CN115176616A

CN115176616A - 一种林下种植系统

Info

Publication number: CN115176616A
Application number: CN202210977466.1A
Authority: CN
Inventors: 金德智; 邹军; 石明明
Original assignee: Shanghai Institute of Technology; Institute of New Materials and Industrial Technology of Wenzhou University
Current assignee: Shanghai Institute of Technology; Institute of New Materials and Industrial Technology of Wenzhou University
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2022-08-15
Publication date: 2022-10-14

Abstract

本发明涉及林下种植领域，具体是一种林下种植系统，系统包括：补光系统，用于调节植物补光设备的光参数；灌溉系统，用于提供植物生长所需要的水资源；土质检测单元，用于检测当前土质是否满足相关作物的生长需求；光照采集单元，用于检测林下的光照环境；图像识别模块，用于检测植物当前的生长阶段；信息处理单元，用于接收各传感器采集的信号，并分析处理，控制补光系统与灌溉系统的响应；数据库，收集各作物在不同生长阶段所需要的生态环境，提供参考和比较；本发明适用于林下种植，能够自动识别植物的生长状态，并且根据植物所需要的生长环境自动调节光照和水分等参数，以满足植物的生长需求，更好地使其生长。

Description

一种林下种植系统

技术领域

本发明涉及林下种植领域，具体是一种林下种植系统。

背景技术

我国一直在提倡发展新模式，提高经济效益，为了充分利用林地资源,增加农民收入与之相匹配的林下套种模式就出世了，被称为——林下经济。林下经济，主要是指以林地资源和森林生态环境为依托，发展起来的林下种植业、养殖业、采集业和森林旅游业，既包括林下产业，也包括林中产业，还包括林上产业。

林下经济投入少、见效快、易操作、潜力大。发展林下经济，对缩短林业经济周期，增加林业附加值，促进林业可持续发展，开辟农民增收渠道，发展循环经济，巩固生态建设成果，都具有重要意义。可以这么说，发展林下经济让大地增绿、农民增收、企业增效、财政增源。十年树木是林业生产的基本特征。相对漫长的林木生产周期，对林业发展以及对林改后农民发家致富是一个重要的制约因素。只有提高林下土地的利用率，才能更好地促进林业生态建设及产业发展，才能更好地以良好的经济效益巩固林改成果，在兴林中富民，在富民中兴林。

针对林下经济，通常会采用林下套种作物的方式来提高林下土地的利用率。针对林下套种经济作物，为了保证套种模式不会给林下带来水土流失等比较严重的生态环境破坏，通常种植的是可以起到固氮作用的经济作物，如魔芋、砂仁、人参、柴胡等作物。但是相对于自然情况下种植，林下的光照强度不足，大部分的光线被周围树叶遮住，林下没有足够的光照强度为作物提供适合的生长环境。作物无法通过光合作用合成足够的物质，导致密林下无法种植。

目前林下套种的模式主要出现在吉林、云南省等地，暂时还未迎来全面的普及，其关键的一点就是无法解决林下的光照环境，对于部分采用林下补光的种植基地，其智能化程度不高，通常是采用不可变的灯光进行照射，无法达到资源的最佳利用率。而且在不同时段，透过树叶照射到林下的光强度也不同，恒定功率的灯光也无法更好地促进林下作物的生长。所以此种状况导致了林下种植无法进行大面积的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种林下种植系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种林下种植系统，其特征在于，包括：补光系统，用于调节植物补光设备的光参数；灌溉系统，用于提供植物生长所需要的水资源；土质检测单元，用于检测当前土质是否满足相关作物的生长需求；光照采集单元，用于检测林下的光照环境；图像识别模块，用于检测植物当前的生长阶段；信息处理单元，用于接收各传感器采集的信号，并分析处理，控制补光系统与灌溉系统的响应；数据库，收集各作物在不同生长阶段所需要的生态环境，提供参考和比较。

