一种封闭循环式岩棉栽培系统及控制方法与流程

本发明涉及农业无土栽培技术领域，具体涉及一种封闭循环式岩棉栽培系统及控制方法。

背景技术：

无土栽培通过使用营养液供给植物养分进行栽培，包括水培、基质栽培等。岩棉在1970年左右被丹麦人首次作为一种基质应用，由于其具有独特的优点，成为继土壤之后研究及栽培植物的一种最为广泛的基质。

岩棉栽培成功的关键在于管理好所用的营养液与灌溉时间，使之符合最优营养状态的需要。岩棉种植中的核心技术是水分管理(watermanagement)和养分管理(nutritionmanagement)，这是一套精确的管理技术，通过它可以有效地控制根系的生长，实现植株营养生长和生殖生长平衡，达到控制收获时间和产量的目的。

但现有的岩棉栽培控制方法及系统并不适用国内地域环境与农产品。一方面，现有的岩棉栽培系统中，营养液的回流方式为敞开式，营养液容易受到污染，不利于植株吸收，影响植株的生长发育；另一方面，现有岩棉栽培系统中营养液的供液量不易调节，易造成供液量过大、供液不及时或多余营养液不能及时回收消毒等问题，不仅不利于植物生长、在资源上较易造成浪费，成本高，经济效益也较低。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种封闭循环式岩棉栽培系统及控制方法，以解决现有岩棉栽培技术中营养液易受到污染和营养液的供液量不易实时调节的问题，提高控制精度和经济效益。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种封闭循环式岩棉栽培系统，包括栽培子系统、灌溉子系统、营养液回收消毒子系统、监测单元与控制单元，所述栽培子系统包括栽培槽，所述栽培槽内设有岩棉基质，用于栽培植株，所述灌溉子系统包括营养液池和与所述营养液池连接的滴灌组件，所述滴灌组件用于向所述植株输送营养液，所述营养液回收消毒子系统与所述栽培槽和营养液池连接，用于将所述栽培槽内的营养液消毒后回收至所述营养液池，所述监测单元用于监测环境参数、营养液灌溉量与营养液回收量，所述滴灌组件与监测单元分别与所述控制单元连接，所述控制单元根据所述监测单元的监测信息控制所述滴灌组件的开闭。

其中，所述灌溉子系统还包括灌溉设备和与所述灌溉设备连接的多个母液罐，所述灌溉设备与所述营养液池连接，所述母液罐中装有所述植株生长所需的浓缩营养液，所述监测单元还用于监测所述植株的发育期与生长发育信息，所述灌溉设备和母液罐分别与控制单元连接，所述控制单元根据所述植株的发育期与生长发育信息控制所述母液罐阀门的开闭与灌溉设备的运行，实现所述营养液的组分与浓度的调配。

其中，所述营养液回收消毒子系统包括过滤装置与消毒装置，所述栽培槽、过滤装置、消毒装置与营养液池通过管路依次连接。

其中，所述栽培子系统还包括支架，所述支架的底端设有横梁，所述栽培槽设于所述横梁上，位于所述栽培槽上方的支架上设有吊蔓装置，所述吊蔓装置用于悬吊固定所述植株的茎秆。

一种岩棉栽培控制方法，包括以下步骤：

s1、输入植株定植时的初始叶片数，根据初始叶片数判断植株的初始生理发育时间；

s2、获取每日的温度值，根据温度值计算植株每日的生理发育时间，并进行累加，得到植株定植后的生理发育时间；

s3、根据植株的初始生理发育时间与定植后的生理发育时间，计算总生理发育时间并判定植株的生育期；

s4、根据植株的生育期，调整营养液的组分及浓度；

s5、获取植株的实时光照积累量，根据植株的实时光照积累量是否大于设定光照积累量，判断是否对所述植株进行灌溉。

其中，步骤s2具体为将每日的温度值与所栽培植株的温度三基点进行对比计算，获得植株每日的生理发育时间，并进行累加，得到植株定植后的生理发育时间。

其中，步骤s2还包括获取每日的太阳辐射值，根据每日的温度值与太阳辐射值计算辐热积，并进行累加；步骤s3还包括建立生长发育模型，根据累加后的辐热积，通过所述生长发育模型获得植株的生长发育信息；步骤s4还包括根据植株的生长发育信息，调整营养液的组分及浓度。

