一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法

1.本发明涉及农业生产技术领域，尤其涉及一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法。


背景技术：

2.作物的节水抗旱性是指在其生长发育过程中对缺水环境的一种适应能力，广义地讲，包括如何有效地利用降水和提高作物的水分利用效率，最终实现节水抗旱作物的节水栽培。作物水分利用效率涉及两个方面的范畴，一是作物维持正常生理代谢活动所需的生理需水量，二是在一定的水分状态下作物的生产能力。作物的水分利用效率与抗旱性不同，抗旱性强的品种不一定水分利用效率高，反过来水分效率高的品种不一定抗旱。从提高水分利用效率上讲，品种的产量潜力往往比抗旱性更为重要。作物的抗旱性极其复杂，至少涉及三个重要的生理范畴：一是干旱条件下作物维持高含水量；二是作物在低含水量的情况下保持其生理功能；三是干旱胁迫后作物生理功能和生产能力的恢复。在现有技术中，作物节水抗旱性实验一般采用土壤水分含量非控制性方式进行，属于定性实验，结果可重复性差；若能够实现土壤水分含量的人为控制，对各种水分生态条件下作物生产消耗的水分进行定量，结合产量及其结构性状考察，则可以实现对作物节水抗旱性状的定量化评价，那么就需要一种可实现自动控制的栽培系统，保证实验的测量精度，提高数据的可靠性，实现量化评价的通量化和精准化。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法，通过自动化控制系统进行作物的节水抗旱性实验，提高评价效率与实验精准度，节省人工成本。
4.为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：
5.一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法，所述评价系统包括若干实验组；若干所述实验组均通过水路系统与储水装置连通；若干所述实验组实施梯度量化控水管理，每组所述实验组包括若干小组，每小组由16个实验测试单元组成；每个所述实验测试单元均包括实验栽盆、重量传感器与设置在所述栽盆上方的出水口；所述出水口上设置有控制阀；所述实验栽盆放置在所述重量传感器上；所述控制阀与重量传感器分别通过初级控制器与中级控制器电连接，所述重量传感器用于检测所述实验栽盆的重量值，所述重量值包括每次补水后的补水重量值与在上次补水后经消耗后的当前重量值；所述中级控制器与终端设备连接。
6.优选的，所述水路系统包括分别与各个所述实验组连通的支管路、与所述储水装置连通的总管路；所述总管路上设置有总阀门；每条所述支管路上设置有支阀门；所述支管路上设置有多个与所述实验栽盆对应的出水口。
7.优选的，所述储水装置中设置有液位传感器，所述液位传感器与所述中级控制器电连接。
8.优选的，所述储水装置包括高低设置的第一储水装置与第二储水装置，所述第一储水装置高于所述第二储水装置；所述第一储水装置包括第一进水口与第一出水口，所述第二储水装置包括第二进水口与第二出水口；第一出水口与第二进水口连通，所述第二出水口与所述水路系统连通；且所述第一进水口出设置有初级过滤装置；第二出水口处设置有过滤装置。
9.优选的，所述控制阀为型号为200e的灌溉电磁阀。
10.一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
11.s1：实时采集所述实验栽盆(5)的当前重量值，判断是否小于每个实验栽盆(5)设定重量值，若是，执行步骤s2；若否，则执行步骤s3；
12.s2：根据步骤s1采集的所述当前重量值，对实验栽盆(5)实施补水处理，判断每个实验栽盆(5)的当前重量值是否大于或等于设定重量值，若是，执行步骤s3；若否，执行步骤s1；
13.s3：停止补水，延时采集每个实验栽盆(5)的当前重量值，将补水完毕的所述实验栽盆(5)补水后的重量数据经中级控制器(8)传输给终端设备(9)并保存，然后结束处理。
14.优选的，所述步骤s1之前还包括：开启终端设备，进行参数的设置；所述参数设置包括重量参数与时间参数；所述重量参数包括每个所述实验栽盆的预先设定的设定重量值，即每次补水后的补水重量值；所述时间参数包括采集时间；所述采集时间为补水后延迟多长时间才将所述重量传感器的实时重量数据经中级控制器传输给终端设备的时间。
15.本发明的有益效果：
