节水灌溉自动控制系统的设计

农业生产对水资源的需求量越来越多,而地球上可供利用的水资源逐渐减少,这就促使人们通过改进灌溉工具达到节约用水,保证农业生产的目的。基于此,主要利用计算机技术、传感器、RS-485网络技术、无线通讯设置了一套节水灌溉自动控制系统,该系统能达到精准灌溉的要求,可结合植物生长特性和土壤含水率控制灌溉量,达到节约用水的目的。     

基于SVM算法的超声波速度-土壤含水率估计模型

为快速准确获取土壤含水率信息,便于农业精准灌溉,引入支持向量机算法（SVM）对4种不同干湿交替处理下超声波速度与土壤含水率进行拟合分析和回归训练优化,构建基于超声波速度的土壤含水率预测模型。结果显示,与传统的烘干法相比较,利用该模型在田间验证土壤含水率,平均相对误差为1.5%左右。研究结果表明,基于SVM模型构建的超声波速度-土壤含水率预测模型能够较好地描述被研究区域内土壤含水率,可为利用超声波特性实现对农田土壤水分的持续监测提供参考。     

新疆阿勒泰地区北屯灌区田间沟畦节水灌溉试验研究

通过1998～2000年田间节水灌溉试验,确定了北屯灌区戈壁土层畦灌春小麦最佳土壤平均含水率下限为6.5%～8.0%,灌水后土壤平均含水率为17%～18%,灌溉定额为7500m3·hm-2;沟灌油葵最佳土壤平均含水率下限为6.5%～8.0%,灌水后土壤平均含水率为14%～18%,灌溉定额为3 750m3@hm-2.据此分别制定了该灌区畦灌春小麦和沟灌油葵的最适宜灌溉制度.     

一种温室节点式渗灌控制系统的改进试验

为了提高已研制的温室节点式渗灌自动控制系统的可靠性和快速性,进一步节约水资源、降低作业成本,对系统程序进行了改进,将原来仅控制1个土壤最佳含水率值和具有线性特征的恒值控制系统改进为控制土壤含水率值在上,下限范围内,修改了模糊控制器的相关参数,使系统具有非线性控制特征.田间试验结果表明:改进后系统的灌溉特性更适应作物需水规律,相对于手动灌溉,可节水1007m~3·hm~(-2)、节省作业成本1316元·hm~(-2).系统电磁阀的启动频率明显降低,可靠性和快速性显著提高.在控制参数范围内,系统仍表现为一阶惯性特征,稳定性好,控制精度满足温室作物灌溉技术要求.     

基于ARM水胁迫声发射的精准灌溉智能温室系统的设计

设计了一种基于ARM平台IPC2300系列的智能温室控制系统.在传统智能温室系统上加入了植物水胁迫声发射信号的获取以及处理,以实现温室的精准灌溉.该系统以ARM7嵌入式处理器为核心,将各类数字传感器收集的数据通过现代控制理论及模糊控制算法进行处理,采用自动控制、远程监控和图形化等多种方式来调整温室执行机构,以达到控制温室温湿度、CO2浓度、光照强度以及土壤含水率等参数,在搭建的温室模型中取得稳定、可靠的运行效果.该研究设计的ARM系统相比于传统温室控制系统,具有维护成本低、功耗低、方便实用等特点;相比于同类设计,该系统开发了数字传感器、图形化界面、模糊控制方法、网络摄像头监控,实现了现代温室控制所具有的智能化、网络化和可视化.     

