converted to drip irrigation in August 1971 and maintained until May 1975. The remainder of the orchard was irrigated as before.Annual estimates were made of moisture, total soluble salts and chloride content of soil samples and of growth, leaf chloride and yield of trees from the two irrigation treatments. Soil moisture was also monitored with a neutron moisture meter.Very high salt concentrations were observed in the various soil layers in the drip irrigation treatment. The flood irrigation treatment had lower and less variable concentrations of salts.Yields and chloride content of leaves sampled each January did not differ significantly between treatments. Tree girths were smaller under drip irrigation.The drip system, using a low pressure head, filtered water and outlets wrapped in fibreglass, operated satisfactorily for the period of the trial.     

果园管理工作中疏花疏果的研究进展*

疏花疏果是果园管理中的一个重要环节,是保证果园产量和果实品质的有效措施之一。现阶段我国疏花疏果以人工为主,机械装备化程度低,管理技术缺乏科学性,管理机械自动化水平较低,劳动力大量短缺已经成为制约我国果园发展的最大障碍,传统人工作业方式已不能满足现在果园需求,果园全程机械化、自动化问题亟待解决。对国内外疏花疏果阶段管理技术、机械装备、化学处理等方法进行分析总结,重点围绕未来果园全程自动化进行综述,展望果园疏花疏果管理技术,提出未来果园疏花疏果逐渐向自动化、智能化、精准化方向发展,为全面提高我国果园管理水平提出发展思路和对策。     

基于迭代学习控制算法的苹果园灌溉系统

介绍了一种基于迭代学习控制算法的苹果园灌溉系统。硬件电路由MSP430F149单片机、TR-5型土壤水分传感器、太阳能供电模块及灌溉控制电路组成。迭代学习控制算法应用于苹果园灌溉这种具有重复运动性质的控制过程中,利用本次的灌溉信息,通过迭代学习律修正下一次的灌水量,实现在有限时间区间上的果园最佳土壤含水量精确控制。解决因苹果园地表灌溉水需经较长时间才能渗透到苹果树吸收水分根系的主要分布区,所造成的实时控制系统无法及时准确获取果园土壤含水量反馈信息的问题。     

基于PSTN和PLMN的果园泵房智能监控系统

为解决果园泵房偏僻、难以防盗且需人工操作灌溉与喷雾设备的问题,设计了果园泵房智能监控系统。该系统以单片机为核心,结合双音多频远程数据传输技术,实现了电话拨号报警和远程控制两大功能。在选定果园对系统进行实地测试,系统功能成功率为96.5%,报警平均响应时间为4.58 s,远程控制平均响应时间为23.27 s,每次通信成本为通话费用。试验结果表明,该系统能实现其设计功能,满足果园泵房内防盗和远程控制灌溉与喷雾设备的要求。