作为本发明进一步的方案：所述补光系统至少可以针对光质、光强、光周期三个参量进行调节，所述补光系统可以由信息处理单元进行控制。

作为本发明再进一步的方案：所述灌溉系统用于为种植的作物提供水分，其动力源包括但不仅限于离心泵、潜水泵、深井泵等，覆盖面积为所应用的种植地全面积。

作为本发明再进一步的方案：所述土质检测单元可以检测土壤水分、养分、硬度、酸碱度等土壤参数，并且将检测的信息传递到所述信息处理单元。

作为本发明再进一步的方案：所述光照采集单元包含若干个光照采集设备，按照一定的排布方式分布在所应用的种植地，可以实时检测透过树叶照射下来的以及补光系统发出的光合量子通量密度、光谱、主波长等光照参数。

作为本发明再进一步的方案：所述图像识别模块包含若干个高清摄像头，实时监控种植地的作物生长状况，并将图片传递至信息处理单元。

作为本发明再进一步的方案：所述信息处理单元可以接受所述土质检测单元、光照采集单元、图像识别模块采集的信号，并于所述数据库的信息进行对比，分析作物处于的生长阶段，根据数据库中作物最佳生长环境控制所述补光系统和所述灌溉系统做出响应，为作物提供最佳生长环境。

作为本发明再进一步的方案：所述数据库包含各种植物各个阶段生长所需要的光照参量、水分、肥料等环境参量。

作为本发明再进一步的方案：所述信息处理单元可以通过云端和手机APP 等用户端相连，实时查看各传感器采集的种植地生态环境数据，针对系统无法控制的环境参量无法达到最佳生长环境时，对用户进行提醒，进行人为调控。

作为本发明再进一步的方案：所述信息处理单元可以通过所述光照采集单元采集的光照信号自动判断是否需要打开补光系统，避免补光设备在光照条件足够的情况下开启，影响作物的生长，浪费资源，影响设备使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述的林下种植系统，可以通过土质检测单元分析土壤中的成分，将信号传递到信息处理单元；光照采集单元对当前林下的光照参数进行采集，并传递到信息处理单元，图像识别模块对作物的生长阶段进行识别，传递到信息处理单元，与数据库中的作物生长最佳环境参数进行比对，分析作物当前所处的生长阶段，以及当前阶段需要的最佳生长环境，从而控制补光系统和灌溉系统对作物的生长环境进行调控。对于系统无法完成的调控，信息处理单元将信号传递到用户端，通知用户进行人为调控，实现资源的有效利用，提高林下土地的利用率。

附图说明

图1为本发明实施例中林下种植系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中林下种植系统的模块示意图。

图3为本发明实施例中林下种植系统的光照调控流程图。

图4为本发明实施例中林下种植系统的土质环境调控流程图。

图5为本发明实施例中林下种植系统的魔芋某生长阶段的光谱曲线图。

图6为本发明实施例中林下种植系统的黄精某生长阶段的光谱曲线图。

图7为本发明实施例中林下种植系统的砂仁某生长阶段的光谱曲线图。

图8为本发明实施例中林下种植系统的人参某生长阶段的光谱曲线图。

附图中：101、土质检测单元；102、光照采集单元；200、图像识别模块； 301、补光系统；302、灌溉系统；400、信息处理单元；500、数据库。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1-8，本发明实施例中，一种林下种植系统，包括：补光系统301，用于调节植物补光设备的光参数；灌溉系统302，用于提供植物生长所需要的水资源；土质检测单元101，用于检测当前土质是否满足相关作物的生长需求；光照采集单元102，用于检测林下的光照环境；图像识别模块200，用于检测植物当前的生长阶段；信息处理单元400，用于接收各传感器采集的信号，并分析处理，控制补光系统301与灌溉系统302的响应；数据库500，收集各作物在不同生长阶段所需要的生态环境，提供参考和比较。

具体的，所述补光系统301至少可以针对光质、光强、光周期三个参量进行调节，所述补光系统301可以由信息处理单元400进行控制。

在本发明的实施例中，针对光质调节，补光系统301采用各基色芯片集成灯珠，通过PWM调控的方式改变光质；针对光强调节，补光系统301受信息处理单元400控制，可以通过调节电流大小的方式针对补光系统301进行光照强度的控制；针对光周期调节，补光系统301受信息处理单元400控制，通过开启和关闭的方式进行调节。

进一步的，所述灌溉系统302用于为种植的作物提供水分，其动力源包括但不仅限于离心泵、潜水泵、深井泵等，覆盖面积为所应用的种植地全面积。当信息处理单元400接收土质检测单元101传递的信号后与数据库数据进行比较，分析当前土质中水分是否满足当前植物生长阶段的需求，并控制灌溉系统 302进行调控。

