智慧農業

基于土壤水分的蔬菜作物自動灌溉提高蔬菜產量

基于土壤水分的蔬菜作物自動灌溉，節水與灌溉新技術提高灌溉效率可以極大地降低蔬菜的生產成本，使該行業更具競爭力和可持續性。通過適當的灌溉，可以保持（或提高）平均蔬菜產量，同時最大程度地減少因過量施用水和隨后的農藥浸出對環境造成的影響。最近的技術進步使土壤水傳感器可用于灌溉系統的高效和自動運行。基于土壤水傳感器的自動灌溉旨在在根部區域保持理想的土壤水范圍，這對于植物的生長是最理想的。目標土壤水狀態通常根據土壤張力或基質勢（以kPa或cbar，1 kPa = 1 cbar表示）或體積水分（以原狀土壤中水量的百分比表示）設置。自動灌溉技術的另一個好處是方便。在以前使用基于土壤水分的自動灌溉系統的經驗中欣仰邦發現，一旦建立并驗證了這樣的系統，就只需要每周觀察一次。這種類型的系統可根據工廠需求和整個季節的實際天氣情況來調整所施加的水量。與基于平均歷史天氣狀況的灌溉管理相比，這不僅為管理者帶來了便利，而且為企業節省了大量水。這種類型的系統可根據工廠需求和整個季節的實際天氣情況來調整所施加的水量。與基于平均歷史天氣狀況的灌溉管理相比，這不僅為管理者帶來了便利，而且為企業節省了大量水。這種類型的系統可根據工廠需求和整個季節的實際天氣情況來調整所施加的水量。與基于平均歷史天氣狀況的灌溉管理相比，這不僅為管理者帶來了便利，而且為企業節省了大量水。
用于手動灌溉控制的土壤濕度傳感器盡管可以通過直接（土壤采樣）和間接確定土壤水狀態（土壤水分感測）方法，直接監測土壤水分的方法通常不用于灌溉計劃，因為它們具有侵入性且需要大量勞動并且無法提供即時反饋。土壤水分探頭可以永久性地安裝在農田中的代表點，以提供隨時間變化的重復水分讀數，可用于灌溉管理。在粗糙土壤中使用土壤濕度設備時，需要特別小心，因為大多數設備需要緊密接觸土壤基質，有時在這些土壤中很難做到這一點。此外，某些類型的傳感器有時無法正確捕獲這些土壤中典型的快速土壤水分變化。許多間接方法可用于監測土壤水分。用技術進行了深入的回顧，重點是工作原理，優點和缺點。通過與其他一些可測量變量之間的校正關系來估算土壤濕度。每種方法的適用性取決于幾個問題，例如成本，準確性，響應時間，安裝，管理和耐用性。根據所測量的量（即，體積水含量或土壤張力），間接技術首先分為體積和張力法。這兩個數量都通過特定于特定土壤的土壤水分特征曲線相關。因此，重要的是要記住，對于所有土壤類型，它們不能以相同的方式相互關聯。此外，這種關系可能不是唯一的，并且可能在干燥和潤濕周期中有所不同，尤其是在較細的土壤中。為了計算灌溉需求（根據作物需求，每次灌溉需要使用的水量），需要通過土壤特性曲線將張力法得出的吸力值轉換為土壤水分。在可用的張力測量技術中，張力計和顆粒矩陣傳感器最常用于自動灌溉。

