CN109959771A - 一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置与评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置与评价方法属于水质评价领域，该装置的电路总承和电池由外壳包裹，外壳的一端安装有NPD进样孔、电导率传感器和温度传感器，外壳的另一端安装有USB，外壳上安装有显示屏和按键，上述装置的评价方法包括：S1、水样测定及灌溉作物类型选择；S2、灌溉用水适宜性初评；S3、单组分评价及归类；S4、单组分分值计算及结果评定。该装置集多功能于一体，结构简单，实现了自动化检测需求，评价方法操作简单，实用性强，解决了广大农民群众由于缺少相应专业知识而对灌溉用水评定困难的问题，适宜于在农村地区推广使用。
Description
技术领域
本发明创造属于水质评价领域，主要涉及一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置与评价方法。
背景技术
农业是我国支柱性产业之一，但是由于我国大部分农业耕种区雨水资源不充沛，尤其是西北干旱半干旱地区水资源占有量远远低于全国平均水平，这些地区降水量稀少年内分配不均，且蒸发强烈，导致农业生产很大程度上依靠灌溉水。东北、华北大部分地区农业灌溉以开采地下水为主，某些地区受原生地质条件影响地下水盐分较高，容易造成土壤次生盐渍化，从而带来农业减产。同时，在许多农业灌溉活动中，由于从业人员对灌溉水质的忽视，会直接使用生活污水或轻工业废水进行间接或直接灌溉，间接造成土壤污染并最终危害人类身体健康。迄今为止，全世界有超过60％的灌溉耕地由于土壤盐分过高而造成农作物减产，而我国不同程度的盐渍化耕地已经达到670万hm2。现有的研究大多集中在改良农业灌溉方式，主要从节约灌溉用水量去提高灌溉效率，忽略了灌溉水水质的影响。本发明为一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置与评价方法，主要从灌溉水水质入手，从源头控制土壤盐渍化程度加重从而保护灌溉区生态环境。
水质评价是选择相应的水质参数、水质标准和评价方法对目标水质的利用价值或处理要求作出评定。水质评价是合理开发利用及保护水资源的一项基本工作。虽然，现有水质评价方法较多，如综合评价法、单因子评价法、判别分析法、灰色聚类法和基于神经网络法等，但对于基层工作人员及广大农民群众而言，普遍缺乏相应的专业知识及分析能力，无法根据诸多评价方法为实际工作生产作出相关指导。在实际生产当中，很难及时利用评价方法避免灌溉水质对灌溉作物及土壤的影响。
发明内容
本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，设计一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置与评价方法，以符合实际生产对灌溉水质评价的需求。该装置操作简单，能够简洁明了地通过该评价方法对生产给予指导。本发明应用范围广泛，操作简单、实用性强，制造成本较低，适宜于在农村地区推广使用。
本发明创造的目的是这样实现的：一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置，其电路总承分别与USB、显示屏、按键、NPD(Nitrogen Phosphorus Detector，氮磷检测器)、电导率传感器和温度传感器连接，电路总承和电池由外壳包裹，外壳的一端安装有NPD、电导率传感器和温度传感器，所述NPD、电导率传感器和温度传感器外固装有保护壳，保护壳外有盖帽I保护，盖帽I与外壳插拔式连接，在外壳的另一端安装有USB，在USB外有盖帽II，盖帽II与外壳螺纹连接，外壳上安装有显示屏和按键。电路总承由单片机、储存器、A/D转换、无线通讯模块和通用I/O组成，所述单片机通过A/D转换分别与温度传感器、电导率传感器和NPD连接，单片机与储存器连接，单片机通过通用I/O与显示屏连接，单片机与USB连接，单片机与按键连接，单片机与无线通讯模块连接，电池通过USB连接外部电源充电，并对上述用电器供电。
所述的一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置，其评价方法包括如下步骤：
S1：通过所述的一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置来检测待测水样，并设定灌溉作物类型，灌溉作物类型包括水作、旱作和蔬菜；
