【論文精選】自動感知和控制的節水灌溉系統

《農業工程學報》2018年第34卷第23期刊載了江蘇大學流體機械工程技術研究中心等單位顧哲、袁壽其、齊志明、王新坤、蔡彬和鄭珍的論文——“基于ET和水量平衡的日光溫室實時精準灌溉決策及控制系統”。該研究由十三五國家重點研發計劃(項目號:2016YFC0400202)資助。

有經驗的農民可以根據作物的生長情況和土壤的干濕情況以及天氣情況判斷是否需要灌溉，但是自動灌溉控制系統一開始并沒有這個能力。當前大部分的自動灌溉系統只能進行灌溉量的控制，但至于何時需要灌溉，灌多少的問題仍然依賴人為輸入，致使農民不得不時刻關注田間的狀態。

一些系統采用傳感器自動測量土壤的干濕情況進行灌溉，不需要人為的干預，但僅考慮了土壤因素，灌溉時間和灌水量的確定不夠精準，缺乏較好的科學依據，容易造成損失。該研究的開展正是基于以上情況。

如何科學地確定灌溉時間和灌水量呢？作物和土壤的耗水規律的研究給了很好的解決辦法，把土壤蒸發的水分和作物蒸騰的水分之和稱為蒸散量，蒸散量的大小主要受到天氣情況和作物生長階段的影響，可以通過計算獲得。

因此，在溫室中，不考慮降雨，灌水量就可以設置為蒸散量。灌溉理論的研究也給出了適宜作物生長的土壤濕度的范圍，從而當計算得累積的蒸散量使土壤濕度低于這個范圍時進行灌溉。

采用上述方法，該研究開發了一套自動感知和控制的溫室灌溉系統，能通過溫室內的小型氣象站實時地感知天氣情況，并自動計算蒸散量，估計土壤濕度，判斷是否進行灌溉，一旦確定需要灌溉，則將灌溉量發送給田間控制器，自動地開始和停止灌溉，無需人為干預。

將上述實時的自動感知和控制系統應用到日光溫室番茄的灌溉系統中，試驗結果表明，設計的灌溉系統能按科學方法的計算結果精確控制灌水量，估計的土壤濕度雖然與實際值存在一些偏差但總體趨勢一致，當該值低于適宜的土壤濕度范圍時，系統能準確作出反應觸發灌溉。

該研究將實時灌溉時間和灌水量的決定過程納入到自動灌溉系統中，真正實現了全過程的自動灌溉，可以為其他灌溉系統的自動化改進提供借鑒，從而提高灌溉效率。

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