CN111034511A - 一种植物栽培系统及采用该系统的植物栽培方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种植物栽培系统及栽培方法，包括保温围护结构、加热装置、灌溉装置、信息采集设备和控制单元，保温围护结构设置在植物根系区域，加热装置由电热板、太阳能板、光伏支架和控制器组成；信息采集设备由土壤温湿度传感器、植物温湿度传感器组成；控制单元分别与信息采集设备、灌溉装置和加热装置连接，信息采集设备将采集的数据传输到控制单元，控制单元对接收的数据信息进行分析，并作出反馈下达指令。通过信息采集设备和控制单元，实时监控和掌握植物生长环境变化，并调控植物生长的土壤温度、湿度，保证植物的正常生长发育，兼具蓄水、加热保温及自动控制等多重功能，解决部分地区土壤水分流失、匮乏及温度过低的问题。

Description

一种植物栽培系统及采用该系统的植物栽培方法

技术领域

本发明涉及植物种植技术领域，具体地，涉及一种植物栽培系统及栽培方法。

背景技术

在我国西北地区和北方高纬度地区，夏季炎热，冬季严寒而干燥，降水稀少，尤其西北地区除东部个别地方终年干旱，气温的日较差和年较差都很大，形成该地区特有的生态环境条件：气候因为温度差异显著、降水不足、蒸发量大而造成因气温高而导致高蒸发、高蒸腾量，树木因供水不足干旱死亡；因温差显著导致大风，增强蒸发、蒸腾，并破坏土壤结构，造成风蚀和土壤次生盐渍化，不利于树木生长；因高寒、干旱气候特点，表层土壤温度骤升或者骤降，不利树木根系生长。而多数园林树木和果树需要长年灌溉保持生长，因此亟需突破高寒、干旱、风蚀等技术难关，扩大我国西北地区和北方高纬度地区绿化树木和果树的种植规模和品种选择。

针对上述部分地区高寒、干旱、风蚀等造成的土壤水分流失、匮乏的问题，提供一种能够自动调控植物生长的土壤温度、湿度，保证植物的正常生长发育的植物栽培系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植物栽培系统，通过优化植物根系区域的生长环境，根据植物不同生长季节和外界环境温度变化，实现自动加温，实时监控和掌握植物生长环境变化，并调控植物生长的土壤温度、湿度，从而保证植物的正常生长发育。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种植物栽培系统，包括保温围护结构、加热装置、灌溉装置、信息采集设备和控制单元，所述保温围护结构设置在植物根系区域；所述控制单元分别与所述信息采集设备、所述灌溉装置和所述加热装置连接，所述信息采集设备将采集的数据传输到所述控制单元，所述控制单元对接收的数据信息进行分析，并作出反馈下达指令；

所述加热装置由电热板、太阳能板、光伏支架和控制器组成，所述电热板设置在植物根系区域，所述太阳能板和所述控制器固定在所述光伏支架上，距离地面有一定高度，所述控制器通过管线连接所述电热板和所述太阳能板，所述控制器控制所述电热板工作；所述信息采集设备由土壤温湿度传感器、植物温湿度传感器组成，所述土壤温湿度传感器设置在植物根系区域，所述植物温湿度传感器设置在植物表面，所述植物表面为植物叶面或树体表面。

