一种根据弱光环境下作物问题的自动施肥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，具体是指一种根据弱光环境下作物问题的施肥方法和 设备。
【背景技术】
[0002] 光是植物生长发育的基本因素之一。光对植物的生长、形态建成、光合作用、物质 代谢以及基因表达均有调控作用。植物在它的整个生命周期中始终处于一个不断变化的光 环境中，在长期的进化中，植物不仅适应了光环境的变化，而且还能相互影响而改变周围的 光环境。随着科学技术的进步以及农业与生物产业的快速发展，植物对有效光的利用已经 突破单纯依靠太阳光的限制，人工光源代替或补充自然光源的不足已经成为环境控制植物 生长发育的重要手段。
[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。在闭锁式植 物工厂中采用人工光控制，可以对光强、光质、光照时间等要素较容易地进行单独调节而不 受天气条件的影响。这样，不论冬天或阴雨天，温室或大棚内植物的光合作用，都能正常进 行。
[0004] 近年来，LED己经成功用于人工补光、植物组培、遗传育种、植物工厂以及太空农业 等领域，并正在向农业与生物产业的众多领域拓展。随着LED性能的不断提高、价格的逐渐 下降以及各类特定波长产品的开发，LED在农业与生物领域的应用范围变得更加广阔。
[0005] CN204721693 U公开了一种智能化LED农作光照控制系统;所述的智能化LED农作 物光照控制系统主要包括电源、光照传感器、单片机、驱动器、GPRS通信S頂300模块、三基色 LED、手机;所述的手机与GPRS通信S頂300模块相连，GPRS通信S頂300模块通过URA协议与单 片机相连，GPRS通信SM300模块与电源相连，电源与单片机相连，单片机与光照传感器相 连，单片机与驱动器相连，驱动器与三基色LED相连。
[0006] 尽管LED灯在农作物补光技术上取得了一定的进步，但由于每种产品不同生长期 对光照要求不同，并且所用光质存在不同程度的问题，发射光谱不能很好地与植物的光合 作用吸收光谱，光质不纯，对植物生长光激励效率不高。农作物的生长过程中，比较有效的 生长助手还是肥料，为植物施以合适的肥料不仅可提高作物生长率，还能弥补弱光环境下 的光合作用差值。
【发明内容】
[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种根据弱光环境下作物问题的自动施肥系统，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；
[0008] 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；
[0009] 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；
[0010] 所述光信息分析模块接收光线强度数据进行分析和弱光分级，并输出弱光级别到 运算模块；
[0011] 所述运算模块中设有弱光级别与施肥信息之间的运算公式，根据运算公式得到与 弱光级别相匹配的施肥信息，并传输到自动施肥模块；
[0012] 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；
[0013] 自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
[0014] 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。
[0015] 植物光合作用对光强的响应表现为在黑暗中叶片不进行光合作用，而是通过呼吸 作用释放CO 2，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，在低光照强度时，光合速率会随着光 照强度的增大而增大，当光强增加到达某一强度时，光合速度不再增加，此时的光照强度即 为光饱和点。
[0016] 优选的，所述弱光环境是指在日照时间内光强持续低于作物光饱和点的时间大于 等于1小时的光环境;弱光级别的确定方法如下：弱光环境时间是指作物在N天内持续处于 弱光环境下累积时间的日平均值，其中N 2 2;
[0017]当弱光环境时间=1~2小时时，所述弱光级别为1级；
[0018] 当弱光环境时间=2~3小时时，所述弱光级别为2级；
[0019] 当弱光环境时间=3~4小时时，所述弱光级别为3级；
[0020] 当弱光环境时间=4~5小时时，所述弱光级别为4级；
[0021]当弱光环境时间=5~6小时时，所述弱光级别为5级；
[0022]当弱光环境时间=7~8小时时，所述弱光级别为6级；
[0023]当弱光环境时间=8~9小时时，所述弱光级别为7级；
[0024]当弱光环境时间=9~10小时时，所述弱光级别为8级；
[0025]当弱光环境时间> 10小时时，所述弱光级别为9级。
[0026] 优选的，所述弱光级别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弱光级 另IJ;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。
[0027] 优选的，所述中央分析控制模块中的运算公式为：免（U) = ZtR艮
[0028] 所述预算公式中免表示弱光级别与作物相关信息的组合；
[0029] 所述运算公式f表示弱光级别与作物相关信息的组合炉与施肥信息之间的对应关 系；
[0030] 所述施肥信息包括肥料品种、肥料总重量、浓度、施肥时间和频率以及自动施肥方 式；
[0031] 运算公式中所述I表示弱光级别；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，施肥时间是指达到弱光级别后开始施肥的时间，即施 肥起始时间;所述M表示自动施肥方式;所述0表示其他施肥信息；
[0032] 所述其他施肥信息包括施肥周期、自动施肥流量；
[0033] 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。
[0034] 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；
[0035] 所述作物品种包括花生、大豆、西红柿、白菜、水稻、棉花；
[0036] 所述作物生长时期包括播种期、苗期、花期、结荚期、成熟期。
[0037] 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。
[0038] 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、中微量元素肥；
[0039] 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、聚磷酸铵；
[0040] 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）；
[0041 ] 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、聚磷酸铵；
[0042] 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；
[0043] 所述中微量元素肥包括钙肥、硅肥、硼肥、锌肥、铁肥、锰肥的一种或几种；
[0044] 所述施肥方式M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、滴灌法。
[0045] 优选的，其中所述弱光级别2 5级时，所述施肥时间0 < T < 2h，每亩所施肥料的重 量为I kg < 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；
[0046] 所述弱光级别2 8级时，所述施肥时间lh，每亩所施肥料的重量为IOkgg 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。
[0047] 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；
[0048] 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；
[0049] 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；
[0050] 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。
[0051] 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；
[0052] 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；
[0053] 所述光信息分析设备是指，分辨所检测的光是否为弱光的设备；
[0054] 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弱光级 另Ij，能够通过运算将弱光级别与施肥信息相匹配，并且还能够施输入肥信息参数和光线信 息数据的设备，；
[0055] 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。
[0056] 本发明还提供应用上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。
[0057]本发明的有益效果：
[0058] 1、解决光照不足或弱光下，自动施肥以补偿作物生长过程中营养元素的缺失；