智能山地分区精准滴灌及数据处理系统的研究

为践行复杂山地精准农业,针对复杂的地貌和节水灌溉工程中能源消耗高、人力资源短缺及水资源浪费等现象,采用太阳能作为系统的主要能源供给,根据山地坡度、高差不同,对应滴灌系统流量、压力设计不同,实时按需精准灌溉。为实现远程监控,设计了远程控制通讯模块,各分点采集到的土壤含水率由Zig Bee网络传输到汇聚节点,通过单片机控制;当土壤含水率低于所设置的下限值或高于所设置的上限值时,自动进行电磁阀的开启与关闭,同时利用GSM网络将提示信息发送到用户手机,达到实时灌溉和监控的目的。试验结果表明:研究达到了有效节约水资源、人力资源及滴灌系统功耗的目的,为促进我国农业快速发展提供重要的参考。     

丘陵地区农田土壤信息监测系统的研究

结合《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》和精准农业的精神,要求进一步实现数字农业、智慧农业、智能农业,以重庆实际状况为切合点,设计了山地分区土壤墒情及酸碱度监测APP。针对重庆丘陵地区存在山地坡度不同和高差不同的特点,对山地进行区域划分。同时,优化了丘陵地区农田土壤信息监测系统,对山地农田各区域进行土壤酸碱度实时监测,解决了传统种植和作业过程中浪费人力资源、水资源及能源耗费大的问题,实现了农作物种植的最优选择,提高农作物种植存活概率,增加农业收成。为此,研究开发了一款农业数据信息与智能手机相结合的APP,达到实时监测及实时灌溉的目的,弥补了传统终端控制的不足,为进一步实现数字农业、精准农业及智能农业提供科学依据。     

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.     

基于6LoWPAN的水肥一体化滴灌系统设计

针对现有Zig Bee远程灌溉系统时延过大,结合6Lo WPN网络技术的快速演进,在考虑实现自动化、精准化现代农业的基础上,设计了一种基于6Lo WPAN的水肥一体化智能滴灌系统。该系统采用6Lo WPAN协议实现无线传感器网络(WSN)与IPv4/IPv6网络之间的点到点通信,实现了土壤温度和湿度的实时监测,根据不同作物对湿度的要求远程控制电磁阀进行水或水肥的灌溉。详细描述了系统硬件框架和软件框架实现过程,最后基于Lab VIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)软件开发了智能滴灌系统的上位机管理软件。试验结果表明,基于6Lo WPN的WSN与IPv4/IPv6网络可以相互通信,该系统能准确获取土壤湿度和温度数据,通过上位机管理软件可远程控制电磁阀进行灌溉将湿度保持在设定的范围内。系统测试结果表明,6Lo WPN滴灌系统比现用的Zig Bee滴灌系统时延小,有一定的推广潜力。     

基于无线传感网络的果树精准灌溉系统

针对当前农业环境监测的需求,为精准农业提供科学依据,设计了基于无线传感网络的果树精准灌溉系统。采用ZigBee技术与GPRS网络相结合的体系结构,基于CC2530芯片设计无线传感节点,并开发其软件。无线传感器节点对其所在区域的土壤湿度信息进行实时监测,根据果树的合理需水量以及土壤的综合状况,精准地对灌溉进行控制,可应用于温室、果园等区域,有助于农业部门更加有效地提高果树产量。     

基于物联网技术的农田滴灌远程控制系统的研发

【目的】传统模式下的农田灌溉通常采用人工方式对农田进行灌溉,随意性较强,水资源利用率低,为了有效解决上述问题,提高农业水资源利用率,实现传统农业向智能农业的转变。【方法】笔者结合物联网技术,从传感器信息采集模块设计、终端控制模块设计以及无线传输模块设计、上位机设计等方面进行研究,设计了一款基于物联网技术的农田滴灌远程控制系统。【结果】该农田滴灌远程控制系统在应用过程当中能够保持正常运行,满足不同类型环境的需求,尤其适用花园、温室蔬菜大棚等封闭的环境,有效降低了人力成本,充分满足了农田区域化的灌溉需要。【结论】该农田滴灌系统实现了对农田中的电磁阀启停控制以及节水灌溉任务,保障了农作物能够在适宜的环境中生长,推动了农业增产增收,实现了智能化精准农业,应用前景广阔。     

