CN110896836B - 一种无土栽培营养液管控方法及系统 - Google Patents

一种无土栽培营养液管控方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无土栽培营养液管控方法及系统，该方法包括：按预定时间间隔，依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率；根据待测时间间隔内的参比蒸散速率和所述实际蒸散速率之间的比值关系，确定待测作物在待测时间间隔内的作物胁迫状态；若超标，确定向待测作物进行施灌的营养液的量；根据向所述待测作物进行施灌的营养液的量，完成生产区内作物的营养液施灌工作。本发明实施例能实时判定作物的胁迫状态，并以此为依据进行营养液管控，实现了无土栽培作物营养液的精准管控，避免了营养液施灌措施滞后对作物生长的影响，减少了对基质环境传感器和作物生理生态传感器的依赖，提高了营养液利用率，降低了生产成本。

Description

一种无土栽培营养液管控方法及系统
技术领域
本发明涉及无土栽培技术领域，尤其涉及一种无土栽培营养液管控方法及系统。
背景技术
无土栽培采用人工配制的基质辅助以浇灌营养液的方式栽培作物，摆脱了对天然土壤的依赖，从而克服了土传性病虫害、次生盐渍化、土壤质量退化等不利因素对设施蔬菜生产的制约。无土栽培模式还可以对作物根际水肥环境进行精细调控，避免水分、盐分和养分胁迫等不利因素对作物生长和产量的影响，为作物的优质高效生产奠定了基础。目前，无土栽培蔬菜生产已经发展成为实用的栽培技术，应用规模逐步扩大。
然而，无土栽培模式下，作物所需的水分和养分均由浇灌到无土基质中的营养液提供，而无土栽培基质的缓冲性和持水性较弱，无土基质水分和养分含量波动程度要大于土壤。尤其是在营养液施灌模式下，作物对营养液中氮、磷、钾离子的吸收要大于对钙、镁、硫离子的吸收，无土栽培模式下作物根际出现盐害的风险程度也高于土壤栽培。
传统的无土栽培蔬菜的营养液管控模式多采用经验的管理方式，对从业者的专业知识储备要求较高。目前，一般采用经验与传感器监测手段相结合的方式，即通过传感器对作物根际基质含水量、盐分含量进行监测，同时根据经验确定传感器监测值的上下限，以此为依据对采用手工方式或者结合自动控制技术对作物根际水肥环境进行调控，该方法对基质水分、盐分测定传感器的精度和稳定性要求较高，目前市场上相关传感器受外界环境干扰漂移较大，无疑会给营养液施灌精准决策带来困难、而高性能传感器的购置势必会增加生产成本。此外，作物水分、养分和根际盐分的耐受值与作物的品种、种类、生育阶段均有关系，采用经验阈值并不能满足根据作物的实际水分、养分需求状态进行精准营养液管控的需要，误差较大，并且针对不同作物种类、品种、生育阶段开展营养液管控的阈值确定工作较为繁琐，在实际生产中不具备可行性。
因此，目前的无土栽培营养液管控方式存在对相关传感器的精度和稳定性要求较高，且经验阈值确定较为繁琐、误差较大的问题。
发明内容
为了解决目前无土栽培营养液管控方式存在的对相关传感器的精度和稳定性要求较高，且经验阈值确定较为繁琐、误差较大的问题，本发明实施例提供一种无土栽培营养液管控方法及系统。
一方面，本发明实施例提供一种无土栽培营养液管控方法，该方法至少包括以下几个步骤：按预定时间间隔，依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率；根据待测时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率之间的比值关系，确定待测作物在待测时间间隔内的作物胁迫状态；若该胁迫状态超标，确定向待测作物进行施灌的营养液的量；根据向所述待测作物进行施灌的营养液的量，完成生产区内作物的营养液施灌工作。
进一步地，上述依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率，可以包括：依次获取每个时间间隔内待测作物所在温室的气象信息，并根据该气象信息获取温室作物参比蒸散速率；依次获取每个时间间隔内所述待测作物的栽培钵的重量变化值作为实际蒸散量；根据实际蒸散量获取所述实际蒸散速率。