S2：农业灌溉用水适宜性初评：根据农田灌溉水质标准，用于水作的灌溉水适宜范围为：20℃≤水温≤35℃，7≤pH值≤9，全盐量≤1000mg/L，总氮≤12mg/L，总磷≤5mg/L；用于旱作及蔬菜的灌溉水适宜范围为：15℃≤水温≤35℃，7≤pH值≤9，全盐量≤1000mg/L，总氮≤30mg/L，总磷≤10mg/L；若检测结果不在适宜范围内，则显示不适宜灌溉；若检测结果在适宜范围内，则进行下一步适宜性等级评价；
S3：对pH值、总盐分、总磷、总氮各进行单组分评价，划分各单组份所属类别；对于水作作物，单组分评价为极适宜的各指标区间分别为：pH值大于7且小于等于7.5、全盐量(mg/L)大于0且小于等于300、总氮(mg/L)大于0且小于等于4、总磷(mg/L)大于0且小于等于2；对于水作作物，单组分评价为适宜的各指标区间分别为：pH值大于7.5且小于等于8.5、全盐量(mg/L)大于300且小于等于600、总氮(mg/L)大于4且小于等于8、总磷(mg/L)大于2且小于等于4；对于水作作物，单组分评价为较适宜的各指标区间分别为：pH值大于8.5且小于等于9、全盐量(mg/L)大于600且小于等于1000、总氮(mg/L)大于8且小于等于12、总磷(mg/L)大于4且小于等于5；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为极适宜的各指标区间分别为：pH值大于7且小于等于7.5、全盐量(mg/L)大于0且小于等于300、总氮(mg/L)大于0且小于等于5、总磷(mg/L)大于0且小于等于4；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为适宜的各指标区间分别为：pH值大于7.5且小于等于8.5、全盐量(mg/L)大于300且小于等于600、总氮(mg/L)大于5且小于等于10、总磷(mg/L)大于4且小于等于8；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为较适宜的各指标区间分别为：pH值大于8.5且小于等于9、全盐量(mg/L)大于600且小于等于1000、总氮(mg/L)大于10且小于等于30、总磷(mg/L)大于8且小于等于10；
S4：对单组分评价结果极适宜、适宜、较适宜分别对照0、1、3进行评分，得到单组分分值Fi(i＝1、2、3、4)；根据公式(1)、(2)计算综合等级评分值F；若0＜F≤0.8，则该灌溉水为极适宜；若0.8＜F≤2.5，则该灌溉水为适宜，若2.5＜F≤4.25，则该灌溉水为较适宜；
式中，为各单项组分评分值Fi的平均值；FMAX为单项组分评分值Fi中的最大值；n为指标项数。
本发明创造能够同时读取水温、pH值、盐分、氮磷含量多个指标，快速评价水质是否适宜农业灌溉或适宜性等级，装置便携、易操作、能耗低，有利于科学的指导基层农业灌溉。
附图说明
图1是一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置结构示意图；
图2是局部轴测图；
图3控制电路总承结构示意图。
图中件号说明：
1、外壳；2、保护壳；3、USB；4、显示屏；5、按键；6、盖帽I；7、盖帽II；8、温度传感器；9、电导率传感器；10、NPD；11、单片机；12、通用I/O；13、电路总承；14、A/D转换；15、储存器；16、电池；17、无线通讯模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造实施方案进行详细描述。一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置，其电路总承13分别与USB3、显示屏4、按键5、NPD10、电导率传感器9和温度传感器8连接，电路总承13和电池16由外壳1包裹，外壳1的一端安装有NPD10、电导率传感器9和温度传感器8，所述NPD10、电导率传感器9和温度传感器8外固装有保护壳2，保护壳2外有盖帽I 6保护，盖帽I 6与外壳1插拔式连接，在外壳1的另一端安装有USB3，在USB3外有盖帽II7，盖帽II 7与外壳1螺纹连接，外壳1上安装有显示屏4和按键5。电路总承13由单片机11、储存器15、A/D转换14、无线通讯模块17和通用I/O12组成，所述单片机11通过A/D转换14分别与温度传感器8、电导率传感器9和NPD10连接，单片机11与储存器15连接，单片机11通过通用I/O12与显示屏4连接，单片机11与USB3连接，单片机11与按键5连接，单片机11与无线通讯模块17连接，电池16通过USB3连接外部电源充电，并对上述用电器供电。
所述的一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置，其评价方法包括如下步骤：
S1：通过所述的一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置来检测待测水样，并设定灌溉作物类型，灌溉作物类型包括水作、旱作和蔬菜；