當前大多數適用于灌溉的體積傳感器都是電介質。這組傳感器通過測量確定土壤中電磁波或脈沖的速度的土壤體積介電常數（或介電常數）來估算土壤含水量。在像土壤這樣的復合材料中（即由礦物質，空氣和水等不同成分組成），介電常數的值由每種成分的相對貢獻來確定。由于液態水的介電常數比其他土壤成分的介電常數大得多，因此土壤的總介電常數或整體介電常數主要由液態水的存在決定。介電方法使用體積水含量和傳感器輸出信號（時間，頻率，阻抗，波相）。這些技術具有良好的響應時間（幾乎是瞬時測量），不需要維護并且可以通過自動化提供連續讀數，因此被廣泛采用。盡管這些傳感器基于介電原理，但可用的各種類型（頻域反射法-FDR，電容，時域傳輸-TDT，幅度域反射法-ADR，時域反射法-TDR和相位傳輸）在以下方面存在重要差異：校準要求，準確性，安裝和維護要求以及成本。手動監測南佛羅里達州蔬菜土壤水狀況的商用低成本傳感器進行了評估。這些技術具有良好的響應時間（幾乎是瞬時測量），不需要維護并且可以通過自動化提供連續讀數，因此被廣泛采用。盡管這些傳感器基于介電原理，但可用的各種類型（頻域反射法-FDR，電容，時域傳輸-TDT，幅度域反射法-ADR，時域反射法-TDR和相位傳輸）在以下方面存在重要差異：校準要求，準確性，安裝和維護要求以及成本。對可用于手動監測蔬菜土壤水狀況的商用低成本傳感器進行了評估。這些技術具有良好的響應時間（幾乎是瞬時測量），不需要維護并且可以通過自動化提供連續讀數，因此被廣泛采用。盡管這些傳感器基于介電原理，但可用的各種類型（頻域反射法-FDR，電容，時域傳輸-TDT，幅度域反射法-ADR，時域反射法-TDR和相位傳輸）在以下方面存在重要差異：校準要求，準確性，安裝和維護要求以及成本。對可用于手動監測南佛羅里達州蔬菜土壤水狀況的商用低成本傳感器進行了評估。
基于土壤水的自動灌溉控制：用水，產量和意義。基于土壤的灌溉控制系統使用對土壤水狀態的反饋來繞過基于時間的預編程時間表或將土壤含水量保持在指定范圍內。旁路配置會根據事件開始時的土壤水狀態或在基于時間的事件中按間隔檢查土壤水狀態來跳過整個定時灌溉事件。張力計是最早適用于自動灌溉控制的傳感器。首先使用定制的土壤基質電位傳感器來控制地下滴灌處理番茄。他們的結果表明，該自動化系統的產量與基于鍋蒸發法灌溉的西紅柿的產量相似，并且有可能使用更少的灌溉水。開關張力計是在旁路模式下運行的設備，通常使用計時器，這樣，如果土壤基質勢超過閾值設置，則可以在定時灌溉窗口內進行灌溉。一個細沙質土壤中，使用放置在15厘米深度處并設置在10和15 kPa張力下的轉換張力計，可將番茄的灌溉需求降低40–50％，而不會降低產量。討論了使用張力計自動灌溉蘋果樹。他們指出，將張力計安裝在距滴灌噴頭30厘米處時，空間可變性存在問題。使用張力計引發佛羅里達灌溉事件的相關問題。問題包括張力計中夾帶的空氣，陶瓷杯上的有機物生長以及需要重新校準。與農民的做法相比，在土壤上設置為15 kPa的開關張力計的灌溉節省量為70％。由于響應時間慢，控制的系統未能繞過大多數灌溉事件。在所有基于土壤水的控制系統和農民田間，番茄的產量均相似。頻繁旁路控制灌溉洋蔥的系統。使用的總水量略低于計算得出的作物蒸散量，且單產可接受。
盡管介電傳感器在蔬菜生產中的用途很有限，但迄今為止的研究表明在節水方面有可喜的成果。描述了在甜玉米/花生作物輪作中使用的地下自動滴灌控制系統。該系統使用TDR傳感器按需控制地下滴灌系統。在該系統的后續測試中，據報道，與噴灌相比，按需地下滴灌系統（深23厘米）可節省11％的灌溉量，且各系統之間的產量相似在草坪和花園中使用了市售的介電傳感器來控制青椒的灌溉。L.）。他們發現，與每天產量相似的人工灌溉處理相比，土壤水基自動灌溉的燈籠椒減少了50％的用水；但是，每天要灌溉1-2次的農民處理的最大產量和用水量最高。最近，開發了一種灌溉控制器，該控制器使用來自與土壤水相關的電介質探針的電壓信號。該系統的性能類似于切換張力計（均處于旁路模式），方法是將滴灌番茄的灌溉水減少70％。