CN205658098U - 一种温室大棚co2施肥控制*** - Google Patents

一种温室大棚co2施肥控制*** Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种温室大棚的CO2施肥控制***，属于农产品生产技术领域，涉及温室大棚的环境因子控制，本实用新型控制***包括处理器、按键采集模块、光照强度采集模块和阀门控制模块，所述处理器内置存储器和参数设置模块，存储器内保存每种植物在不同光照强度下的CO2饱和点，处理器读取按键采集模块输入的植物品种和光照强度采集模块确认的光照强度，查找存储器中对应的CO2饱和点，确认CO2施放量，并将CO2施放量转化为阀门的开启时间，阀门控制模块控制CO2气源的阀门。本实用新型通过植物在不同光强下对CO2的需求量，给予适当的补充，提高植物的光合速率，提高经济效益。

Description

一种温室大棚CO2施肥控制***
技术领域
本实用新型属于物联网应用技术领域，涉及温室大棚的环境因子控制，具体涉及到一种温室大棚的CO2施肥控制***。
背景技术
随着设施工程技术和栽培育种技术的不断改进，设施农业作物产量得到了极大的提高，但是不利的生长环境因子使农业作物实际的产量只发挥了其生产潜力的24％左右，限制了产量的提高。
CO2是作物进行光合作用的原料之一，因此，CO2浓度是影响作物生长的一个很重要的环境因子。CO2施肥可以增强蔬菜对生物逆境和非生物逆境的抗性，改变蔬菜作物的矿物质吸收和分配，同时也影响蔬菜作物的超微结构。作物进行光合作用会消耗大量的CO2，若室内CO2得不到及时补充，CO2浓度会迅速下降。在不通风情况下，CO2浓度会降低到作物CO2补偿点以下，即使在通风情况下，室内CO2浓度也可能低于室外CO2浓度。因此，过低的CO2浓度已成为设施作物光合的主要限制因素，制约了作物生长发育，降低了作物产量和品质。
虽然有一些地方在使用CO2、湿度等环境因子控制方法后收到了良好效果，但很多地方还尚未使用或者使用后效果不佳，甚至有些地方在使用中还出现了一些问题，因此对CO2施肥效果贬褒不一。之所以会出现上述情况，主要原因有我国缺少成本低、安全、操作简单、产气量高、易于控制的CO2发生设备和缺乏增施CO2后对作物合理的肥水管理措施。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种温室大棚的CO2施肥控制***，通过综合考虑植物种类、生育阶段、栽培条件及其他环境因素等条件，选择适宜的CO2增施方法、施肥浓度和施肥时间。
本实用新型的技术方案是：一种温室大棚的CO2施肥控制***，包括处理器、按键采集模块、光照强度采集模块、阀门控制模块和温湿度传感器，所述处理器内置存储器和参数设置模块，存储器内保存各种植物在不同光照强度下的CO2饱和点，温湿度传感器将采集到的数据输出给处理器，处理器读取按键采集模块输入的植物品种数据和光照强度采集模块检测到的光照强度，查找存储器中该种植物在某一光照强度下对应的CO2饱和点，确认CO2施放量，通过阀门控制模块实现CO2的释放控制。
上述参数设置模块还包括光照强度采集模块每天采集光照强度的时间点设置，具体的，在3-4月中旬，日出1小时后检测光照强度，4月下旬到5月，日出半小时后检测，在11月到2月，日出2小时检测。在存储器中植物品种、光照强度和CO2的对照表中，光照强度在27W·m-2以上时，CO2施放量大于0。控制***还包括风机控制模块和风机，所述风机在大棚内部双向循环排列，其旋转方向为使大棚内部形成循环气流。具体的，风机高度距离地面10到20厘米，与地面形成10-20度仰角，风机的旋转方向为使气流从低处向高处流动。风机风速设在0.3～1.0m·s-1范围内，植物叶片的边界层阻力减少，气孔导度增大；所述风机的换气速度为10h-1，也即每6min风机启停一次。上述的电磁阀门一端与CO2气源联通，另一端连接导气管，导气管直径为2cm，另一端封闭，所述导气管上每间隔1米设有一个直径为2mm的小孔。控制***还包括CO2浓度检测模块，CO2浓度检测模块在施放CO2气肥后，实时检测CO2浓度变化，大棚内外的CO2浓度一致后，给大棚强制通风。在给大棚强制通风时，大棚内的风机单向工作，其旋转方向为使大棚内部形成单向流动气流。CO2的施放量比CO2的饱和点低。
