植物叶片膨压感应节水灌溉自动控制方法技术

本发明专利技术提供一种植物叶片膨压感应节水灌溉自动控制方法，应用感应节水灌溉自动控制装置，是以缺水的植物叶片进入红外感应区为信号，利用作物缺水导致叶片水势和膨压降低的生理特征，根据叶片垂度与膨压间的反相关关系，结合作物亏缺补偿节水灌溉原理，应用红外感应技术探测到叶片垂度变化，经感应器探测控制实现灌溉水的自动出流和断流。本发明专利技术更直接、更全面、更快速、更灵敏地反应植物的生理需水要求，结合补偿节水灌溉的原理技术，控制精度高，节水效果好，预计节水率为３０％，能满足使用者准确、简单、快速和轻松的田间灌溉控制要求，可以带来明显的经济效益和社会效益。

The automatic control method of leaf turgor pressure induction water-saving irrigation

The present invention provides a plant leaf turgor induction water-saving irrigation automatic control method, automatic control device of induction water-saving irrigation, is to plant leaves water into the infrared induction zone for signal, using crop water cause physiological characteristics of leaf water potential and turgor pressure decreased, according to leaf turgor pressure between the sag and anti correlation with crop water saving irrigation deficit compensation principle and application of infrared sensing technology to detect the change of leaf sag, the sensor detecting the automatic flow and control flow of irrigation water. The present invention is more direct, more comprehensive, more rapid and sensitive reaction of plant physiological water requirement, the principle of compensation technology with water saving irrigation, high control precision, good effect of water saving, water-saving rate of 30% is expected, can satisfy the irrigation users accurate, simple, rapid and easy control requirements, can bring obvious economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属一种节水自动灌溉控制系统的实现方法，主要涉及一种基于植物 叶片膨压变化的自动灌溉控制方法，基于叶片垂度与膨压间反相关的生理特征 以及亏缺补偿节水灌溉理论和红外传感测控技术。
技术介绍
现有的自动灌溉系统大多基于土壤水分含量或者空气湿度的监测，或利用 固定时间间隔的方式实现。并非直接检测植物本身的生理缺水状况，真正有效 地根据植物的生理需水要求来控制自动灌溉。目前发展的节水灌溉技术通常都是基于土壤和空气的湿度等环境因子的变化感应来控制(TORO CO. PC-programmed irrigation control system:美国， US7010395.2006.03.07李仁发;罗娟;曾凡仔;文建国;付彬溯叶华;李瑞芳.基于 无线传感器网络的农业节水灌溉系统与方法中国， CN200610032350丄2008.04.02)，对灌溉系统的改良多停留在从防渗措施的改 进工作上，比如加入某种介质或者对耕地土壤进行机械处理改良土壤的防渗性 (利部科技推广中心;江苏省水利科学研究所.密实土壤水稻节水灌溉方法:中 国，CN200310106073.0. 2004.09.15黄俊友.稻田拌浆节水灌溉方法中国， CN200410041932.7. 2005.03.23)和对灌溉水管等装备的改进，利用渗灌、滴灌、 喷灌等方法减慢灌溉水的出流，减少无效蒸发和渗透。(ANDERSON DALE D. Filtering device for an irrigation system:美国US7032834.2006.04.25曹新科.节 水灌溉装置:中国，CN99235060.3.2000.08.16)也有基于这些要求进行的改进环境感应控制研究(TORO CO . Intelligent environmental sensor for irrigation systems:美国，US7010394. 2006.03.07 )但是由于外界条件的多变性，不同地域土地条件的多样性，不同土壤的地 质结构复杂性，且不同作物的对土地的含水量要求不一致性使得基于土壤空气 等环境湿度的自动灌溉系统很难有普适性和高效性，并不能真正实时准确地反 应植物的生理需水要求，实现高效灌溉。现有的灌溉系统大都没有根据植物的生理水分状况来满足植物的水分需 求。较先进的此类灌溉技术有基于植物器官微尺寸变化检测的智能节水灌溉系统，利用植物叶片的厚度、果实重量变化、生长速率变化等特征参数来实现自动灌溉，(李东升.基于植物器官微尺寸变化检测的智能节水灌溉系统:中国， CN03150690.9, 2004.07.28)也有根据作物的不同生长时期的灌溉措施。