基于LoRa技术的农田智能灌溉系统设计

为使农作物在适宜含水率条件下生长,实现农田的精准灌溉,设计一种基于LoRa通信技术的农田智能灌溉系统。该系统主要包括作物信息采集单元、LoRa无线通信单元、智能决策单元和灌溉输出模块。系统采用MSP430处理器与WH-101-L型LoRa模块实现低功耗、网络化终端节点设计,通过集中器网关将农田作物信息传输到云服务器,并构建云管理决策软件。系统应用试验测试数据结果表明,采用同步唤醒技术的无线作物感知网络,数据传输稳定,平均丢包率为0.3%,并具备较强的扩展性;通过智能决策单元依据实时作物信息和数据库计算出灌溉量和灌溉时间,远程控制灌溉输出模块,精确控制作物在不同生长期的土壤含水率,在蓝莓试验田和玉米试验田试验测试得到含水率均方差分别为1.80和4.83,均比传统灌溉方式低。     

微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比

以微孔陶瓷灌水器为研究对象,在0 m工作水头下进行土壤水分运移特性试验,并以10 m额定工作水头下工作的地下滴灌灌水器作为对照。通过对比分析2种灌溉方式下累计入渗量、流量、湿润体特征和土壤含水率变化,结果表明:相同灌溉时间下微孔陶瓷渗灌的累计入渗量、湿润锋运移距离、湿润体截面面积均明显小于地下滴灌。微孔陶瓷渗灌的流量随时间逐渐减小,直至接近于零;试验后期,微孔陶瓷渗灌湿润体内整体土壤含水率变化较小;由于微孔陶瓷渗灌为无压连续灌溉,因此在其工作过程中可为作物提供一个恒定的水分环境。而地下滴灌的流量则会维持稳定,使得土壤含水率一直增大,停止灌溉后由于土壤水分再分布而减小。地下滴灌为被动恒压灌溉,因此其灌溉条件下作物生长的水分环境处于干湿交替的循环变化状态。     

新疆小麦推广滴灌技术的思考

1关于小麦滴灌技术 目前,世界上最为先进的微灌技术就是滴灌,滴灌技术融合农业节水理念,采用专门的灌溉设备,通过地下地上的管网络系统,将水分经过滴流或者是细流的方式,灌溉于植物根部。同时,这项技术有效利用了地心引力和土壤毛管的作用,将水分均匀分散到植物根层,便于作物吸收,提高作物灌溉的效率。总的来说,这是一种精准、高效、节水的灌溉技术。     

起垄微沟滴灌土壤水分入渗规律试验研究

探讨了起垄微沟滴灌土壤的水分入渗规律,选取不同滴头流量、微沟坡度这两个因素各3个水平进行研究,结果表明:滴头流量的变化对垂直方向上湿润锋运移距离及土壤含水率的变化影响较大;微沟坡度的变化对水平方向上湿润锋运移距离及土壤含水率的变化影响较大。相同灌水量及微沟坡度条件下,湿润锋水平及垂直入渗距离随滴头流量的增加而减小,并且土壤含水率等值线分布密集区随滴头流量的增加向地表方向移动。相同灌水量及滴头流量条件下,湿润锋水平及垂直入渗距离随微沟坡度的增加而减小,并且土壤含水率等值线分布密集区随微沟坡度的增加向滴头方向移动。研究结果可以为不同作物种植选择适宜的微沟坡度及滴头流量提供参考。     

