CN116671431A - 一种植物全生长周期调控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种植物全生长周期调控系统及方法。调控系统包括容置植物根部生长的种植装置、雾培单元、水培单元、数据处理单元和传感单元。数据处理单元可以根据所述传感单元获取的植物根系形态数据和数据存储单元中预先存储的植物生长数据生成调整雾培单元和/或水培单元工作参数的控制指令以调整所述植物的根部的环境参数。雾培单元和水培单元基于接收的控制指令调节营养液成分和植物的根部浸入营养液的比例，使营养液的供给量更加贴合植物的生长阶段和生长情况，提高了营养液的投放效率。
Description
技术领域
本发明涉及植物种植技术领域，尤其涉及一种植物全生长周期调控系统及方法。
背景技术
植物育种是改良作物的遗传特性，以培育高产优质品种的技术。缩短作物生长周期、加快加代纯合速度是提高育种效率的重要途径。现有技术对植物育种所用培养设备进行了大量地改进，以期通过及时提供植物生长所需营养的方式缩短育种时间。
例如，公开号为CN111565562A的中国专利公开了一种雾培设备，该雾培设备包括具有基部和至少两个侧壁的生长床托盘和用于雾化营养液的雾化器，该生长床托盘能够将植物支承物保持在与生长床托盘的基部间隔开的位置处，该雾化器位于生长床托盘的基部处并包括超声换能器和用于保持超声换能器的保持器。该专利还公开了一种使用雾培设备的农作物生产方法，该方法使营养液流入生长床托盘的基部中以至少接触农作物的根部，或者在生长床托盘的基部处提供营养液并雾化营养液，使得雾化的营养液至少接触农作物的根部。
公开号为CN110178717A的中国专利公开了一种全密封植物营养雾培装置及其植物雾培方法。在该专利所采用的技术方案中，雾培装置包括雾培箱，栽培板将雾培箱分隔成光合雾培箱和根际雾培箱，分别为茎叶和根际提供所需的不同的营养雾，并分开收集重复利用，该发明设置可自由切换的单向循环模式和完全内循环模式，单向循环模式可实现净化空气的进入和茎叶对根际产生二氧化碳的利用，完全内循环模式可实现根部产生的二氧化碳运送至植物茎叶加速光合作用，并将茎叶通过光合作用产生的氧气运送至根部进行呼吸作用。
公开号为CN114766346A的中国专利公开了一种农业种植用蔬菜幼苗水培装置，包括座体，所述座体的外壁设置有水培箱，且水培箱的内壁设置有支撑机构，所述支撑机构的端部设置有水培板，且水培板的外壁开设有多排等距离分布的水培口，所述座体外壁的四个拐角处均设置有立杆，且立杆的端部设置有安装板，所述安装板的外壁设置有储液箱，所述储液箱的外壁设置有导液管，所述导液管的一侧外壁设置有滴管，所述水培板的外壁通过固定杆连接有活塞。
在现有的气雾栽培法中，雾化后的营养液虽然可以覆盖植物范围，但是由于雾化后的营养液并非全部被植物吸收，导致营养液的雾化量和植物的实际吸收量存在较大偏差，为了确保植物的顺利生长，使得营养液的实际使用量大于植物的实际吸收量。此外，在植物生长周期中的不同生长阶段，所需的营养成分是不同的，如何通过针对处于不同生长阶段的植物精确地施加其所需成分的营养液，这是植物栽培中亟待解决的问题。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供一种植物全生长周期调控系统，其包括容置植物根部生长的种植装置。所述调控系统还包括：雾培单元、水培单元、数据处理单元、数据存储单元和传感单元。优选地，雾培单元用于向所述植物的根部喷洒营养液。优选地，水培单元用于调整所述植物的根部浸入营养液的比例。优选地，数据存储单元至少配置为预先存储有一种或多种所述植物的生长数据，其中，所述生长数据可以包括：植物全生长周期中不同生长阶段的根系形态、与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境的比例、以及营养液缺少某种成分时植物的根系形态。优选地，传感单元至少用于获取植物根系形态数据。优选地，数据处理单元配置为根据所述传感单元获取的植物根系形态数据和所述数据存储单元中预先存储的植物生长数据生成调整所述雾培单元和所述水培单元工作参数的控制指令以调整所述种植装置中所述植物根部的生长环境参数。
优选地，本发明采用联合雾培和水培的栽培方法，将植物根系部分地浸润于溶解有营养物质的水培营养液中，并且雾化的营养液中未被植物吸收的部分可以凝结至水培营养液中，解决了雾化的营养液无法被植物根系完全吸收的问题，提高了植物对营养物质进行吸收、运输和利用的效率。优选地，本发明可以通过预先进行的植物进行种植试验，获取植物全生长周期中不同生长阶段的根系形态、与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境比例的数据关系、以及营养液缺少某种成分时植物的根系形态等植物的生长数据并对所述生长数据进行储存。优选地，在植物的培养过程中，本发明可以通过将监测到的植物根系形态与生长数据进行对比的方式确定植物根部的生长环境需求，进而对植物根部的生长环境参数进行调整以构建适宜植物生长的环境，能够对处于不同生长阶段的植物精确地施加其所需成分的营养液，使营养液的供给量更加贴合植物实际生长过程，提高了营养液的投放效率。
