一种农业精准浇灌系统及方法与流程

本发明实施例涉及农业灌溉技术领域，具体涉及一种农业精准浇灌系统及方法。

背景技术：

现有的大棚自动灌溉系统一般均匀的进行灌溉，但是其实大棚土壤湿度分布不均匀，靠近棚架两侧的土壤，由于棚外水分渗透较多，加上棚膜上水滴的流淌因此大棚外侧的土壤湿度较大，大棚中部则比较干燥。

并且由于不同农作物的蒸腾作用不一样，而传统的传感器只能监测到整体的农作物生长空间的温湿度变化，没法实现对不同植物的不同浇灌控制，同时大棚中空内部空间较为封闭，因而在雨雪天气，大棚中很容易产生内涝，而土壤中的水分则无法通过人工的方式快速的排出，在长期的阴雨天气中，容易出现烂根的现象。

干燥的区域和湿润区域对于水的要求不完全一样，若不进行区分进行灌溉，全部均匀灌溉容易造成分布不均。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种农业精准浇灌系统及方法，通有效灌溉网络，解决传统的传感器只能监测到整体的农作物生长空间的温湿度变化，没法实现对不同植物的不同浇灌控制，在雨雪天气，大棚中很容易产生内涝，而土壤中的水分则无法通过人工的方式快速的排出，在长期的阴雨天气中，容易出现烂根的现象的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供了一种农业精准浇灌系统，包括：

水体渗透单元，设置在农作物种植区域的软土层和硬土层之间，用于从底部将水分渗透至软土层中；

供水单元，包括设置在农作物种植土壤的高地势区的供水设备，以及设置在和低地势区的集水设备，所述供水设备、所述水体渗透单和所述集水设备闭环连接形成循环供水网络；

土壤水分检测单元，包括设置在所述水体渗透单元上且与所述农作物种植区域的软土层相接触的传感元件；

控制单元，与所述供水单元、所述土壤水分检测单元连接，所述控制单元接收所述土壤水分检测单元所采集的湿度数据进行分析处理，并依据处理结果控制供水单元的工作。

作为本发明一种优选地方案，所述水体渗透单元包括铺设在所述硬土层表面用于输送水的管道网络，以及铺设于所述管道网络上表面的微生物复合层，所述微生物复合层包括与软土层接触的降解复合层，以及设置在降解复合层与所述管道网络之间的菌肥叠压层，在所述菌肥叠压层上一体成型有均匀分布的导水体，所述导水体的两端分别与降解复合层和所述管道网络顶层表面接触。

作为本发明一种优选地方案，所述管道网络为铺设在整个农作物种植区域硬土层表面用于传输水的中空层板，所述中空层板的顶层表面为与所述菌肥叠压层紧密接触的水渗透材质。

作为本发明一种优选地方案，所述管道网络包括自高地势区至低地势区埋设在所述农作物种植区域一侧的供水管道和另一侧的回流管道，以及自高地势区至低地势区横向分布在所述农作物种植区域内的分流管道，所述供水设备、供水管道、分流管道和回流管道形成闭环水路，所述分流管道的侧翼具有用于渗透水分的渗透材料层或孔道结构，且在每一个所述分流管道与所述供水管道的连接处设置有控制阀。

作为本发明一种优选地方案，所述分流管道的渗透材料层或孔道结构倾斜朝向一侧的软土层。

在本发明实施例的第二个方面，提供了一种农业精准浇灌方法，包括如下步骤：

步骤100、将农作物种植区域自高地势区至低地势区逐次分为多个用于种植不同农作物的种植单元，并在农作物种植区域两侧自高地势区至低地势分别设置供水管道和回流管道；

步骤200、在相邻所述种植单元之间设置位于硬土层和软土层之间的分流管道，供水设备、供水管道、分流管道和回流管道依次连接形成闭环水路，并在每一个分流管道与供水管道连接处设置控制阀；

步骤300、在每个种植单元的软土层与硬土层之间依据农作物的特性铺设不同材料压制成型的微生物复合层，分流管道设置在相邻的微生物复合层之间，将分流管道的侧翼局部设置具有水渗透能力的结构；

步骤400、在每个种植单元的中心区域布设有多个用于检测含水率的传感元件，并间隔性进行检测传输至控制系统，控制系统对所采集的数据进行分析处理；

步骤500、依据农作物的生长环境特性，在控制系统内对每个种植单元设置含水率的标准阈值区间，当某个种植单元的含水率低于标准阈值区间时，控制系统打开该种植单元分流管道的控制阀，当位于标准阈值区间时，关闭控制阀，当高于标准阈值区间时，关闭当前种植单元以及周边一个或几个种植单元的控制阀。

作为本发明一种优选地方案，还包括：在控制系统内设置域标准阈值区间的节点值连贯的低容阈值区间和高容阈值区间，分别代表该种植区间内农作物可以正常生存的最低含水率和最高含水率；