不同灌溉方式下温室番茄水分利用率及经济效益研究

通过田间试验,研究了不同灌溉方式(滴灌、沟灌)及施肥量(氮-磷-钾用量为800-450-975、640-450-780 kg/hm2)对番茄水分利用率和经济效益的影响。结果表明,在番茄整个生育期,同一灌溉方式下土壤含水率分布趋势相似;随着番茄生育期的延长,不同灌溉方式间土壤含水率差距逐渐增大;以100 cm为界,上下土层含水率差异较大。各处理番茄果实产量并无明显差异,不同灌溉方式下番茄水分利用效率(WUE)差异达显著水平(P0.05),且滴灌显著高于沟灌。各处理经济效益差异明显,滴灌方式下经济效益明显高于沟灌。综合番茄水分利用率和当季经济效益,并考虑长远利益,"滴灌+推荐施肥"在生产中值得推荐。     

水肥一体化膜下滴灌水肥及速效氮分布特征研究

【目的】提高水肥一体化条件下水肥利用率。【方法】通过不同流量膜下滴灌水肥入渗试验,研究了滴灌结束时及再分布后的土壤含水率、电导率运移规律,并测定氮素在土壤中的动态分布特性。【结果】(1)滴灌结束时,各滴头流量下土壤含水率随着离滴头距离的增大而减小,流量为2 L/h的土壤含水率、电导率在垂直方向运移距离大于流量为3、4 L/h的;再分布后,不同滴头流量下土壤含水率的分布差异不大,流量2 L/h与流量为3、4 L/h的土壤电导率集中分布在不同区域,流量为3、4 L/h的土壤电导率在土体内主要分布区域相近。(2)不同滴头流量下土壤铵态氮质量分数随时间的延长逐渐减小,土壤硝态氮质量分数则表现为相反的变化趋势;土壤铵态氮质量分数在径向和垂向上随着离滴头距离的增大而减小。24 h土壤硝态氮质量分数在径向和垂向上随着离滴头距离增大而增大,72 h后呈减小的趋势。【结论】滴灌后不同流量下土壤电导率集中分布区域不同,土壤氮素随时间呈动态变化,可根据作物生长特点选择合适的滴头流量,制定合理的施肥时间。     

发展滴灌节水机械化技术实现农业可持续发展

滴灌技术是当今世界上节水效果最好的灌溉技术。其主要特点是以低压小流量出流灌溉，实现局部灌溉。它是利用低压管道系统，使滴灌水成点滴地、缓慢地、均匀而又定量地浸润作物根系最发达区域，使作物主要根系活动区的土壤始终保持在合理含水状态。滴灌不同于传统的地面灌溉湿润全面积土壤，是一种缺水地区有效利用资源的灌水方式，同时还是一种现代化的农业技术措施。近年引进我国，并得到较快发展。     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．     

地下滴灌对草坪土壤水分及根系分布的影响

以滴头、滴灌毛管二种地下滴灌灌水器为研究对象,通过田间对比试验,探讨了地下滴灌条件下的土壤含水率、草坪根系空间分布规律。结果表明,滴灌毛管在水平方向的土壤含水率差异显著,而滴头在垂直方向的土壤含水率差异显著。说明以滴头灌溉水平方向土壤含水率水平方向分布偏差小、灌溉均匀性高,而滴灌毛管则适合深层灌溉。在此基础上,结合草坪根系空间分布规律,初步确定了在滴头、滴灌毛管2种灌水器中,滴头灌溉更适合城市绿地草坪,也为草坪地下滴灌技术应用提供了参考依据。     

自动化控制在节水灌溉系统中的应用

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,应用计算机技术、自动化控制技术于农田灌溉系统。结合ZigBee无线传感网络与GPRS网络,设计开发了基于CC2530和MSP430的节水灌溉控制系统。该系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点、基站、监控中心4部分组成,能实时监测土壤含水率变化。系统利用土壤水分传感器测量土壤含水率参数,对比预设的含水率上下限,判断是否需要灌溉及何时停止灌溉。初步测试证明,该系统运行稳定可靠,能够准确获取土壤含水率信息,并进行节水灌溉控制。和传统灌溉方式相比,自动灌溉实现了智能化、自动化、精确化的灌溉控制,节约了水资源,有效地提高了生产率。     

