基于云平台智能灌溉控制系统的油茶苗水分管理研究.pdf
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1、现代农业科技2023 年第 20 期农业工程学随着科学技术的进步,智慧林业逐渐成为现实。苗圃是实现森林资源和生态效益可持续的基础性前置条件,苗圃灌溉系统的智能化程度直接决定着育苗效率和苗木质量。现代农业中广泛使用智能灌溉系统监测基质含水量,从而指导灌溉1,但智能灌溉在我国现代林业建设中的发展相对滞后。苗圃的传统灌溉方式与现代林业发展要求不相适应,智能化苗圃是林木苗圃的发展趋势,其中,适宜的灌溉阈值和实时可视化控制对智能灌溉系统的运行尤为关键2-4。因此,利用智能灌溉系统可以实现按照苗木生长需要进行供水,可以提高水分利用效率,节约水资源,实现苗木灌溉的低成本智能化。目前,智能灌溉系统主要应用于园
2、艺和大田植物5-6,普遍采用称重法、手动控制浇灌、添加渗透调节第一作者 王为(1997),男,硕士研究生在读。研究方向:森林培育与林木育种。E-mail:*通信作者 E-mail:收稿日期 2023-02-09基于云平台智能灌溉控制系统的油茶苗水分管理研究王 为雷俊杰简佶沛王利宝*(中南林业科技大学,湖南长沙 410004)摘要为实现苗木培育过程中按需供水和提高水分利用效率,进而促进苗木生长、提高苗木质量,本文设计出一套可视可控的智能灌溉控制系统,应用于一年生油茶苗的水分管理,通过测定不同供水条件下油茶苗生长和生理指标的变化规律,验证云平台智能灌溉控制系统在苗木水分管理上的应用价值。结果表明:
3、当灌溉阈值设置为 30%时,有利于油茶苗高、地径的生长,显著促进了光合色素的合成;油茶苗净光合速率达到最大,为 4.04 mol/(m2s);可溶性渗透调节物质含量显著下降,丙二醛含量达到最低,为 19.18 mol/g;抗氧化酶活性显著降低。对于一年生油茶苗来说,采用智能灌溉控制系统对油茶苗进行精准水分管理时,灌溉阈值应设置为 30%,可使油茶苗水分利用效率达到最佳。关键词云平台;智能灌溉控制系统;油茶;水分管理中图分类号S275文献标识码A文章编号 1007-5739(2023)20-0110-04DOI:10.3969/j.issn.1007-5739.2023.20.029开放科学(资
4、源服务)标识码(OSID):Research on Water Management of Oil Tea Seedlings Based on Cloud PlatformIntelligent Irrigation Control SystemWANG WeiLEI JunjieJIAN JipeiWANG Libao*(Central South University of Forestry&Technology,Changsha Hunan 410004)AbstractIn order to achieve on-demand water supply and improve wat
5、er use efficiency during seedlingcultivation process,and then to promote seedling growth and improve seedling quality,this paper designed a visual andcontrollable intelligent irrigation control system and applied it to water management of annual oil tea seedlings.Theapplication value of cloud platfo
6、rm intelligent irrigation control system was validated by measuring change regularity ofgrowth and physiological indexes of oil tea seedlings under different water supply conditions.The results showed thatwhen the irrigation threshold was set at 30%,it was beneficial to the height and ground diamete
7、r growth of oil teaseedling,and significantly promoted the synthesis of photosynthetic pigments.The net photosynthetic rate reached amaximum of 4.04 mol/(m2s),the content of soluble osmoregulatory substances decreased significantly,the content ofmalondialdehyde reached a minimum of 19.18 mol/g,and t