进一步地，上述并根据气象信息获取温室作物参比蒸散速率，其计算公式可以为：
Figure BDA0002271350760000021
其中：Δ为饱和水汽压的斜率、G为土壤热通量、γ为干湿表常数、es为饱和水汽压、ea为水汽压测量值、Rn为光辐射值、T为温度测量值、ETo为参比蒸散速率。
进一步地，上述根据所述实际蒸散量获取所述实际蒸散速率，其计算公式可以为：
Figure BDA0002271350760000031
其中，wt-1为栽培钵在所述时间间隔内的首次重量测定值、wt为栽培钵在时间间隔结束时的重量测定值、D为在时间间隔内栽培钵内基质排出液的量、Δt为时间间隔、ETat为实际蒸散速率。
进一步地，上述根据每个时间间隔内的所述参比蒸散速率和所述实际蒸散速率之间的比值关系，确定待测作物在每个时间间隔内的作物胁迫状态，可以包括以下步骤：
获取待测时间间隔内，待测作物的参比蒸散速率和实际蒸散速率之间的比值；计算该待测作物在第一个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率的比值，设为标准比值；若获取的比值小于标准比值的预定百分比，则判断待测作物在待测时间间隔内的作物胁迫状态为超标。
进一步地，上述确定向待测作物进行施灌的营养液的量，包括：
获取从上次灌溉结束到所述胁迫状态超标的时间间隔内所述待测作物的栽培钵的重量变化值和排出液的量，并根据重量变化值与排出液量的差值和基质盐分淋洗系数的乘积获取向待测作物进行施灌的营养液的量；基质盐分淋洗系数与待测作物相对应。
进一步地，上述根据向待测作物进行施灌的营养液的量，生产区内作物的营养液施灌工作，包括：
根据向待测作物进行施灌的营养液的量，控制营养液供应阀完成对待测作物的营养液施灌工作；根据向所述待测作物进行施灌的营养液的量，获取生产区内作物的施灌营养液总量，并根据施灌营养液总量控制营养液供应阀完成对生产区内作物的营养液施灌工作。
另一方面，本发明实施例提供一种无土栽培营养液管控系统，该系统包括但不限于以下结构：
参比蒸散测定单元、实际蒸散测定单元、作物胁迫状态判断模块以及营养液管控执行模块，其中：
参比蒸散测定单元用于按预定时间间隔，依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率；实际蒸散测定单元用于在参比蒸散测定模块获取参比蒸散速率的同时获取实际蒸散速率；作物胁迫状态判断模块用于根据待测时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率之间的比值关系，确定待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态；营养液管控执行模块用于在作物胁迫状态判断模块判断出胁迫状态为超标时，确定向待测作物进行施灌的待测作物营养液施灌量，并根据待测作物营养液施灌量，完成生产区内作物营养液施灌工作。
进一步地，上述参比蒸散测定单元可以包括：多种气象信息传感器以及参比蒸散运算模块，其中：
气象信息传感器用于获取待测作物在每个时间间隔内的干湿度信息、温度信息以及光辐射信息；参比蒸散运算模块用于根据干湿度信息、温度信息以及光辐射信息获取温室作物参比蒸散速率。
进一步地，上式实际蒸散测定单元包括至少一个称重式传感器以及实际蒸散运算模块，其中：
称重式传感器设置于待测作物的栽培钵下方，用于获取栽培钵的总重量；流量传感器安装在栽培钵底部排水口的末端，用于记录排出液的量；实际蒸散运算模块用于获取每个时间间隔内待测作物的栽培钵的总重量变化值和流量传感器记录排出液量的差并根据总重量变化值获取实际蒸散速率。