当检测某种植单元的含水率在低容阈值区间内时，打开该种植单元的控制阀；当低于低容阈值区间时，打开该种植单元控制阀以及相邻的位于高地势的种植单元的控制阀；

当检测某种植单元的含水率在高容阈值区间内时，关闭该种植单元的控制阀；当超过高容阈值区间内时，关闭该种植单元控制阀以及相邻的位于低地势的种植单元的控制阀。

作为本发明一种优选地方案，在农作物种植区域的最低地势区内设置集水设备，用于收集自农作物种植区域渗透下来的混合水，并在集水设备中进行处理后，通过喷雾的方式喷洒至农作物种植区域的表面。

作为本发明一种优选地方案，所述集水设备为在地表开挖的沉淀水池。

作为本发明一种优选地方案，在农作物种植区域上方架设用于安装喷头的支架网络，沉淀水池的混合水通过水泵传输至支架网络的喷头。

本发明的实施方式具有如下优点：

本实施例主要是通过将农作物浇灌转为地下渗透的方式，并且相较现有的地下渗透的方式，具有高度的可控性质。

本实施例通过底层渗透的方式为种植区域提供水分和营养成分，并且对遗失的营养成分从表土层渗透循环利用，这样对农作物根系部的最底端以及正常部分都能够有非常好营养吸收，对农作物的生长更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的农业精准浇灌系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的菌肥叠压层的结构示意图。

图中：

1-管道网络；2-微生物复合层；3-降解复合层；4-菌肥叠压层；5-导水体；6-软土层；7-控制阀；101-中空层板；102-供水管道；103-回流管道；104-分流管道。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种农业精准浇灌系统，包括：

水体渗透单元，设置在农作物种植区域的软土层和硬土层之间，用于从底部将水分渗透至软土层中；

供水单元，包括设置在农作物种植土壤的高地势区的供水设备，以及设置在和低地势区的集水设备，所述供水设备、所述水体渗透单和所述集水设备闭环连接形成循环供水网络；

土壤水分检测单元，包括设置在所述水体渗透单元上且与所述农作物种植区域的软土层相接触的传感元件；

控制单元，与所述供水单元、所述土壤水分检测单元连接，所述控制单元接收所述土壤水分检测单元所采集的湿度数据进行分析处理，并依据处理结果控制供水单元的工作。

本实施例主要是通过将农作物浇灌转为地下渗透的方式，并且相较现有的地下渗透的方式，具有高度的可控性质，具体的：

其中，软土层6是指用于植物生长的土层，硬土层可以理解为农作物根系能够伸入的极限位置。

当处于非雨季时期，需要长期供水，通过对每个种植区域的软土层6进行含水率检测，判断是否符合该种植区域的农作物生长环境，根据判断结果来控制供水单元的工作，以达到对整个农作物种植区域的供水控制。

本实施例的水体渗透单元包括铺设在所述硬土层表面用于输送水的管道网络1，以及铺设于所述管道网络1上表面的微生物复合层2，所述微生物复合层2包括与软土层6接触的降解复合层3，以及设置在降解复合层3与所述管道网络1之间的菌肥叠压层4，在所述菌肥叠压层4上一体成型有均匀分布的导水体5，所述导水体5的两端分别与降解复合层3和所述管道网络1顶层表面接触。

其中，微生物复合层2的主要目的是，利用软土层6与硬土层之间长期的水体流动特性，将微生物复合层2中农作物所需求的营养元素逐渐随着水体流动吸收至软土层6中的农作物根系部。

菌肥叠压层4主要是通过细土、放线菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌、固氮菌以及动物粪等原料便压制而成的板材结构，相当于将各类元素集合至细土中，通过压制成型来降低其分解流动的速率。

降解复合层3主要是通过秸秆粉等生物材料压制而成的板材结构，较为疏松，主要起到提高吸水率的功能，使得底部的水分更容易引导至软土层6，并且降解复合层3与软土层6较为紧密接触，农作物的根系部也可以部分伸入降解复合层3来更好的吸收水分和营养。

通过这种方式，在种植农作物之前，采用铺设的方式达到施肥的目的，大大的降低了人工施肥的成本以及不均匀性，这种方式可以事先根据不同种植区域农作物的特性，而生产特定的菌肥叠压层4和降解复合层3，主要是特定的菌肥叠压层4，因为不同农作物对肥料的需求不同。

管道网络1可以分为整体结构和网络分布结构。

其中整体结构为铺设在整个农作物种植区域硬土层表面用于传输水的中空层板101，所述中空层板101的顶层表面为与所述菌肥叠压层4紧密接触的水渗透材质，也就是说，中空层板101内部形成水流，中空层板101内部中空结构的高度可以设置较小，以满足水流能够较好的与上表面接触，并通过上表面的水渗透材质渗透出去至菌肥叠压层4吸收，该渗透材质仅设置能够渗透水分为即可，不需要太大的渗透能力。