优选地，所述保温围护结构的材料为保温棉围护结构。

优选地，所述保温围护结构做抗撕拉强度处理。

优选地，所述保温围护结构与植物定植挖穴区域形状一致，并且覆盖植物定植挖穴区域上表面。

优选地，所述保温围护结构内嵌在植物定植挖穴区域中，并且所述保温围护结构的高度贴合所述植物定植挖穴区域高度。

优选地，所述保温围护结构设置有溢水孔和进水孔。

优选地，所述溢水孔高度位于距离所述植物定植挖穴区域底部的1/3处，所述进水孔位于保温围护结构的上表面，所述保温围护结构的上表面略低于土层表面。

优选地，所述电热板放置在距离植物定植挖穴区域底部的1/3处或以下区域。

优选地，所述土壤温湿度传感器设置在植物定植挖穴区域。

优选地，所述控制单元能够远程接收所述土壤温湿度传感器和植物温湿度传感器的采集数据，并作出反馈下达指令。

优选地，所述控制单元应用物联网技术进行远程连接和管理控制，设置有手机APP和PC端两种远程调控方式。

进一步地，本发明还提供一种采用上述植物栽培系统的植物栽培方法，按如下步骤进行：

(1)控制单元载入预设值，包括土壤温度值范围及湿度值范围，植物体水分含量值范围、室外温度和湿度值范围；

(2)通过土壤温湿度传感器采集植物根系区域的土壤温度、湿度，以及植物温湿度传感器采集植物的水分含量，室外气象站监测室外温度和湿度，将数值传递给控制单元；

(3)控制单元对采集的数据与预设值范围进行比较：当土壤温湿度传感器监测土壤温度低于预设值范围，或外界温度低于预设值范围，控制单元下达指令，通过控制器控制电热板进行自动加温，直到达到预设温度，电热板自动停止加热；当土壤温湿度传感器监测到土壤湿度低于预设温度范围，或者植物温湿度传感器监测植物树体水分含量低于预设范围，控制单元下达指令，调节灌溉机进行工作，直到达到既定湿度要求，灌溉机自动停止工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明设置的保温棉维护结构具有高保温和高疏水双重优点，能够维持植物根系生长区域一定的水分和温度，解决高寒干旱地区土壤水分流失、匮乏及温度过低的问题，有利于植物的生长；加热装置系统能根据植物不同生长季节和生长环境温度变化，并根据设定温度进行自动加温，提高植物根系部分和地上部对霜冻低温的抵抗能力，有利于植物在高寒地区的正常生长；通过信息采集设备实现对植物生长的土壤温度、湿度和植物树体水分含量等数据的监测，实时远程监控和掌握植物生长状况，并及时调控植物生长的土壤温度、湿度，保证植物的正常生长发育。

(2)通过对植物根系区域的生长环境进行优化，调控植物整体对高寒、干旱等逆境做出积极响应，具有节能、环保、高效等优点。

(3)本发明的植物栽培系统兼具蓄水、加热保温及自动控制多重功能，有效解决植物生长所面临的土壤水分匮乏、不耐低温的技术难题，适用于高寒、干旱地区多种绿化树木、果树的种植。

附图说明

图1是本发明实施例一种植物栽培系统的结构模块示意图。

图2是本发明实施例一种植物栽培系统的局部结构示意图。

图3是本发明实施例一种植物栽培系统的控制流程图。

图4是本发明实施例一种植物栽培系统应用于植物栽培时的立体示意图。

图5是本发明实施例一种植物栽培系统应用于大面积植物栽培时的立体示意图。

附图标记说明：

1、保温围护结构；2、加热装置；3、灌溉装置；4、信息采集设备；5、控制单元；6、溢水孔；7、进水孔；8、管线；21、电热板；22、太阳能板；23、光伏支架；24、控制器；41、土壤温湿度传感器；42、植物温湿度传感器；43、室外气象站

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例是用来举例说明本发明的，并不限定本发明的范围。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”“下”“左”“右”“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、2所示，一种植物栽培系统，该系统包括保温围护结构1、加热装置2、灌溉系统3、信息采集设备4和控制单元5。所述保温围护结构1设置在植物根系区域；所述控制单元5分别与所述信息采集设备4、所述灌溉装置3和所述加热装置2连接，所述信息采集设备4将采集的数据传输到所述控制单元5，所述控制单元5对接收的数据信息进行分析，并作出反馈下达指令。

所述加热装置2由电热板21、太阳能板22、光伏支架23和控制器24组成，所述电热板21设置在植物根系区域，所述太阳能板22和所述控制器24固定在所述光伏支架23上，距离地面有一定高度，所述控制器24通过管线8连接所述电热板21和所述太阳能板22，所述控制器24控制所述电热板21工作，所述太阳能板22为电热板21发热提供能量；所述信息采集设备4由土壤温湿度传感器41、植物温湿度传感器42、室外气象站43组成，所述土壤温湿度传感器41设置在植物根系区域，所述植物温湿度传感器42设置在植物叶面或树体表面。

作为本发明的一个实施方式，如图1所示，保温围护结构1内嵌在植物定植挖穴区域，在植物定植挖穴区域布置信息采集设备4、加热装置2、定植植物，植物定植挖穴区域形状可以为圆柱形、长方体、正方体等形状；土壤填满保温围护结构1内部和上外部区域，在覆盖根系上表面的保温棉被上留有进水孔7，水肥可通过上部土壤流经进水孔7达到植物根系生长区域，为植物提供水分和营养。

优选地，保温围护结构1可以为保温棉围护结构，保温棉围护结构通过做抗撕拉强度处理，增加其使用寿命；保温棉围护结构保证植物定植挖穴区域密闭性，利用其高保温、高疏水的优异性能，在较为严寒、降水量少的季节，维持植物根系生长区域一定的水分和温度，有利于植物的正常生长。同时，在距离植物定植挖穴区域底部1/3处设置有溢水孔6，预留适宜的水量以维持根系较长时间的生长需求，在降水量较多的季节，根系土壤里较多水通过溢水孔6排掉，防止因水多导致根系腐烂。