进一步的，所述土质检测单元101可以检测土壤水分、养分、硬度、酸碱度等土壤参数，并且将检测的信息传递到所述信息处理单元400。所述土质检测单元有若干个，根据实际种植地的形状均匀地分布在种植地内，所述土质检测单元101通过均匀分布的方式可以更好地全方位采集土壤中植物生长所需因素，避免个别位置出现水分不足或营养成分不足的情况而影响作物的正常生长。

进一步的，所述光照采集单元102包含若干个光照采集设备，按照一定的排布方式分布在所应用的种植地，可以实时检测透过树叶照射下来的以及补光系统发出的光合量子通量密度、光谱、主波长等光照参数。因为树林的茂密程度不一，所以导致林下的遮荫度大小不一，所述光照采集单元根据实际样板地内树林的茂密程度按照一定方式排布。

在本发明的实施例1中，本林下种植系统应用于橡胶林下的某经济作物种植，橡胶林为十年生的橡胶林，该橡胶林由于作物自身生长因素导致不同位置的橡胶树茂密程度不一样，所述光照采集单元102在茂密程度较高的位置，即遮荫度较强的位置，林下光照不足但是分布均匀的位置安装1～3个光照检测装置。在茂密程度较低的位置，即遮荫度较弱的位置，林下部分区域光照强度较高，部分位置光照强度较低，光照分布不均匀的位置安装2～8个光照检测装置，所述光照采集单元102将信号传递到信息处理单元400，并通过计算平均值的方式判断该位置的光照强度，以保证对作物可以起到最佳的调节效果。

在本发明的实施例2中，本林下种植系统应用于橡胶林下的某经济作物种植，橡胶林为二十年生的橡胶林，该橡胶林由于生长年份较久，遮荫度较高，林下整体的光照度不足但是较为均匀，所述光照采集单元102的光照检测装置均匀分布在种植地内，以保证采集光照数据的准确性。

进一步的，所述图像识别模块200包含若干个高清摄像头，实时监控种植地的作物生长状况，并将图片传递至信息处理单元。所述图像识别模块200包含的高清摄像头可以通过机械装置安装在种植地较为粗壮的树干上，也可以将金属杆固定在种植地，在金属杆上进行高清摄像头的固定。所述图像识别模块 200可以通过拍照的方式将图片传递到信息处理单元400，信息处理单元400通过图像识别出作物的生长阶段。

进一步的，所述信息处理单元400可以接受所述土质检测单元101、光照采集单元102、图像识别模块200采集的信号，并于所述数据库500的信息进行对比，分析作物处于的生长阶段，根据数据库500中作物最佳生长环境控制所述补光系统301和所述灌溉系统302做出响应，为作物提供最佳生长环境。

进一步的，所述数据库包含各种植物各个阶段生长所需要的光照参量、水分、肥料等环境参量。在本发明的实施例3中，数据库500包含魔芋在播种期，出苗期，展叶期，块茎速生期，枯叶期，块茎成熟期等生长阶段的图片，以及在相对应阶段所需要的光照参数条件，例如，魔芋在展叶期最佳光质配比为红光：蓝光为1：1～5：1之间某个特定数值，最佳光照强度为光合量子通量密度数值在40～100μmol·m^-2·s^-1之间某个特定数值，最佳光照时长为13小时/天。

在本发明的实施例4中，针对本系统可以进行自主调控的参量，即光照参数与水分，系统可以通过传感器采集的数据自动进行调控，具体方式如下。图像识别模块将拍摄的图片传递到信息处理单元400，信息处理单元400通过图像处理方式识别出当前作物的生长阶段，并与数据库500储存的相关植物生长阶段最佳生长环境作对比，分析当前环境与最佳生长环境的差别，再通过土质检测单元101采集土质相关数据并将数据传递到信息处理单元400，信息处理单元 400分析当前土壤内所含有的水分，再控制灌溉系统302对作物进行浇水灌溉，并通过土质检测单元101进行实时调控。光照采集单元102将采集到的光照数据传递到信息处理单元400，信息处理单元400控制补光系统301对林下作物进行光照调控。当天气为晴天，本系统应用的种植地树林遮荫度不高时，自然光照条件可以满足作物的正常生长需求，信息处理单元400根据光照采集单元102 传递的光照参数信息，自主调控关闭补光系统，避免造成资源的浪费，以及作物因为光照强度过高而影响正常生长。当阴天，或者本系统应用的种植地树林遮荫度较高时，自然光照条件无法满足作物的正常生长需求，信息处理单元400 根据光照采集单元102传递的光照参数信息，自主调控打开补光系统，并根据数据库500内作物当前阶段最适光照周期定时关闭补光系统301，保证作物的最佳生长状态。