其中，步骤s5还包括若对植株进行灌溉，则植株的实时光照积累量清零并重新计算。

其中，步骤s5还包括若对所述植株进行灌溉，则监测所述营养液的灌溉量与回收量，根据所述营养液的回收量与灌溉量是否达到设定比例判断是否停止灌溉。

其中，步骤s5还包括监测所述营养液的回流速度，若所述回流速度小于设定回流速度，则暂停灌溉并对回液管路和/或过滤装置进行清洗。

(三)有益效果

本发明提供一种封闭循环式岩棉栽培系统，通过监测单元监测环境参数、营养液灌溉量与营养液回收量，控制单元根据监测单元监测的信息控制滴灌组件是否开启，避免对植株灌溉不及时或灌溉过早造成浪费的情况；根据营养液灌溉量与营养液回收量控制滴灌组件是否关闭，避免了营养液灌溉量过多或者营养液灌溉量不足的情况，影响植株的生长发育，不仅利于植物生长、且不浪费营养液，成本低，经济效益高，控制精准。

本发明还提供一种岩棉栽培控制方法，根据植株定植时的初始叶片数，判断植株的初始生理发育时间；根据每日的温度值计算植株每日的生理发育时间，并进行累加获得植株定植后的生理发育时间；根据初始生理发育时间与定植后的生理发育时间，计算植株的生育期；根据植株的生育期，调整营养液的组分及浓度；使营养液适用不同生育期植株的生长发育，并根据植株的实时光照积累量是否大于设定光照积累量，判断是否对所述植株进行灌溉。能够及时的适量的对植株进行灌溉，避免灌溉过早或过晚的情况，利于植物生长。

附图说明

图1为本发明一种封闭循环式岩棉栽培系统的结构示意图；

图2为本发明一种岩棉栽培控制方法的流程示意图；

附图标记说明

1-栽培槽；2-滴灌；3-营养液池；4-母液罐；5-慢砂过滤装置；6-紫外线消毒装置；7-回液储液罐；8-水泵；9-流量计；10-电磁阀；11-回液管路；12-水肥一体化灌溉设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1所示，为本发明的一种封闭循环式岩棉栽培系统，包括栽培子系统、灌溉子系统、营养液回收消毒子系统、监测单元与控制单元。

所述栽培子系统包括用于培育植株的密闭式栽培槽1与支架。栽培槽1内设有岩棉基质，栽培槽设有上盖，上盖上设有供植株穿过的定植孔。栽培槽上集成有通气管道，用于根际和株间微环境调节。支架的下端设有横梁，栽培槽1固定设于横梁上。位于栽培槽1上方的支架上设有吊蔓轨道。吊蔓轨道上设有吊环，吊蔓绳穿过吊环与植株固定，为植株的茎秆提供悬挂力量。进一步的，横梁上固定设有绕蔓装置，为落蔓后的茎秆提供支撑。

灌溉子系统包括依次连接的母液罐4、灌溉设备、营养液池3与滴灌组件。母液罐4中装有植株生长所需的浓缩营养液和酸液。本实施例中的灌溉设备为水肥一体化灌溉设备12。母液罐4和水肥一体化灌溉设备12均与控制单元连接，用于调整营养液的成分与浓度。营养液池3用于储存调配后的营养液。滴灌组件通过管路与营养液池3连接。其中，滴灌组件包括滴灌2、水泵8、流量计9与电磁阀10。滴灌2的出水口设于栽培槽1的基质上，用于向植株输送营养液。水泵8与电磁阀10均与控制单元连接。

营养液回收消毒子系统包括过滤装置与消毒装置，用于将所述栽培槽1内的营养液进行消毒并回收至所述营养液池3。本实施例中，过滤装置为慢砂过滤装置5，消毒装置为紫外线消毒装置6。栽培槽1、慢砂过滤装置5、紫外线消毒装置6与营养液池3通过回液管路11依次连接。进一步的，慢砂过滤装置5与紫外线消毒装置6之间设有回液储液罐7；慢砂过滤装置5与回液管路11之间设有储液罐。

所述监测单元与控制单元连接，用于监测环境参数、营养液灌溉量、营养液回收量、植株的发育期与生长发育信息。

控制单元根据环境参数、营养液灌溉量与营养液回收量，控制水泵8与电磁阀10的开闭，实现对植株进行灌溉。控制单元根据植株的发育期与生长发育信息控制各个母液罐4阀门的开闭与水肥一体化灌溉设备12的运行，实现对营养液的组分及浓度的调整。

