CN105706607A - 一种解决温差过大下作物问题的自动施肥系统和设备及其方法 - Google Patents

一种解决温差过大下作物问题的自动施肥系统和设备及其方法 Download PDF

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    • A01C21/005Following a specific plan, e.g. pattern

Abstract

本发明提供一种解决温差过大下作物问题的自动施肥系统,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差级别与施肥信息数据之间的关系公式,所述公式为:

Description

一种解决温差过大下作物问题的自动施肥系统和设备及其 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及作物施肥领域,具体是指一种解决温差过大下作物问题的自动施肥系 统和设备及其方法。
背景技术
[0002] 温度是植物生长的重要条件之一,温度是植物生长、开花以及结果的重要信号。植 物的生理活动生长发育都要在一定的温度范围内进行。当温度低于或高于植物所能忍受的 温度范围时,生长逐渐缓慢、停止,发育受阻,植物开始受害甚至死亡。作物的光合器官对温 度极为敏感,昼夜温差可调节光合器官机能。叶绿素荧光作为作物光合作用研究的探针,可 有效反映作物光合机构的实际状态。
[0003] 已有研究表明:作物叶片的叶绿素合成、光系统活性、叶气交换和酶等都会受到昼 夜温差的影响。昼夜温差可影响植株叶片和果实的营养成分,从而可调节设施作物的收获 期、产量和果实品质。研究表明,负昼夜温差比正昼夜温差更能促进风铃草花芽分化,导致 提前开花。研究还证实,正昼夜温差能延迟温室番茄开花和收获期,且昼夜温差愈大,收获 期延迟愈长。有的研究也表明,昼夜温差愈小,温室黄瓜花芽分化愈提前,负昼夜温差处理 可减少黄瓜开花数,正温差处理能有效改善黄瓜品质和提高果实产量,以上研究表明温差 对作物的生长影响是比较大的。
[0004] 当自然环境温度不能满足作物的适宜温差时,或者温度不适宜,人们开始人工干 预温度对作物的影响。
[0005] CN201410045246.0本发明为一种农作物根区昼夜温差控制系统,主要由布置于农 作物根区的流体循环管、感温元件和储热箱流,储冷箱流,流体加热、制冷装置,温度显示 器,温控器及相互连接的管路和线路构成;该系统根据农作物的不同品种及不同时期所需 的昼夜最适温度设定温控器的操作温度,对农作物根区提供白天和夜晚两种不同的温度, 来调节作物对温度的需要。
[0006] 虽然上述专利提供了温差控制的系统,但是该系统也仅仅是补偿作物对温度的依 赖因素,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作物处与温差下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度,还能 弥补温差过大下的生长差值。
发明内容
[0007] 为解决上述问题,本发明提供一种解决温差过大下作物问题的自动施肥系统,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;
[0008] 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;
[0009 ]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;
[0010]所述温度分析模块接收温度数据进行分析和温差分级,并输出温差级别到运算模 块;
[0011]所述运算模块中设有温差级别与施肥信息之间的运算公式,根据运算公式得到与 温差级别相匹配的施肥信息,并传输到自动施肥模块;
[0012] 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;
[0013] 自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
[0014] 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。
[0015] 优选的,所述温差级别K = -Ii~11,
[0016] 所述K是由日最高温度和日最低温度的差值来确定,确定方法为日最高温度-日最 低温度-作物适宜温差=3K~3(K+1)时,K为整数;
[0017] 当日最高温度-日最低温度-作物适宜温差> 36 °C时,所述K = 11;
[0018] 当日最高温度-日最低温度-作物适宜温差<-33°C时,所述K = -Il;
[0019] 所述作物适宜温差=作物适宜最高温度-作物适宜最低温度;
[0020] 所述日最高温度是指上午11时到下午3时的日间最高温度;
[0021] 所述日最低温度是指下午6时到第二天上午6时的夜间最低温度。
[0022]优选的,所述温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。
[0023] 优选的,所述中央分析控制模块中的运算公式为:$ (KP,W)=八
[0024] 所述运算公式中识表示温差级别与作物相关信息以及土壤湿度的组合;
[0025] 所述运算公式f表示温差级别与作物相关信息的组合炉与施肥信息之间的对应关 系;
[0026] 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;
[0027] 运算公式中所述K表示温差级别;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0表示其他施肥信息;
[0028] 所述其他施肥信息包括施肥周期、自动施肥流量;
[0029] 其中运算公式中的!({{、!!、!^^、(^!^、◦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。
[0030] 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 适宜温差;