图3示出了本发明一种植物栽培系统的流程控制图。通过土壤温湿度传感器41实时采集土壤湿度、温度的变化，通过植物温湿度传感器42实时采集植物体水分含量变化，并将数据传输到控制单元5，生产者可通过手机APP和PC端两种方式远程掌握和了解生长需求。控制单元5结合室外气象站43监测的环境温湿度，进行数据分析并按设定程序进行反馈调节。例如，当土壤温湿度传感器41监测土壤温度降低，或外界温度过低时(例如：低于控制单元中的预设值范围时)，控制单元5下达指令，通过控制器24控制电热板21进行自动加温，直到达到既定温度要求(例如：达到温度预设值范围)，电热板21自动停止加热；当土壤温湿度传感器41和植物温湿度传感器42监测到土壤湿度过低(例如：低于控制单元中的预设值范围时)，或者植物温湿度传感器监测到植物树体水分含量降低或过低时，控制单元5下达指令，调节灌溉机3进行工作，直到达到既定湿度要求(例如：达到湿度预设值范围)，灌溉机3自动停止工作。进一步地，太阳能板22转化的电能可储存于蓄电池中，供电热板21、土壤温湿度传感器41、植物温湿度传感器42使用。

优选地，控制单元5能够按照植物生长不同季节温度需求以及外界环境温度变化特点，预先设定温度参数；然后根据信息采集设备4采集的数据，实现远程调控土壤温度、湿度，满足植物生长需求。在植物生长旺期或者遇到干旱、低温等环境，提高土壤温度，使其可以快速健康生长；并在休眠期降低土壤温度，有效地调控植物的生长发育过程。

图4、5示出了本发明实施例一种植物栽培系统应用于植物栽培和大面积植物栽培时的立体图。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种植物栽培系统，包括保温围护结构、加热装置、灌溉装置、信息采集设备和控制单元，所述保温围护结构设置在植物根系区域；所述控制单元分别与所述信息采集设备、所述灌溉装置和所述加热装置连接，所述信息采集设备将采集的数据传输到所述控制单元，所述控制单元对接收的数据信息进行分析，并作出反馈下达指令；

所述加热装置由电热板、太阳能板、光伏支架和控制器组成，所述电热板设置在植物根系区域，所述太阳能板和所述控制器固定在所述光伏支架上，所述控制器通过管线连接所述电热板和所述太阳能板，所述控制器控制所述电热板工作；所述信息采集设备由土壤温湿度传感器、植物温湿度传感器组成，所述土壤温湿度传感器设置在植物根系区域，所述植物温湿度传感器设置在植物表面。

2.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，所述保温围护结构为保温棉围护结构。

3.根据权利要求1或2所述的植物栽培系统，其特征在于，所述保温围护结构做抗撕拉强度处理。

4.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，所述保温围护结构与植物定植挖穴区域形状一致，并且覆盖植物定植挖穴区域上表面。

5.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，所述保温围护结构内嵌在植物定植挖穴区域中，并且所述保温围护结构的高度贴合所述植物定植挖穴区域高度。

6.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，所述保温围护结构设置有溢水孔和进水孔，所述溢水孔设置在距离植物定植挖穴区域底部1/3处。

7.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，所述电热板放置在距离植物定植挖穴区域底部1/3处或以下区域。

8.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，所述控制单元能够远程接收所述土壤温湿度传感器和植物温湿度传感器的采集数据，并作出反馈下达指令。

9.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，所述控制单元应用物联网技术进行远程管理控制，设置有手机APP和PC端两种远程调控方式。

10.根据权利要求1所述的植物栽培系统的栽培方法，按如下步骤进行：

(1)控制单元载入预设值，包括土壤温度值范围及湿度值范围，植物体水分含量值范围、室外温度和湿度值范围；

(2)通过土壤温湿度传感器采集植物根系区域的土壤温度、湿度，以及植物温湿度传感器采集植物的水分含量，室外气象站监测室外温度和湿度，将数值传递给控制单元；

(3)控制单元对采集的数据与预设值范围进行比较：当土壤温湿度传感器监测土壤温度低于预设值范围，或外界温度低于预设值范围，控制单元下达指令，通过控制器控制电热板进行自动加温，直到达到预设温度，电热板自动停止加热；当土壤温湿度传感器监测到土壤湿度低于预设温度范围，或者植物温湿度传感器监测到植物树体水分含量低于预设范围，控制单元下达指令，调节灌溉机进行工作，直到达到既定湿度要求，灌溉机自动停止工作。

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