根据一种优选实施方式，所述数据处理单元根据所述植物根系形态数据确定植物当前所处的生长阶段和生长情况，并根据植物当前所处的生长阶段和生长情况生成调整所述雾培单元和/或所述水培单元工作参数以调节所述植物根部的生长环境参数。
优选地，本发明将植物根系形态数据作为判定植物当前所处的生长阶段和生长情况的依据，相较于根据植物枝干、叶片等地上部分的形态确定植物所处的生长阶段和生长情况的方式，本发明可以更早检测到植物的生长阶段和/或生长情况变化。相较于植物地上部分的形态变化，植物根系的形态变化贯穿植物生长发育的全周期。特别是对于土豆、萝卜、芋头、人参等以地下根茎为物质产出的植物，在不同生长阶段和/或生长情况下，其根系形态的差异相较于其地上部分的形态差异更加明显，利于区分，有利于降低图像识别等工作的数据处理量。
根据一种优选实施方式，所述生长环境参数至少包括营养液成分和植物的根部浸入营养液的比例。
优选地，本发明可以根据植物生长阶段和生长情况的变化对营养液成分进行调整，从而在植物的全生长周期培养中精确地施加植物所需成分的营养液，并且本发明通过对植物根系处于营养液和喷雾之间的比例进行调整，避免植物烂根。
根据一种优选实施方式，所述数据处理单元在植物所处的生长阶段改变或生长情况异常的情况下发送切换营养液成分的第一控制指令至所述雾培单元和/或所述水培单元。响应于第一控制指令之收到，所述雾培单元和/或所述水培单元配置的营养液制备模块对营养液成分进行调整，使得所述雾培单元和/或所述水培单元输入所述种植装置中的营养液的成分与植物相适配。
植物在生长阶段或生长情况不同时所需的营养成分是存在差异的。相较于利用单一营养液进行植物全周期培养的方式，本发明在确定植物所处生长阶段或生长情况后向植物提供适应其生长需求的营养液，有利于促进其生长。特别是在进行育种时，根据植物所处生长阶段或生长情况后向其提供适应的营养液，从而植物的全生长周期中促进植物的生长，有利于探索植物的最快成熟的极限。
根据一种优选实施方式，所述数据处理单元在所述植物的根部浸入营养液的比例不符合植物当前所处的生长阶段和生长情况的情况下发送调整所述植物根部浸入营养液部分占比的第二控制指令至所述水培单元。响应于第二控制指令之收到，所述水培单元通过配置的流量调节模块调节所述种植装置内部的营养液高度和/或通过配置的容积调节模块调节植物与所述种植装置底部的间距，从而对所述植物的根部浸入营养液的比例进行调节。
优选地，本发明通过对植物根系处于营养液和喷雾之间的比例进行调整，避免植物烂根。本发明设置有两种调节植物根部浸入营养液的比例的方式，以适配植物不同生长阶段或生长情况的植物根系形态。本发明可以根据植物的植物根系形态确定调节植物根部浸入营养液的比例的方式，避免损伤植物根系或者造成营养液浪费。例如，当植物根系不发达，在所述种植装置中的部分较短时，水培单元通过调节植物根系与所述种植装置底部间距的方式调节植物根部浸入营养液的比例，降低营养液的使用量。
根据一种优选实施方式，所述数据处理单元还能够根据植物当前所处的生长阶段和生长情况调节所述雾培单元在所述种植装置内的雾培范围和喷洒频率，使得雾化后的营养液与植物根系的吸收能力相适配。
优选地，本发明根据植物当前所处的生长阶段和生长情况调节雾培单元的雾培范围和喷洒频率，使得雾培单元的雾培范围在覆盖植物根系的情况下，将营养液尽可能地喷洒至根系，减少雾化后的营养液凝结至水培营养液的量，从而提高雾培单元的有效雾化量。
根据一种优选实施方式，所述数据处理单元在所述传感单元监测到植物的病虫害的情况下发送治理病虫害的第三控制指令至所述雾培单元。所述雾培单元响应于所述第三控制指令之收到对处理相应病虫害的药剂进行雾化并通过设置在病虫害区域的雾化喷头投放雾化药剂。
优选地，相较于全体给药的方式，本发明可以通过雾培单元将治理病虫害的药剂投放至病变区域，对病虫害进行精确治理，从而减少药物用量，提高治理效率。
根据一种优选实施方式，所述生长阶段至少包括幼苗阶段、发育阶段和成熟阶段。所述生长情况至少包括正常生长情况和植物在至少缺少一种肥料情况下的异常生长情况。
优选地，本发明可以汇总植物在缺少一种或多种肥料的条件下的生长数据和植物在不同生长阶段的生长数据并将汇总后的生长数据存储至数据存储单元，从而在后续培养相同植物的过程中可以通过将植物当前的生长数据与存储的生长数据进行对比，以确定当前营养液相对于植物的生长需求缺少何种成分，进而对营养液成分进行调整，使得营养液的成分能满足植物的生长需求。
本发明还提供一种植物全生长周期培养方法。所述培养方法至少包括：获取植物根系形态数据；根据所述植物根系形态数据确定植物当前所处的生长阶段和生长情况；根据植物当前所处的生长阶段和生长情况确定营养液成分和植物的根部浸入营养液的比例；对植物进行雾培和水培。
优选地，本发明采用联合雾培和水培的栽培方法，将植物根系部分地浸润于溶解有营养物质的水培营养液中，并且雾化的营养液中未被植物吸收的部分可以凝结至水培营养液中，解决了雾化的营养液无法被植物根系完全吸收的问题，提高了植物对营养物质进行吸收、运输和利用的效率，并且本发明通过对植物根系处于营养液和喷雾之间的比例进行调整，避免植物烂根。根据一种优选实施方式，所述调控方法还包括：在植物所处的生长阶段改变或生长情况异常的情况下调整雾培和/或水培使用营养液的种类以调整所述营养液成分。