8、he activity of antioxidant enzymes decreased significantly.For annual oil tea seedlings,a threshold of 30%should be set when applying intelligent irrigation control system forprecision water management,in order to optimize the water use efficiency of oil tea seedlings.Keywordscloud platform;intellig
9、ent irrigation control system;oil tea;water management110剂等方法对苗木与水分的关系进行计算7-9。但这些方法存在一些问题,如水分利用率低,供水凭经验,随意性大,造成植物处在一个水分不稳定的环境条件下。因此,本研究以油茶苗为试验对象,通过设计一套智能灌溉控制系统,实现基质含水量的可视化精确控制,对苗木精准按需供水,为针对苗木需水特性进行个性化灌溉和用水精准计量提供参考。1材料与方法1.1智能灌溉控制系统的搭建1.1.1硬件组成硬件系统包含了 ESP8266 WiFi 模块、土壤电导率温度水分三合一传感器、5 V 继电器模块、TTL 转RS
10、485 模块、电磁控制阀、DC-DC 升压模块、Micro SD卡模块等(图 1)。传感器平行埋入距离花盆底部5 cm 的基质中10-12,采集土壤湿度、温度、EC 信息,然后通过 TTL 转 RS485 模块将数据发送给 WiFi 模块进行解析,再连接网络并向云平台发送数据,同时接收 App 的控制指令。1.1.2软件程序系统的软件部分主要是对以 ESP8266 为控制核心的数据网关进行软件设计与编程。软件程序采用arduino IDE 编写,编程语言采用 C/C+。程序主要包括系统初始化、数据采集与解析、数据上云、控制指令接收与上传等,总体设计流程如图 2 所示。1.1.3配套 App 开
11、发设计为实时、快捷地查看当前基质含水量,需要开发一款与该硬件系统配套的 App。App 采用点灯科技的 binker 物联网开发平台进行开发设计(图 3)。当硬件系统开始工作时,App 开始实时显示基质含水量、水阀状态、灌溉时间等信息,记录历史数据并显示该数值一天内的变化;当实时的基质含水量低于设定阈值时,App 会自动打开水阀开关并更新当前水阀开关的状态,同时基质含水量警报开启,并同步向客户微信发送报警信息。1.2油茶苗栽培试验设计供试材料为经移栽培养在校园苗圃的一年生华金油茶苗。2022 年 5 月 1 日将油茶苗移栽至长宽深为 70 cm28 cm18 cm 的容器中,盆栽基质为黄心土+
12、泥炭土+珍珠岩,配比为 3 1 1。采用单因素完全随机区组试验设计,共设置 3 个处理,分别控制供水使基质含水量保持在 20%、30%、40%,每个处理栽植4 株苗木,设 3 次重复,共 36 株苗木。利用本研究开16543298107220V带基质容器注:1 为 ESP8266 WiFi 模块;2 为 TTL 转 RS485 模块;3 为 MicroSD 卡模块;4 为 12 V 电源;5 为 5 V 电源;6 为继电器;7 为传感器;8 为喷头;9 为电磁阀;10 为水源。图 1智能灌溉控制系统硬件组成开始初始化系统网络初始化连接 WiFi数据采集与上云App 显示并下发指令结束执行控制解
13、析指令WiFi 模块接收指令NY图 2智能灌溉控制系统软件总体流程图图 3智能灌溉控制系统 App 界面王 为等:基于云平台智能灌溉控制系统的油茶苗水分管理研究111现代农业科技2023 年第 20 期农业工程学表 3不同控制供水下油茶苗光合作用指标比较基质含水量/%203040净光合速率/(molm-2s-1)3.3100.015 c4.0400.020 a3.4900.020 b气孔导度/(mmolm-2s-1)0.019 000.000 02 c0.054 000.000 30 a0.038 000.000 50 b胞间 CO2浓度/(LL-1)116.531.08 c273.340.9
14、0 a241.221.01 b蒸腾速率/(mmolm-2s-1)0.370 00.000 5 c1.030 00.004 0 a0.900 00.001 0 b发的智能灌溉控制系统从 6 月 5 日开始连续 2 个月对盆栽苗进行水分精准控制。1.3测定指标及方法1.3.1生长量试验初期(2022 年 6 月 5 日)测定苗木苗高和地径的初生长量,试验结束(2022 年 8 月 31 日)再次测定苗高和地径,并计算试验期间苗木苗高和地径的净增量。1.3.2光合特性于 2022 年 8 月下旬选择晴朗少风天气,对各试验处理选取长势一致的 4 株幼苗,各株分别选择从上至下第 3、4、5 片健康成熟的
15、叶片,于 9:0011:00 使用 Li-6400XT 便携式光合仪测定净光合速率、气孔导度、胞间 CO2浓度和蒸腾速率。1.3.3生理生化指标在 2022 年 8 月下旬测定生理生化指标:采用蒽酮比色法13测定可溶性糖含量;采用考马斯亮蓝 G-250 染色法13测定可溶性蛋白含量;采用硫代巴比妥酸显色法13测定丙二醛(MDA)含量;采用茚三酮法14测定脯氨酸含量;采用氮蓝四唑法14测定超氧化物歧化酶(SOD)活性;采用紫外线吸收法14测定过氧化氢酶(CAT)活性。1.4数据分析利用 Excel 2019 和 SPSS 19.0 软件进行数据处理与分析。2结果与分析2.1控制供水对油茶苗生长的
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