CN105631756A - 一种根据温度积量和温度积量差调整施肥的系统和设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种解决温度积量和温度积量差调整施肥的系统和方法，该系统包括温度检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块，在中央分析控制模块中的运算方法是建立温度积量差级别与施肥信息数据之间的关系公式，所述公式为：
Description
技术领域
本发明涉及作物施肥领域，具体是指一种根据温度积量和温度积量差调整施肥的系统和设备及其方法。
背景技术
温度是自然界调控植物由营养生长向生殖生长转变主要因子之一，植物的生理活动、生化反应，生长发育等要在一定的温度范围内进行。温度也是农产品营养成分(糖、蛋白质、维生素等)形成的重要因素，这些营养成分在作物生长过程中逐渐形成，每种农产品对于白天或者夜间的温度的要求是不一样的，当白天温度过高或者夜间温度太低，种子的发芽率降低，营养成分会偏低。
王聪艳等人在安徽农业科学杂志上发表的《温度对西瓜种子发芽的影响》研究指出将种子放在不同的温度下进行发芽培养,种子的日发芽动态差异较大。在15℃恒温培养条件下的种子在第6天开始发芽,而在20℃和25℃恒温培养条件下的种子分别在第4天和第3天就开始发芽。这表明在温度不断升高，且低于烧苗或烧坏种子的温度情况下，温度升高，种子发芽的时间变短，这说明在种子适宜发芽温度区间内，需要温度达到一定的积累量种子才能发芽。
西北农林科技大学的硕士研究论文《结果期不同温度和光照处理度番茄品质的影响》中显示：番茄结果期4个不同生理时期的光合作用表现不一致，温室番茄结果初期、转色期在温室内自然温度增加3～5℃(约27±2℃)，处理下番茄叶片光合作用最强；而果实膨大期在温室内自然温度增加6～8℃(约30±2℃)，并且在温室内自然光照处理下番茄叶片光合作用最强；在近成熟期在温室内自然温度，处理下番茄叶片光合作用最强，光合作用增强会影响番茄的内在品质。
虽然研究表明作物在生长过程中需要一定的温度积量，但自然环境下的温度情况经常不能满足作物对温度的需求，目前对于温度补偿的方法有很多，但是却很少有研究报道对作物增加施肥量来弥补作物所需，并且也没有研究报道根据温度积量和温度积量差来对作物施肥的方法和设备。在农作物的生长过程中，肥料是必不可少的，为植物施以合适的肥料不仅可提高作物生长速率，还能弥补温度积量不足情况下的生长差值。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种根据温度积量和温度积量差调整施肥的系统，其特征在于该系统包括温度检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块；
其中温度检测模块包含温度检测设备，测定作物所处环境下的温度数据；
中央分析控制模块中包括温度分析模块、运算模块、输入模块，输入模块连接温度分析模块和运算模块；
所述温度分析模块接收温度数据进行分析和温度积量差分级，并输出温度积量差级别到运算模块；
所述运算模块中设有温度积量差级别与施肥信息之间的运算公式，根据运算公式得到与温度积量差级别相匹配的施肥信息，并传输到自动施肥模块；
所述输入模块包括施肥信息参数的调整输入端、温度信息输入端和作物相关信息输入端；
自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
所述温度积量差级别K为{D，X}或者{N，Y}，所述{D，X}表示白天的温度积量差级别，0≤X≤7；所述{N，Y}表示夜间的温度积量差级别，0≤Y≤6；所述温度积量差级别由白天温度积量或者夜间温度积量与作物所需白天或者夜间的温度积量的差值来确定，所述X表示白天温度积量差度，所述Y表示夜间温度积量差度；
X的确定方法为：35X～35(X+1)℃＝白天温度积量-作物所需白天温度积量；
Y的确定方法为：35Y～35(Y+1)℃＝夜间温度积量-作物所需夜间温度积量；
所述白天温度积量是指一周内每天白天平均温度的总和；
所述夜间温度积量是指一周内每天夜间平均温度的总和；
所述白天平均温度是指上午6时到下午6时的平均温度；
所述夜间平均温度是指下午6时到第二天上午6时的平均温度。
优选的，所述温度检测设备中包括温度传感器、温度数据输出设备。
优选的，所述温度积量差级别还可通过预先人工输入或者通过连接互联网获取；所述预先人工输入是指工作人员根据未来一天或者一周的温度情况来预先设定温度积量差级别；所述通过连接互联网获取是指温度分析模块中设有能够自动获取未来一天或一周温度信息的系统，该系统与互联网通过有线或无线方式连接。
优选的，所述中央分析控制模块中的运算公式为：
所述运算公式中表示温度积量差级别与作物相关信息以及土壤湿度的组合；
所述运算公式f表示温差级别与作物相关信息的组合与施肥信息之间的对应关系；
所述施肥信息包括肥料品种、肥料总重量、浓度、施肥时间以及自动施肥方式；
