基于调亏理论和模糊控制的寒地水稻智能灌溉策略

为了精确判断寒地水稻需水量并建立合适的智能灌溉策略,进行适时适量灌溉,实现寒地水稻优质高产,设计了基于调亏理论和模糊控制的寒地水稻智能灌溉策略。该智能灌溉策略主要包括模糊控制灌溉和预测灌溉两部分。其中,模糊灌溉模块是二级模糊控制过程,通过一级模糊控制确定当前土壤最佳湿度,二级模糊控制器以当前土壤湿度与最佳土壤湿度的差值和环境温度作为模糊控制器的输入量,建立多因素控制规则库,实现灌溉时间模糊控制。预测灌溉设计通过实时环境数据计算出农田蒸发蒸腾量和土壤渗透系数,建立土壤水分含量变化函数,预测何时需要灌溉。在黑龙江省方正县水稻研究院的田间试验发现,调亏灌溉节水率为20.5%,水稻的结实率和产量也高于人工灌溉,分别提高了4%和8%,说明该策略能有效防止水资源浪费,对降低农业生产成本、提高产量、改善寒地水稻品质有重要的意义。     

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。     

节水灌溉自动控制系统的研究

为了节约植物灌溉用水,提高水资源使用效率,该文采用单片机、传感器、RS-485网络、无线通讯以及变量控制等技术,设计了一套闭环控制的精准灌溉控制系统。该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、土壤水分传感器和阀门控制器组成。其中,底层传感器和阀门控制器通过RS-485总线连接至灌溉监测控制器,灌溉监测控制器通过无线通讯模块与中央监控计算机相连。该系统实现了土壤含水率的在线自动监测,并依据植物的土壤含水率灌溉阈值自动控制灌溉系统。试验表明,该系统可以达到精准灌溉的要求,结合植物的土壤含水率生存阈值和最大生物量     

节水灌溉稻田土壤呼吸变化及其影响因素分析

为了揭示节水灌溉稻田土壤呼吸变化特征及其影响因素,基于蒸渗仪试验结果,分析了不同灌溉模式对稻田土壤呼吸速率日变化的影响,阐明了土壤呼吸速率对节水灌溉干湿交替过程的响应;同时,分析了节水灌溉稻田土壤呼吸速率的影响因子。结果表明,在处理间土壤水分状况差异较小的生育阶段,节水灌溉和常规灌溉稻田土壤呼吸速率日变化规律基本一致;在处理间水分差异较大的生育阶段,控灌稻田土壤呼吸日变化幅度较大,且速率和变化幅度均要大于常灌稻田土壤。控灌稻田全生育期土壤呼吸速率日变化均值为常灌稻田的1.47倍。控灌稻田土壤一般在复水和脱水的临界点上会出现土壤呼吸速率峰值。控灌稻田土壤呼吸速率受土温和土壤水分影响较大。稻田土壤呼吸速率与5 cm土温有较好的指数相关性,控灌稻田土壤达到了显著水平(P0.05)。土壤体积含水率在35%~55%之间时,土壤体积含水率43%为控灌稻田土壤呼吸的一个临界值,当土壤体积含水率低于临界值时,土壤呼吸速率随着土壤含水率的升高而逐渐增大(P0.05),当土壤体积含水率超过临界值时,土壤呼吸速率随着土壤含水率的增大而降低(P0.05)。研究结果为更加全面地评价节水灌溉的生态环境效应,同时为准确评估稻田生态系统碳源/汇特征提供依据。     