优选地，本发明根据生长阶段和生长情况的变化对营养液成分进行调整，从而在植物的全生长周期培养中精确地施加植物所需成分的营养液。
附图说明
图1是本发明提供的一种优选实施方式的种植装置与培养单元的简化示意图；
图2是本发明提供的一种优选实施方式的调控系统的简化模块连接关系示意图；
图3是本发明提供的一种优选实施方式的数据处理单元与传感单元中各传感器的简化模块连接关系示意图。
附图标记列表
100：调控系统；110：种植装置；111：置物板；112：防水膜；113：底板；120：雾培单元；121：雾培供液泵；122：雾培输液管；123：雾化喷头；130：水培单元；131：水培供液泵；132：水培输液管；140：数据处理单元；150：数据存储单元；160：传感单元；161：流量传感器；162：根系形态传感器；163：液位传感器；164：重量传感器；165：病虫害情况传感器。
具体实施方式
下面结合附图1至3进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种植物全生长周期调控系统100。参见图1，优选地，调控系统100可以包括种植装置110和培养单元，其中，培养单元可以包括雾培单元120和水培单元130。本实施例提供的调控系统100适用于育种设备，并且进行育种时不考虑被种植对象的本身的经济价值，更重要的是探索各类植物的最快成熟的极限。本实施例提供的调控系统100应用于探索各类植物的最快成熟的极限的育种试验时，可以加速育种进程，缩短培育时长，尽快地筛选出目标品种，相较于培育高经济价值作物，缩短育种时间，例如将育种时间从十年降低到五年所带来的价值更大。
参见图1，优选地，种植装置110可以包括置物板111、防水膜112和底板113。优选地，置物板111用于栽种植物。优选地，在对植物进行培养的过程中，置物板111将植物划分为地上部和地下部。优选地，植物的枝叶、茎秆等部分位于置物板111上方，植物的根系位于置物板111下方。优选地，底板113设置在置物板111下方，并且底板113与置物板111通过设置在板体四周的防水膜112连接。
优选地，防水膜112具有延展性，可折叠。优选地，置物板111通过防水膜112连接底板113，形成容积可变的箱型种植槽。
优选地，底板113或置物板111设置有伸缩移动装置，可以调节底板113与置物板111的间距，从而改变种植装置110的容积，以适配植物的根长变化。
优选地，置物板111设置有重量传感器164，用于检测培养过程中的作物的重量变化。
优选地，重量传感器164可以是应变片、悬挂式重量检测传感器，获取置物板111的重量变化。
优选地，培养单元可以包括雾培单元120和水培单元130。
优选地，雾培单元120可以包括雾培供液泵121、雾培输液管122和雾化喷头123。
优选地，雾化喷头123设置在种植装置110内部，靠近置物板111的一侧。优选地，若干雾化喷头123通过雾培输液管122与种植装置110外的雾培供液泵121连接。
优选地，雾培输液管122从防水膜112靠近置物板111的一端延伸入种植装置110内部，避免种植装置110内的营养液从雾培输液管122与防水膜112的连接处渗漏。
雾培供液泵121将营养液从储液单元泵送至雾培输液管122，然后通过雾化喷头123喷洒至植物的根部。
雾化喷头123喷洒出的营养液附着在植物的根部，或沉积在种植装置110内部。
水培单元130至少包括水培供液泵131和水培输液管132。优选地，水培供液泵131通过水培输液管132连接至底板113的中心。优选地，水培供液泵131将营养液泵入或输出种植装置110，以调节种植装置110中的营养液液位。
参见图2，优选地，调控系统100还可以包括数据处理单元140、数据存储单元150和传感单元160。
优选地，传感单元160用于获取植物根系形态数据。优选地，数据处理单元140配置为根据传感单元160获取的植物根系形态数据和数据存储单元150中预先存储的植物生长数据生成调整雾培单元120和水培单元130工作参数的控制指令以调整种植装置110中植物根部的生长环境参数。
优选地，数据处理单元140根据植物根系形态数据确定植物当前所处的生长阶段和生长情况，并根据植物当前所处的生长阶段和生长情况生成调整雾培单元120和/或水培单元130工作参数以调节植物根部的生长环境参数。
优选地，在本发明中植物的生长阶段可以包括幼苗阶段、发育阶段和成熟阶段。植物的生长情况可以包括正常生长情况和植物在至少缺少一种肥料情况下的异常生长情况。优选地，本发明可以汇总植物在缺少一种或多种肥料的条件下的生长数据和植物在不同生长阶段的生长数据并将汇总后的生长数据存储至数据存储单元150，从而在后续培养相同植物的过程中可以通过将植物当前的生长数据与存储的生长数据进行对比，以确定当前营养液相对于植物的生长需求缺少何种成分，进而对营养液成分进行调整，使得营养液的成分能满足植物的生长需求。
优选地，生长环境参数至少包括营养液成分和植物的根部浸入营养液的比例。优选地，调控系统100可以根据生长阶段和生长情况的变化对营养液成分进行调整，从而在植物的全生长周期培养中精确地施加植物所需成分的营养液，并且本发明通过对植物根系处于营养液和喷雾之间的比例进行调整，避免植物烂根。