运算公式中所述K表示温度积量差级别；所述P表示作物相关信息；所述H表示土壤湿度；所述F表示肥料的品种；所述R表示所述肥料各品种的重量比例；所述W表示所述每亩所施肥料的重量；所述C表示肥料的浓度；所述T表示施肥时间，施肥时间是指达到温度积量差级别后开始施肥的时间，即施肥起始时间；所述M表示自动施肥方式；所述O表示其他施肥信息；
所述其他施肥信息包括施肥周期、自动施肥流量；
其中运算公式中的K、P、F、H、R、W、C、T、M、O可以在自动施肥前通过输入模块进行人工设定、调整或保存。
优选的，所述作物相关信息包括作物品种、作物占地面积、作物生长时期、作物的适宜温度积量；
所述作物品种包括番茄、黄瓜、白菜、马铃薯、豆角、萝卜、西瓜、大豆、玉米、水稻、棉花；
所述作物生长时期包括播种期、幼苗期、快速生长期、开花期、结果期。
优选的，自动施肥前可选择预存的运算公式中的各自动施肥信息值。
优选的，所述肥料品种F包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、复混肥、微生物肥、水溶性肥料、土壤调理剂及功能性肥料；
所述施肥方式M包括撒施、条施、沟施、穴施、冲施、微灌施肥、叶面喷施及精准施肥。
优选的，其中所述温度积量差级别K≥{D，3}级时或者K≥{N，2}，所述施肥时间0≤T≤2h，每亩所施肥料的重量为1kg≤W≤50kg，肥料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、复混肥、微生物肥、水溶性肥料、土壤调理剂及功能性肥料的一种或几种。
优选的，其中所述温度积量差级别K≥{D，5}级时或者K≥{N，4}，所述施肥时间0≤T≤0.5h，每亩所施肥料的重量为10kg≤W≤50kg，肥料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、复混肥、微生物肥、水溶性肥料、土壤调理剂及功能性肥料的一种或几种。
优选的，所述自动施肥模块中包括肥料组成自动调配系统以及自动施肥喷灌或微灌系统；
所述肥料组成自动调配系统是指能够接受中央分析控制装置的施肥信息数据自动配置所需肥料的系统，包括称量系统、搅拌系统、肥料运输系统；
所述自动施肥喷灌系统包括固定式喷灌系统、半固定式喷灌系统以及移动式喷灌系统；
所述自动施肥微灌系统包括滴灌系统、微喷灌系统、小管出流灌系统以及渗灌系统。
本发明还提供一种根据温度积量和温度积量差调整施肥的设备组，其特征在于包括温度检测设备、中央分析控制设备以及自动施肥设备并依次连接；
所述温度检测设备是指测定作物所处环境下的温度强度的设备，包括温度传感器、温度信息输出装置，温度传感器通过信号连接温度信息输出装置；
所述中央分析控制设备是指能够将检测到的温度信息进行分析得到温度积量差级别，能够通过运算将温度积量差级别、作物相关信息与施肥信息相匹配，并且还设有输入施肥信息参数和温度信息数据的输入设备，；
所述自动施肥设备是指能够接受中央分析控制系统输出的施肥信息数据并进行自动施肥操作的系统，包括肥料组成自动调配装置和自动施肥喷灌或滴灌装置。
本发明还提供应用上所述系统或设备组解决温度积量差下作物生长异常的自动施肥方法，其中所述作物品种包括番茄、黄瓜、白菜、马铃薯、豆角、萝卜、西瓜、大豆、玉米、水稻、棉花；所述肥料品种包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、复混肥、微生物肥、水溶性肥料、土壤调理剂及功能性肥料。
本发明的有益效果：
1、解决温度积量不足或过大的情况下，自动施肥以补偿作物生长过程中营养元素的缺失；
2、节约人力成本，自动检测环境温度情况，实现自动化施肥；
3、自动调节作物的生长发育和形态建成、缩短培养周期、提高品质，而且能够大大减少能耗，降低成本；
4、该方法具有监控和管理功能，使温度积量过大或不足的情况下自动施肥系统更加智能化和人性化。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1
以播种期西瓜作为实验作物，采用本发明提供的系统来解决西瓜种子发芽期温度积量差的自动施肥问题，该系统包括温度检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块；
其中温度检测模块包含温度检测设备，测定作物所处环境下的温度数据；中央分析控制模块中包括温度分析模块、运算模块、输入模块，输入模块连接温度分析模块和运算模块；温度分析模块接收温度数据进行分析和温度积量差分级，并输出温度积量差级别到运算模块；运算模块中设有温度积量差级别与施肥信息之间的运算公式，根据运算公式得到与温度积量差级别相匹配的施肥信息，并传输到自动施肥模块；输入模块包括施肥信息参数的调整输入端、温度信息输入端和作物相关信息输入端；自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
10亩西瓜种子(P：作物相关信息)所需白天温度积量为25℃×7d(天)，环境温度周一为12℃，周二为14℃，周三为12℃，周四为16℃，周五为20℃，周六为15℃，周日为10℃；一周平均环境湿度为60％。