S2：农业灌溉用水适宜性初评：根据农田灌溉水质标准，用于水作的灌溉水适宜范围为：20℃≤水温≤35℃，7≤pH值≤9，全盐量≤1000mg/L，总氮≤12mg/L，总磷≤5mg/L；用于旱作及蔬菜的灌溉水适宜范围为：15℃≤水温≤35℃，7≤pH值≤9，全盐量≤1000mg/L，总氮≤30mg/L，总磷≤10mg/L；若检测结果不在适宜范围内，则显示不适宜灌溉；若检测结果在适宜范围内，则进行下一步适宜性等级评价；
S3：对pH值、总盐分、总磷、总氮各进行单组分评价，划分各单组份所属类别；对于水作作物，单组分评价为极适宜的各指标区间分别为：pH值大于7且小于等于7.5、全盐量(mg/L)大于0且小于等于300、总氮(mg/L)大于0且小于等于4、总磷(mg/L)大于0且小于等于2；对于水作作物，单组分评价为适宜的各指标区间分别为：pH值大于7.5且小于等于8.5、全盐量(mg/L)大于300且小于等于600、总氮(mg/L)大于4且小于等于8、总磷(mg/L)大于2且小于等于4；对于水作作物，单组分评价为较适宜的各指标区间分别为：pH值大于8.5且小于等于9、全盐量(mg/L)大于600且小于等于1000、总氮(mg/L)大于8且小于等于12、总磷(mg/L)大于4且小于等于5；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为极适宜的各指标区间分别为：pH值大于7且小于等于7.5、全盐量(mg/L)大于0且小于等于300、总氮(mg/L)大于0且小于等于5、总磷(mg/L)大于0且小于等于4；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为适宜的各指标区间分别为：pH值大于7.5且小于等于8.5、全盐量(mg/L)大于300且小于等于600、总氮(mg/L)大于5且小于等于10、总磷(mg/L)大于4且小于等于8；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为较适宜的各指标区间分别为：pH值大于8.5且小于等于9、全盐量(mg/L)大于600且小于等于1000、总氮(mg/L)大于10且小于等于30、总磷(mg/L)大于8且小于等于10；
S4：对单组分评价结果极适宜、适宜、较适宜分别对照0、1、3进行评分，得到单组分分值Fi(i＝1、2、3、4)；根据公式(1)、(2)计算综合等级评分值F；若0＜F≤0.8，则该灌溉水为极适宜；若0.8＜F≤2.5，则该灌溉水为适宜，若2.5＜F≤4.25，则该灌溉水为较适宜；
式中，为各单项组分评分值Fi的平均值；FMAX为单项组分评分值Fi中的最大值；n为指标项数。
作业使用时，将所述的一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置开机，拔开盖帽I6，将安装有温度传感器8、电导率传感器9和NPD10的一端放入待测灌溉用水中，水面不没过保护壳2与外壳1的连接处，操作按键5控制单片机11通过A/D转换14控制温度传感器8、电导率传感器9和NPD10工作，测定完成后，通过单片机11将数据写入储存器15，同时显示屏4背景光双闪表示水样测定完毕，通过按键5来选择灌溉作物类型，灌溉作物类型包括水作、旱作和蔬菜，单片机11按照预先设定的程序，根据农田灌溉水质标准判断所测数据是否在适宜范围内，用于水作的灌溉水适宜范围为：20℃≤水温≤35℃，7≤pH值≤9，全盐量≤1000mg/L，总氮≤12mg/L，总磷≤5mg/L；用于旱作/蔬菜的灌溉水适宜范围为：15℃≤水温≤35℃，7≤pH值≤9，全盐量≤1000mg/L，总氮≤30mg/L，总磷≤10mg/L；若检测结果不在适宜范围内，则显示屏4显示不适宜灌溉；若检测结果在适宜范围内，则单片机11按预定程序进行下一步适宜性等级评价，即参照表1对pH值、总盐分、总磷、总氮分别进行单组分评价，划分各单组份所属类别；
表1灌溉水适宜性指标评价标准
注：临界值均以右区间取等。
对单组分评价结果极适宜、适宜、较适宜分别对照0、1、3进行评分，得到单组分分值Fi(i＝1、2、3、4)；根据公式(1)、(2)计算综合等级评分值F。
式中，为各单项组分评分值Fi的平均值；FMAX为单项组分评分值Fi中的最大值；n为指标项数。
若0＜F≤0.8，则该灌溉水为极适宜，显示屏4显示极适宜；若0.8＜F≤2.5，则该灌溉水为适宜，显示屏4显示适宜；若2.5＜F≤4.25，则该灌溉水为较适宜，显示屏4显示较适宜。测验员可根据需求通过按键5将测定数据和评价结果通过单片机11写入储存器15中，根据需要可以将储存器15中的数据通过单片机11控制无线通讯模块17传输到上位机，方便后期记录分析。
