智慧农业

基于土壤水分的蔬菜作物自动灌溉提高蔬菜产量

基于土壤水分的蔬菜作物自动灌溉，节水与灌溉新技术提高灌溉效率可以极大地降低蔬菜的生产成本，使该行业更具竞争力和可持续性。通过适当的灌溉，可以保持（或提高）平均蔬菜产量，同时最大程度地减少因过量施用水和随后的农药浸出对环境造成的影响。最近的技术进步使土壤水传感器可用于灌溉系统的高效和自动运行。基于土壤水传感器的自动灌溉旨在在根部区域保持理想的土壤水范围，这对于植物的生长是最理想的。目标土壤水状态通常根据土壤张力或基质势（以kPa或cbar，1 kPa = 1 cbar表示）或体积水分（以原状土壤中水量的百分比表示）设置。自动灌溉技术的另一个好处是方便。在以前使用基于土壤水分的自动灌溉系统的经验中欣仰邦发现，一旦建立并验证了这样的系统，就只需要每周观察一次。这种类型的系统可根据工厂需求和整个季节的实际天气情况来调整所施加的水量。与基于平均历史天气状况的灌溉管理相比，这不仅为管理者带来了便利，而且为企业节省了大量水。这种类型的系统可根据工厂需求和整个季节的实际天气情况来调整所施加的水量。与基于平均历史天气状况的灌溉管理相比，这不仅为管理者带来了便利，而且为企业节省了大量水。这种类型的系统可根据工厂需求和整个季节的实际天气情况来调整所施加的水量。与基于平均历史天气状况的灌溉管理相比，这不仅为管理者带来了便利，而且为企业节省了大量水。
用于手动灌溉控制的土壤湿度传感器尽管可以通过直接（土壤采样）和间接确定土壤水状态（土壤水分感测）方法，直接监测土壤水分的方法通常不用于灌溉计划，因为它们具有侵入性且需要大量劳动并且无法提供即时反馈。土壤水分探头可以永久性地安装在农田中的代表点，以提供随时间变化的重复水分读数，可用于灌溉管理。在粗糙土壤中使用土壤湿度设备时，需要特别小心，因为大多数设备需要紧密接触土壤基质，有时在这些土壤中很难做到这一点。此外，某些类型的传感器有时无法正确捕获这些土壤中典型的快速土壤水分变化。许多间接方法可用于监测土壤水分。用技术进行了深入的回顾，重点是工作原理，优点和缺点。通过与其他一些可测量变量之间的校正关系来估算土壤湿度。每种方法的适用性取决于几个问题，例如成本，准确性，响应时间，安装，管理和耐用性。根据所测量的量（即，体积水含量或土壤张力），间接技术首先分为体积和张力法。这两个数量都通过特定于特定土壤的土壤水分特征曲线相关。因此，重要的是要记住，对于所有土壤类型，它们不能以相同的方式相互关联。此外，这种关系可能不是唯一的，并且可能在干燥和润湿周期中有所不同，尤其是在较细的土壤中。为了计算灌溉需求（根据作物需求，每次灌溉需要使用的水量），需要通过土壤特性曲线将张力法得出的吸力值转换为土壤水分。在可用的张力测量技术中，张力计和颗粒矩阵传感器最常用于自动灌溉。