首先在作物相关信息输入端输入西瓜播种期和所需白天温度积量为175℃，西瓜播种期温度积量差级别K为{D，X}，X的确定方法为：35X～35(X+1)℃＝白天温度积量-作物所需白天温度积量，即35X～35(X+1)℃＝(12+14+12+16+20+15+10)℃-175℃，输出X为1，得到K＝{D，1}
然后根据中央分析控制模块中的运算公式为：
运算得到，此处F＝(有机肥、氮肥、磷肥、钾肥)；
此处R为W有机肥：W氮肥：W磷肥：W钾肥＝10:2:1.5:1.5；
此处W＝15kg；
此处C＝2％；
此处施肥时间T＝30分钟；
此处M＝穴施；
所述O表示其他施肥信息，此处没有其他施肥信息。
将上述施肥信息传输到自动施肥模块，自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥，通过肥料组成自动调配装置配置肥料，并通过自动施肥滴灌装置，对播种期西瓜进行穴施施肥。
实施例2
以莲座期大白菜作为实验作物，采用本发明提供的系统来解决大白菜温度积量差的自动施肥问题，该系统包括温度检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块；
10亩莲座期大白菜(P：作物相关信息)，莲座期时间为3周，平均每周的所需白天温度积量为20℃×7d(天)，环境温度周一为5℃，周二为4℃，周三为8℃，周四为5℃，周五为7℃，周六为10℃，周日为6℃；一周平均环境湿度为55％。
首先在作物相关信息输入端输入西瓜播种期和所需白天温度积量为140℃，莲座期大白菜温度积量差级别K为{D，X}，X的确定方法为：35X～35(X+1)＝白天温度积量-作物所需白天温度积量，即35X～35(X+1)℃＝(5+4+8+5+7+10+6)℃-140℃，输出X为2，得到K＝{D，2}
然后根据中央分析控制模块中的运算公式为：
运算得到，此处F＝(有机碳肥、氮肥、磷肥、钾肥)；
此处R为W有机碳肥：W氮肥：W磷肥：W钾肥＝6:2:1.3；
此处W＝12kg；
此处C＝2％；
此处施肥时间T＝30分钟；
此处M＝滴灌喷施；
所述O表示其他施肥信息，此处没有其他施肥信息。
将上述施肥信息传输到自动施肥模块，自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥，通过肥料组成自动调配装置配置肥料，并通过自动施肥滴灌装置，对大白菜进行滴灌施肥。
实施例效果表明本发明可以解决温度积量不足或过大的情况下，自动施肥以补偿作物生长过程中营养元素的缺失；节约人力成本，自动检测环境温度情况，实现自动化施肥；自动调节作物的生长发育和形态建成、缩短培养周期5～7天、提高品质，而且能够大大减少能耗，降低成本；该方法具有监控和管理功能，使温度积量过大或不足的情况下自动施肥系统更加智能化和人性化。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (12)
1.一种根据温度积量和温度积量差调整施肥的系统，其特征在于该系统包括温度检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块；
其中温度检测模块包含温度检测设备，测定作物所处环境下的温度数据；
中央分析控制模块中包括温度分析模块、运算模块、输入模块，输入模块连接温度分析模块和运算模块；
所述温度分析模块接收温度数据进行分析和温度积量差分级，并输出温度积量差级别到运算模块；
所述运算模块中设有温度积量差级别与施肥信息之间的运算公式，根据运算公式得到与温度积量差级别相匹配的施肥信息，并传输到自动施肥模块；
所述输入模块包括施肥信息参数的调整输入端、温度信息输入端和作物相关信息输入端；
自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
所述温度积量差级别K为{D，X}或者{N，Y}，所述{D，X}表示白天的温度积量差级别，0≤X≤7；所述{N，Y}表示夜间的温度积量差级别，0≤Y≤6；所述温度积量差级别由白天温度积量或者夜间温度积量与作物所需白天或者夜间的温度积量的差值来确定，所述X表示白天温度积量差度，所述Y表示夜间温度积量差度；
X的确定方法为：35X～35(X+1)℃＝白天温度积量-作物所需白天温度积量；
Y的确定方法为：35Y～35(Y+1)℃＝夜间温度积量-作物所需夜间温度积量；
所述白天温度积量是指一周内每天白天平均温度的总和；
所述夜间温度积量是指一周内每天夜间平均温度的总和；
所述白天平均温度是指上午6时到下午6时的平均温度；
