【论文精选】自动感知和控制的节水灌溉系统

《农业工程学报》2018年第34卷第23期刊载了江苏大学流体机械工程技术研究中心等单位顾哲、袁寿其、齐志明、王新坤、蔡彬和郑珍的论文——“基于ET和水量平衡的日光温室实时精准灌溉决策及控制系统”。该研究由十三五国家重点研发计划(项目号:2016YFC0400202)资助。

有经验的农民可以根据作物的生长情况和土壤的干湿情况以及天气情况判断是否需要灌溉，但是自动灌溉控制系统一开始并没有这个能力。当前大部分的自动灌溉系统只能进行灌溉量的控制，但至于何时需要灌溉，灌多少的问题仍然依赖人为输入，致使农民不得不时刻关注田间的状态。

一些系统采用传感器自动测量土壤的干湿情况进行灌溉，不需要人为的干预，但仅考虑了土壤因素，灌溉时间和灌水量的确定不够精准，缺乏较好的科学依据，容易造成损失。该研究的开展正是基于以上情况。

如何科学地确定灌溉时间和灌水量呢？作物和土壤的耗水规律的研究给了很好的解决办法，把土壤蒸发的水分和作物蒸腾的水分之和称为蒸散量，蒸散量的大小主要受到天气情况和作物生长阶段的影响，可以通过计算获得。

因此，在温室中，不考虑降雨，灌水量就可以设置为蒸散量。灌溉理论的研究也给出了适宜作物生长的土壤湿度的范围，从而当计算得累积的蒸散量使土壤湿度低于这个范围时进行灌溉。

采用上述方法，该研究开发了一套自动感知和控制的温室灌溉系统，能通过温室内的小型气象站实时地感知天气情况，并自动计算蒸散量，估计土壤湿度，判断是否进行灌溉，一旦确定需要灌溉，则将灌溉量发送给田间控制器，自动地开始和停止灌溉，无需人为干预。

将上述实时的自动感知和控制系统应用到日光温室番茄的灌溉系统中，试验结果表明，设计的灌溉系统能按科学方法的计算结果精确控制灌水量，估计的土壤湿度虽然与实际值存在一些偏差但总体趋势一致，当该值低于适宜的土壤湿度范围时，系统能准确作出反应触发灌溉。

该研究将实时灌溉时间和灌水量的决定过程纳入到自动灌溉系统中，真正实现了全过程的自动灌溉，可以为其他灌溉系统的自动化改进提供借鉴，从而提高灌溉效率。

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