本发明实施例提供一种无土栽培营养液管控方法及系统，首先依次获取作物在多个连续时刻的参比蒸散速率和实际蒸散速率；然后判断获知若任一个连续时刻的参比蒸散速率和实际蒸散速率之比，小于上一个灌溉周期初始时刻的参比蒸散速率和实际蒸散速率之比的预设比例，则获取作物在上一个灌溉周期时段内的实际蒸散量；最后根据实际蒸散量，确定作物在任一个灌溉时刻所需的营养液灌溉量并向作物灌溉此灌溉量的营养液。
本发明实施例能实时判定作物的胁迫状态，并以此为依据进行营养液管控，实现了无土栽培作物营养液的精准管控，避免了营养液施灌措施滞后对作物生长的影响，减少了对基质环境传感器和作物生理生态传感器的依赖，提高了营养液利用率，降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种无土栽培营养液管控方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种无土栽培营养液管控装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种无土栽培营养液管控装置组成示意图；其中，1-作物；2-称重传感器；3-栽培钵；4-流量传感器
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在无土栽培模式下，水分和养分均由营养液的方式同步供应，无土栽培作物的水分和盐分的胁迫状态可以通过作物的水分状态直观反映。影响作物根际水分有效性的因素主要有：作物根际基质的水分含量和盐分含量，无论是基质含水量降低造成的水分胁迫还是盐分含量升高造成的盐分胁迫，对作物的影响均可较为直观地反应在蒸散速率降低上。
当作物因根际含水量降低造成水分胁迫还是盐分含量升高造成盐分胁迫时，作物首先的表现为蒸散速率降低，此时蒸散速率为：ETp＝KwsKcETo，其中，ETp为实际蒸散速率，ETo为参比蒸散速率，Kws为作物胁迫表征系数，Kc为作物系数。Kws表示水分胁迫和盐分胁迫对作物蒸散耗水的综合影响，Kc只与作物的生育期有关，在较短时间内可以假定为一个常数。另外，Kws＝KwKs，Kw为水分胁迫系数，Ks为盐分胁迫系数。
由此可知，ETp/ETo＝KwsKc，即实际蒸散速率和参比蒸散速率的比值可以较为直观地反映作物是否受到胁迫的影响。
图1为本发明实施例的无土栽培营养液管控方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种无土栽培营养液管控方法，该方法包括但不限于以下步骤：
步骤S1：按预定时间间隔，依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率；
步骤S2：根据待测时间间隔内的参比蒸散速率和所述实际蒸散速率之间的比值关系，确定待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态；
步骤S3：若胁迫状态超标，确定向待测作物进行施灌的营养液的量；
步骤S4：根据向待测作物进行施灌的营养液的量，完成作物的营养液施灌工作。
具体地。在步骤S1中，由于实际蒸散速率和参比蒸散速率的比值可以较为直观地反映作物是否受到胁迫的影响，因此为了确定作物是否收到胁迫的影响，首先按照预定的时间间隔，依次获取作物在多个连续时间段内的参比蒸散速率和实际蒸散速率。
在步骤S2中，将获取到的每个时间间隔内的参比蒸散速率与该时间间隔内对应的实际蒸散速率进行比值关系确定，即可以按照均匀的时间间隔采集到的一个比值关系序列。需要说明的是，上述的待测时间间隔为所有的时间间隔中的任意一个。进一步地，可以根据每个比值的大小来判断出与该比值所对应的时间间隔内的作物胁迫状态。
例如，实际对于作物胁迫状态的判断可以是：若任一个待测间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率之比，小于标准比值参数的预设比例(比如90％)时，则可以获知从该待测时间间隔开始，作物受到了胁迫的影响，即基质含水量降低造成的水分胁迫或者盐分含量升高造成的盐分胁迫
进一步地，在步骤S3中，若任一个待测时间间隔内的作物胁迫状态的判断结果为超标时，则判断出需要及时按照作物所需的营养液灌溉量向作物灌溉营养液。