优选地，本发明将植物根系形态数据作为判定植物当前所处的生长阶段和生长情况的依据，相较于根据植物枝干、叶片等地上部分的形态确定植物所处的生长阶段和生长情况的方式，本发明可以更早检测到植物的生长阶段和/或生长情况变化。相较于植物地上部分的形态变化，植物根系的形态变化贯穿植物生长发育的全周期。特别是对于土豆、萝卜、芋头、人参等以地下根茎为物质产出的植物，在不同生长阶段和/或生长情况下，其根系形态的差异相较于其地上部分的形态差异更加明显，利于区分，有利于降低图像识别等工作的数据处理量。参见图3，优选地，传感单元160可以包括流量传感器161、根系形态传感器162、液位传感器163、重量传感器164和虫害传感器165。
优选地，数据处理单元140分别与数据存储单元150和传感单元160信号连接，并且数据处理单元140还与雾培供液泵121和水培供液泵131信号连接。
优选地，数据处理单元140可以是电脑等智能处理设备以及是诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或被配置为以定义的方式响应并执行指令来实现期望的结果的任意其他装置或装置的组合。
优选地，数据存储单元150预先存储有一种或多种植物的生长数据。优选地，生长数据可以包括：植物全生长周期中不同生长阶段的根系形态、与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境的比例、以及营养液缺少某种成分时植物的根系形态。优选地，本实施例可以通过对若干种类的植物根系进行不同雾培环境和水培环境比例的培养种植实验，获取植物全生长周期中的根系形态图像，从而建立起植物根系形态与植物根系处于雾培环境和水培环境比例的数据关系，获取与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境的比例。优选地，本实施例可以通过对若干种类的植物根系进行不同成分营养液的培养种植实验，获取植物在不同成分的营养液培养下的根系形态图像，从而获取植物在营养液缺少某种成分时的根系形态。优选地，数据处理单元140在植物所处的生长阶段改变或生长情况异常的情况下发送切换营养液成分的第一控制指令至雾培单元120和/或水培单元130。响应于第一控制指令之收到，雾培单元120和/或水培单元130配置的营养液制备模块对营养液成分进行调整，使得雾培单元120和/或水培单元130输入种植装置110中的营养液的成分与植物相适配。
优选地，植物在生长阶段或生长情况不同时所需的营养成分是存在差异的。相较于利用单一营养液进行植物全周期培养的方式，本发明在确定植物所处生长阶段或生长情况后向植物提供适应其生长需求的营养液，有利于促进其生长。特别是在进行育种时，根据植物所处生长阶段或生长情况后向其提供适应的营养液，从而植物的全生长周期中促进植物的生长，有利于探索植物的最快成熟的极限。
优选地，数据处理单元140通过根系形态传感器162获取植物的根系形态数据，并对其进行处理，从而确定植物当前生长阶段和生长情况。
优选地，根系形态传感器162可以是根系形态分析仪。优选地，根系形态分析仪获取的植物的根系形态数据可以包括根总长、根总表面积数、根直径、根体积等参数。
优选地，数据处理单元140可以通过配置的形态分析模型对根系形态分析仪获取的植物的根系形态数据进行处理。优选地，形态分析模型通过对根总长、根总表面积数、根直径和根体积进行赋权处理以得出评判植物所处生长周期的“根系形态指数”。优选地，根系形态指数可以是根据植物根系的根总长、根总表面积数、根直径和根体积以恒量植物所处生长周期的指数。优选地，根系形态指数的数值范围为1～100；其中，1～30表示植物处于幼苗阶段，31～70表示植物处于的发育阶段，71～100表示植物处于成熟阶段。
优选地，雾培单元120和/或水培单元130配置的营养液制备模块可以是具有药物储存、溶解功能的营养液制备设备。优选地，营养液制备设备可以向水溶液中添加氮肥、磷肥、钾肥、钙肥等肥料以及赤霉素、表油菜素内酯等外源激素以制备营养液，并且营养液制备设备可以通过改变各种肥料和外源激素的添加量，从而改变营养液的成分。
优选地，数据处理单元140根据根系形态传感器162获取植物的根系形态数据确定植物当前生长阶段，从而确定植物当前所需营养液中各成分的占比。
以马铃薯不同生长阶段对氮、磷、钾的需求为例，当马铃薯处于幼苗阶段时，营养液中氮、磷、钾的相对占比分别为19％、17.5％、17％；当马铃薯处于发育阶段时，营养液中氮、磷、钾的相对占比分别为56％、48.5％、49％；当马铃薯处于成熟阶段时，营养液中氮、磷、钾的相对占比分别为25％、34％、34％。
优选地，当数据处理单元140根据根系形态传感器162获取植物的根系形态数据确定种植的马铃薯从幼苗阶段进入发育阶段时，数据处理单元140发送切换营养液成分的第一控制指令至雾培单元120和/或水培单元130。优选地，第一控制指令可以包含所需切换的营养液中各成分的占比。优选地，第一控制指令可以是“配置氮、磷、钾的相对占比分别为56％、48.5％、49％的营养液”。响应于第一控制指令之收到，雾培单元120和水培单元130配置的营养液制备模块可以改变营养液制备过程中氮肥、磷肥、钾肥的添加量，从而配置出氮、磷、钾的相对占比分别为56％、48.5％、49％的营养液。优选地，在营养液制备模块制备适配马铃薯发育阶段的营养液时，雾培单元120停止工作，水培单元130将种植装置110中的既有营养液排出。在营养液制备模块制备出氮、磷、钾的相对占比分别为56％、48.5％、49％的营养液后，雾培单元120和水培单元130将适配马铃薯发育阶段的营养液输入种植装置110。