当前大多数适用于灌溉的体积传感器都是电介质。这组传感器通过测量确定土壤中电磁波或脉冲的速度的土壤体积介电常数（或介电常数）来估算土壤含水量。在像土壤这样的复合材料中（即由矿物质，空气和水等不同成分组成），介电常数的值由每种成分的相对贡献来确定。由于液态水的介电常数比其他土壤成分的介电常数大得多，因此土壤的总介电常数或整体介电常数主要由液态水的存在决定。介电方法使用体积水含量和传感器输出信号（时间，频率，阻抗，波相）。这些技术具有良好的响应时间（几乎是瞬时测量），不需要维护并且可以通过自动化提供连续读数，因此被广泛采用。尽管这些传感器基于介电原理，但可用的各种类型（频域反射法-FDR，电容，时域传输-TDT，幅度域反射法-ADR，时域反射法-TDR和相位传输）在以下方面存在重要差异：校准要求，准确性，安装和维护要求以及成本。手动监测南佛罗里达州蔬菜土壤水状况的商用低成本传感器进行了评估。这些技术具有良好的响应时间（几乎是瞬时测量），不需要维护并且可以通过自动化提供连续读数，因此被广泛采用。尽管这些传感器基于介电原理，但可用的各种类型（频域反射法-FDR，电容，时域传输-TDT，幅度域反射法-ADR，时域反射法-TDR和相位传输）在以下方面存在重要差异：校准要求，准确性，安装和维护要求以及成本。对可用于手动监测蔬菜土壤水状况的商用低成本传感器进行了评估。这些技术具有良好的响应时间（几乎是瞬时测量），不需要维护并且可以通过自动化提供连续读数，因此被广泛采用。尽管这些传感器基于介电原理，但可用的各种类型（频域反射法-FDR，电容，时域传输-TDT，幅度域反射法-ADR，时域反射法-TDR和相位传输）在以下方面存在重要差异：校准要求，准确性，安装和维护要求以及成本。对可用于手动监测南佛罗里达州蔬菜土壤水状况的商用低成本传感器进行了评估。
基于土壤水的自动灌溉控制：用水，产量和意义。基于土壤的灌溉控制系统使用对土壤水状态的反馈来绕过基于时间的预编程时间表或将土壤含水量保持在指定范围内。旁路配置会根据事件开始时的土壤水状态或在基于时间的事件中按间隔检查土壤水状态来跳过整个定时灌溉事件。张力计是最早适用于自动灌溉控制的传感器。首先使用定制的土壤基质电位传感器来控制地下滴灌处理番茄。他们的结果表明，该自动化系统的产量与基于锅蒸发法灌溉的西红柿的产量相似，并且有可能使用更少的灌溉水。开关张力计是在旁路模式下运行的设备，通常使用计时器，这样，如果土壤基质势超过阈值设置，则可以在定时灌溉窗口内进行灌溉。一个细沙质土壤中，使用放置在15厘米深度处并设置在10和15 kPa张力下的转换张力计，可将番茄的灌溉需求降低40–50％，而不会降低产量。讨论了使用张力计自动灌溉苹果树。他们指出，将张力计安装在距滴灌喷头30厘米处时，空间可变性存在问题。使用张力计引发佛罗里达灌溉事件的相关问题。问题包括张力计中夹带的空气，陶瓷杯上的有机物生长以及需要重新校准。与农民的做法相比，在土壤上设置为15 kPa的开关张力计的灌溉节省量为70％。由于响应时间慢，控制的系统未能绕过大多数灌溉事件。在所有基于土壤水的控制系统和农民田间，番茄的产量均相似。频繁旁路控制灌溉洋葱的系统。使用的总水量略低于计算得出的作物蒸散量，且单产可接受。
尽管介电传感器在蔬菜生产中的用途很有限，但迄今为止的研究表明在节水方面有可喜的成果。描述了在甜玉米/花生作物轮作中使用的地下自动滴灌控制系统。该系统使用TDR传感器按需控制地下滴灌系统。在该系统的后续测试中，据报道，与喷灌相比，按需地下滴灌系统（深23厘米）可节省11％的灌溉量，且各系统之间的产量相似在草坪和花园中使用了市售的介电传感器来控制青椒的灌溉。L.）。他们发现，与每天产量相似的人工灌溉处理相比，土壤水基自动灌溉的灯笼椒减少了50％的用水；但是，每天要灌溉1-2次的农民处理的最大产量和用水量最高。最近，开发了一种灌溉控制器，该控制器使用来自与土壤水相关的电介质探针的电压信号。该系统的性能类似于切换张力计（均处于旁路模式），方法是将滴灌番茄的灌溉水减少70％。