16.本发明提供了一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法，设置有若干实验组，通过水路系统与储水装置连通，若干实验组设置不同的土壤含水量标准，形成量化控水处理，分析各品种作物在不同土壤水分梯度下的产量抗旱性。每组实验组包括若干小组，每小组由16个实验测试单元组成，每个实验测试单元中的栽培里面种植作物的不同品种，得到在相同条件下不同作物品种的综合抗旱性；每个所述实验测试单元均包括实验栽盆、重量传感器与设置在所述栽盆上方的可控性出水口；实验栽盆用于种植作物，实验栽盆放置在重量传感器上，重量传感器用于检测所述实验栽盆的实时重量值，所述重量值包括每次补水后的实时重量值与在上次补水后经消耗后的当前重量值，将实验栽盆的重量值通过初级控制器、中级控制器传递给终端设备；可控性出水口与水路系统连接，上面设置有控制阀，可通过初级控制器和中级控制器对控制阀进行控制，实现自动化补水。在终端设备上设置重量参数、补水参数与时间参数，重量传感器实时对实验栽盆进行称重，将当前实时重量值从初级控制器传递给中级控制器，判断是否小于设定重量值，若小于设定值，则初级控制器控制出水口控制阀打开，对实验栽盆进行补水，补水完毕后延时记录数据，方便对作物的抗旱性进行分析。综上，本发明中的评价系统提供了一种量化控水装置，便于对作物进行量化控水栽培管理，控制方法实现对评价系统的自动化控制，根据实验设定，实现自动化控水栽培，并且通过中级控制器和终端设备自动记录补水数据及相关实验数据，提高实验的测量精度，节约人工成本。
附图说明
17.图1为本发明的系统结构示意图；
18.图2为本发明图1的局部放大图；
19.图3为本发明实施例3的储水装置结构示意图；
20.图4为本发明的方法流程图；
21.图5为本发明的梯度量化控水条件下各实验梯度栽盆中的土壤水分含量变化特征模式图。
22.图中：1、实验组；2、储水装置；21、第一储水装置；22、第二储水装置；23、第一进水口；24、第一出水口；25、第二进水口；26、第二出水口；27、初级过滤装置；28、过滤装置；3、水路系统；4、控制阀；5、实验栽盆；6、初级控制器；7、出水口；8、中级控制器；9、终端设备；10、重量传感器；11、液位传感器。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.实施例1
25.如图1-5所示，本实施例提供了一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法，所述评价系统包括若干实验组1；若干所述实验组1均通过水路系统3与储水装置2连通；若干所述实验组1实施梯度量化控水管理，每组所述实验组1包括若干小组，每小组由16个实验测试单元组成；每个所述实验测试单元均包括实验栽盆5、重量传感器10与设置在所述栽盆上方的出水口7；所述出水口7上设置有控制阀4；所述实验栽盆5放置在所述重量传感器10上；所述控制阀4与重量传感器10分别通过初级控制器6与中级控制器8电连接，所述重量传感器10用于实时检测所述实验栽盆5的重量值，所述重量值包括每次补水后的补水重量值与在上次补水后经消耗后的当前重量值；所述中级控制器8与终端设备9连接。
26.一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法，所述评价系统设置有多组实验组1，对多组实验组1进行不同的量化控水栽培，通过梯度化控水的方式进行作物节水抗旱性实验，比较不同品种在不同梯度控水管理下对多种干旱胁迫的综合抗旱性表现。其中，储水装置2为本实验提供水源，应保证在培育过程中储水装置2中的水量始终处于充足状态，避免因为水源不足造成实验结果出现误差，多组实验组1通过水路系统3均与储水装置2连通。每组实验组1采用同一土壤水分含量梯度进行控水管理，其中若干试验测试单元中种植同一作物的不同品种，重量传感器10用于检测实验栽盆5的补水后的补水重量值与上次补水经一段时间消耗后的当前重量值，随后将检测到的数据通过中级控制器8传送给终端设备9，终端设备9进行数据的存储管理和分析，进而发出指令，通过中级控制器和初级控制器而操纵控制阀4进行自动补水，最后得出不同品种的作物在不同土壤水分含量梯度干旱胁迫下的综合抗旱性，本发明中的评价系统结构简单，并且能够精准对水量进行控制，保证实验结果的准确性。值得说明的是，每一实验测试单元中的重量传感器10与控制阀4与同一
初级控制器6连接，初级控制器6用于传递与操纵重量传感器10与控制阀4的协作信号，每组实验组1中的若干初级控制器6与同一中级控制器8连接，若干组实验组1设置有若干中级控制器8，每个中级控制器8能够控制若干个实验测试单元，若干中级控制器8均与终端设备9连接进行数据通讯信号和控制指令的传输。
27.实施例2
28.如图1-5所示，本实施例是在上述实施例的基础上进行展开的，具体的，本实施例提供了一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法，所述水路系统3包括分别与各个所述实验组1连通的支管路、与所述储水装置2连通的总管路；所述总管路上设置有总阀门；总管路一端与储水装置2出水口7连通，另一端与多条支管路连通。每条所述支管路上设置有支阀门；所述支管路上设置有多个与所述实验栽盆5对应的出水口7。总阀门用于控制总管路中水的通断，每条支管路上均安装有支阀门，每条支管路中水的通断分别通过每条支管路上的支阀门进行控制，每个细管路邻近出水口处设置了控制阀4。
29.优选的，所述储水装置2中设置有液位传感器11，用于检测储水装置2中的水位，保证储水装置2水源的充足，供水不足可能使得每个试验测试单元或部分实验测试单元的补水量没有补够而造成设定的土壤水分含量预定值改变。储水装置2里的最低限度储水量，应该大于平台所有试验单元的总补水量。所述液位传感器11与所述中级控制器8电连接，当液位传感器11检测到水位低于设定阈值时，发送信号给中级控制器8，中级控制器8传递信号给终端设备9，提醒工作人员及时给储水装置2补充水量。