下面通过具体的灌溉控制过程，进一步详细清楚的描述。

监测单元监测植株的发育期与生长发育信息。控制单元根据所述植株的发育期与生长发育信息，控制各个母液罐4阀门的开闭与水肥一体化灌溉设备12的运行，对营养液进行调配，形成组分与浓度适合的营养液。调配好的营养液储存在营养液池3中。

监测单元监测植株实时的光照积累量，当实时的光照积累量大于设定值时，控制单元控制水泵8与电磁阀10开启，通过滴灌2向植株输送营养液。经植株吸收后，多余的营养液通过回液管路11储存在储液罐中。在营养液回收过程中，储液罐中的营养液经慢砂过滤装置5过滤流入回液储液罐7中；当回液储液罐7中的营养液累积到一定量，启动紫外线消毒装置6；紫外线消毒装置6预热一段时间后，回液储液罐7中的营养液流经紫外线消毒装置6，进行消毒后回收至营养液池3中重新利用。

进行灌溉时，监测单元监测营养液灌溉量与营养液回收量。当营养液回收量达到营养液灌溉量的10％～25％(该比例根据植株的生育期与生长发育信息自动进行调整)时，控制单元关闭水泵8与电磁阀10，停止灌溉。

进一步的，在灌溉的过程中，当回液管路11中营养液的回流速度低于初始值的30％，则暂停灌溉，并清洗回液管路11；在营养液回收过程中，当慢砂过滤装置5中营养液的流速低于初始值的30％，则清洗慢砂过滤装置5的过滤口。

本实施例提供一种封闭循环式岩棉栽培系统，监测单元监测植株实时的光照积累量、营养液灌溉量与营养液回收量；控制单元根据监测单元监测的植株实时的光照积累量，控制滴灌组件开启。避免对植株进行灌溉不及时或灌溉过早造成浪费的情况；根据营养液灌溉量与营养液回收量，控制滴灌组件关闭。避免了营养液灌溉量过多或者营养液灌溉量不足的情况，影响植株的生长发育，提高了灌溉控制精度；通过监测植株的生育期与生长发育信息，控制水肥一体化灌溉设备的运行与母液罐阀门的开闭，实现对营养液的组分及浓度进行调配，使其适用植株不同时期的生长发育，提高了营养液的调配精度。通过设置慢砂过滤装置与紫外线消毒装置，对营养液进行消毒和回收，进行再利用，降低成本，提高经济效益。根据生长发育信息与生育期，营养液的回收量与灌溉量的比例也进行调整，进而控制对植株进行灌溉的时间及灌溉量，实现精准的灌溉控制。

实施例2：

如图2所示，为本发明的一种岩棉栽培控制方法，包括以下步骤：

s1、输入植株定植时的初始叶片数，根据初始叶片数判断植株的初始生理发育时间；

输入植株定植在栽培槽时的初始叶片数。通过初始叶片数，自动判断植株的初始生理发育时间。所述初始生理发育时间为植株定植前的生理发育时间。

s2、获取每日的温度值，根据每日的温度值计算植株每日的生理发育时间，并进行累加，得到植株定植后的生理发育时间；

监测单元采集并记录每日的温度值。根据植株的温度三基点，对比温度值是否处于设定的生长温度范围，判断所述植株是否生长发育，并计算植株每日的生理发育时间。温度三基点是植株生命活动过程的最适温度，最低温度和最高温度的总称。

具体的：当温度值小于设定的最低温度值或高于设定的最高温度值时，判断植株停止生长发育；当温度值在设定的温度值范围内，判断植株正在生长发育，并计算植株每日的生理发育时间。将植株每日的生理发育时间进行累加，得到植株定植后的生理发育时间。

s3、根据植株的初始生理发育时间与定植后的生理发育时间，计算总生理发育时间并判定所述植株的生育期；

将植株的初始生理发育时间与定植后生理发育时间进行相加，得到植株的总生理发育时间并据此判定植株的生育期。

s4、根据所述植株的生育期，调整营养液的组分及浓度；

不同生育期的植株，所需的营养成分和浓度不同。根据上述步骤得到的植株生育期，确定最佳的营养液组分及浓度。通过控制母液罐阀门的开合与水肥一体化灌溉设备的运行，将各个母液罐中的浓缩营养液进行混合形成最优的营养液。同时，母液罐中也可储存一些根部用药。在需要进行相应病害的防治时，药品与营养液池中的营养液混合后，输送到根系附近，供植株吸收。

s5、获取植株的实时光照积累量，根据植株的实时光照积累量是否大于设定光照积累量，判断是否对所述植株进行灌溉。

监测单元监测太阳辐射值，根据太阳辐射值计算植株的实时光照积累量。根据实时的光照积累量是否大于设定光照积累量，判断是否对所述植株进行灌溉。其中，根据植株生育期的不同，设定光照积累量的大小自动进行调整，控制对植株开始灌溉的时间。