在本发明实施例中，是以小批次的待测作物作为样本(一般情况下，在同一个生产区内的作物种类、作物的生长环境、作物的生长阶段相近似)。而由于该样本是在生产区内作物中随机选取的，不具有个性，因此可以通过待测作物的实际水分、养分需求状态，预测出所有生产区内作物的水分、养分需求状态。
有鉴于此，在本发明实施例提供的无土栽培营养液管控方法中，在步骤S4中，通过计算获取对待测作物(可以是单株或多株)施灌营养液的量，进而根据待测作物在生产区内所有作物中的占比，获取到对所有作物进行施灌的营养液的总量。
本发明实施例能基于实际蒸散速率和参比蒸散速率的比值可以较为直观地反映作物是否受到胁迫的影响，利用实际蒸散速率和参比蒸散速率的比值实时判定作物的胁迫状态，并以此为依据进行营养液管控，实现了无土栽培作物营养液的精准管控，进一步提升了营养液利用效率，避免了营养液施灌措施滞后对作物生长的影响，减少了对基质环境传感器和作物生理生态传感器的依赖，提高了营养液利用率，降低了生产成本。
需要说明的是，为了便于判断和灌溉，上述多个时间间隔为等时间间隔，即在多个等时间间隔的连续时刻，根据任一个时间间隔时刻的参比蒸散速率和实际蒸散速率的比值关系，判断待测作物在该任时间间隔是否受到胁迫，以选择是否进行施灌。
基于上述实例的内容，作为一种可选实施例，其中，在上述步骤S1中，依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率，包括但不限于以下步骤：
步骤S11：依次获取每个所述时间间隔内所述待测作物所在温室的气象信息，并根据所述气象信息获取温室作物参比蒸散速率；
步骤S12：依次获取每个所述时间间隔内所述待测作物的栽培钵的重量变化值和排出液量的差作为实际蒸散量；
步骤S13：根据所述实际蒸散量获取所述实际蒸散速率。
具体地，在上述步骤S11中，获取待测作物在待测时刻间隔的参比蒸散速率，具体包括：获取作物在待测时刻间隔的环境气象信息，所述环境气象信息主要包括：空气温度、饱和水汽压、实际水汽压、地表热通量和作物接收的光辐射值等；并进一步的根据环境气象信息，获取作物在任一个连续时刻的参比蒸散速率；相应地，任一个连续时刻的参比蒸散速率的计算方式可以为：
Figure BDA0002271350760000081
其中，ETo为任一个连续时刻的参比蒸散速率，G为地表热通量，es为饱和水汽压，Δ为饱和水汽压的斜率，ea为实际水汽压，T为空气温度，Rn为光辐射值，γ为干湿表常数。
需要说明的是，饱和水汽压和实际水汽压是与空气相对湿度有关的参数。在本发明实施例提供的无土栽培营养液管控方法，利用参比蒸散测定模块气象传感器采集获取气象信息，实时估算作物参比蒸散速率，提供的一种待测作物参比蒸散速率的估算方法，简单、易于操作且估算的精度高。
基于上述实施例，在步骤S12中，待测作物在待测时间间隔内的实际蒸散量是基于实际蒸散测定模块的称重传感器按照预定时间间隔逐时刻内记录栽培钵的重量和流量传感器测定的排出液的量，来获取并记录的。
具体地，可以将重式传感器设置于所述待测作物的栽培钵下方，用于获取所述栽培钵的总重量，通过一个时间计数器，自动按照预定时间间隔，记录与重式传感器信号相对应的每个时间间隔结束时栽培钵的总重量值和流量传感器测定的排出液的量，组建一个总重量值序列，以方便数据处理。进一步地，可以根据上述总重量值序列确定出每个时间间隔的实际蒸散量。
在步骤S13中，基于步骤S12获取到的栽培钵的总重量变化值(即实际蒸散量)，可以进一步的计算出每个时间间隔内的实际增散速率。
具体地，任一个连续时刻的实际蒸散速率为：
Figure BDA0002271350760000091
其中，ETa为待测时间间隔内的实际蒸散速率，t为时间间隔，ΔTwt为待测时间间隔内的实际蒸散量。
进一步地，实际蒸散量ΔTwt的计算方法可以是：
ΔTwt＝wt-1-wt-D
其中，wt-1为栽培钵在待测时间间隔内的首次重量测定值、wt为栽培钵在待测时间间隔结束时的重量测定值、D为在所述时间间隔内栽培钵内基质排出液的量。