自动控制技术在节水灌溉中的应用

本文介绍了应用在节水灌溉领域中的自动控制技术，对它的类型和应用情况作了较详细的说明，并介绍了国内外的现状及发展趋势。     

试论计算机在节水灌溉中的应用

计算机的应用已经深入到节水灌溉领域，本文对计算机在该领域内的应用的软、硬件设施及应用领域作了简要介绍。     

论决策支持系统在我国节水灌溉中的应用

本文根据节水灌溉的特点论述了DSS在节水灌溉中应用的必要性，综合分析了国内节水灌溉DSS应用的现状、存在的问题及未来的发展战略。     

基于模糊控制与虚拟仪器的灌溉决策系统研究

针对节水灌溉受多因素影响难以建立精确控制模型的特点,开发了基于虚拟仪器平台的作物灌溉模糊决策控制系统。该系统由传感器、测量仪、数据采集卡、LabVIEW软件平台等组成,将土壤水势和作物腾发量作为输入量,采用Fuzzy Logic Control Toolkit工具包设计模糊控制器,建立多因素控制规则库,实现作物灌溉需水量的模糊决策。试验结果表明该系统界面友好,操作简单,能对作物需水量进行综合判断与决策管理,为节水灌溉提供科学的依据。     

水稻灌溉方法优化的研究

经过近两年４个单季水稻灌溉方法试验的结果提出，对于渗水厉害的沙壤土质农改田，旱灌法既省工，节水又不甚影响产量，是所有参加试验方法中最理想的灌水方法，值得向大田推广。     

基于模糊控制的精确灌溉系统

设计了基于模糊控制的节水灌溉系统,由作物蒸腾量和土壤水势为输入,以作物需水量为输出,通过对输入变量的模糊化、模糊推理和反模糊化,获得了作物的需水量,采用三星单片机为核心,由作物蒸腾和水势变送器分别测量作物蒸腾量和土壤水势,使用分段模糊控制策略构成灌溉系统。试验结果表明：该系统能快速准确地计算出作物的需水量,有效地实现了节水灌溉。     

产芝水库灌区农田水分转化及节水灌溉模式分析

在长期田间试验的基础上,建立了产芝水库灌区典型农田的土壤水分运动模型。结果表明,常规灌溉条件下灌区农田水分的无效渗漏量较大,降水和灌溉与土壤深层渗漏和农田蒸散量之间存在明显的正相关关系。基于作物的土壤水分调节标准,模拟得到灌区不同降水年型的节水灌溉模式,与常规灌溉相比,节水灌溉模式在丰水年可节省水240 mm,平水年140 mm,枯水年为90 mm,并且农田渗漏量显著低于常规灌溉,丰水年、平水年和枯水年的全年平均农田渗漏强度分别减少了0.66、0.35和0.27 mm/d。在作物关键生育期合理控制灌水量,能够保证作物正常需水的同时减少土壤水的无效渗漏,从而提高灌溉水的利用效率。     

节水灌溉工程模糊神经网络综合评价模型研究

以模糊理论与神经网络相结合，提出了节水农业灌溉工程模糊神经网络综合评价方法，该方法网络识别率超过传统的方法，克服了模糊系统中的精度问题，其效果又比仅使用人工神经网络系统理论系统的优越。结合河南某节水农业试范区，进行了节水灌溉工程模糊神经网络综合评价分析，评判结果合理、方法简便实用。     

柑橘园水肥一体化滴灌自动控制装置的研制

为实现建设有独立水池和独立液肥池的柑橘园的水肥滴灌的自动控制,研制了一个干电池供电的水肥一体化滴灌定时控制装置。该装置通过2个电磁阀的开关操作分别控制2个池中的清水和液肥进入滴灌管网的顺序和时间,实现水肥一体化滴灌的自动控制。充分利用了休眠机制和电源管理技术,其静态电流小于11.2A。经连续6个月的实际应用试验表明,装置运行稳定可靠,其电池电压仅从初始值9.35V下降为8.50V。该装置操作简单,既可以进行水肥一体化滴灌,又可以进行清水滴灌,还可以将多套装置进行组合实现轮灌以控制更大的灌溉面积,具有推广应用前景。     