水田灌溉新技术——控制灌溉

水稻控制灌溉是指在秧苗本田移栽后,田面保持5～25mm薄水层返青;返青后的各个生育阶段,灌水后田面不再建立水层,以根层土壤水分作为控制指标,确定灌水时间和灌溉水量。视水稻不同生育阶段,土壤水分下限控制值为土壤饱和含水率的60%～70%,灌水控制上限为土壤饱和含水率。     

基于PLC的柑橘根部灌溉施肥控制系统的设计与研究

本文介绍了一种基于可编程控制器(PLC)设计的柑橘根部灌溉施肥控制系统。该系统通过土壤湿度传感器检测高、中、低位的柑橘根部土壤含水量,可以实现全自动的根部灌溉和施肥,同时具有手动灌溉模式,能够单独控制各块试验地的灌溉施肥。该系统采用控制面板和HMI实现控制,具有简单、可靠等特点。     

基于Modbus-RTU的花卉育种温室灌溉控制系统设计

针对花卉对按需灌溉和生长环境的需求及PLC模拟量输入、输出模块数量有限等缺点,设计了基于西门子S7-200 SMART系列PLC为核心的灌溉控制系统。该控制系统利用Modbus-RTU通信,采用轮询的方式采集变频器、土壤温湿度、空气温湿度、光照度及土壤电导率等参数,控制变频器运行频率实现对花卉的按需灌溉,并利用工业以太网把相关参数上传至MCGS触摸屏进行精细化管理。     

基于物联网的精确灌溉控制技术研究

【目的】研究基于物联网的自动化灌溉控制系统,为规模种植区域自动控制精确灌溉提供可借鉴模式。【方法】通过ZigBee网络实现园区土壤墒情信息的共享,根据采集到的土壤墒情信息制定灌溉决策。选用可编程逻辑控制器作为核心控制器,分多种控制方式对灌溉进行控制,同时对首部输水管道进行恒压控制。通过建立可编程逻辑控制器和人机界面的交互平台,对灌溉模式进行选择并监控灌溉全过程,若系统发生故障进行报警提醒。【结果】设计了基于物联网的自动化灌溉控制系统,该系统界面友好且操作简单,与沟灌、波涌灌相比节约用水50%以上,与常规滴灌相比对灌水量、灌水时间以及施肥量的控制更为精确,节省了大量劳动力。【结论】基于物联网的灌溉控制系统将远程监控、精确灌概、数据共享、智能报警、自动控制统一起来实现节水灌溉,在规模化种植区有一定推广潜力。     

基于PLC的新型育苗播种机控制系统的设计

针对多数传统育苗播种机缺少土壤压实功能和土壤灌溉功能以及控制系统多采用机械机构等存在的一系列问题,设计了具有压实和灌溉装置的新型育苗播种机,并且对控制系统进行PLC设计,给出了控制系统主流程图以及控制系统程序梯形图。该控制系统实现了高可靠性、低故障、机体轻量化以及高生产率等优点。     

残膜和灌溉水平对绿洲棉田水分时空分布的影响

[目的]探讨不同残膜和灌溉水平下土壤水分的时空分布,揭示残膜量对棉田土壤中水分分布影响,调控灌水.[方法]在连续15 a覆膜种植棉花的棉田设置0、225、450 kg/hm2三个残膜梯度,全生育期设置3 450、4 650、5 850 m3/hm2三个灌溉水平.分别在蕾期、花铃期、盛铃期灌水后第1、3、5d取土测定其土壤含水率,分析不同处理对土壤水分变化趋势、横向、纵向的影响.[结果]土壤水分分布明显受到残膜含量与灌溉量的影响,灌溉量较小时,450 kg/hm2的残膜处理土壤含水率最低且灌水后第1d到第5d土壤含水率下降最多,随着灌溉量增加残膜处理土壤含水率相比对照也有所增加,当灌溉量达到5 850 m3/hm2时,无残膜处理土壤含水率最低.垂直方向上在3 450 m3/hm2灌溉量下,450 kg/hm2残膜处理在各土层土壤含水率均最少,当灌溉量为5 850 m3/hm2时225、450 kg/hm2残膜处理的各土层土壤含水率均大于0 kg/hm2残膜处理,各处理土壤含水率随着土层加深而增加.[结论]不同灌溉水平下不同残膜处理土壤含水率不同,含残膜棉田相比无残膜棉田土壤含水率会随着灌溉量的增加增大,5 850 m3/hm2灌量促进高残膜量棉田水分的均匀分布.     