[0031] 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;
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 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;
[0035] 所述氮肥包括碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、氨水、液氨、硝酸钠、硝酸钙、硝酸铵、硝 酸铵钙、硫硝酸铵、尿素;
[0036] 所述钾肥包括氯化钾、硫酸钾、草木灰、钾泻盐、磷酸一钾(磷酸二氢钾);
[0037] 所述磷肥包括磷酸一铵、磷酸二铵、双烧磷肥、钙镁磷肥、重过磷酸钙、过磷酸钙、 颗粒磷肥、富过磷酸钙、磷酸铵、白磷肥、磷酸氢钙;
[0038] 所述微生物肥料包括农用微生物菌剂、复合微生物肥和生物有机肥;
[0039 ]所述水溶性肥料包括大量元素水溶肥、中微量元素水溶肥、微量元素水溶肥、氨基 酸水溶肥、腐殖酸水溶肥;
[0040] 所述功能性肥料包括叶面肥、络合态微肥、二氧化碳肥、有益元素肥料。
[0041] 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。
[0042]优选的,其中所述温差级别K 2 4级时,所述施肥时间Oh < T < 2h,每亩所施肥料的 重量为Ikg SWS 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;
[0043] 所述温差级别K 2 8级时,所述施肥时间Oh < T < 0.5h,每亩所施肥料的重量为IOkg < WS 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。
[0044] 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;
[0045] 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;
[0046] 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;
[0047] 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。
[0048] 本发明还提供一种解决温差过大下作物问题的自动施肥设备组,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;
[0049] 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;
[0050] 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差级别,能 够通过运算将温差级别、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 和温度信息数据的设备,;
[0051] 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。
[0052] 本发明还提供应用上述系统或设备组解决温差过大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。
[0053]本发明的有益效果:
[0054] 1、解决温差不适宜的情况下,自动施肥以补偿作物生长过程中营养元素的缺失;
[0055] 2、节约人力成本,自动检测环境温度情况,实现自动化施肥;
[0056] 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;
[0057] 4、该方法具有监控和管理功能,使温差过大下自动施肥系统更加智能化和人性 化。
具体实施方式
[0058]下面对本发明的具体实施方式作进一步说明:
[0059] 实施例1
[0060]以幼苗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差过大下 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;
[0061]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;
[0062 ]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;
[0063] 所述温度分析模块接收温度数据进行分析和温差分级,并输出温差级别到运算模 块;
[0064] 所述运算模块中设有温差级别与施肥信息之间的运算公式,根据运算公式得到与 温差级别相匹配的施肥信息,并传输到自动施肥模块;
[0065] 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。
[0066] 所述温度检测设备中包括温度传感器、温度数据输出设备。
[0067]幼苗期大白菜的适宜白天平均温度为24°C,适宜夜间平均温度为15°C;
[0068] 温度检测器中温度传感器检测到当前最高温度为28°C,夜间最低温度为8°C ;通过 日最高温度-日最低温度-作物适宜温差=3K~3(K+1),即28-8-(24-15) =3K~3(K+1),,确 定 Κ = 3,
[0069] 在输入模块中输入土壤湿度Η=85%,输入作物相关信息P =大白菜,幼苗期,作物 面积10亩和温差级别K = 3;
[0070] 通过运算模块的运算公式:φ = /(^及,评义:,:^财,0),运算得到,此处?= (有机碳肥、氮肥、磷肥、钾肥);
[0071 ]此处尺为评棚碗E: WaiE: W溯E: WiflE= 4:3:1:12;
[0072] 此处W =IOkg;
[0073] 此处 C = O .2%;
[0074] 此处施肥时间T = 30分钟;
[0075] 此处M =滴灌喷施;
[0076] 所述0表示其他施肥信息,此处没有其他施肥信息。
[0077] 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,对幼苗期大白菜进行滴 灌施肥。
[0078] 实施例2
