一种根据光积量和光积量差调整作物施肥的系统和设备及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及作物施肥领域，具体是指一种根据光积量和光积量差调整作物施肥的 系统和设备及其方法。
【背景技术】
[0002] 光合作用是一种光化学反应过程，光不但是光合作用的动力，而且还调节光合酶 的活性与叶片气孔的开度，因此光直接制约着光合速率的高低，光照条件包括光照强度、光 质、光照时间等因素，这些因素对植物的光合作用有着深刻的影响，光照强度对植物的光合 速率会产生很大影响。一切绿色植物必须在阳光下才能进行光合作用，植物体重量的增加 与光照时间长短密切相关。植物体内的各种器官和组织能保持发育上的正常比例，也与一 定的光照时间长短直接相联系。光照对植物的发育也有很大影响，要植物开花多，结实多， 首先要花芽多，而花芽的多少又与光照时间长短直接相关。
[0003] 随着对植物光合作用生理机理的不断深入，人们逐渐开始研究在自然光照较弱或 光照时间较短的时节利用人工光源补照来进行植物栽培以突破自然条件下生产生活的局 限。利用人工光源进行设施栽培的光照调节、形态调节是植物工厂内环境调控的重要措施 之一。
[0004] CN201310511625.X公开了一种温室大棚光谱在线分析及智能补光系统的补光方 法，采用温室大棚光谱在线分析及智能补光系统，该系统的结构为:包括依次连接的光照强 度采集装置、光照采集及补光控制器及可控LED补光设备，光照采集及补光控制器通过无线 通信设备与管理员及温室大棚智能补光系统控制平台通信连接，所述的光照采集及补光控 制器上还连接有液晶屏。但尽管该专利公开的在光照方面补偿植物需要的光照时间或者强 度，并没有从其他方面来弥补作物生长所需要的环境因素或者营养因素。
[0005] 在植物光照积量不足的情况下，除了人工补光来调整植物生长环境，还可以通过 施肥补充植物营养来补偿光积量差影响，提供植物生长需要的营养物质，能够保持植物的 快速生长，在短期内育成植物，补充周围环境缺乏的营养元素，保证植物的健康生长，能够 使得植物长得枝繁叶茂，主干粗壮，满足作物生长需要。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种根据光积量和光积量差调整作物施肥的系统， 其特征在于该系统包括光线检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块；
[0007] 其中光线检测模块包含光线检测设备，测定作物所处环境下的光线强度数据；
[0008] 中央分析控制模块中包括光信息分析模块、运算模块、输入模块，输入模块连接光 信息分析模块和运算模块；
[0009] 所述光信息分析模块接收光线强度数据进行累积分析和计算光积量差，并输出光 积量差到运算模块；
[0010] 所述运算模块中设有光积量差与施肥信息之间的运算公式，根据运算公式得到与 光积量差相匹配的施肥信息，并传输到自动施肥模块；
[0011] 所述输入模块包括施肥信息参数的调整输入端和光线信息输入端；
[0012] 自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
[0013] 优选的，所述光线检测设备中包括光照传感器、光强信息输出设备。
[0014] 植物能够进行光合作用和呼吸作用，在黑暗条件下通过呼吸作用释放⑶2,随着光 照强度的增大，光合速率相应增大，当达到某一光照强度值时，叶片的光合速率等于呼吸速 率，此时光照强度即为光补偿点。
[0015] 优选的，所述光积量差级别为D = _10~1，
[0016] 所述D是由光积量差确定，确定方法如下：
[0017] D =光积量差，所述光积量差的计算方法如下：
[0018]
[0019] 当光积量差<-1〇时，D = -10;
[0020] 所述作物所需平均光积量是指作物每天需要光照强度大于作物的光补偿点的光 在N天内的累积量的日平均值，其中N 2 2。
[0021] 优选的，所述光积量差信息还可通过预先人工输入或者通过连接互联网获取;所 述预先人工输入是指工作人员根据未来一天或者一周的光线强弱情况来预先设定光积量 差;所述通过连接互联网获取是指光信息分析模块中设有能够自动获取未来一天或一周光 线强弱信息的系统，该系统与互联网通过有线或无线方式连接。
[0022] 优选的，所述中央分析控制模块中的运算公式为：φ (ΖλΡ) =
[0023] 所述预算公式中Φ表示光积量差与作物相关信息的组合；
[0024] 所述运算公式f表示光积量差与作物相关信息的组合免与施肥信息之间的对应关 系；
[0025] 所述施肥信息包括肥料品种、肥料总重量、浓度、施肥时间以及自动施肥方式；
[0026] 运算公式中所述D表示光积量差，其中-10 SDS1;所述P表示作物相关信息;所述F 表示肥料的品种;所述R表示所述肥料各品种的重量比例;所述W表示所述每亩所施肥料的 重量;所述C表示肥料的浓度;所述T表示施肥时间，施肥时间是指达到光积量差后开始施肥 的时间，即施肥起始时间;所述Μ表示自动施肥方式;所述0表示其他施肥信息；