优选地，数据处理单元140根据根系形态传感器162获取植物的根系形态数据确定植物当前生长情况。若植物当前生长情况与数据存储单元150储存的植物在缺少一种或多种肥料的条件下的生长情况相符，数据处理单元140可以发送添加相应肥料的第一控制指令至雾培单元120和/或水培单元130，使得雾培单元120和水培单元130配置的营养液制备模块营养液制备过程中添加相应的肥料以对植物进行补肥。
例如，当数据处理单元140确定马铃薯缺钾时，数据处理单元140可以发送“添加钾肥”的第一控制指令至雾培单元120和/或水培单元130。响应于第一控制指令之收到，雾培单元120和水培单元130配置的营养液制备模块可以营养液制备过程中增加氮肥的添加量。雾培单元120和水培单元130将增加氮肥含量的营养液输入种植装置110以对马铃薯进行补钾。
优选地，数据处理单元140在植物的根部浸入营养液的比例不符合植物当前所处的生长阶段和生长情况的情况下发送调整植物根部浸入营养液部分占比的第二控制指令至水培单元130。响应于第二控制指令之收到，水培单元130通过配置的流量调节模块调节种植装置110内部的营养液高度和/或通过配置的容积调节模块调节植物与种植装置110底部的间距，从而对植物的根部浸入营养液的比例进行调节。
优选地，数据处理单元140可以通过获取传感单元160中各传感器的数据，并依据数据存储单元150中预先存储的植物生长数据输出营养液分配控制信号，以调节雾培供液泵121和水培供液泵131的工作参数或工作状态。
优选地，流量传感器161可以设置在雾培输液管122上，用于检测雾化喷头123的营养液喷洒流量。
优选地，数据处理单元140可以通过获取流量传感器161的数据确定调控系统100雾培单元120的营养液用量。
优选地，根系形态传感器162被配置为检测检测植物的根系形态并输出根系形态信号至数据处理单元140。
优选地，液位传感器163被配置为检测种植装置110内部的营养液液位高度并输出水培营养液的液位高度信号至数据处理单元140。
优选地，数据处理单元140通过液位传感器163传感的数据确定水培营养液的液位高度，再根据底板113的规格可以获得水培营养液的体积。优选地，数据处理单元140可以基于底板113的长宽尺寸确定底板113的面积，从而在通过液位传感器163传感的数据确定水培营养液的液位高度后，数据处理单元140可以通过底板113面积与液位高度的乘积获得水培营养液的体积，进而确定水培营养液的用量。
优选地，数据处理单元140可以通过根系形态传感器162确定植物的根系形态，并根据数据存储单元150中预先存储的该植物的根系形态与植物根系处于雾培环境和水培环境比例的数据关系确定适应植物当前生长状态的雾培环境和水培环境比例。优选地，数据处理单元140可以响应于雾培环境和水培环境比例之确定，生成控制信号以调节雾培供液泵121和水培供液泵131的工作参数，使得植物根系实际处于雾培环境和水培环境比例满足数据存储单元150中适应植物当前生长状态的雾培环境和水培环境比例。
优选地，数据处理单元140通过流量传感器161和/或液位传感器163采集的数据确定的植物根系实际处于雾培环境和水培环境比例。
优选地，数据处理单元140可以通过液位传感器163传感的数据确定水培营养液的液位高度，再根据底板113的长宽尺寸可以获得水培营养液的体积，从而确定水培营养液的用量。
优选地，由于流量传感器161设置在雾培输液管122上，则数据处理单元140可以通过检测雾化喷头123的营养液喷洒流量，确定雾培营养液的用量。
优选地，数据处理单元140通过雾培营养液的用量与水培营养液的用量的比值就可以得到植物根系处于雾培环境和水培环境的比例。
优选地，若营养液的总量已知，数据处理单元140可通过流量传感器161或液位传感器163任一传感器的数据确定植物根系处于雾培环境和水培环境的比例。优选地，本发明的调控系统100其使用的传感器具有多种组合。
优选地，在营养液的总量未知的情况下，调控系统100可以设置流量传感器161和液位传感器163，使得数据处理单元140可以基于流量传感器161和液位传感器163的检测数据确定雾培营养液的用量与水培营养液的用量，从而得出雾培营养液的用量与水培营养液的用量的比值，进而得到植物根系处于雾培环境和水培环境的比例。
优选地，在营养液的总量已知的情况下，调控系统100可以仅设置液位传感器163，使得数据处理单元140可以基于液位传感器163的检测数据确定水培营养液的用量。
数据处理单元140通过营养液的总量与水培营养液的用量的差值得到雾培营养液的用量，进而通过雾培营养液的用量与水培营养液的用量的比值得到植物根系处于雾培环境和水培环境的比例。
优选地，数据处理单元140可以根据“根系形态指数”确定植物所处生长阶段，进而根据数据存储单元150中预先存储的植物生长数据确定适应植物当前生长阶段的雾培环境和水培环境比例，进而根据雾培环境和水培环境比例之确定，生成控制信号以调节雾培供液泵121和水培供液泵131的工作参数，以对植物根系处于雾培环境和水培环境的比例进行调节。