[0079]以幼苗期黄瓜作为实验作物,采用本发明提供的系统来解决黄瓜温差过大下的自 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;
[0080] 幼苗期黄瓜的适宜白天平均温度为30°C,适宜夜间平均温度为15°C ;
[0081] 温度检测器中温度传感器检测到当前白天最高温度为18°C,夜间最低温度为11 °C ;通过日最高温度-日最低温度-作物适宜温差=3K~3(K+1),即18-11-(30-15) = 3K~3 (1(+1),确定1( = -2,
[0082]在输入模块中输入土壤湿度Η=75%,输入作物相关信息P =黄瓜,幼苗期,作物面 积5亩和温差级别K = _2;
[0083] 通过运算模块的运算公式:φ (心Ρ, Η) = /(F, /?, M/, C, Γ, Μ, 0),运算得到,此处F = (氨基酸水溶肥、氮肥、磷肥、钾肥);
[0084] 此处1?为%_潮6:胃麵:術娜:1|職=3:3:1:2;
[0085] 此处W= 12kg;
[0086] 此处 C = O .2%;
[0087] 此处施肥时间T = 30分钟;
[0088] 此处M =滴灌喷施;
[0089] 所述0表示其他施肥信息,此处没有其他施肥信息。
[0090] 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,对幼苗期黄瓜进行滴灌 施肥。
[0091] 实施例效果表明采用本发明的方法可以解决温差不适宜的情况下,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,使温差过大下自动施肥系统更加智能化 和人性化。
[0092] 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. 一种解决温差过大下作物问题的自动施肥系统,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差分级,并输出温差级别到运算模块; 所述运算模块中设有温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。
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,其特征在于所述温差级别K = -ll~11,所述K是由日最 高温度和日最低温度的差值来确定,确定方法为日最高温度-日最低温度-作物适宜温差= 3Κ~3(Κ+1)时,Κ为整数; 当日最高温度-日最低温度-作物适宜温差>36 °C时,所述Κ = 11; 当日最高温度-日最低温度-作物适宜温差<_33°C时,所述K = -ll; 所述作物适宜温差=作物适宜最高温度-作物适宜最低温度; 所述日最高温度是指上午11时到下午3时的日间最高温度; 所述日最低温度是指下午6时到第二天上午6时的夜间最低温度。
4. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于所述温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。
5. 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:
Figure CN105706607AC00021
所述运算公式中表示温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免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、浓度、施肥时间以及自动施肥方式; 运算公式中所述K表示温差级别;所述P表示作物相关信息;所述Η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表示每亩所施肥料的重量; 所述C表示肥料的浓度;所述Τ表示施肥时间,施肥时间是指达到温差级别后开始施肥的时 间,即施肥起始时间;所述Μ表示自动施肥方式;所述0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、0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。
6. 根据权利要求5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、作物的适宜温差; 所述作物品种包括番前、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。
7. 根据权利要求5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。
8. 根据权利要求5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Μ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。
9. 根据权利要求5所述的系统,其特征在于其中所述温差级别Κ 2 4级时,所述施肥时间 0 < Τ < 2h,每亩所施肥料的重量为lkg K 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; 所述温差级别K 2 8级时,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 制所需肥料的系统,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. 一种解决温差过大下作物问题的自动施肥设备组,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差级别,能够通 过运算将温差级别、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差过大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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