管道网络1为网络分布结构，其具体包括自高地势区至低地势区埋设在所述农作物种植区域一侧的供水管道102和另一侧的回流管道103，以及自高地势区至低地势区横向分布在所述农作物种植区域内的分流管道104，所述供水设备、供水管道102、分流管道104和回流管道103形成闭环水路，所述分流管道104的侧翼具有用于渗透水分的渗透材料层或孔道结构，且在每一个所述分流管道104与所述供水管道102的连接处设置有控制阀7。

所述分流管道104的渗透材料层或孔道结构倾斜朝向一侧的软土层6。

结合该分布式结构的管道网络1，具体提供一种农业精准浇灌方法，包括如下步骤：

步骤100、将农作物种植区域自高地势区至低地势区逐次分为多个用于种植不同农作物的种植单元，并在农作物种植区域两侧自高地势区至低地势分别设置供水管道和回流管道；

步骤200、在相邻所述种植单元之间设置位于硬土层和软土层之间的分流管道，供水设备、供水管道、分流管道和回流管道依次连接形成闭环水路，并在每一个分流管道与供水管道连接处设置控制阀；

步骤300、在每个种植单元的软土层与硬土层之间依据农作物的特性铺设不同材料压制成型的微生物复合层，分流管道设置在相邻的微生物复合层之间，将分流管道的侧翼局部设置具有水渗透能力的结构；

步骤400、在每个种植单元的中心区域布设有多个用于检测含水率的传感元件，并间隔性进行检测传输至控制系统，控制系统对所采集的数据进行分析处理；

步骤500、依据农作物的生长环境特性，在控制系统内对每个种植单元设置含水率的标准阈值区间，当某个种植单元的含水率低于标准阈值区间时，控制系统打开该种植单元分流管道的控制阀，当位于标准阈值区间时，关闭控制阀，当高于标准阈值区间时，关闭当前种植单元以及周边一个或几个种植单元的控制阀。

水自供水设备、供水管道流动至分流管道，从分流管道的侧翼渗透至软土层和降解复合层之间，部分水直接由软土层和降解复合层吸收被根系利用，部分则下沉至菌肥叠压层吸收，以及存储在其中或硬土层至上。

在本实施例中，还应包括设置在硬土层表面或菌肥叠压层内部的含水率检测元件，主要目的是当硬土层表面或菌肥叠压层还存在较高含水率时，而当软土层的含水率降低时，在控制系统中预留一段间隔时间，主要目的在于让软土层优先吸收底部的水分，在间隔时间内，软土层的含水率没有持续下降或下降极其缓慢，代表在吸收底部水分，而进一步当下降稳定或者在一定时间间隔后，再打开控制阀。

相邻种植单元之间的含水率基本相差不会太大，因此，为了更好的调控各个种植单元以及相互之间的影响，本实施例进一步在控制系统内设置域标准阈值区间的节点值连贯的低容阈值区间和高容阈值区间，分别代表该种植区间内农作物可以正常生存的最低含水率和最高含水率；

当检测某种植单元的含水率在低容阈值区间内时，打开该种植单元的控制阀；当低于低容阈值区间时，打开该种植单元控制阀以及相邻的位于高地势的种植单元的控制阀；

当检测某种植单元的含水率在高容阈值区间内时，关闭该种植单元的控制阀；当超过高容阈值区间内时，关闭该种植单元控制阀以及相邻的位于低地势的种植单元的控制阀。

由于高地势区的水分(含少量营业成分)会向低地势区流动，因此在农作物种植区域的最低地势区内设置集水设备，用于收集自农作物种植区域渗透下来的混合水，并在集水设备中进行处理后，通过喷雾的方式喷洒至农作物种植区域的表面，将其中的营养成分循环利用至种植区域的表土层，向下渗透。

集水设备为在地表开挖的沉淀水池。在农作物种植区域上方架设用于安装喷头的支架网络，沉淀水池的混合水通过水泵传输至支架网络的喷头。

本实施例通过底层渗透的方式为种植区域提供水分和营养成分，并且对遗失的营养成分从表土层渗透循环利用，这样对农作物根系部的最底端以及正常部分都能够有非常好营养吸收，对农作物的生长更好，而且将人工成本以及机械灌溉成本转换为材料压制成型上，较大程度的降低了成本，并且对种植区域的施肥更为均匀，有利于整个种植区域的均衡生长。

通过在小范围内分组进行试验：

第一组：人工滴灌、施肥的方式；

第二组：底层整体通水；

第三组：本实施例的方式。

三组地势分布，种植区分布以及农作物均相同，发现，通过第三组的方式相较另外两组的方式，农作物的生长速率，以及结果从整体上看都具有较高的提升。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。