优选地，调控系统100可以通过对植物根系处于营养液和喷雾之间的比例进行调整，避免植物烂根。调控系统100配置有两种调节植物根部浸入营养液的比例的方式，以适配植物不同生长阶段或生长情况的植物根系形态。调控系统100可以根据植物的植物根系形态确定调节植物根部浸入营养液的比例的方式，避免损伤植物根系或者造成营养液浪费。
优选地，关于调控系统100配置的两种调节植物根部浸入营养液的比例的方式，其中一种是水培单元130通过配置的流量调节模块调节种植装置110内部的营养液高度；另一种是水培单元130通过配置的容积调节模块调节植物根系与种植装置110底部的间距。
优选地，水培单元130配置的流量调节模块可以是水培供液泵131。优选地，水培供液泵131可以通过调节种植装置110的进水量或出水量的方式调节种植装置110内部的营养液高度。优选地，水培供液泵131可以是双向水泵。优选地，在植物根部浸入营养液的比例超过与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境的比例时，水培供液泵131将营养液从种植装置110中抽出。优选地，在植物根部浸入营养液的比例低于与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境的比例时，水培供液泵131将营养液泵入种植装置110中。
优选地，水培单元130配置的容积调节模块可以是伸缩移动装置。优选地，水培供液泵131可以通过伸缩移动装置的调节底板113与置物板111的间距，从而改变种植装置110的容积，以适配植物的根长变化。优选地，伸缩移动装置可以是伸缩杆。
优选地，伸缩移动装置可以通过调节底板113与置物板111的间距来改变植物根系与底板113的间距，从而在不改变种植装置110内营养液体积的情况下，使得植物根部浸入营养液的比例发生改变。优选地，在植物根部浸入营养液的比例超过与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境的比例时，伸缩移动装置伸长，增大植物根系与底板113的间距，使得植物根部浸入营养液的比例减小。优选地，在植物根部浸入营养液的比例低于与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境的比例时，伸缩移动装置缩短，减小植物根系与底板113的间距，使得植物根部浸入营养液的比例增大。
优选地，当植物根系不发达，即，根系在种植装置110中的长度较短时，水培单元130通过调节植物根系与种植装置110底部间距的方式调节植物根部浸入营养液的比例，降低营养液的使用量。优选地，植物根系不发达时可以是指植物根系在种植装置110内部的长度低于10cm时，此时若通过水培供液泵131调节种植装置110内部的营养液高度的方式来调整植物根部浸入营养液的比例，则需要泵入或抽出的营养液较多，容易造成浪费。优选地，当植物根系在种植装置110内部的长度超过10cm时，水培供液泵131可以通过水培供液泵131调节种植装置110内部的营养液高度，避免采用伸缩移动装置调节时损伤植物根系。优选地，数据存储单元150还预先存储的一种或多种植物生长时间与重量的对应关系。优选地，本实施例可以通过对若干种类的植物根系进行不同雾培环境和水培环境比例的培养种植实验，并获取若干植物全生长周期的重量变化，从而获得植物根系处于不同雾培环境和水培环境比例时，植物重量与生长时间变化的规律，进而获得植物在不同雾培环境和水培环境比例条件下生长时间与重量的对应关系。
优选地，数据处理单元140可以通过接收重量传感器164采集到数据并依据数据存储单元150中预先存储的植物生长时间与重量的对应关系输出植物的生长情况报告。
优选地，数据处理单元140可以通过生长情况报告对植物的全生长周期进行监控并向技术人员反馈植物生长情况，当植物生长不及预期时，技术人员可及时对栽培进程进行调整，例如：调整营养液配比、改变温度/湿度/光照等。
优选地，数据处理单元140在传感单元160监测到植物的病虫害的情况下发送治理病虫害的第三控制指令至雾培单元120。雾培单元120响应于第三控制指令之收到对处理相应病虫害的药剂进行雾化并通过设置在病虫害区域的雾化喷头123投放雾化药剂。
优选地，相较于全体给药的方式，本发明可以通过雾培单元120将治理病虫害的药剂投放至病变区域，对病虫害进行精确治理，从而减少药物用量，提高治理效率。
优选地，雾培单元120配置的营养液制备模块还可以储存、溶解病虫害治理药剂。在接到第三控制指令的情况下，雾培单元120配置的营养液制备模块可以配置治理药剂，使得雾培单元120可以通过雾培供液泵121将治理药剂经雾培输液管122运输至设置在病虫害区域的雾化喷头123。雾化喷头123将药剂雾化投放至病虫害区域以治理植物的病虫害。
优选地，数据处理单元140还可以通过病虫害情况传感器165检测植物的虫害情况。优选地，病虫害情况传感器165可以是拍摄植物的叶片的摄像头。优选地，由于植物叶片被虫侵蚀部分的透光率肯定远远大于叶片健康部分的透光率，数据处理单元140可以通过检测叶片的透光率，将叶片划分为虫害区域和健康区域。优选地，数据处理单元140可以通过确定出的叶片虫害区域的面积与叶片健康区域的面积比，确定叶片的虫害侵蚀量。优选地，数据处理单元140将叶片的虫害侵蚀量划分为高/中/低三级虫害程度。优选地，数据处理单元140可以根据植物的虫害程度调节喷药装置的杀虫剂的喷洒剂量。优选地，数据处理单元140可以根据不同严重程度的虫害对应施加不同浓度的杀虫剂。