本实用新型有如下积极效果：通过植物在不同光强下对CO2的需求量，给予适当的补充，提高植物的光合速率，提高经济效益。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式的CO2施肥控制***结构图。
图2为本实用新型具体实施方式的风机布置图。
图中，1、风机。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本实用新型***包括处理器、按键采集模块、光照强度检测模块、CO2浓度检测模块、风机控制模块和电磁阀控制模块，处理器内包括存储器和参数设置模块，按键采集模块用于用户输入参数，由于不同的植物的CO2饱和点不同，因此得通过按键采集模块输入植物种类，另外，由于季节变更，日出时间在变化，也意味着植物进行光合作用的时间在变化，用户需要设置光照强度检测模块的采集时间点，也即CO2施放时间。通过按键采集模块，用户手动输入植物的类型和每天CO2施放时间点，在存储器中，预先设置好每种植物在不同的光照强度下的CO2饱和点，控制器通过查表方式确定需要施放的CO2体积，CO2的体积转换成施放时间，也即电磁阀的导通时间。
由于CO2的密度比空气大，所以CO2沉积到大棚底部，影响植物冠层与群落内部CO2的均匀分布，从而影响增施CO2气肥的效果。植物进行光合作用消耗大量的CO2，若风速较小，会使CO2的扩散速率减慢，造成植物群落内部CO2得不到及时补充，从而降低植物的光合速率。在大棚内部增加风机设备，有利于提高大棚内部的空气流通，使大棚内的CO2分布均匀，同时，植物叶片的边界层阻力减少，气孔导度增大，提高CO2的转化效率。
如图2所示，本实用新型在大棚内部增设多个风机，使大棚内形成循环气流，风机高度距离地面10到20厘米，与地面形成10-20度仰角，风速设在0.3～1.0m·s-1范围内。将风机设在距离地面一定的高度，并与地面有一定的仰角，风机负压面为靠近地面的一侧，这一高度可以保证风机运转时，风机的负压面空气流通不会受到阻碍，如果过于接近地面，因为空气流通受阻，会产生较大的噪音。10-20度仰角可以将沉积的CO2向高处扩散，保证植物冠层对CO2的需求。风速在0.3～1.0m·s-1范围内时，植物叶片的边界层阻力减少，气孔导度增大，增施CO2的效果增加。若风速过高，会导致植物的部分气孔关闭，气孔导度降低，CO2的转化效率降低。
温室在通风状态下的换气速度在10h-1次以上，因此，本实用新型的风机可以采用间歇作业的方式，风机平均每6min工作一次，每次工作的时长因风机之间的距离而定，保证整个温室的空气都循环流通，CO2分布均匀，则可以停止运转。
本实用新型的CO2气源采用瓶装液态的CO2，瓶装液态的CO2浓度容易控制，方便安全，通过导气管及其上的小孔将CO2均匀的施放到温室大棚中，将导管固定在大棚的顶部，导气管的直径为2cm，一头与钢瓶放气口连接，一头封闭，在导气管上每间隔1米打一个直径约为2mm的小孔。钢瓶的放气口由电磁阀门控制。
由于植物晚间的呼吸作用，致使棚内的CO2浓度升高，这些CO2恰好可以作为植物日间的光合作用原料，在日出1-2小时后，棚内的CO2浓度比外界的浓度高，有利于促进植物的光合作用，不需要额外施加CO2气肥。本实用新型控制***在日出1-2小时后，再根据当前的日照强度等环境因素，考虑CO2施肥。在阴雨天气，光合作用不强，不适合施加气肥。
具体的，在3-4月中旬，日出1小时后检测CO2的浓度，4月下旬到5月，日出半小时后检测CO2的浓度，在11月到2月，日出2小时检测CO2浓度，因为冬季的温度相对较低，日照强度也偏低，光合速率较低，一般两小时后CO2的浓度下降到较低水平。夏季温度较高，需要通风给大棚内降温，但是即使一直保持通风，大棚内部的CO2浓度也要低于外界的5％-10％，夏季大棚CO2的施肥浓度不宜过高，维持近于大气的CO2浓度水平，具有显著的效果。很大程度上提高植物的净光合速率。将CO2浓度增施到室外水平，即使大棚的换气速度很快，也不会有CO2逸散到室外，此时，增施CO2的利用效率约为1。