所述夜间平均温度是指下午6时到第二天上午6时的平均温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述温度检测设备中包括温度传感器、温度数据输出设备。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述温度积量差级别还可通过预先人工输入或者通过连接互联网获取；所述预先人工输入是指工作人员根据未来一天或者一周的温度情况来预先设定温度积量差级别；所述通过连接互联网获取是指温度分析模块中设有能够自动获取未来一天或一周温度信息的系统，该系统与互联网通过有线或无线方式连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述中央分析控制模块中的运算公式为：
所述运算公式中表示温度积量差级别与作物相关信息以及土壤湿度的组合；
所述运算公式f表示温差级别与作物相关信息的组合与施肥信息之间的对应关系；
所述施肥信息包括肥料品种、肥料总重量、浓度、施肥时间以及自动施肥方式；
运算公式中所述K表示温度积量差级别；所述P表示作物相关信息；所述H表示土壤湿度；所述F表示肥料的品种；所述R表示所述肥料各品种的重量比例；所述W表示所述每亩所施肥料的重量；所述C表示肥料的浓度；所述T表示施肥时间，施肥时间是指达到温度积量差级别后开始施肥的时间，即施肥起始时间；所述M表示自动施肥方式；所述O表示其他施肥信息；
所述其他施肥信息包括施肥周期、自动施肥流量；
其中运算公式中的K、P、F、H、R、W、C、T、M、O可以在自动施肥前通过输入模块进行人工设定、调整或保存。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述作物相关信息包括作物品种、作物占地面积、作物生长时期、作物的适宜温度积量；
所述作物品种包括番茄、黄瓜、白菜、马铃薯、豆角、萝卜、西瓜、大豆、玉米、水稻、棉花；
所述作物生长时期包括播种期、幼苗期、快速生长期、开花期、结果期等。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于自动施肥前可选择预存的运算公式中的各自动施肥信息值。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述肥料品种F包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、复混肥、微生物肥、水溶性肥料、土壤调理剂及功能性肥料；
所述施肥方式M包括撒施、条施、沟施、穴施、冲施、微灌施肥、叶面喷施及精准施肥。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于其中所述温度积量差级别K≥{D，3}级时或者K≥{N，2}，所述施肥时间0≤T≤2h，每亩所施肥料的重量为1kg≤W≤50kg，肥料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、复混肥、微生物肥、水溶性肥料、土壤调理剂及功能性肥料的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于其中所述温度积量差级别K≥{D，5}级时或者K≥{N，4}，所述施肥时间0≤T≤0.5h，每亩所施肥料的重量为10kg≤W≤50kg，肥料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、复混肥、微生物肥、水溶性肥料、土壤调理剂及功能性肥料的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述自动施肥模块中包括肥料组成自动调配系统以及自动施肥喷灌或微灌系统；
所述肥料组成自动调配系统是指能够接受中央分析控制装置的施肥信息数据自动配置所需肥料的系统，包括称量系统、搅拌系统、肥料运输系统；
所述自动施肥喷灌系统包括固定式喷灌系统、半固定式喷灌系统以及移动式喷灌系统；
所述自动施肥微灌系统包括滴灌系统、微喷灌系统、小管出流灌系统以及渗灌系统。
11.一种根据温度积量和温度积量差调整施肥的设备组，其特征在于包括温度检测设备、中央分析控制设备以及自动施肥设备并依次连接；
所述温度检测设备是指测定作物所处环境下的温度的设备，包括温度传感器、温度信息输出装置，温度传感器通过信号连接温度信息输出装置；
所述中央分析控制设备是指能够将检测到的温度信息进行分析得到温度积量差级别，能够通过运算将温度积量差级别、作物相关信息与施肥信息相匹配，并且还设有输入施肥信息参数和温度信息数据的输入设备；
所述自动施肥设备是指能够接受中央分析控制系统输出的施肥信息数据并进行自动施肥操作的系统，包括肥料组成自动调配装置和自动施肥喷灌或滴灌装置。
12.应用权利要求1所述系统或11所述的设备组解决温度积量差下作物生长异常的自动施肥方法，其中所述作物品种包括番茄、黄瓜、白菜、马铃薯、豆角、萝卜、西瓜、大豆、玉米、水稻、棉花；所述肥料品种包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、复混肥、微生物肥、水溶性肥料、土壤调理剂及功能性肥料。
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