优选地，数据存储单元150中还预先存储的一种或多种目标植物不同等级虫害程度与杀虫剂施加浓度的数据。优选地，数据处理单元140接收来自病虫害情况传感器165的虫害信号并依据数据存储单元150中预先存储的植物不同等级虫害程度与杀虫剂施加浓度的数据输出杀虫剂施加浓度控制信号至喷药装置，从而实现对植物虫害情况进行监测并对其进行分级式杀虫剂投放，使杀虫剂投放量更加精准，在保证消灭植物虫害的情况下，最大程度上减少杀虫剂的投放量。
优选地，数据处理单元140还能够根据植物当前所处的生长阶段和生长情况调节雾培单元120在种植装置110内的雾培范围和喷洒频率，使得雾化后的营养液与植物根系的吸收能力相适配。
优选地，本发明根据植物当前所处的生长阶段和生长情况调节雾培单元120的雾培范围和喷洒频率，使得雾培单元120的雾培范围在覆盖植物根系的情况下，将营养液尽可能地喷洒至根系，减少雾化后的营养液凝结至水培营养液的量，从而提高雾培单元120的有效雾化量。
优选地，以马铃薯为例，相较于发育阶段或成熟阶段的马铃薯，处于幼苗阶段的马铃薯根系长度较短、表面积较小，对雾化营养液的吸收量较小。优选地，调控系统100可以根据马铃薯的生长阶段变化调节雾培单元120的雾培范围和喷洒频率。优选地，雾培单元120在马铃薯幼苗阶段的雾培范围为第一雾培范围，雾培单元120在马铃薯发育阶段的雾培范围为第二雾培范围，雾培单元120在马铃薯成熟阶段的雾培范围为第三雾培范围。优选地，第一雾培范围小于第二雾培范围小于第三雾培范围。优选地，雾培单元120在马铃薯幼苗阶段的喷洒频率为第一喷洒频率，雾培单元120在马铃薯发育阶段的喷洒频率为第二喷洒频率，雾培单元120在马铃薯成熟阶段的喷洒频率为第三喷洒频率。优选地，第一喷洒频率小于第二喷洒频率小于第三喷洒频率。
优选地，传感单元160还可以包括设置在种植装置110内部的湿度传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、pH传感器等。优选地，数据处理单元140可以通过传感单元160获取植物根部的湿度、温度、氧气浓度、pH值等环境参数。优选地，数据存储单元150中还预先存储的一种或多种目标植物根部不同生长周期的最适环境参数数据。优选地，优选地，数据处理单元140可以通过环境参数传感器获取植物根部的环境参数并依据数据存储单元150中预先储存的目标植物最适环境参数，生成环境控制指令，使得环境调控设备对植物根部的环境参数进行调节。
优选地，本发明兼具雾培单元120和水培单元130，属于无土栽培技术，摆脱了传统栽培中土地资源的限制，能够提高土地利用率。本发明雾培油液的喷洒和水培营养液的流动均在种植装置110内部进行，能够有效避免营养液中水分的蒸发，并且相较于水培需要将植物根部完全浸没在营养液中的培养方式，本发明的调控系统100仅需将植物根系的部分浸入营养液中，另外部分则通过雾化培养的方式进行培养，使得本发明相较于单一水培模式的用水量更少，更加省水，适合水资源缺乏的区域使用。优选地，种植装置110中的置物板111使得调控系统100可以边采收便定植。优选地，本发明采用置物板111栽培植物，可以通过更换置物板111的方式对栽培植物进行收获或播种，不仅缩短了播种时间，还可以增加复种指数，在植物收获后，可以立即播种或者栽苗，使得种植装置110保持培养植物的状态，可以大大提高空间利用率，为计划应市提供了方便。
优选地，本发明采用联合雾培和水培的栽培方法，将植物根系部分地浸润于溶解有营养物质的水培营养液中，并且雾化的营养液中未被植物吸收的部分可以凝结至水培营养液中，解决了雾化的营养液无法被植物根系完全吸收的问题，提高了植物对营养物质进行吸收、运输和利用的效率。优选地，本发明可以通过预先进行的植物进行种植试验，获取植物全生长周期中不同生长阶段的根系形态、与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境比例的数据关系、以及营养液缺少某种成分时植物的根系形态等植物的生长数据并对生长数据进行储存。优选地，在植物的培养过程中，本发明可以通过将监测到的植物根系形态与生长数据进行对比的方式确定植物根部的生长环境需求，进而对植物根部的生长环境参数进行调整以构建适宜植物生长的环境，能够对处于不同生长阶段的植物精确地施加其所需成分的营养液，使营养液的供给量更加贴合植物实际生长过程，提高了营养液的投放效率。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本实施例提供一种植物全生长周期调控方法。调控方法至少包括：获取植物根系形态数据；根据植物根系形态数据确定植物当前所处的生长阶段和生长情况；根据植物当前所处的生长阶段和生长情况确定营养液成分和植物的根部浸入营养液的比例；对植物进行雾培和水培。
优选地，调控方法还包括：在植物所处的生长阶段改变或生长情况异常的情况下调整雾培和/或水培使用营养液的种类以调整营养液成分。优选地，根系形态数据至少包括根总长、根总表面积数、根直径和根体积。