在本发明的实施例4中，针对本系统不可以进行自主调控的参量，即肥料等因素，信息处理单元400将土质检测单元101传递的信号与数据库500信息进行比对后，将作物生长所需要的肥料等因素传递到用户手机APP或PC端，通知用户进行人为调控的方式对种植地内的土壤进行调节。

本发明的工作原理：图像识别模块200将拍摄的照片传递到信息处理单元 400，信息处理单元400通过图像识别技术对照片中作物进行识别，并根据数据库500中各种作物不同生长阶段的图像做对比，判断该作物当前的生长阶段，以及数据库500中该作物当前生长阶段最佳的生长环境。将该数据信号与土质检测单元101和光照采集单元102收集的信息做对比，当所检测的生长环境与最佳生长环境不同时，信息处理单元400自主通过补光系统301和灌溉系统302 进行调节，改变种植地内的水分和光照情况。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种林下种植系统，其特征在于，包括：补光系统，用于调节植物补光设备的光参数；灌溉系统，用于提供植物生长所需要的水资源；土质检测单元，用于检测当前土质是否满足相关作物的生长需求；光照采集单元，用于检测林下的光照环境；图像识别模块，用于检测植物当前的生长阶段；信息处理单元，用于接收各传感器采集的信号，并分析处理，控制补光系统与灌溉系统的响应；数据库，收集各作物在不同生长阶段所需要的生态环境，提供参考和比较。

2.根据权利要求1所述的林下种植系统，其特征在于，所述补光系统至少可以针对光质、光强、光周期三个参量进行调节，所述补光系统可以由信息处理单元进行控制。

3.根据权利要求1所述的林下种植系统，其特征在于，所述灌溉系统用于为种植的作物提供水分，其动力源包括但不仅限于离心泵、潜水泵、深井泵等，覆盖面积为所应用的种植地全面积。

4.根据权利要求1所述的林下种植系统，其特征在于，所述土质检测单元可以检测土壤水分、养分、硬度、酸碱度等土壤参数，并且将检测的信息传递到所述信息处理单元。

5.根据权利要求1所述的林下种植系统，其特征在于，所述光照采集单元包含若干个光照采集设备，按照一定的排布方式分布在所应用的种植地，可以实时检测透过树叶照射下来的以及补光系统发出的光合量子通量密度、光谱、主波长等光照参数。

6.根据权利要求1所述的林下种植系统，其特征在于，所述图像识别模块包含若干个高清摄像头，实时监控种植地的作物生长状况，并将图片传递至信息处理单元。

7.根据权利要求1所述的林下种植系统，其特征在于，所述信息处理单元可以接受所述土质检测单元、光照采集单元、图像识别模块采集的信号，并于所述数据库的信息进行对比，分析作物处于的生长阶段，根据数据库中作物最佳生长环境控制所述补光系统和所述灌溉系统做出响应，为作物提供最佳生长环境。

8.根据权利要求1所述的林下种植系统，其特征在于，所述数据库包含各种植物各个阶段生长所需要的光照参量、水分、肥料等环境参量。

9.根据权利要求7-8所述的林下种植系统，其特征在于，所述信息处理单元可以通过云端和手机APP等用户端相连，实时查看各传感器采集的种植地生态环境数据，针对系统无法控制的环境参量无法达到最佳生长环境时，对用户进行提醒，进行人为调控。

10.根据权利要求1-9所述的林下种植系统，其特征在于，所述信息处理单元可以通过所述光照采集单元采集的光照信号自动判断是否需要打开补光系统，避免补光设备在光照条件足够的情况下开启，影响作物的生长，浪费资源，影响设备使用寿命。