一种植物自动喷灌防霜系统及方法

摘要

本发明公开了一种植物自动喷灌防霜系统及方法，属于农业气象灾害监测与控制领域。灌溉防霜操作方式粗放、控制方式简单，造成了水的过量使用。本发明将池塘或湖中的水经水泵加压后，通过喷头从植物冠层下方向上喷洒；将高于植物临界冻害温度一定阈值的湿球温度作为设定值，与植物种植不同温度区域的湿球温度比较后，控制水泵和各区域电磁阀的启闭，从而分别实现对各区域喷灌防霜的控制。本发明能够实现植物自动化喷灌防霜，减少用水量，适用于具备水源条件区域的植物防霜。

权利要求

1.一种植物自动喷灌防霜系统，包括干管(1)、水泵(2)、逆止阀(3)、过滤器(4)、流量表(5)、支管(6)、空气阀(7)、压力表(9)、竖管(10)、喷头(11)、自动泄水阀(13)、控制器(14)、电磁阀(8)、温度传感器(12)；在所述干管(1)上依次连接水泵(2)、逆止阀(3)、过滤器(4)、压力表(9)、流量表(5)；在各支管(6)上依次连接空气阀(7)、电磁阀(8)、压力表(9)、竖管(10)、自动泄水阀(13)；各温度传感器(12)置于田间不同区域，均与控制器(14)输入端连接；水泵(2)、各电磁阀(8)均与控制器(14)输出端连接；所述喷头(11)位于植物冠层的下方，其特征在于：所述温度传感器(12)外表面包裹湿润的脱脂棉或脱脂纱布，分布于田间不同温度的区域。

2.利用如权利要求1所述的一种植物自动喷灌防霜系统的植物喷灌防霜方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，在控制器(14)中输入控制喷灌的温度设定值；

第二步，当某区域湿球温度小于或等于所述温度设定值时，启动水泵(2)，并打开该区域支管(6)上的电磁阀(8)；否则使该区域的电磁阀(8)保持关闭；

第三步，喷灌防霜系统运行后，当某区域湿球温度大于温度设定值时，关闭该区域支管(6)上的电磁阀(8)；

第四步，当所有区域湿球温度均大于温度设定值时，保持水泵(2)和所有电磁阀(8)均处于关闭状态；

所述的温度设定值范围为高于植物临界冻害温度2.5~3.5℃。

说明书

一种植物自动喷灌防霜系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及农业气象灾害监测与控制领域，具体涉及一种植物自动喷灌防霜技术。

背景技术

[0002] 早春晚霜冻害，对植物生长和发育造成严重伤害。现有的防霜措施中，漫灌使用较普遍。它通过增加土壤湿度，降低孔隙度，使土壤的热容量与导热率增大，可在一定程度上提高果园温度，但该方法需要消耗大量的水，防霜效果不显著，也易造成田块的涝灾。此外，漫灌容易形成地表径流，造成土壤营养流失，影响植物的生长。

[0003] 日本专利JPH01291729和JPH06225650分别公开了用于茶园和果园的喷水防霜方法和装置，其原理是：当温度为0℃时，1g水凝固结冰时释放出80cal的潜热，所以喷洒到植株上的水在植株表面结冰时，所释放出的潜热能够使植株温度保持在临界冻害温度以上，从而达到防霜的目的；但其公开的喷头位置，均是在植物冠层上方，喷洒时使水滴大量存留在无植株的空地上，从而造成水资源的浪费。申请号201110333226.X的中国专利公开了一种弥雾喷灌设备进行茶园春节防霜冻的方法，也是基于以上原理，但由于迷雾量一般较小，释放的潜热较少，难以满足防霜所需的热量要求。此外，以上公开的喷水和迷雾防霜方法，均未涉及使用时的控制技术，若使用不当反而会加重冻害。

[0004] 日本专利JP2006238767公开了一种霜冻害防止装置，该装置以防霜全部区域的最低温作为启动系统的控制条件，可能会导致对未发生霜冻害的区域也进行喷水防霜操作，从而造成水资源的浪费。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种植物喷灌防霜系统及方法，实现不同区域喷灌防霜的自动化，且减少用水量。