具体地，在对每个时间间隔进行判断时，若在任一个时间间隔内满足参比蒸散速率和实际蒸散速率之比，小于标准参数的预设比例，则根据栽培钵的重量变化，以及栽培钵内基质排出液的量，获取该时间间隔内的实际蒸散量。
进一步地，本发明实施例提供的无土栽培营养液管控方法，其中确定向所述待测作物进行施灌的营养液的量的方法，可以是通过以下方式计算获取的：
由于作物在任一个需灌溉的时间间隔内所需的营养液灌溉量为该作物在上一个灌溉周期时段内的实际蒸散量和基质盐分淋洗系数的乘积。
相应地，作物在任一个需灌溉的时间间隔内所需的营养液灌溉量可以通过以下公式计算：
Figure BDA0002271350760000092
其中，I为作物在任一个需灌溉的时间间隔内所需的营养液灌溉量，ΔTwt为上一个灌溉周期时段内的实际蒸散量，
Figure BDA0002271350760000093
基质盐分淋洗系数。
基于上述实施例，若获取到温室内设置某一个(或某些)栽培钵内的作物所需的待测作物的营养液灌溉量以及灌溉时机，则可以获取温室内的作物所需的总灌溉量并向温室内的所有作物营养液的总灌溉量；其中待测作物的灌溉时机与温室内的所有作物的灌溉时机同步，总灌溉量与待测作物的营养液灌溉量成正比关系，该的正比关系值可以通过待测作物的植株数与温室内的所有作物的植株数的比值来进行确定。
具体地，总灌溉量地确定方法也可以是：
Figure BDA0002271350760000101
其中，Ii为总灌溉量，mp为栽培钵内的作物株数，MP为温室内的作物株数。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，其中步骤S2可以通过下列子步骤来完成：
步骤S21：获取所述待测时间间隔内，所述待测作物的参比蒸散速率和实际蒸散速率之间的比值；
步骤S22：计算所述待测作物在第一个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率的比值，设为标准比值；
步骤S23:若所述比值小于所述标准比值的预定百分比，则判断所述待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态为超标。
其中，步骤S22提供一种标准比值(即上述实施例中所述的标准参数)的确定方法：
比如：获取7:00、7:30、8:00、8:30……n时刻对应的参比蒸散速率EToo、ETo1、ETo2…ETon以及与每个实际蒸散速率相对应的实际蒸散速率：ETao、ETa1、ETa2…ETan。
进一步地，分别计算两者之间的比值：
Figure BDA0002271350760000102
将7:30时刻的ETa与ETo的比值与7:00时刻ETa与ETo的比值进行比较，将8:00时刻的ETa与ETo的比值与7:00时刻的ETa与ETo的比值进行比较，将8:30时刻的ETa与ETo的比值与7:00时刻的ETa与ETo的比值进行比较……以此类推，若在待测时间间隔内二者的比值
Figure BDA0002271350760000103
小于第一个时间间隔内的比值
Figure BDA0002271350760000111
的90％(其中，i为2到n之间的任一数值，i和n均为自然数)，则表示在上述待测时间间隔内待测作物的胁迫状态超标，其营养液的成分已经对作物产生不利影响，需要立即对作物的根际环境进行调控。
需要说明的是，上述实施例仅仅是为了理解的方便做出的对任意一个灌溉周期内作物胁迫状态进行判断的阐述，不视为对本实施例保护范围的限定。当判断出待测作物的胁迫状态超标后，进一步实施对于所述待测作物以及生产区内所有作物的营养液施灌工作，并自动进入下一个管控周期，并依次迭代运行上述步骤S1-S4。
图2为本发明实施例的无土栽培营养液管控装置的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供一种无土栽培营养液管控系统，该系统包括但不限于：