30.优选的，所述控制阀4为型号为200e的灌溉电磁阀，在提高经济效应的同时，保证控制精度。
31.实施例3
32.优选的，所述储水装置2的进水口和出水口7处均设置有过滤装置28，用于过滤水中的杂质，避免水中的杂质经总管路、支管路而进入出水口7的控制阀4造成控制阀4堵塞，进而影响控水精度和实验结果。储水装置2设置有两个，两个储水装置2一高一低，高水位的储水装置为第一储水装置21，低水位的储水装置为第二储水装置22，第一储水装置21上设置有第一进水口23与第一出水口24，第二储水装置22设置有第二进水口25与第二出水口26；第一进水口与23水源连通，第一进水口23处设置有初级过滤装置27，用于过滤水源进入第一储水装置21的水源。距离第一储水装置21底部50cm处设置有第一出水口24，便于第一储水装置21中的杂质沉淀在底部，避免过多杂质进入第二储水装置22；第一出水口25与第二进水口25连通，距离第一储水装置21底部30cm处设置有第一出水口24，便于第一储水装置21中的杂质沉淀在底部，避免过多杂质进入水路系统3；第二出水口24与水路系统3连通，第二出水口26处设置有过滤装置28，用于过滤第二储水装置22中的杂质，避免杂质进入水路系统3和控制阀4，造成控制阀4的堵塞和失控。
33.实施例4
34.如图1-5所示，本实施例是在上述实施例的基础上进行展开的，具体的，本实施例提供了一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
35.s1：开启终端设备9，进行参数的设置；所述参数设置包括重量参数与时间参数；所述重量参数包括每个所述实验栽盆5的预先设定的设定重量值，即每次补水后的补水重量值；所述时间参数包括采集时间；所述采集时间为补水后延迟多长时间才将所述重量传感
器10的实时重量数据经中级控制器8传输给终端设备9的时间。补水重量值由重量传感器10进行实时检测；采集所述实验栽盆5的当前重量值，判断当前重量值是否小于设定重量值，若是，执行步骤s2；若否，则执行步骤s3；
36.s2：根据步骤s1采集的所述当前重量值，对实验栽盆(5)实施补水处理，判断每个实验栽盆(5)的当前重量值是否大于或等于设定重量值，若是，执行步骤s3；若否，执行步骤s1；
37.s3：停止补水，延时采集每个实验栽盆(5)的当前重量值，将补水完毕的所述实验栽盆(5)补水后的重量数据经中级控制器(8)传输给终端设备(9)并保存，然后结束处理。
38.实施例5
39.如图1-5所示，本实施例是在上述实施例的基础上进行展开的，具体的，本实施例提供了一种作物节水抗旱性的量化评价系统及其控制方法的具体实施方案，如下：
40.采用盆栽试验进行，以田间持水量作为土壤水分含量梯度划分依据，利用称重法量化控制盆栽土壤含水量。共设计了100％、80％、60％和40％田间持水量(简称fmc)，即梯度ⅰ、梯度ⅱ、梯度ⅲ、梯度ⅳ4种水分梯度处理水平。盆栽初始装土时，使用均匀一致的钢化塑料桶(直径26cm，深31cm)装干土5.5kg待用。采用水稻常规方法育秧，先将试验材料播种于秧田，经一段时间培育后移栽至本发明的量化评价系统中，每个单元上有1个钢化塑料盆，每处理水平每组试验组合各栽6盆，每盆3株，呈三角形栽培，置于人工搭建的防雨大棚内。水稻移栽当天每盆加水至10.0kg，返青后开始梯度量化控水处理，定期以重量传感器10(精确度0.001kg)逐盆称重，分别使4种处理中每盆总重量始终处于9.9kg、8.75kg、7.35kg、6.25kg，低于这个标准时加水补足，直至成熟收获。本系统开机系统启动后，每个试验测试单元的重量数据实时显示在终端设备9上，待各单元重量比较稳定且不变化时，延时记录每盆的实时重量，并保存数据；然后系统会自动计算今天需要补充多少水，即当前耗水量，然后开始补水，每个试验测试单元的重量数据会实时显示在终端设备9上，达到设定重量值后中级控制器8发送指令到初级控制器6，初级控制器6发送停止补水指令到出水口7的控制阀4，控制阀4关闭以停止补水；待达到采集时间后(一般5-8分钟即可)，管子中残留水基本流完了，每个试验测试单元的实时重量数据不再发生变化时，记录补水后的试验测试单元的实时重量值。
41.本实验从5月30日将实验组移栽至本发明的量化评价系统实验栽盆中进行生长，返青后开始梯度量化控水处理，得到在梯度量化控水管理下不同田间持水量梯度下各实验组的土壤绝对含水量(％)的数据表，如表1所示：
42.表1不同梯度下土壤绝对含水量变化表
43.44.45.[0046][0047]
上表转换为模型图如图5所示，即梯度量化控水条件下各实验梯度栽盆中的土壤水分含量实际变化特征图，这是本试验处理所形成的特征之一。在这样的处理下，可以采用本发明的量化评价系统对作物的节水抗旱性进行精准的定量化评价，在实验过程中可以控制补水量，保证实验精度，避免由于人工补水出现实验误差。
[0048]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。