在植物的生长期减少灌溉频 率，从而使得植物能够长成更深更强壮的根系(AQUA CONSERVATION SYSTEMS INC. Automatic adjustment of irrigation schedule according to condition of plants :美国，US2002072829),有利于植株后来的吸水能力和抗旱 性。根据植物的生根状况，成熟状态和健康状况调整灌溉的自动灌溉系统 (AQUA CONSERVATION SYSTEMS INC. Automatic adjustment of irrigation schedule according to condition of plants :美国，US2002072829. 2002.06.13 )以及根据不同的生理时段融合水灌溉和杀虫剂喷洒设计融合多种液体输 送管道的(SKINNER PAUL .System for automated monitoring and maintenance of crops including computer control of irrigation and chemical delivery using multiple channel conduit :美国，US2002183935.2002.12.05)当灌溉系统中水的流失，渗漏和无效蒸发降到最低后，研究发掘基于作物 生理需水要求和作物生理节水潜力的自动灌溉系统是非常重要的，其空间和前 景将是非常广阔的。随着作物缺水补偿机制研究的深入以及对作物在缺水后复 水的生长、发育、生殖、产量等生理特征的详细研究，亏缺补偿节水已成为农 业节水灌溉新的追求理念，补偿节水灌溉(调亏灌溉)技术的发展也已渐成农 业节水灌溉趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种植物叶片膨压感应节 水灌溉自动控制方法，是以缺水的植物叶片进入红外感应区为信号，经感应器 探测控制实现灌溉水的自动出流和断流。具体通过以下步骤实现(1)准备选用感应节水灌溉自动控制装置，由控制箱、红外探测器、 支架、连接杆构成，控制箱固定在支架下端，红外探测器与连接杆连接，并通 过可调连接螺丝固定到支架上端，连接杆固定在支架上的位置可上下调节，红 外探测器的感应板上设有叶片夹，用于将叶片固定在感应板，控制箱设有控制 面板、出水口和进水口，控制面板上设有指示灯、手动开关；控制面板材质选 用不锈钢，支架管和连接杆选用4分硬质PVC管，内布控制系统电线。(2) 监测当土壤水是饱和时，选取植株的一片叶片(完全展开的成熟叶片)，在距离叶尖L厘米、并低于对应叶H厘米高度的AB段，用叶片夹将 其固定在感应板上，在每天的一个固定时间段开启控制面板上的手动开关，使 得感应模块运行，此时自动控制系统打开，但是此时AB段叶片处于感应区之 外，即不能反射感应器主动发射的红外线，控制系统出水口处于关闭状态；(3) 出水在土壤水势降低，植株受到干旱胁迫后，叶水势和叶片膨压随着水势降低而下降，叶片垂度与膨压间的反相关性生理特征使得AB段叶片 位置下降，进入红外探测器的感应范围内，即AB段叶片反射感应器主动发射 的红外线，使得控制系统出水口打开，开始自动灌溉；(4) 关闭在自动灌溉同时，红外感应模块工作，当出水口输出的灌溉 水使得土壤水含量上升，作物叶片的膨压和叶水势恢复，叶片垂度与膨压间的 反相关性生理特征使得AB段叶片位置上升，AB段叶片离开感应区，自动出 水口关闭，完成一次自动灌溉，循环进行监测——出水——关闭，实现灌溉自 动控制。本专利技术的准备阶段选择在土壤水饱和时，使植物叶片处于感应器探测距离 的临界位置，利用植物受到一定程度的干旱胁迫后，叶的水势下降，膨压降低， 表现出生理萎蔫现象，叶片位置下移，进入红外探测器探测范围内，出水口打 开，水出流，开始灌溉；当土壤水势上升，达到作物需要的流量后，叶片膨压 和叶水势的上升使AB段叶片上升到红外感应探测器的感应范围之外，出水口 关闭。本专利技术是基于植物叶片膨压变化的自动灌溉控制系统，利用叶片垂度与膨 压间反相关的生理特征以及作物亏缺补偿原理和红外传感测控技术发展的补 偿节水自动灌溉系统方法。本专利技术的有益之处是应用红外感应探测技术，结合作物补偿节水机制的 原理和调亏灌溉技术，直接根据植物的膨压变化和生理需水状况来控制自动灌 溉。本专利技术在应用红外感应器探测控制灌溉水自动出流和断流技术的同时，有 效地推广了红外感应自动水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物叶片膨压感应节水灌溉自动控制方法，其特征在于：是以缺水的植物叶片进入红外感应区为信号，经感应器探测控制实现灌溉水的自动出流和断流，具体通过以下步骤实现：　（１）准备：选用感应节水灌溉自动控制装置，由控制箱（１）、红外探测器（２）、支架（３）、连接杆（４）构成，控制箱（１）固定在支架（３）下端，红外探测器（２）与连接杆（３）连接，并通过可调连接螺丝（５）固定到支架（３）上端，红外探测器（２）的感应板上设有叶片夹（６），用于将叶片固定在外探测器的感应板上，控制箱（１）设有控制面板（７）、出水口（８）和进水口（９），控制面板（７）上设有指示灯（１０）、手动开关（１１）和（１２），进水口９连接外界水源；　（２）监测：当土壤水饱和时，选取植株的一片完全展开的成熟叶片，在距离叶尖Ｌ厘米、并低于对应叶Ｈ厘米高度的叶片ＡＢ段，用叶片夹（６）将其固定在感应板上，在每天的一个固定时间段开启控制面板上的手动开关（１１）；　（３）出水：在土壤水势降低，叶片垂度与膨压间的反相关性生理特征使得ＡＢ段叶片位置下降，ＡＢ段叶片反射感应器主动发射的红外线，使得控制箱出水口（８）打开，进水口（９）进水，开始自动灌溉；　（４）关闭：当出水口输出的灌溉水使得土壤水含量上升，作物叶片的膨压和叶水势恢复，叶片垂度与膨压间的反相关性生理特征使得ＡＢ段叶片位置上升，ＡＢ段叶片离开感应区，出水口（８）自动关闭，完成一次自动灌溉，循环进行监测－出水－关闭，实现灌溉自动控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王根轩，周海莲，周磊，甘毅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]