CN104604652B - 一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统及方法 - Google Patents

一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农业栽培与灌溉技术领域，尤其涉及一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统及方法。该系统包括水源、液位检测装置和负水头装置；液位检测装置包括监测桶、控制器和液位传感器，所述监测桶与水源连接；所述液位传感器位于监测桶内，所述控制器与液位传感器电连接；所述负水头装置包括液位恒定桶、控压管、集气瓶、供液管路和多个陶瓷盘；所述液位恒定桶与监测桶连接；所述控压管的一端与液位恒定桶连接，另一端与集气瓶连接；所述集气瓶通过供液管路与多个陶瓷盘连接；该系统可实现作物蒸发蒸腾量的自动检测、计算和保存，大大降低了劳动强度和因人为因素造成的数据误差。

Description

一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统及方法
技术领域
本发明涉及农业栽培与灌溉技术领域，尤其涉及一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统及方法。
背景技术
作物蒸发蒸腾量又称作物需水量，主要包括植株蒸腾和植株棵间蒸发，是农业生产中最主要的水分消耗部分。作物蒸发蒸腾量既是水量平衡中的重要分量，又是水循环过程中不可或缺的环节以及水管理的有效理论依据。因此，准确测定作物蒸发蒸腾量在降低作物生育期的水分消耗、提高水分利用效率以及发展节水农业灌溉技术等方面均具有非常的重要意义。
目前研究中，测定和估算作物蒸发蒸腾量的方法主要包括：水量平衡法、风调室法、遥感法、涡度相关法以及蒸渗仪法等。其中水量平衡法的测量精度有限、工作强度大；风调室法所得结果不能很好地代表实际作物蒸发蒸腾量情况；遥感法在估算区域蒸发蒸腾量时具有较好的效果，而对于较稀疏的群体，测量精度不高；涡度相关法具有仪器成本昂贵、维护困难及技术复杂等特点；蒸渗仪法也存在设备成本高、安装过程复杂、装土困难等问题。可见，有关作物蒸发蒸腾量的测定方法，至今仍未形成标准化。
负水头灌溉系统是基于负压入渗原理研制而成，通过将一种透水不透气的多孔陶瓷盘埋入土壤(或基质)，并与负水头控制装置连接，能够实现土壤含水量的精确控制。通过读取负水头灌溉系统中储水桶(管)的水面下降高度，即可得到作物的蒸发蒸散量，是一种能够快速、便捷、准确地测量作物蒸发蒸腾量的新方法。但以往采用负水头测定作物蒸发蒸散量的模式，多在盆栽试验中进行，这与实际田间小 区栽培条件下的作物蒸发蒸腾量有很大差别。另外，负水头灌溉系统虽然实现了对作物的自动供液过程，但监测储水桶(管)的液面变化仍需通过人工参与，才能获得作物的蒸发蒸腾量。整个过程既要定时定点地读取液位，又要参与耗液体积的计算等工作，费工费时、精确度差。
因此，针对以上不足，需要一种能够对栽培作物的蒸发蒸腾量进行自动记录、计算和储存的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统及方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供了一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统及方法，能够对栽培作物的蒸发蒸腾量进行自动记录、计算和储存，大大降低了劳动强度和因人为因素造成的数据误差。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其包括水源、液位检测装置和负水头装置；
其中，液位检测装置包括监测桶、控制器和液位传感器，所述监测桶与水源连接；所述液位传感器位于监测桶内，用于检测监测桶内的液位信息；所述控制器与液位传感器电连接，用于存储与计算所述液位信息；
其中，负水头装置包括液位恒定桶、控压管、集气瓶、供液管路和多个陶瓷盘；所述液位恒定桶与监测桶连接；所述控压管的一端与液位恒定桶连接，另一端与集气瓶连接；所述集气瓶通过供液管路与多个陶瓷盘连接；所述陶瓷盘埋设于苗床土层中。
其中，还包括分别与控制器电连接的第一电磁阀和第二电磁阀；所述监测桶的一侧通过第一电磁阀与水源连接，另一侧通过第二电磁阀与液位恒定桶连接。
其中，所述第一电磁阀的高度大于第二电磁阀的高度。
其中，所述液位恒定桶通过浮球装置保持液位恒定不变。
其中，所述监测桶内的液位高于液位恒定桶内的液位。
其中，所述监测桶的上方通过桶盖密封、下方通过第一支架固定。