水肥一体化下不同滴灌带配置对玉米产量的影响

针对水肥一体化下不同滴灌带配置方式对作物产量的影响,结合实际探究了当铺设50 m长滴灌带、设置6种不同首部压力时,毛管首、中、尾部的土壤含水率、干物质质量积累量对作物产量的影响。结果表明:滴灌带类型差异使得土壤的平均含水率在生育期内变化规律有所差异,滴头采用内镶贴片式(N0. 30)时土壤含水率变化规律呈较明显的先下降后上升趋势,且随着滴头流量的增大,在全生育期土壤含水率变化越平缓;滴头采用侧翼迷宫式(L0. 15)时土壤含水率变化趋势平缓,且随着滴头流量的增大,在全生育期土壤含水率变化越显著。L0. 15下全生育期土壤含水率均满足作物生长的需求,可以为作物提供充足水分;流入滴灌带的肥液流速越低、长度越长,附着在管壁的肥料质量越多,尾部作物的肥料利用率越低,致使养分吸收少,作物产量降低。对不同处理下毛管的首、中、尾部产量均匀性进行分析表明,随着滴灌带长度的增加,N0. 30的作物产量均匀性逐渐降低,L0. 15的作物产量均匀性逐渐上升,故不同滴头流量对沿滴灌带长度方向的产量均匀性有一定影响。     

滴灌棉花灌溉决策支持系统研究

为满足新疆膜下滴灌棉花生产管理需要,研究开发了滴灌棉花灌溉决策支持系统。主要包含了数据库管理、实时墒情诊断、灌溉实时决策、生产管理决策等功能。使用水量平衡方法及消退系数法进行土壤墒情预报,使用泰森多边形等方法计算平均含水率,使用模糊综合评判进行灌溉实时决策。在实际使用中,能较准确的预测土壤墒情并实时指导田间灌溉,取得了预期的效果。     

土壤质地对地下滴灌灌水器水力要素的影

为研究不同质地土壤中灌水器水力要素的变化规律及其差异,选取灌水器工作压力、土壤容重和土壤初始含水率为因素,分别在粘土、壤土和砂土中采用混合水平均匀设计安排试验.试验结果表明,不同土壤中的灌水器出流规律一致:即当工作压力不变时,灌水器流量在灌水初期略大,而后减小并趋于恒定,这个变化过程仅1～2min;在相同压力下,地下滴灌灌水器流量比地表滴灌小5%～20%,压力越大,二者越接近;灌水器流量随工作压力的增加而增大;土壤因素对灌水器流量有微弱的制约作用,使流量减小.相同条件下,土壤质地越轻,灌水器流量越大;但随着土壤容重和土壤初始含水率的增加,土壤质地越轻,流量减小程度越大.     

不同微灌形式对土壤水肥分布和枸杞产量的影响

通过研究地表滴灌、地下滴灌、架上滴灌和涌泉灌等4种微灌形式对枸杞园土壤水分、养分以及枸杞产量等的影响,以期为中宁地区枸杞现代节水微灌形式的选择提供建议和支持。结果表明,相同灌水量条件下,涌泉灌方式下土壤水分横向运移更明显,土壤质量含水率比灌水前增加8.82%,并且整个土体土壤质量含水率最高,达14.49%,且水分分布均匀;而其他三种微灌方式下,灌溉后土壤水分增加幅度、土壤剖面水分分布及平均含水率量均没有显著差异;涌泉灌和架上滴灌养分在根区的淋洗强度大于地表滴灌和地下滴灌,而地下滴灌与架上滴灌有造成养分在非根区积累的风险;地表滴灌和涌泉灌方式下,枸杞生长状况和产量均好于地下滴灌和架上滴灌。总体来看,地表滴灌方式下水肥耦合最好,枸杞生长状况和产量最佳。因此,地表滴灌可以作为宁夏中宁地区枸杞灌溉的首选灌溉方式。