参比蒸散测定单元11、实际蒸散测定单元12、作物胁迫状态判断模块13以及营养液管控执行模块14，其中：
参比蒸散测定单元11用于按预定时间间隔，依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率；
实际蒸散测定单元12用于在参比蒸散测定模块获取参比蒸散速率的同时获取实际蒸散速率。
作物胁迫状态判断模块13用于根据待测时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率之间的比值关系，确定待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态。
营养液管控执行模块14用于在作物胁迫状态判断模块判断出胁迫状态为超标时，确定向待测作物进行施灌的待测作物营养液施灌量，并根据待测作物营养液施灌量，完成生产区内作物营养液施灌工作。
具体地，参比蒸散测定单元11获取多个连续的时间间隔内的参比蒸散速率并发送给作物胁迫状态判断模块13；同时，实际蒸散测定单元12也获取多个连续的时间间隔内的实际蒸散速率并发送给作物胁迫状态评估模块。其中，每个参比蒸散速率与每个实际蒸散速率为同一时间间隔内获取的，两者一一对应。
然后，作物胁迫状态判断模块13计算每个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率之比，并将获取的比值与标准参数比较，获取待测作物在每个时间间隔内的作物胁迫状态。
最后，营养液管控执行模块判断出处于胁迫状态的时间间隔(在时间性上，仅需判断出最先处于胁迫状态的时间间隔即可)，并确定出待测作物需要的营养液施灌量；最后，在确定出总营养液施灌量，并完成该管控周期内的自动施灌工作。并在完成本管控周期的施灌工作后，再次进入下一个管控周期。
本发明实施例提供的提供一种无土栽培营养液管控系统，通过实时判定作物的胁迫状态，并以此为依据进行营养液管控，实现了无土栽培作物营养液的精准管控，避免了营养液施灌措施滞后对作物生长的影响，减少了对基质环境传感器和作物生理生态传感器的依赖，提高了营养液利用率，降低了生产成本。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述参比蒸散测定单元可以包括：多种气象信息传感器以及参比蒸散运算模块；
其中，气象信息传感器用于获取待测作物在每个所述时间间隔内的干湿度信息、温度信息以及光辐射信息；参比蒸散运算模块用于根据干湿度信息、温度信息以及光辐射信息获取温室作物参比蒸散速率。
进一步地，实际蒸散测定单元包括至少一个称重式传感器以、一个流量传感器及实际蒸散运算模块；称重式传感器设置于待测作物的栽培钵下方，用于获取栽培钵的总重量；流量传感器安装在栽培钵底部排水口的末端，用于记录排出液的量；实际蒸散运算模块用于获取每个时间间隔内所述待测作物的栽培钵的总重量变化值并根据总重量变化值获取实际蒸散速率。
图3为本发明实施例的无土栽培营养液管控装置的结构示意图，如图1、图2和图3所示，下面给出一个具体实施例，以详细解释该无土栽培营养液管控方法的操作过程。
假设按照每间隔半小时设置多个连续的等时段，例如按照在7:00进行灌溉后，设置7:00、7:30、8:00、8:30……n时刻多个连续时刻。获取各个连续时刻的参比蒸散速率：
Figure BDA0002271350760000131
其中，ETo为任一个连续时刻的参比蒸散速率，G为地表热通量，es为饱和水汽压，Δ为饱和水汽压的斜率，ea为实际水汽压，T为空气温度，Rn为光辐射值，γ为干湿表常数。
获取7:00、7:30、8:00、8:30……n时刻对应的参比蒸散速率EToo、ETo1、ETo2…ETon以及实际蒸散速率对应的ETao、ETa1、ETa2…ETan分别计算
Figure BDA0002271350760000132
Figure BDA0002271350760000133