[0006] 为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

[0007] 一种植物自动喷灌防霜系统，包括干管(1)、水泵(2)、逆止阀(3)、过滤器(4)、流量表(5)、支管(6)、空气阀(7)、压力表(9)、竖管(10)、喷头(11)、自动泄水阀(13)，其特征在于还包括：控制器(14)、电磁阀(8)、温度传感器(12)；在所述干管(1)上依次连接水泵(2)、逆止阀(3)、过滤器(4)、压力表(9)、流量表(5)；在各支管(6)上依次连接空气阀(7)、电磁阀(8)、压力表(9)、竖管(10)、自动泄水阀(13)；各温度传感器(12)置于田间不同区域，均与控制器(14)输入端连接；水泵(2)、各电磁阀(8)均与控制器(14)输出端连接。

[0008] 所述喷头(11)位于植物冠层的下方。

[0009] 所述温度传感器(12)外表面包裹湿润的脱脂棉或脱脂纱布，分布于田间不同温度的区域。

[0010] 利用所述的一种植物自动喷灌防霜系统的植物喷灌防霜方法，其特征在于包括以下步骤：

[0011] 第一步，在控制器(14)中输入控制喷灌的温度设定值；

[0012] 第二步，当某区域湿球温度小于或等于所述温度设定值时，启动水泵(2)，并打开该区域支管(6)上的电磁阀(8)；否则使该区域的电磁阀(8)保持关闭；

[0013] 第三步，喷灌防霜系统运行后，当某区域湿球温度大于温度设定值时，关闭该区域支管(6)上的电磁阀(8)；

[0014] 第四步，当所有区域湿球温度均大于温度设定值时，保持水泵(2)和所有电磁阀(8)均处于关闭状态。

[0015] 所述的温度设定值范围为高于植物临界冻害温度2.5~3.5℃。

[0016] 本发明的工作原理与过程。利用水凝结成冰时所释放的热量，使植株温度保持在临界冻害温度以上，从而达到防霜的目的。

[0017] 本发明在控制器(14)中输入控制喷灌的温度设定值，当某区域的湿球温度小于或等于温度设定值时，控制器(14)控制水泵(2)启动，并打开该区域支管(6)上的电磁阀(8)。水流依次通过干管(1)、支管(6)和竖管(10)，最后经喷头(11)向上喷洒到植物冠层；当某区域植物冠层的湿球温度大于温度设定值时，控制器(14)控制该区域电磁阀(8)关闭，从而停止该区域的喷灌；然后该区域的自动泄水阀(13)打开，支管(6)中的水经自动泄水阀(13)流出。当所有区域湿球温度均大于温度设定值时，控制器(14)控制水泵(2)和所有电磁阀(8)均处于关闭状态。

[0018] 本发明具有的有益效果。本发明将喷头设置于植物冠层下方，实现对植物冠层从下向上的对靶喷洒，避免向株间空地的喷洒。由于种植植物区域内地形、植被等立地条件复杂，不同区域的温度差异明显，所以对各区域分别进行温度监测和喷灌控制，可有效降低用水量。本发明中，实际测得的是湿球温度，一般低于干球温度，所以将湿球温度作为控制参数，可降低植物霜冻害的风险。本发明可实现不同区域喷灌防霜的自动化，减少用水量。

附图说明

[0019] 图1为本发明的系统组成与结构示意图。

[0020] 图中：1 干管，2 水泵，3 逆止阀，4 过滤器，5流量表，6 支管，7 空气阀，8 电磁阀，9 压力表，10 竖管，11 喷头，12 温度传感器，13 自动泄水阀，14 控制器；虚线代表控制流。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步详细说明。