在大棚内设置TPS-2便携式光合作用测定仪测量CO2的浓度，用光照强度传感器测量室内的光照强度，光照强度会对CO2的补偿点和饱和点产生影响，通过多组实验对比，在8.5,27,61,129,265W·m-2光强下，分别观察300到1000umol·mol-1的CO2浓度下的光合速率，发现8.5W·m-2光强下，增加CO2的浓度对光合速率提高不明显，27W·m-2光强下，光合速率从5umol·m-2·s-1增加到10umol·m-2·s-1，增加较为明显，61,129,265W·m-2光强下，光合速率更为明显，因此，本实用新型选用27W·m-2作为参考值，在27W·m-2光强以上，考虑给植物施加CO2气肥。
不同的植物种类对CO2的吸收效率也不同，C3植物对CO2的吸收效率随CO2的浓度、光强等因素的影响变动较大，但是C4植物在其他条件满足的情况下，330umol·mol-1时，光合速率基本不再增加，而室外的CO2浓度基本可以满足这一要求。
在实际的使用过程中，将设置CO2的施放量比实际的饱和点低，因为CO2的吸收还受到其他环境因子的影响，但是这是一个复杂的处于动态变化的过程，很难确定一个定值，因此，将CO2的饱和点设置的比实际值低，可以保证CO2浓度不会超过饱和点，避免过度的CO2浓度，对植物生长不利，也浪费CO2气源。
施放过CO2气体后，大棚紧闭，植物进行光合作用，随着光合作用的进行，室内的CO2浓度开始降低，CO2浓度检测模块实时监测CO2的浓度，当降到外界环境水平时，可以打开温室大棚，强制通风，使大棚内的气体换气。这时，可以关闭图2中的一侧风机，使气体向着一个方向流通。风机控制模块用于控制温室内的气体流通，设置好风机的开启时间间隔和每次的工作时间。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种温室大棚的CO2施肥控制***，其特征在于，包括处理器、按键采集模块、光照强度采集模块和阀门控制模块，所述处理器内置存储器和参数设置模块，存储器内保存各种植物在不同光照强度下的CO2饱和点，处理器读取按键采集模块输入的植物品种数据和光照强度采集模块检测到的光照强度，查找存储器中该种植物在某一光照强度下对应的CO2饱和点，确认CO2施放量，通过阀门控制模块实现CO2的施放控制。
2.根据权利要求1所述的温室大棚的CO2施肥控制***，其特征在于，所述控制***还包括风机控制模块和风机(1)，所述风机(1)在大棚内部双向循环排列，其旋转方向为使大棚内部形成循环气流。
3.根据权利要求2所述的温室大棚的CO2施肥控制***，其特征在于，所述风机(1)高度距离地面10到20厘米，与地面形成10-20度仰角，风机(1)的旋转方向为使气流从低处向高处流动；所述风机(1)风速设在0.3～1.0m·s-1范围内；所述风机(1)的换气速度为10h-1，每6分钟风机(1)启停一次。
4.根据权利要求1所述的温室大棚的CO2施肥控制***，其特征在于，所述阀门一端与CO2气源联通，另一端连接导气管，导气管直径为2cm，另一端封闭，所述导气管上每间隔1米设有一个直径为2mm的小孔。
5.根据权利要求2所述的温室大棚的CO2施肥控制***，其特征在于，所述控制***还包括CO2浓度检测模块，CO2浓度检测模块在施放CO2气肥后，实时检测CO2浓度变化，大棚内外的CO2浓度一致后，给大棚强制通风，给大棚强制通风时，大棚内单侧的风机(1)工作，其旋转方向为使大棚内部形成单向流动气流。
6.根据权利要求1所述的温室大棚的CO2施肥控制***，其特征在于，所述CO2的施放量比CO2的饱和点低。
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