CN103563697B - 一种植物自动喷灌防霜***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物自动喷灌防霜***及方法,属于农业气象灾害监测与控制领域。灌溉防霜操作方式粗放、控制方式简单,造成了水的过量使用。本发明将池塘或湖中的水经水泵加压后,通过喷头从植物冠层下方向上喷洒;将高于植物临界冻害温度一定阈值的湿球温度作为设定值,与植物种植不同温度区域的湿球温度比较后,控制水泵和各区域电磁阀的启闭,从而分别实现对各区域喷灌防霜的控制。本发明能够实现植物自动化喷灌防霜,减少用水量,适用于具备水源条件区域的植物防霜。
Description
技术领域
本发明涉及农业气象灾害监测与控制领域,具体涉及一种植物自动喷灌防霜技术。
背景技术
早春晚霜冻害,对植物生长和发育造成严重伤害。现有的防霜措施中,漫灌使用较普遍。它通过增加土壤湿度,降低孔隙度,使土壤的热容量与导热率增大,可在一定程度上提高果园温度,但该方法需要消耗大量的水,防霜效果不显著,也易造成田块的涝灾。此外,漫灌容易形成地表径流,造成土壤营养流失,影响植物的生长。
日本专利JPH01291729和JPH06225650分别公开了用于茶园和果园的喷水防霜方法和装置,其原理是:当温度为0℃时,1g水凝固结冰时释放出80cal的潜热,所以喷洒到植株上的水在植株表面结冰时,所释放出的潜热能够使植株温度保持在临界冻害温度以上,从而达到防霜的目的;但其公开的喷头位置,均是在植物冠层上方,喷洒时使水滴大量存留在无植株的空地上,从而造成水资源的浪费。申请号201110333226.X的中国专利公开了一种弥雾喷灌设备进行茶园春节防霜冻的方法,也是基于以上原理,但由于迷雾量一般较小,释放的潜热较少,难以满足防霜所需的热量要求。此外,以上公开的喷水和迷雾防霜方法,均未涉及使用时的控制技术,若使用不当反而会加重冻害。
日本专利JP2006238767公开了一种霜冻害防止装置,该装置以防霜全部区域的最低温作为启动***的控制条件,可能会导致对未发生霜冻害的区域也进行喷水防霜操作,从而造成水资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物喷灌防霜***及方法,实现不同区域喷灌防霜的自动化,且减少用水量。
为了解决以上技术问题,本发明采用的技术方案如下:
一种植物自动喷灌防霜***,包括干管(1)、水泵(2)、逆止阀(3)、过滤器(4)、流量表(5)、支管(6)、空气阀(7)、压力表(9)、竖管(10)、喷头(11)、自动泄水阀(13),其特征在于还包括:控制器(14)、电磁阀(8)、温度传感器(12);在所述干管(1)上依次连接水泵(2)、逆止阀(3)、过滤器(4)、压力表(9)、流量表(5);在各支管(6)上依次连接空气阀(7)、电磁阀(8)、压力表(9)、竖管(10)、自动泄水阀(13);各温度传感器(12)置于田间不同区域,均与控制器(14)输入端连接;水泵(2)、各电磁阀(8)均与控制器(14)输出端连接。
所述喷头(11)位于植物冠层的下方。
所述温度传感器(12)外表面包裹湿润的脱脂棉或脱脂纱布,分布于田间不同温度的区域。
利用所述的一种植物自动喷灌防霜***的植物喷灌防霜方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步,在控制器(14)中输入控制喷灌的温度设定值;
第二步,当某区域湿球温度小于或等于所述温度设定值时,启动水泵(2),并打开该区域支管(6)上的电磁阀(8);否则使该区域的电磁阀(8)保持关闭;
第三步,喷灌防霜***运行后,当某区域湿球温度大于温度设定值时,关闭该区域支管(6)上的电磁阀(8);
第四步,当所有区域湿球温度均大于温度设定值时,保持水泵(2)和所有电磁阀(8)均处于关闭状态。
所述的温度设定值范围为高于植物临界冻害温度2.5~3.5℃。
本发明的工作原理与过程。利用水凝结成冰时所释放的热量,使植株温度保持在临界冻害温度以上,从而达到防霜的目的。
本发明在控制器(14)中输入控制喷灌的温度设定值,当某区域的湿球温度小于或等于温度设定值时,控制器(14)控制水泵(2)启动,并打开该区域支管(6)上的电磁阀(8)。水流依次通过干管(1)、支管(6)和竖管(10),最后经喷头(11)向上喷洒到植物冠层;当某区域植物冠层的湿球温度大于温度设定值时,控制器(14)控制该区域电磁阀(8)关闭,从而停止该区域的喷灌;然后该区域的自动泄水阀(13)打开,支管(6)中的水经自动泄水阀(13)流出。当所有区域湿球温度均大于温度设定值时,控制器(14)控制水泵(2)和所有电磁阀(8)均处于关闭状态。
本发明具有的有益效果。本发明将喷头设置于植物冠层下方,实现对植物冠层从下向上的对靶喷洒,避免向株间空地的喷洒。由于种植植物区域内地形、植被等立地条件复杂,不同区域的温度差异明显,所以对各区域分别进行温度监测和喷灌控制,可有效降低用水量。本发明中,实际测得的是湿球温度,一般低于干球温度,所以将湿球温度作为控制参数,可降低植物霜冻害的风险。本发明可实现不同区域喷灌防霜的自动化,减少用水量。
附图说明
图1为本发明的***组成与结构示意图。
图中:1 干管,2 水泵,3 逆止阀,4 过滤器,5流量表,6 支管,7 空气阀,8 电磁阀,9 压力表,10 竖管,11 喷头,12 温度传感器,13 自动泄水阀,14 控制器;虚线代表控制流。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案做进一步详细说明。
以茶园中的茶树为例。
本发明的***组成和结构如图1所示,包括干管1、水泵2、逆止阀3、过滤器4、流量表5、支管6、空气阀7、压力表9、竖管10、喷头11、自动泄水阀13;控制器14、电磁阀8、温度传感器12;干管1上依次连接水泵2、逆止阀3、过滤器4、压力表9、流量表5;在各支管6上依次连接空气阀7、电磁阀8、压力表9、竖管10、自动泄水阀13;各温度传感器12置于田间不同区域,均与控制器14输入端连接;水泵2、各电磁阀8均与控制器14输出端连接。