[0022] 以茶园中的茶树为例。

[0023] 本发明的系统组成和结构如图1所示，包括干管1、水泵2、逆止阀3、过滤器4、流量表5、支管6、空气阀7、压力表9、竖管10、喷头11、自动泄水阀13；控制器14、电磁阀8、温度传感器12；干管1上依次连接水泵2、逆止阀3、过滤器4、压力表9、流量表5；在各支管6上依次连接空气阀7、电磁阀8、压力表9、竖管10、自动泄水阀13；各温度传感器12置于田间不同区域，均与控制器14输入端连接；水泵2、各电磁阀8均与控制器14输出端连接。

[0024] 喷头11采用固定式微喷头，设置在茶树一侧冠层下方，距离地面10cm；控制器14采用三菱FX2N-32MR-001型可编程控制器；温度传感器12型号为WZP-Pt100。根据茶园不同区域温度的不同，将试验田块划分为三个区域，分别为试验区域一、试验区域二和试验区域三。

[0025] 为更好地说明本发明的方案，现将本发明在茶园中的工作过程做进一步介绍。

[0026] 供试品种龙井43茶树的临界冻害温度为-2℃。利用上述系统，分三次进行喷灌防霜试验，三次试验的温度设定值分别为0.5℃、1.5℃和1.0℃。

[0027] 第一次：

[0028] 第一步，在控制器14中输入温度设定值为0.5℃；

[0029] 第二步，在晚间22:00时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为0.5、1.2和1.5℃，控制器14控制水泵2启动，同时控制试验区域一中的电磁阀8打开，进行喷灌；在凌晨1:30时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为0.2、0.5、1.1℃，控制器14控制试验区域二中的电磁阀8打开，进行喷灌；

[0030] 第三步，在凌晨5:00时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度为0.3、1.0和1.0℃，控制器14控制试验区域二中的电磁阀8关闭，停止试验区域二的喷灌，同时自动泄水阀13打开泄水；

[0031] 第四步，在凌晨6:30时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度为1.0、0.8和0.8℃，控制器14控制水泵2和试验区域一中的电磁阀8均关闭，停止试验区域一的喷灌，同时自动泄水阀13打开泄水。

[0032] 第二次：

[0033] 第一步，在控制器14中输入温度设定值为1.5℃；

[0034] 第二步，在晚间23:00时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为1.5、1.8和2.0℃，控制器14控制水泵2启动，同时控制试验区域一中的电磁阀8打开，进行喷灌；在凌晨2:00时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为1.2、1.5、1.8℃，控制器14控制试验区域二中的电磁阀8打开，进行喷灌；

[0035] 第三步，在凌晨4:30时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度为1.4、2.1和1.7℃，控制器14控制试验区域二中的电磁阀8关闭，停止试验区域二的喷灌，同时自动泄水阀13打开泄水；

[0036] 第四步，在凌晨7:00时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度为2.0、2.2和1.9℃，控制器14控制水泵2和试验区域一中的电磁阀8均关闭，停止试验区域一的喷灌，同时自动泄水阀13打开泄水。

[0037] 第三次：

[0038] 第一步，在控制器14中输入温度设定值为1.0℃；

[0039] 第二步，在晚间22:30时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为1.0、1.2和2.1℃，控制器14控制水泵2启动，同时控制试验区域一中的电磁阀8打开，进行喷灌；在凌晨1:50时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度分别为0.8、1.0、1.5℃，控制器14控制试验区域二中的电磁阀8打开，进行喷灌；

[0040] 第三步，在凌晨5:00时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度为0.7、1.6和1.1℃，控制器14控制试验区域二中的电磁阀8关闭，停止试验区域二的喷灌，同时自动泄水阀13打开泄水；

[0041] 第四步，在凌晨6:40时，检测到试验区域一、二和三的湿球温度为1.5.、1.9和1.3℃，控制器14控制水泵2和试验区域一中的电磁阀8均关闭，停止试验区域一的喷灌，同时自动泄水阀13打开泄水。

[0042] 观测结果表明，茶园中三次试验实施过程中，设置喷灌防霜系统区域均没有发生霜冻害；未设置喷灌防霜系统区域中，茶树冠层出现结霜，次日开始表现出冻害症状。