将7:30时刻的ETa与ETo的比值与7:00时刻ETa与ETo的比值进行比较，将8:00时刻的ETa与ETo的比值与7:00时刻的ETa与ETo的比值进行比较，将8:30时刻的ETa与ETo的比值与7:00时刻的ETa与ETo的比值进行比较……以此类推，若在任一个连续时刻i二者的比值
Figure BDA0002271350760000134
灌溉结束
Figure BDA0002271350760000135
比值的90％(其中，i为2到n之间的任一数值，i和n均为自然数)，则表示在该任一个时刻i根际环境胁迫已经对作物产生影响，需要立即对测定区作物1的根际环境进行调控，此时一个灌溉周期结束，下一个灌溉周期开始。
作物在灌溉结束时刻到作物出现胁迫时刻i之间的实际蒸散量，可通过实际蒸散测定模块重量传感器2采集的重量和流量传感器4测出的排出液的量进行计算，即wo-wi-D。
此时，每个栽培钵3内作物所需的营养液灌溉量为:
Figure BDA0002271350760000136
由此，每个连续时刻进行判断，若任一个连续时刻i二者的比值
Figure BDA0002271350760000141
小于该灌溉周期灌溉结束时刻二者比值
Figure BDA0002271350760000142
的90％，则获取上次灌溉结束到作物出现胁迫时刻之间时段内的实际蒸散量，然后根据实际蒸散量获取栽培钵内的作物所需的营养液灌溉量。
需要说明的是，每次灌溉结束时刻到测定区作物1出现胁迫、进行下一次灌溉的时段构成灌溉周期，灌溉周期内的每个满足上述条件的任一连续时刻i是一个灌溉时刻，在灌溉周期内的每个任一连续时刻i持续几秒到几十秒向栽培钵内的作物灌溉营养液。
同时，温室内生产区营养液的灌溉量为:
Figure BDA0002271350760000143
式中，
Figure BDA0002271350760000144
为基质盐分淋洗系数，一般为1.4，确保将基质中累积的盐分淋洗至根系层外，避免根际出现盐分累积；mp为作物实际蒸散量估算模块中种植的作物株数，Mp为温室生产区内作物总株数。
在任一连续时刻i按照每个栽培钵3内营养液的灌溉量I向每个栽培钵的作物1灌溉，从而向温室内的作物灌溉灌溉量为Ii的营养液。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种无土栽培营养液管控方法，其特征在于，包括：
按预定时间间隔，依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率；
根据待测时间间隔内的所述参比蒸散速率和所述实际蒸散速率之间的比值关系，确定所述待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态；
若所述胁迫状态超标，确定向所述待测作物进行施灌的营养液的量；
根据所述向所述待测作物进行施灌的营养液的量，完成生产区内作物的营养液施灌工作；
所述根据待测时间间隔内的所述参比蒸散速率和所述实际蒸散速率之间的比值关系，确定所述待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态，包括：
获取所述待测时间间隔内，所述待测作物的参比蒸散速率和实际蒸散速率之间的比值；
计算所述待测作物在第一个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率的比值，设为标准比值；
若所述比值小于所述标准比值的预定百分比，则判断所述待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态为超标。
2.根据权利要求1所述的无土栽培营养液管控方法，其特征在于，所述依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率，包括：
依次获取每个所述时间间隔内所述待测作物所在温室的气象信息，并根据所述气象信息获取温室作物参比蒸散速率；
依次获取每个所述时间间隔内所述待测作物的栽培钵的重量变化值作为实际蒸散量；