优选地，本实施例可以通过预先建立的多种植物的数据库。数据库中包含有植物全生长周期中不同生长阶段的根系形态、与植物根系形态适配的雾培环境和水培环境的比例、以及营养液缺少某种成分时植物的根系形态。
优选地，在植物培养过程中，本实例通过获取和分析植物根系的形态数据以确定栽培植物所处的生长周期和生长情况，并根据数据库中预先存储的植物生长数据调节雾培单元120和水培单元130的工作参数，以调整种植装置110中植物根部的生长环境参数，从而栽培出期望的植株。
优选地，本发明兼具雾培单元120和水培单元130，属于无土栽培技术，摆脱了传统栽培中土地资源的限制，能够提高土地利用率。本发明雾培油液的喷洒和水培营养液的流动均在种植装置110内部进行，能够有效避免营养液中水分的蒸发，并且相较于水培需要将植物根部完全浸没在营养液中的培养方式，本发明的调控系统100仅需将植物根系的部分浸入营养液中，另外部分则通过雾化培养的方式进行培养，使得本发明相较于单一水培模式的用水量更少，更加省水，适合水资源缺乏的区域使用。
优选地，种植装置110中的置物板111使得调控系统100可以边采收便定植。优选地，本发明采用置物板111栽培植物，可以通过更换置物板111的方式对栽培植物进行收获或播种，不仅缩短了播种时间，还可以增加复种指数，在植物收获后，可以立即播种或者栽苗，使得种植装置110保持培养植物的状态，可以大大提高空间利用率，为计划应市提供了方便。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
Claims (10)
1.一种植物全生长周期调控系统，其包括容置植物根部生长的种植装置(110)，其特征在于，所述调控系统还包括数据处理单元(140)，
所述数据处理单元(140)被配置为：根据传感单元(160)获取的植物根系形态数据和数据存储单元(150)中预先存储的植物生长数据生成调整雾培单元(120)和/或水培单元(130)工作参数的控制指令以调整所述种植装置(110)中所述植物根部的生长环境参数。
2.根据权利要求1所述的植物全生长周期调控系统，其特征在于，所述数据处理单元(140)根据所述植物根系形态数据确定植物当前所处的生长阶段和生长情况，并根据植物当前所处的生长阶段和生长情况生成调整所述雾培单元(120)和/或所述水培单元(130)的工作参数以调节所述植物根部的生长环境参数。
3.根据权利要求1或2所述的植物全生长周期调控系统，其特征在于，
所述生长环境参数至少包括营养液成分和植物的根部浸入营养液的比例。
4.根据权利要求1～3任一项所述的植物全生长周期调控系统，其特征在于，所述数据处理单元(140)在植物所处的生长阶段改变或生长情况异常的情况下发送切换营养液成分的第一控制指令至所述雾培单元(120)和/或所述水培单元(130)；
响应于第一控制指令之收到，所述雾培单元(120)和/或所述水培单元(130)配置的营养液制备模块对营养液成分进行调整，使得所述雾培单元(120)和/或所述水培单元(130)输入所述种植装置(110)中的营养液的成分与植物相适配。
5.根据权利要求1～4任一项所述的植物全生长周期调控系统，其特征在于，所述数据处理单元(140)在所述植物的根部浸入营养液的比例不符合植物当前所处的生长阶段和生长情况的情况下发送调整所述植物根部浸入营养液部分占比的第二控制指令至所述水培单元(130)；
响应于第二控制指令之收到，所述水培单元(130)通过配置的流量调节模块调节所述种植装置(110)内部的营养液高度和/或通过配置的容积调节模块调节植物与所述种植装置(110)底部的间距，从而对所述植物的根部浸入营养液的比例进行调节。
6.根据权利要求1～5任一项所述的植物全生长周期调控系统，其特征在于，所述数据处理单元(140)还能够根据植物当前所处的生长阶段和生长情况调节所述雾培单元(120)在所述种植装置(110)内的雾培范围和喷洒频率，使得雾化后的营养液与植物根系的吸收能力相适配。
7.根据权利要求1～6任一项所述的植物全生长周期调控系统，其特征在于，所述数据处理单元(140)在所述传感单元(160)监测到植物的病虫害的情况下发送治理病虫害的第三控制指令至所述雾培单元(120)，响应于所述第三控制指令之收到，所述雾培单元(120)对处理相应病虫害的药剂进行雾化并通过设置在病虫害区域的雾化喷头(123)投放雾化药剂。
8.根据权利要求1～7任一项所述的植物全生长周期调控系统，其特征在于，所述生长阶段至少包括幼苗阶段、发育阶段和成熟阶段；
所述生长情况至少包括正常生长情况和植物在至少缺少一种肥料情况下的异常生长情况。
9.一种植物全生长周期调控方法，其特征在于，所述培养方法至少包括：
获取植物根系形态数据；
根据所述植物根系形态数据确定植物当前所处的生长阶段和生长情况；
根据植物当前所处的生长阶段和生长情况确定营养液成分和植物的根部浸入营养液的比例；
对植物进行雾培和水培。
10.根据权利要求9所述的植物全生长周期调控方法，其特征在于，所所述培养方法还包括：
在植物所处的生长阶段改变或生长情况异常的情况下调整雾培和/或水培使用营养液的种类以调整所述营养液成分。
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