不同灌溉量对枸杞土壤水分变化规律的影响

为研究不同灌水量对于枸杞土壤水分变化的影响,利用中宁县玺赞枸杞庄园的节水灌溉试验场、滑轨式遮雨棚及PR2-6土壤剖面水分速测仪对宁杞7号枸杞进行了不同定额灌溉试验。结果表明,枸杞根系主要分布在0～40 cm深的土层,该层受灌水的影响较大,当灌溉量越大时,土壤体积含水率增值越大,且枸杞根系在30～40 cm深度吸水能力最强。一般而言,灌水后土壤体积含水率均大于灌前,且灌溉量越大,土壤体积含水率变化幅度越大,但灌溉量较小则不能较长时间满足枸杞生长的需要。当灌水过于饱和时,水分蒸发和向深层运移的越多,使得水分利用率降低。综合考虑,灌溉量5 763.45 m³/hm²的效果最佳。     

基于人工降水模拟的不同灌溉方式下土壤水分入渗

针对半干旱地区水资源以及灌溉方式问题,通过人工降水模拟结合正交试验的方法,对不同灌溉方式下土壤水分入渗进行研究,设置了漫灌、沟灌、膜下滴灌3种不同灌溉方式,田间持水率的50%、60%、70%3种不同土壤初始含水率,10、20、30 mm/h 3种不同降水强度进行正交试验。结果表明,降水强度对土壤含水率的变化速率影响最大,降水强度越大,土壤含水率的变化值越大,且不同时间影响程度不同;在同一降水强度下,随着土壤初始含水率的增加,土壤的入渗越慢;不同灌溉方式比较的结果表明,膜下滴灌的膜外入渗最快。研究结果为揭示灌水方式对土壤入渗的影响,为研究土壤水运移和地下水入渗补给提供了参考。     

不同灌水定额条件下土壤含水率变化试验研究

[目的]研究不同灌水定额条件下土壤含水率变化。[方法]利用时域反射仪,对不同灌水定额入渗的土壤含水率进行测定;结合土壤质地特性,分析不同灌水定额下的土壤含水率随深度变化的曲线特征。[结果]不同土层深度土壤水分变化因灌溉水量不同而不同。不灌水时,0-70 cm土层土壤含水率为9.88%;70-100 cm土层土壤含水率逐渐增大,达17.00%;100-120 cm土层含水率达25.00%;120-180 cm土层土壤含水率为24.45%。灌水量为0.029 99 m^3/m^2时,0-30 cm土层土壤含水率逐渐增大,达30.00%;30-60 cm土层土壤含水率逐渐下降,降至25.00%,60-180 cm土层土壤含水率为25.00%;灌水量为0.059 97 m^3/m^2时,0-30 cm土层土壤含水率逐渐增大,达26.00%,30-100 cm土层土壤含水率为32.50%,120-180 cm土层土壤含水率恢复到未灌溉前状态;灌水量为0.089 96 m^3/m^2时,0-180 cm土层土壤含水率为25.86%。[结论]该研究结果对经济合理地利用水资源具有重要意义。     

灌溉频率对滴灌小麦土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过田间试验,研究了不同灌水频率对滴灌小麦农田土壤水分分布及小麦水分利用效率的影响。结果表明:从整个生育期来看,在灌水量375 mm条件下,高频灌溉(每4天1次)处理0～40 cm土层含水率和土壤贮水量较高,而深层（40～100 cm）土壤较低;低频灌溉(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率和土壤贮水量较高,但水分补给不及时,表层土壤含水率和贮水量偏低;总体上中频灌溉(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配,有利于作物生长。中频灌溉产量和水分利用效率都最高,分别比高频灌溉和低频灌溉产量增加7.6%和13.5%,水分利用效率增加2.6%和9.9%。在当地自然气候条件下,滴灌小麦采用375 mm灌溉量和每7 d 1次的灌溉频率是较适宜的灌溉模式。     