喷头11采用固定式微喷头,设置在茶树一侧冠层下方,距离地面10cm;控制器14采用三菱FX2N-32MR-001型可编程控制器;温度传感器12型号为WZP-Pt100。根据茶园不同区域温度的不同,将试验田块划分为三个区域,分别为试验区域一、试验区域二和试验区域三。
为更好地说明本发明的方案,现将本发明在茶园中的工作过程做进一步介绍。
供试品种龙井43茶树的临界冻害温度为-2℃。利用上述***,分三次进行喷灌防霜试验,三次试验的温度设定值分别为0.5℃、1.5℃和1.0℃。
第一次:
第一步,在控制器14中输入温度设定值为0.5℃;
第二步,在晚间22:00时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为0.5、1.2和1.5℃,控制器14控制水泵2启动,同时控制试验区域一中的电磁阀8打开,进行喷灌;在凌晨1:30时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为0.2、0.5、1.1℃,控制器14控制试验区域二中的电磁阀8打开,进行喷灌;
第三步,在凌晨5:00时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度为0.3、1.0和1.0℃,控制器14控制试验区域二中的电磁阀8关闭,停止试验区域二的喷灌,同时自动泄水阀13打开泄水;
第四步,在凌晨6:30时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度为1.0、0.8和0.8℃,控制器14控制水泵2和试验区域一中的电磁阀8均关闭,停止试验区域一的喷灌,同时自动泄水阀13打开泄水。
第二次:
第一步,在控制器14中输入温度设定值为1.5℃;
第二步,在晚间23:00时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为1.5、1.8和2.0℃,控制器14控制水泵2启动,同时控制试验区域一中的电磁阀8打开,进行喷灌;在凌晨2:00时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为1.2、1.5、1.8℃,控制器14控制试验区域二中的电磁阀8打开,进行喷灌;
第三步,在凌晨4:30时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度为1.4、2.1和1.7℃,控制器14控制试验区域二中的电磁阀8关闭,停止试验区域二的喷灌,同时自动泄水阀13打开泄水;
第四步,在凌晨7:00时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度为2.0、2.2和1.9℃,控制器14控制水泵2和试验区域一中的电磁阀8均关闭,停止试验区域一的喷灌,同时自动泄水阀13打开泄水。
第三次:
第一步,在控制器14中输入温度设定值为1.0℃;
第二步,在晚间22:30时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为1.0、1.2和2.1℃,控制器14控制水泵2启动,同时控制试验区域一中的电磁阀8打开,进行喷灌;在凌晨1:50时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为0.8、1.0、1.5℃,控制器14控制试验区域二中的电磁阀8打开,进行喷灌;
第三步,在凌晨5:00时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度为0.7、1.6和1.1℃,控制器14控制试验区域二中的电磁阀8关闭,停止试验区域二的喷灌,同时自动泄水阀13打开泄水;
第四步,在凌晨6:40时,检测到试验区域一、二和三的湿球温度为1.5.、1.9和1.3℃,控制器14控制水泵2和试验区域一中的电磁阀8均关闭,停止试验区域一的喷灌,同时自动泄水阀13打开泄水。
观测结果表明,茶园中三次试验实施过程中,设置喷灌防霜***区域均没有发生霜冻害;未设置喷灌防霜***区域中,茶树冠层出现结霜,次日开始表现出冻害症状。
Claims (2)
1.一种植物自动喷灌防霜***,包括干管(1)、水泵(2)、逆止阀(3)、过滤器(4)、流量表(5)、支管(6)、空气阀(7)、压力表(9)、竖管(10)、喷头(11)、自动泄水阀(13)、控制器(14)、电磁阀(8)、温度传感器(12);在所述干管(1)上依次连接水泵(2)、逆止阀(3)、过滤器(4)、压力表(9)、流量表(5);在各支管(6)上依次连接空气阀(7)、电磁阀(8)、压力表(9)、竖管(10)、自动泄水阀(13);各温度传感器(12)置于田间不同区域,均与控制器(14)输入端连接;水泵(2)、各电磁阀(8)均与控制器(14)输出端连接;所述喷头(11)位于植物冠层的下方,其特征在于:所述温度传感器(12)外表面包裹湿润的脱脂棉或脱脂纱布,分布于田间不同温度的区域。
2.利用如权利要求1所述的一种植物自动喷灌防霜***的植物喷灌防霜方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步,在控制器(14)中输入控制喷灌的温度设定值;
第二步,当某区域湿球温度小于或等于所述温度设定值时,启动水泵(2),并打开该区域支管(6)上的电磁阀(8);否则使该区域的电磁阀(8)保持关闭;
第三步,喷灌防霜***运行后,当某区域湿球温度大于温度设定值时,关闭该区域支管(6)上的电磁阀(8);
第四步,当所有区域湿球温度均大于温度设定值时,保持水泵(2)和所有电磁阀(8)均处于关闭状态;
所述的温度设定值范围为高于植物临界冻害温度2.5~3.5℃。
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