[0027] 所述其他施肥信息包括施肥周期、自动施肥流量；
[0028]其中运算公式中的？、？、1?、1、(：、1'、1、0可以在自动施肥前通过输入模块进行人工设 定、调整或保存。
[0029] 优选的，所述作物相关信息包括作物品种、作物占地面积、作物生长时期；
[0030] 所述作物品种包括花生、大豆、西红柿、白菜、水稻、棉花；
[0031] 所述作物生长时期包括播种期、苗期、花期、结荚期、成熟期。
[0032] 优选的，自动施肥前可选择预存的运算公式中的各自动施肥信息值。
[0033] 优选的，所述肥料品种F包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机 碳肥；
[0034] 所述氮肥包括碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、氨水、液氨、硝酸钠、硝酸钙、硝酸铵、硝 酸铵钙、硫硝酸铵、尿素；
[0035] 所述钾肥包括氯化钾、硫酸钾、草木灰、钾泻盐、磷酸一钾(磷酸二氢钾）；
[0036] 所述磷肥包括磷酸一铵、磷酸二铵、双烧磷肥、钙镁磷肥、重过磷酸钙、过磷酸钙、 颗粒磷肥、富过磷酸钙、磷酸铵、白磷肥、磷酸轻钙；
[0037] 所述固氮菌肥包括自生固氮菌肥料、根际联合固氮菌肥料、复合固氮菌肥料；
[0038] 所述有机碳肥包括含氨基酸肥料、含有机酸肥料、含糖肥料、含腐殖酸肥料等含有 机小分子肥料；
[0039]所述中微量元素肥包括硅肥、钙肥、锌肥、铁肥、锰肥、硼肥等肥料；
[0040]所述施肥方式Μ包括深施、浅施、表施、匀施、茎叶表面施、撒施法、条施法、穴施法、 环施法、喷施法、滴灌施法。
[0041 ]优选的，其中所述光积量差0.5 < D < 1，每亩所施肥料的重量为lkg < W < 50kg，肥 料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、中微量元素肥的一种或 几种；
[0042] 所述光积量差0.8 < D < 1时，所述施肥时间0 < T < 0.5h，每亩所施肥料的重量为 10kg < W < 50kg，肥料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、中微 量元素肥的一种或几种。
[0043]优选的，其中所述光积量差ΕΚ -1，每亩所施肥料的重量为lkg < 50kg，肥料品 种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、中微量元素肥的一种或几 种；
[0044] 所述光积量差D < -5时，所述施肥时间0 < T < 0.5h，每亩所施肥料的重量为10kg < 50kg，肥料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、中微量元素 肥的一种或几种。
[0045] 优选的，所述自动施肥模块中包括肥料组成自动调配系统以及自动施肥喷灌或微 灌系统；
[0046] 所述肥料组成自动调配系统是指能够接受中央分析控制装置的施肥信息数据自 动配置所需肥料的系统，包括称量系统、搅拌系统、肥料运输系统；
[0047] 所述自动施肥喷灌系统包括固定式喷灌系统、半固定式喷灌系统以及移动式喷灌 系统；
[0048] 所述自动施肥微灌系统包括滴灌系统、微喷灌系统、小管出流灌系统以及渗灌系 统。
[0049] 本发明还提供一种根据弱光环境下作物问题的施肥设备组，其特征在于包括光线 检测设备、中央分析控制设备以及自动施肥设备并依次连接；
[0050] 所述光线检测设备是指测定作物所处环境下的光线强度的设备，包括光照传感 器、光线信息输出装置，光照传感器通过信号连接光线信息输出装置；
[0051] 所述中央分析控制设备是指能够将检测到的光线强度信息进行分析得到光积量 差，能够通过运算将光积量差与施肥信息相匹配，并且还能够施输入肥信息参数和光线信 息数据的设备；
[0052]所述自动施肥设备是指能够接受中央分析控制系统输出的施肥信息数据并进行 自动施肥操作的系统，包括肥料组成自动调配装置和自动施肥喷灌或滴灌装置。
[0053]本发明还提供应用上述所述系统或设备组解决弱光环境下作物生长异常的自动 施肥方法，其中所述作物品种包括花生、大豆、西红柿、白菜、水稻、棉花;所述肥料品种包括 氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、中微量元素肥。
[0054]本发明的有益效果：
[0055] 1、解决光积量不足情况下，自动施肥以补偿作物生长过程中营养元素的缺失；
[0056] 2、节约人力成本，自动检测光照情况，实现自动化施肥；
[0057] 3、自动调节作物的生长发育和形态建成、缩短培养周期、提高品质，而且能够大大 减少能耗，降低成本；
[0058] 4、该方法具有监控和管理功能，使光积量不足情况下自动施肥系统更加智能化和 人性化。