[发明专利]水培作物的氮肥管理方法及装置

说明书

本发明提供一种水培作物的氮肥管理方法及装置，属于作物栽培技术领域。该方法包括：确定预设时间段内水培作物的氮素吸收量及根系含氮量；根据氮素吸收量、根系含氮量及水培作物的植株冠层实际氮素浓度，确定水培作物的冠层植株生物量；基于水培作物的最优氮素浓度曲线模型，获取冠层植株生物量对应的氮素相对营养状态指数；根据氮素相对营养状态指数，判断水培作物的氮肥供应状态，并基于氮肥供应状态调节营养液中的氮肥浓度。由于可从水培作物的实际养分需求出发，实现水培作物生产营养液氮肥的精准自动化管理，从而保证水培作物高产的同时，还可控制水培作物的硝酸盐含量，提升水培作物的品质。

技术领域

本发明涉及作物栽培技术领域，更具体地，涉及一种水培作物的氮肥管理方法及装置。

背景技术

水培作物生产采用营养液替代土壤或者人工基质生产各类蔬菜，摆脱了固体栽培介质对蔬菜生产的限制，营养液为作物根系提供生长空间的同时，可以根据作物需求及时调整组分与特性，为作物生长创造适宜的根际环境，避免蔬菜受到养分、盐分和温度胁迫的影响。与土壤或固体人工介质栽培相比，营养液栽培避免倒茬或者复种过程中土地的耕种和固体栽培介质的更换，只需要对营养液消毒处理即可循环使用，生产成本和劳动力成本大大降低，也将固体栽培介质更换和营养液废液排放对水体环境造成污染风险降到最低。此外，水培作物生长周期短，品质高，口感好，深受广大消费者喜爱，近年来市场需求逐年增加。

由于在水培模式下，作物所需的水分和养分均由营养液提供，且营养液的缓冲性远远小于固体栽培介质。因此，营养液组分和特性出现波动在短时间内就会作物的生长产生影响。因此，如何将水培作物生产系统中的营养液组分与特性控制在合理的范围内是取得高产稳产的保证。氮素是作物生长的必须大量元素之一，是植物体内各类蛋白、核酸和磷脂的组成部分，也是叶绿素的组成部分之一，对作物生长发育起着至关重要的作用，是营养液养分管理调控最重要的目标元素之一。此外，硝酸盐含量也是衡量作物品质优劣的重要指标，虽然硝酸盐本身没有危害，但摄入体内的硝酸盐在人体肠道细菌的作用下很容易还原为亚硝酸盐，而亚硝酸盐可以使血红蛋白的载氧能力迅速下降，从而导致高铁红蛋白症。另外，亚硝酸盐还能与人体内的次级胺结合，形成亚硝胺，从而诱发消化系统发生癌变。因此，控制蔬菜生产过程中的氮肥施用量，合理调控氮肥施用，在保证高产的前提下降低蔬菜硝酸盐含量，避免因“奢侈”吸收导致的硝酸盐富集，是蔬菜生产氮肥管理的核心问题。在水培作物生产条件下更是如此，蔬菜所需的氮肥均来源于营养液。而营养液中氮肥均以无机离子的形式存在，而离子在营养液中扩散的速度远大于在土壤中的扩散速度。当作物根系通过主动吸收导致根系周围的氮素浓度下降时，营养液中的氮素通过扩散作用迅速补充到作物根系周围，因此，水培作物的吸氮量要大于固体介质栽培。目前水培进行营养液氮素浓度管理的决策依据多为营养液中的氮素浓度，将营养液氮素浓度控制在适宜的浓度范围内，保证作物的养分需求。这导致了大量的氮肥通过奢侈吸收，以硝酸盐的形式富集在作物体内，在造成蔬菜品质恶化、危害人体健康的同时，也降低了氮肥的利用效率。因此，从作物对氮肥的实际代谢需求出发，现急需一种水培作物的氮肥管理方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种水培作物的氮肥管理方法及装置。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种水培作物的氮肥管理方法，该方法包括：

确定预设时间段内水培作物的氮素吸收量及根系含氮量；

根据氮素吸收量、根系含氮量及水培作物的植株冠层实际氮素浓度，确定水培作物的冠层植株生物量；

基于水培作物的最优氮素浓度曲线模型，获取冠层植株生物量对应的氮素相对营养状态指数；

根据氮素相对营养状态指数，判断水培作物的氮肥供应状态，并基于氮肥供应状态调节营养液中的氮肥浓度。