其中，所述控压管的一端伸入至液位恒定桶的底部，另一端连通于集气瓶底部侧壁。
其中，所述集气瓶的上方设有第一阀门、下方通过第二阀门与供液管路连接。
本发明还提供一种根据该自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统的方法，其包括如下步骤：
S1、将监测桶、液位恒定桶、控压管、集气瓶、供液管路和多个陶瓷盘分别接通水源，利用负压入渗原理使苗床土壤含水量保持稳定；
S2、通过液位传感器检测所述监测桶在不同时刻的液位高度，并将检测到的液位高度反馈至控制器中记作h1、h2；
S3、控制器根据公式πr2(h1-h2)对作物的蒸腾量进行计算，并将计算结果自动保存；其中，π为圆周率，r为圆筒状监测桶的半径。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统在已有负水头灌溉系统的基础上，增加了液位检测装置，实现了作物蒸发蒸腾量的自动检测、计算和保存，大大降低了劳动强度和因人为因素造成的数据误差。
附图说明
图1为本发明实施例自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统的结构示意图。
其中，1：水源；2：监测桶；3：控制器；4：液位恒定桶；5：控压管；6：集气瓶；7：供液管道；8：陶瓷盘；9：第一电磁阀；10：第二电磁阀；11：第一支架；12：桶盖；13：液位传感器；14：封口 盖；15：浮球装置；16：第二支架；17：第一阀门；18：第二阀门；19：栽培作物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其包括水源1、液位检测装置和负水头装置；其中，液位检测装置包括监测桶2、控制器3和液位传感器13，监测桶2与水源1连接，监测桶2可以为圆桶状；液位传感器13位于监测桶2内，用于检测监测桶2内的液位信息(液位高度)，并将检测的液位信息反馈至控制器3中；控制器3与液位传感器13电连接，用于存储与计算反馈的液位信息，可实现批量数据的一次性下载，方便快捷。此外，监测桶2内液位的采集时间也可以通过控制器3自由设定。
而且，该系统基于负压渗入原理，利用负水头装置实现对土壤含水量的精确控制，其包括液位恒定桶4、控压管5、集气瓶6、供液管路7和多个陶瓷盘8；液位恒定桶4与监测桶2连接，而且液位恒定桶4内的液位需要始终保持恒定不变；
控压管5的一端与液位恒定桶4连接，另一端与集气瓶6连接；通过调节控压管5的高度可实现控制供液吸力，从而达到调控土壤含水量的目的；
集气瓶6通过供液管路7与多个陶瓷盘8连接，多个陶瓷盘8埋设于苗床土层中。其中，陶瓷盘8的形状优选为圆形，在陶瓷盘8上设有多孔，陶瓷盘8上的小孔被水充满后，在孔隙中形成一层水膜，达到透水不透气的作用。基于负压入渗原理以及受到作物耗水的影响，灌溉水最终经多孔陶瓷盘8缓慢地渗入土壤，以供栽培作物19生长的需求。
该自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统还包括分别与控制器3电连接的第一电磁阀9和第二电磁阀10；控制器3能够依据监测桶2内液位的变化，实现对第一电磁阀9和第二电磁阀10的控制。监测桶2的一侧通过第一电磁阀9与水源1连接，另一侧通过第二电磁阀10与液位恒定桶4连接。
而且，第一电磁阀9的高度大于第二电磁阀10的高度，也就是说，针对监测桶2而言，可设定一个低液位H1和一个高液位H2，其中液位H1高于第二电磁阀10的位置，液位H2低于第一电磁阀9的位置。监测桶2的液位下降至H1时，控制器3给出信号，关闭第二电磁阀10，同时开启第一电磁阀9，从而实现水源1对监测桶2的自动加液。当监测桶2的液位升高至H2时，第一电磁阀9关闭，同时第二电磁阀10开启，监测桶2的液位将再次下降。如此反复，不断实现对监测桶2的自动加液。
为了实现自动供液功能，监测桶2内的液位高于液位恒定桶4内的液位，可依靠重力作用实现监测桶2为液位恒定桶4的自动供液。
进一步的，监测桶2的上方通过桶盖12密封、下方通过第一支架11固定，结构简单，方便操作。
液位恒定桶4通过浮球装置15保持液位恒定不变，浮球装置15可以为浮球阀，其可保持液位恒定桶4内的液位不变。当然，液位恒定桶4的上方也可通过封口盖14密封。
控压管5的一端伸入至液位恒定桶4的底部，另一端连通于集气瓶6底部侧壁。控压管5由透明材料制成，可为PVC透明管、有机玻璃管或透明软管。
在集气瓶6的上方设有第一阀门17、下方通过第二阀门18与供液管路7连接。第一阀门17用于给集气瓶6充水时排出内部气体；底端侧面安装有第二阀门18，用来控制出液量。优选地，集气瓶6放置于第二支架16上。
