使用土壤水分传感器在温室中进行高效智能灌溉

手动灌溉是劳动密集型和重复性的，因此它是第一个应该自动化的温室任务之一。尽管自动化灌溉很容易，但自动化系统并不一定节水。许多种植者使用计时器来控制灌溉，但计时器并未考虑由温度、光线和湿度水平的自然波动引起的植物用水的日常变化。此外，植物用水量随着植物的生长而增加。这使得难以使用计时器获得有效灌溉。鉴于北美许多地区水资源日益紧张，温室行业需要转向更高效的灌溉系统。
土壤水分传感器为根据植物需要自动化温室灌溉提供了有希望的新机会。我们广泛使用土壤水分传感器探针，这些探针小到可以放入 4 英寸的盆中，并且发现这些探针可以准确测量无土基质的体积含水量。我们已将 土壤水分传感器 探针集成到自动灌溉系统中，从而可以根据植物的实际用水量灌溉植物。
传感器确保植物永远不会经历干旱压力
使用土壤水分传感器控制灌溉背后的基本思想很简单：当植物使用水时，它们会从基质中吸取水分，因此基质的含水量会减少。土壤水分传感器检测到这些变化当基质含水量低于用户设定的设定值时，可用于打开灌溉阀。这导致频繁使用少量水，灌溉频率会根据底物水分消耗率自动调整。这种灌溉方法会自动替换植物使用的水或因蒸发而流失的水，并确保植物永远不会受到干旱胁迫。通过使用植物实际需要的水量进行灌溉，可以大大减少用水量和浸出量。这可以最大限度地减少污染，而无需使用昂贵的循环灌溉系统或大型池塘来捕获径流。
它真的有效吗？
为了测试这种灌溉方法并确定矮牵牛良好生长需要多少水，我们在底物水位为 5% 到 40% 的情况下种植它们。灌溉由基质中的土壤水分传感器探针控制，该探针与数据记录器相连。在移栽幼苗后的前 9 天，所有基质都保持充足的水，以使植物生长。之后，我们的灌溉系统将底物含水量（处理范围为 5% 至 40%）保持 20 天，然后收获植物。
我们的灌溉系统在整个研究中表现良好。一旦特定容器中的底物水分干燥到灌溉设定点，我们的自动灌溉系统就开始灌溉该托盘。基材的含水量通常保持略高于设定点。
较高的灌溉底物水设定点导致更频繁的浇水。尽管灌溉量随着底物水位的增加而增加，但在任何处理中都没有浸出。在实验的最后 20 天，即使是最大的植物也仅获得了 650 毫升（约 21 液量盎司）的水。用水量最高的处理中的每日用水量范围从仅 15 至 20 毫升/植物/天（刚好超过一汤匙！）当植物较小时到 45 毫升/植物/天（3 汤匙）结束时实验。
实验过程中基材的含水量。使用 土壤水分传感器 探针控制灌溉，每当底物含水量低于灌溉设定点时，就会自动向底物中添加少量水。有八种不同的处理，设定点范围从 5% 到 40%。 植物生长随着底物含水量的增加而增加，但 25%、30%、35% 和 40% 的处理之间几乎没有差异。由于植物生长与植物接受的水量高度相关，基于基质含水量控制灌溉可能是控制快速伸长植物生长的可行方法。基质含水量（左）和总灌溉量（右）对矮牵牛干重的影响。通过控制基质含水量来控制灌溉被证明是控制植物生长的有效方法。
种植者如何使用它？
几个品牌的温室控制系统可以测量 土壤水分传感器 探针，并可用于基于这些测量值自动灌溉。种植者应该与他们的控制系统制造商联系，看看它是否可以测量这些探针。对于喜欢独立控制器的种植者，我们开发了一种控制器，当基质水含量低于种植者确定的设定点时，该控制器可以灌溉植物。该控制器还允许种植者设置灌溉持续时间和后续灌溉之间的最短时间段。
尚未准备好将灌溉转为土壤水分探头的种植者可以通过使用 土壤水分传感器 探头和的手持式仪表或数据记录器来获取有关植物用水需求的宝贵信息。手持式仪表允许种植者将传感器放置在他们的一些花盆中，并定期测量基质的含水量。数据记录器可以将数据无线发送到您的计算机，让您可以通过图形显示实时监测底物含水量的变化。使用这项技术将使种植者更好地了解植物需要多少水，并有助于做出更好的灌溉决策。
提高植物品质
看来在不久的将来，种植者可能会使用传感器自动灌溉，从而有效地给植物浇水并提高植物质量。该技术目前可用，并且正在制定其使用指南。但是，接下来呢？未来，我们希望更好地了解用水量如何根据温室中作物的位置（例如，靠近冷却垫或风扇）、种植的植物数量和环境因素而变化。一个令人兴奋的新进展是，较新的探针可以测量底物EC和水含量。这可能允许种植者同时控制灌溉和施肥。