大棚萝卜灌溉模式及需水量研究

在满足国家水利部《灌溉试验规范》要求的边界条件前提下,利用蒸渗器并通过正交试验法对大棚萝卜灌溉制度及需水量进行了试验研究。试验结果表明:大棚萝卜最佳试验处理全生育期总需水量123.3mm,其中土壤水44.1mm,地下水补给43.7mm,灌溉水25.0mm。幼苗期和肉质根生长期控制土壤含水率占饱和的80%～90%,叶片生长期控制土壤含水率占饱和的70%～80%。最佳试验处理较不灌水处理增产48.0%,较不同生育期灌水组合增产13.0%～14.0%,不同的灌溉模式对产量影响显著。     

农业水肥一体化智能灌溉控制系统开发与应用

【目的】以物联网技术为支撑的水肥一体化智能灌溉控制是农业灌溉中节约水资源、省工、智能控制和提高水肥利用效率的重要方法。【方法】文章基于智能控制、传感器、无线自组网等物联网信息技术,针对传统农业灌溉面临的诸多问题,开发应用于农业水肥一体化管理的智能灌溉控制系统。该系统主要包含控制系统、水肥混合系统、水肥灌溉系统以及数据采集和分析系统,其中控制系统为工作人员提供了移动终端应用和远程用户终端系统2种终端作业管理系统来实现远程灌溉控制操作。【结果】该智能灌溉控制系统在浙江金华的香榧种植区进行了示范应用,结果表明该系统能够适用于复杂地形,使用过程中无需布线,无需外接电源,通过装置间自组网,可以实现大面积灌溉控制。【结论】智能灌溉控制系统操作方便、控制灵敏度较高,能够实现远程控制、省工、便捷的目的,有效提高了农业水肥一体化智能灌溉的控制水平,具有一定的应用前景和推广价值。     

土壤含水率对长白落叶松幼苗生长的影响

为了研究长白落叶松幼苗生长与土壤含水率的关系,掌握长白落叶松苗木生长规律,为育苗管理和相关研究提供借鉴,通过5种田间持水量梯度对幼苗生长指标的影响试验,分析了不同土壤含水率条件下苗木生长指标的变化。结果表明:苗高、地径、主根长、生物量等指标在不同土壤含水率条件下差异显著,大于1 cm长侧根数受土壤含水率的变化差异不大;幼苗生长对土壤含水率需求较高,在田间持水量为90%时,幼苗生长各项指标较优,在田间持水量为80%以上时,增加灌溉量对促进苗木生长影响不大;土壤含水率保持田间持水量的80%左右,苗木生长指标较好,同时又能够达到灌溉节水的目的;在土壤含水率低于田间持水量60%时,苗木正常生长受到显著的影响。     

不同灌水量对温室膜下滴灌黄瓜土壤水分动态的影响

通过温室膜下黄瓜滴灌试验,研究了不同灌水量对土壤含水率和土壤水分动态的影响。结果表明:不同处理下黄瓜生育期内土壤平均含水率先变小后变大,缺水灌溉推迟,严重胁迫黄瓜生长,推迟结果盛期;土壤各层含水率在结果盛期最小;不同处理下黄瓜生育期内土壤剖面平均含水率在距地表10 cm处最高。     

淮北平原夏玉米生长期土壤水对降水和地下水的响应

降水-土壤水-地下水的相互转化关系对水资源评估、供需预测、合理开发利用水资源和节水灌溉都有十分重要的意义。基于在淮北平原五道沟试验站进行的作物生长期土壤水分、降水和地下水位的实时监测试验,采用特征参数算法和相关分析方法研究了淮北平原砂姜黑土区土壤水分对降水和地下水的响应。结果表明,雨强较小的降水仅对表层土壤含水量有扰动;作物生长期内土壤水分变化趋势与地下水埋深变化呈相反趋势。夏玉米生长期内50 cm土壤含水率最低,70 cm土壤含水率最高;生长期降水量少时,土壤水和地下水交替更频繁。研究区降水与土壤水的相关系数较低,降水与土壤水之间的关系不能用简单的线性相关来表述。10、50、70 cm土壤含水率都与30 cm土壤含水率相关性最好。地下水埋深与各层土壤含水率都呈负相关,且与30 cm土壤含水率的相关系数最大。