节水灌溉论文 【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，收录江苏大学流体机械工程技术研究中心顾喆、袁寿其、齐志明、王新坤、蔡斌、正真等的论文。——《基于ET和水平衡的日光温室实时精确灌溉决策控制系统》。本研究得到了“十三五”国家重点研发计划(项目编号:2016YFC0400202)。

有经验的农民可以根据作物生长、土壤水分和天气情况来判断是否需要灌溉，但自动灌溉控制系统最初并不具备这种能力。目前，大多数自动灌溉系统只能控制灌溉量。但是，至于什么时候需要灌溉，需要多少灌溉，还是要靠人力投入，这就使得农民不得不时刻关注田地的状态。

有些系统使用传感器自动测量土壤的干湿状况进行灌溉，不需要人为干预，但只考虑土壤因素，灌溉时间和灌溉量的确定不够准确，缺乏良好的科学依据，容易造成损失。本研究基于上述情况。

如何科学确定灌水时间和灌水量？作物和土壤耗水规律的研究给出了很好的解决方案。土壤蒸发和作物蒸腾之和称为蒸散，蒸散主要受天气条件和作物生长阶段的影响，可以通过计算得到。

因此，在温室中，灌溉量可以设定为蒸散量，而不考虑降雨量。灌溉理论的研究也给出了适合作物生长的土壤水分范围，因此当计算的累计蒸散量使土壤水分低于该范围时，可以进行灌溉。

利用上述方法，开发了一种具有自动感知和控制的温室灌溉系统，该系统可以通过温室内的小型气象站实时感知天气，自动计算蒸散量，估算土壤湿度，判断是否进行灌溉。一旦确定需要灌溉，灌溉量将被发送到现场控制器，在没有人工干预的情况下自动开始和停止灌溉。

将实时自动传感控制系统应用于日光温室番茄灌溉系统。实验结果表明，所设计的灌溉系统能够根据科学方法的计算结果准确控制灌溉量。虽然估计的土壤湿度与实际值有一些偏差，但总体趋势是一致的。当该值低于合适的土壤湿度范围时，系统能够准确响应触发灌溉。

本研究将实时灌溉时间和灌溉量的决策过程引入到自动灌溉系统中，真正实现了全过程的自动灌溉，可为其他灌溉系统的自动化改造提供参考，从而提高灌溉效率。