本实施例中供液管路7用于沿苗床铺设，且供液管路7呈0.2％-1％倾斜度布置，其中与集气瓶6连接一端要高于另一端。而且集气瓶6内的最低液面要高于供液管路7的最高液面，以方便出液。
本发明还提供一种根据该自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统的方法，其包括如下步骤：
S1、将监测桶、液位恒定桶、控压管、集气瓶、供液管路和多个陶瓷盘分别接通水源，利用负压入渗原理使苗床土壤含水量保持稳定；在土壤吸力与大气压的作用下实现自动控水与供水。
S2、通过液位传感器检测监测桶在不同时刻的液位高度，并将液位信息反馈至控制器中记作h1、h2；例如：通过控制器分别在凌晨零点和当天夜间二十四点分别采集监测桶的液位。
S3、控制器根据公式πr2(h1-h2)计算作物的蒸腾量，并将计算结果自动保存；其中，π为圆周率，r为圆筒状监测桶的半径。栽培作物若进行地膜覆盖处理，所得结果则为作物的蒸腾量。
综上所述，本发明一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统及方法，在已有负水头灌溉系统的基础上，增加了液位检测和控制装置， 实现了作物蒸发蒸腾量的自动检测、计算和保存，大大降低了劳动强度和因人为因素造成的数据误差。当然，该方法还可应用于盆栽作物上，作物栽培方式可以是土壤栽培，也可以是基质栽培。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其特征在于，包括：
水源(1)；
液位检测装置，包括监测桶(2)、控制器(3)和液位传感器(13)，所述监测桶(2)与水源(1)连接；所述液位传感器(13)位于监测桶(2)内，用于检测监测桶(2)内的液位信息；所述控制器(3)与液位传感器(13)电连接，用于存储与计算所述液位信息；
负水头装置，包括液位恒定桶(4)、控压管(5)、集气瓶(6)、供液管路(7)和多个陶瓷盘(8)；所述液位恒定桶(4)与监测桶(2)连接；所述控压管(5)的一端与液位恒定桶(4)连接，另一端与集气瓶(6)连接；所述集气瓶(6)通过供液管路(7)与多个陶瓷盘(8)连接；所述陶瓷盘(8)埋设于苗床土层中；
还包括分别与控制器(3)电连接的第一电磁阀(9)和第二电磁阀(10)；所述监测桶(2)的一侧通过第一电磁阀(9)与水源(1)连接，另一侧通过第二电磁阀(10)与液位恒定桶(4)连接。
2.根据权利要求1所述的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其特征在于，所述第一电磁阀(9)的高度大于第二电磁阀(10)的高度。
3.根据权利要求1所述的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其特征在于，所述液位恒定桶(4)通过浮球装置(15)保持液位恒定不变。
4.根据权利要求1所述的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其特征在于，所述监测桶(2)内的液位高于所述液位恒定桶(4)内的液位。
5.根据权利要求1所述的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其特征在于，所述监测桶(2)的上方通过桶盖(12)密封、下方通过第一支架(11)固定。
6.根据权利要求1所述的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其特征在于，所述控压管(5)的一端伸入至液位恒定桶(4)的底部，另一端连通于集气瓶(6)底部侧壁。
7.根据权利要求1所述的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统，其特征在于，所述集气瓶(6)的上方设有第一阀门(17)、下方通过第二阀门(18)与供液管路(7)连接。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的自记作物蒸发蒸腾量的负水头供液系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将监测桶、液位恒定桶、控压管、集气瓶、供液管路和多个陶瓷盘分别接通水源，利用负压入渗原理使苗床土壤含水量保持稳定；
S2、通过液位传感器检测所述监测桶在不同时刻的液位高度，并将检测到的液位高度反馈至控制器中记作h1、h2；
S3、控制器根据公式πr2(h1-h2)对作物的蒸腾量进行计算，并将计算结果自动保存；其中，π为圆周率，r为圆筒状监测桶的半径。
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