具体的：当实时的光照积累量小于设定光照积累量时，不对植株进行灌溉；当实时的光照积累量大于等于设定光照积累量时，水肥一体化灌溉设备、水泵、电磁阀与滴灌组件开启，将调配好的营养液输送到植株的根系，对植株进行灌溉。

若对所述植株进行灌溉，将实时的光照积累量清零，监测单元重新进行监测并计算光照积累量。且在灌溉过程中，监测单元监测所述营养液的灌溉量与回收量，根据所述营养液的回收量与灌溉量是否达到设定比例判断是否停止灌溉。其中，根据植株生育期的不同，营养液回收量与营养液灌溉量的设定比例自动进行调整，进而控制对植株进行灌溉的时间长短及灌溉量。

具体的：在灌溉过程中，当营养液回收量小于设定值时，判断植株未吸收到饱和状态或未达到足够的淋洗量，持续对所述植株进行灌溉。当回收量与灌溉量的比例达到设定比例时，判断植株吸收到饱和状态并达到预期设定的淋洗量，则控制水肥一体化灌溉设备、水泵、电磁阀与滴灌关闭，停止对植株进行灌溉。

进一步的，在灌溉过程中，监测所述营养液的回流速度，若回流速度小于设定回流速度，则暂停灌溉并对回液管路和/或过滤装置进行清洗。

本实施例提供一种岩棉栽培控制方法，通过初始生理发育时间与每日的生理发育时间累加，计算的到植株得总生理发育时间并据此判断的生育期；通过植株的生育期，调整营养液的组分及浓度，使其适用植株的生长发育；通过监测实时的光照积累量，当实时的光照积累量大于设定光照积累，判断植株需要灌溉，并将光照积累量清零。避免对植株进行灌溉不及时或灌溉过早造成浪费的情况；通过监测营养液的回收量与灌溉量，判断是否停止灌溉。当回收量与灌溉量达到设定比值时，停止灌溉。避免了营养液灌溉量过多或者营养液灌溉量不足的情况，影响植株的生长发育；根据植株的生育期，对营养液的回收量与灌溉量设定比例进行调整，进而控制对植株进行灌溉的时间长短及灌溉量，实现精准的灌溉控制，更加有利于植株生长。

实施例3：

本实施例与实施例2基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例2相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例2不同之处：

步骤s2还包括获取每日的太阳辐射值，根据每日的温度值与太阳辐射值计算辐热积，并进行累加；步骤s3还包括建立生长发育模型，根据累加后的辐热积，通过所述生长发育模型获得植株的生长发育信息；步骤s4还包括根据植株的生长发育信息，调整营养液的组分及浓度。

具体的，监测单元采集并记录每日的温度值与太阳辐射值，根据每日的温度值与太阳辐射值，计算每日的辐热积，并进行累加；建立植株的生长发育模型，通过该生长发育模型，获得与累加后辐热积相对应的植株生长发育信息；本实施例中生长发育信息包括叶片数和叶面积。根据植株的生育期及生长发育信息，调整营养液的组分及浓度。

另外，根据植株的生长发育信息与生育期，对设定光照积累量进行调整，控制对植株开始灌溉的时间；营养液的回收量与灌溉量设定比例也进行调整，进而控制对植株进行灌溉的时间长短及灌溉量，更加有利于植株生长。

植株的生长发育模型还能够对植株的株高与开花时间进行模拟。当满足设定条件时，能够提醒工作人员进行绑蔓、落蔓、打叶、授粉或采收等田间管理操作。

本实施例提供一种岩棉栽培控制方法，根据累加后的辐热积，通过建立植株的生长发育模型获取植株的生长发育信息，并根据生长发育信息与生育期对营养液的成分及浓度进行调配，能够更加精确的调配营养液，使营养液满足植株的生长需求。根据生长发育信息与生育期，营养液的回收量与灌溉量的设定比例也进行调整，进而控制对植株进行灌溉的时间及灌溉量，实现精准的灌溉控制。通过植株的生长发育模型，工作人员可以根据植株的生育期，获得相应的发育信息，进而执行相应的田间管理操作，简单方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。