根据所述实际蒸散量获取所述实际蒸散速率。
3.根据权利要求2所述的无土栽培营养液管控方法，其特征在于，所述并根据所述气象信息获取温室作物参比蒸散速率，其计算公式为：
Figure FDA0002916500230000021
其中：Δ为饱和水汽压的斜率、G为土壤热通量、γ为干湿表常数、es为饱和水汽压、ea为水汽压测量值、Rn为光辐射值、T为温度测量值、ETo为参比蒸散速率。
4.根据权利要求2所述的无土栽培营养液管控方法，其特征在于，所述根据所述实际蒸散量获取所述实际蒸散速率，其计算公式为：
Figure FDA0002916500230000022
其中，wt-1为所述栽培钵在所述时间间隔内的首次重量测定值、wt为所述栽培钵在所述时间间隔结束时的重量测定值、D为在所述时间间隔内栽培钵内基质排出液的量、Δt为所述时间间隔、ETat为实际蒸散速率。
5.根据权利要求1所述的无土栽培营养液管控方法，其特征在于，所述确定向所述待测作物进行施灌的营养液的量，包括：
获取从上次灌溉结束到所述胁迫状态超标的时间间隔内所述待测作物的栽培钵的重量变化值和排出液的量，并根据所述重量变化值和排出液的量之差与基质盐分淋洗系数的乘积获取所述向所述待测作物进行施灌的营养液的量；所述基质盐分淋洗系数与所述待测作物相对应。
6.根据权利要求5所述的无土栽培营养液管控方法，其特征在于，所述根据向所述待测作物进行施灌的营养液的量，完成作物的营养液施灌工作，包括：
根据所述向所述待测作物进行施灌的营养液的量，控制营养液供应阀完成对所述待测作物的营养液施灌工作；
根据所述向所述待测作物进行施灌的营养液的量，获取生产区内作物的施灌营养液总量，并根据所述施灌营养液总量控制所述营养液供应阀完成对所述生产区内作物的营养液施灌工作。
7.一种无土栽培营养液管控系统，其特征在于，包括：
参比蒸散测定单元、实际蒸散测定单元、作物胁迫状态判断模块以及营养液管控执行模块，其中：
所述参比蒸散测定单元用于按预定时间间隔，依次获取待测作物在每个时间间隔内的参比蒸散速率；
所述实际蒸散测定单元用于在所述参比蒸散测定单元获取所述参比蒸散速率的同时获取实际蒸散速率；
所述作物胁迫状态判断模块用于根据待测时间间隔内的所述参比蒸散速率和所述实际蒸散速率之间的比值关系，确定所述待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态；
所述营养液管控执行模块用于在所述作物胁迫状态判断模块判断出所述胁迫状态为超标时，确定向所述待测作物进行施灌的待测作物营养液施灌量，并根据所述待测作物营养液施灌量，完成生产区内作物营养液施灌工作；
所述根据待测时间间隔内的所述参比蒸散速率和所述实际蒸散速率之间的比值关系，确定所述待测作物在所述时间间隔内的作物胁迫状态，包括：
获取所述待测时间间隔内，所述待测作物的参比蒸散速率和实际蒸散速率之间的比值；
计算所述待测作物在第一个时间间隔内的参比蒸散速率和实际蒸散速率的比值，设为标准比值；
若所述比值小于所述标准比值的预定百分比，则判断所述待测作物在所述待测时间间隔内的作物胁迫状态为超标。
8.根据权利要求7所述的无土栽培营养液管控系统，其特征在于，所述参比蒸散测定单元包括多种气象信息传感器以及参比蒸散运算模块；
所述气象信息传感器用于获取所述待测作物在每个所述时间间隔内的干湿度信息、温度信息以及光辐射信息；
所述参比蒸散运算模块用于根据所述干湿度信息、温度信息以及光辐射信息获取温室作物参比蒸散速率。
9.根据权利要求7所述的无土栽培营养液管控系统，其特征在于，所述实际蒸散测定单元包括至少一个称重式传感器以及实际蒸散运算模块；
所述称重式传感器设置于所述待测作物的栽培钵下方，用于获取所述栽培钵的总重量；
所述实际蒸散运算模块用于获取每个所述时间间隔内所述待测作物的栽培钵的总重量变化值并根据所述总重量变化值获取所述实际蒸散速率。
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