基于ET和水量平衡的日光温室实时精准灌溉决策及控制系统

为提高日光温室的灌溉水利用效率,充分发挥现有灌溉决策理论的指导作用,该文构建了基于ET和水量平衡方法的实时精准灌溉决策及控制系统。以句容布戴庄村樱桃番茄温室为试验对象,给出了利用ET和水量平衡方法的灌溉决策实施过程,即当田间蒸发蒸腾总量大于土壤中可供作物利用水分时触发灌溉,灌水量等于自上一次灌溉起蒸散量的总和。采用Java语言开发了灌溉决策软件ETSch,可实现以温室内气象数据为基础对不同地点的灌溉决策项目进行管理;设计了温室精准滴灌系统并研制了基于单片机的灌溉控制器软硬件,通过ETSch软件与控制器的连接,建立了从田间气象信息获取到灌溉决策软件运行,再到灌溉及控制系统的集成化自动精准灌溉模式。试验结果表明,该实时精准灌溉决策及控制系统的平均灌水总量控制平均误差为1.1%,系统运行稳定,节约人工;尽管采用ET和水量平衡方法低估了实际土壤含水率,但总体趋势一致,能实现合理有效的灌溉决策。该研究可为实现灌溉决策和控制系统的集成提供参考,为进一步提高灌溉效果和用水效率提供借鉴。     

基于无线传感网络与模糊控制的精细灌溉系统设计

为准确判断作物需水量并确立合适的灌溉控制策略,实现作物的自动、定位、实时与适量灌溉,设计了基于ZigBee无线传感网络与模糊控制方法的精细灌溉系统。该系统通过ZigBee无线传感器网络采集土壤水势与微气象信息（包括环境温度、湿度、太阳辐射与风速等）,并传输灌溉控制指令;结合FAO56 Penman-Monteith公式计算农田蒸散量,并将农田蒸散量和土壤水势作为模糊控制器的输入量,建立了多因素控制规则库,实现了作物灌溉需水量的模糊控制。试验结果表明该系统经济实用、通信可靠、控制准确性高,特别适用于中小型灌溉区域的精细灌溉。     

适宜节水灌溉模式抑制寒地稻田N_2O排放增加水稻产量

2014年在大田试验条件下,设置控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌4种水分管理模式,采用静态暗箱-气相色谱法田间观测寒地水稻生长季N2O排放特征,研究不同灌溉模式对寒地稻田N2O排放的影响及N2O排放对土壤环境要素的响应,同时测定水稻产量,以期为寒地稻田N2O排放特征研究提供对策。结果表明:不同灌溉模式下N2O排放的高峰均出现在水分交替频繁阶段,水稻生育阶段前期,各处理N2O排放都处于较低水平,泡田期几乎无N2O排放。与淹灌相比,间歇灌溉使N2O排放总量增加47.3%,控制灌溉和浅湿灌溉使N2O排放总量减少40.7%和39.6%。寒地稻田N2O排放通量与土壤硝态氮含量关系密切,与土壤10 cm温度显著相关(P0.05)。水稻生长期间各处理N2O排放顺序间歇灌溉淹灌,二者均显著高于浅湿灌溉和控制灌溉(P0.05)。各处理水稻产量以浅湿灌溉最低、其他方式差异不显著。可见,间歇灌溉有助于提高水稻产量,但会促进稻田N2O的排放。在综合考虑水稻产量及稻田温室效应的需求下,控制灌溉为最佳灌溉方式,应予以高度重视。该研究可为黑龙江寒地稻作区选择节水减排模式提供科学支撑。     

无线数据传输在节水灌溉自动控制中的应用

采用自动控制技术实现节水灌溉是当今的发展方向之一。该文给出了节水灌溉自动化系统中的无线数据采集子系统、节水灌溉自动控制子系统、系统控制软件结构设计和抗干扰措施。利用nRF903收/发芯片实现数据的无线传输,采集端将传感器的输出信号进行模数转换,利用无线数字传输技术将数据发送到接收端,在接收端对数据进行存储和显示。该文从硬件和软件两方面描述了系统的设计及实现方法。实践证明,该系统使用灵活,数据传输可靠,更适合不便连线的测试和控制场合应用。