Claims (3)
1.一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置，其特征在于：电路总承(13)分别与USB(3)、显示屏(4)、按键(5)、NPD(Nitrogen Phosphorus Detector，氮磷检测器)(10)、电导率传感器(9)和温度传感器(8)连接，电路总承(13)和电池(16)由外壳(1)包裹，外壳(1)的一端安装有NPD(10)、电导率传感器(9)和温度传感器(8)，所述NPD(10)、电导率传感器(9)和温度传感器(8)外固装有保护壳(2)，保护壳(2)外有盖帽I(6)保护，盖帽I(6)与外壳(1)插拔式连接，在外壳(1)的另一端安装有USB(3)，在USB(3)外有盖帽II(7)，盖帽II(7)与外壳(1)螺纹连接，外壳(1)上安装有显示屏(4)和按键(5)。
2.根据权利要求1所述的所述一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置，其特征在于：电路总承(13)由单片机(11)、储存器(15)、A/D转换(14)、无线通讯模块(17)和通用I/O(12)组成，所述单片机(11)通过A/D转换(14)分别与温度传感器(8)、电导率传感器(9)和NPD(10)连接，单片机(11)与储存器(15)连接，单片机(11)通过通用I/O(12)与显示屏(4)连接，单片机(11)与USB(3)连接，单片机(11)与按键(5)连接，单片机(11)与无线通讯模块(17)连接，电池(16)通过USB(3)连接外部电源充电，并对上述用电器供电。
3.根据权利要求1-2所述的一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置，其评价方法的特征在于，包括如下步骤：
S1：通过所述的一种农业灌溉用水适宜性快速检测装置来检测待测水样，并设定灌溉作物类型，灌溉作物类型包括水作、旱作和蔬菜；
S2：农业灌溉用水适宜性初评：根据农田灌溉水质标准，用于水作的灌溉水适宜范围为：20℃≤水温≤35℃，7≤pH值≤9，全盐量≤1000mg/L，总氮≤12mg/L，总磷≤5mg/L；用于旱作及蔬菜的灌溉水适宜范围为：15℃≤水温≤35℃，7≤pH值≤9，全盐量≤1000mg/L，总氮≤30mg/L，总磷≤10mg/L；若检测结果不在适宜范围内，则显示不适宜灌溉；若检测结果在适宜范围内，则进行下一步适宜性等级评价；
S3：对pH值、总盐分、总磷、总氮各进行单组分评价，划分各单组份所属类别；对于水作作物，单组分评价为极适宜的各指标区间分别为：pH值大于7且小于等于7.5、全盐量(mg/L)大于0且小于等于300、总氮(mg/L)大于0且小于等于4、总磷(mg/L)大于0且小于等于2；对于水作作物，单组分评价为适宜的各指标区间分别为：pH值大于7.5且小于等于8.5、全盐量(mg/L)大于300且小于等于600、总氮(mg/L)大于4且小于等于8、总磷(mg/L)大于2且小于等于4；对于水作作物，单组分评价为较适宜的各指标区间分别为：pH值大于8.5且小于等于9、全盐量(mg/L)大于600且小于等于1000、总氮(mg/L)大于8且小于等于12、总磷(mg/L)大于4且小于等于5；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为极适宜的各指标区间分别为：pH值大于7且小于等于7.5、全盐量(mg/L)大于0且小于等于300、总氮(mg/L)大于0且小于等于5、总磷(mg/L)大于0且小于等于4；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为适宜的各指标区间分别为：pH值大于7.5且小于等于8.5、全盐量(mg/L)大于300且小于等于600、总氮(mg/L)大于5且小于等于10、总磷(mg/L)大于4且小于等于8；对于旱作及蔬菜作物，单组分评价为较适宜的各指标区间分别为：pH值大于8.5且小于等于9、全盐量(mg/L)大于600且小于等于1000、总氮(mg/L)大于10且小于等于30、总磷(mg/L)大于8且小于等于10；
S4：对单组分评价结果极适宜、适宜、较适宜分别对照0、1、3进行评分，得到单组分分值Fi(i＝1、2、3、4)；根据公式(1)、(2)计算综合等级评分值F；若0＜F≤0.8，则该灌溉水为极适宜；若0.8＜F≤2.5，则该灌溉水为适宜；若2.5＜F≤4.25，则该灌溉水为较适宜；
式中，为各单项组分评分值Fi的平均值；FMAX为单项组分评分值Fi中的最大值；n为指标项数。
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