简易蔬菜自动浇水系统的设计和应用

1、简易蔬菜自动浇水系统的设计和应用黄芳徐宝庆 高旭春陈伟才洪香娇 张东萍摘要：为适应家庭楼顶、天台、大面积阳台、家用菜园、小型单体大棚等的蔬菜种植和 基质育苗，本文研发了一套简易蔬菜自动浇水系统，实现了种植蔬菜定时自动 浇水功能。该系统由电磁阀、定时器、潜水泵、蓄水桶、浮球阀、滴灌或者微喷 系统组成，具有省时、省工、省力、成本低、安装简单、浇灌面积广、水流量大、 不受水龙头压力所限等诸多优点。该套系统在节约水资源的同时，保证了蔬菜的 正常牛长，提高了市民种植蔬菜的兴趣，同时提升了蔬菜的品质和产量，可作 为都市化现代农业的技术参考。关键词：蔬菜;基质育苗;自动浇水系统;设计;作者简介：黄芳(198

2、9-),女，江西南昌人，硕士研究生，研究方向：蔬菜育种 及栽培技术。收稿日期：2017-06-24基金：江西省重点研发计划项冃(20161bbf6002)received： 2017-06-24近儿年，随着城市环境日益恶劣，食品安全问题日趋突岀，越来越多的城市居 民开始关注蔬菜种植，比如在自家阳台、楼顶或院子种植新鲜蔬菜，建立一个属 于自己的小菜园，既能为忙碌的都市生活增添一份田园乐趣，也能为家庭提供 健康的绿色蔬菜。家庭种植蔬菜面临的首要问题便是灌溉问题，随着城市生活节奏不断加快，工 作繁忙，无法及时进行灌溉，这也是导致大多数居民有种植蔬菜的想法而止步 于行动的原因。如今市面上所售自动浇水装

3、置，大多数为肓接水龙头设备，出水 靠水龙头水压控制，最多配置3040个喷头，浇灌面积十分有限。对于种植密度 大的楼顶、天台、院子、大阳台来说，这种小型自动浇水装置就不适用，为改变 这种状况，我们设计了一套简易蔬菜自动浇水系统，并在蔬菜生产和基质育苗 等方面进行了尝试和使用。1系统设计基础原理整套简易蔬菜自动浇水系统分为3个模块，第一为供水模块，水源我们釆取独 立蓄水池，加上浮球阀的设计，可以保持蓄水池水位，不依赖水龙头等外界水 源，配合小型潜水泵的使用，给予整个设备动力，使整套系统有独立的水源和 独立的动力;第二部分为控制模块，包括电磁阀和定时器，定时器可手动选择定 时开启电源及切断电源的时间

4、，而电磁阀则通过电源的通断控制水路通断，从 而实现定时自动浇水功能;第三部分为灌溉系统模块，阳台、屋顶等家庭种植蔬 菜多采用基质盆栽，使用滴灌系统;而庭院、蔬菜大棚种植蔬菜多采用上壤或基 质种植，使用膜下微喷系统，基质育苗采用悬挂式微喷系统111。整套自动浇水系统可使用多种灌溉方式，并同时控制多条灌溉水路，本文以该 套系统在1个240 m的小型单体大棚应用为例，对系统的设计及参数的选定进行 了说明。2系统的设计本系统安装在1个240 m小型单体大棚中，地而为水泥，模拟大而积楼顶蔬菜种 植环境，配置槽式栽培、立架栽培和穴盘育苗3种形式。栽培模式采用基质栽培, 槽式栽培釆用膜下微喷，立架式栽培使用

5、滴灌，穴盘育苗使用悬挂式微喷，为 达到多条水路控制的应用效果，设置了 3个电磁阀控制点，在实际操作中应根 据实际种植面积及水流量合理控制水路数量。2.1供水模块设计供水模块包括蓄水桶、浮球阀和小型潜水泵。蓄水桶根据浇灌面积选择，一般蓄 水桶宜大不宜小，潜水泵工作也需要一定的水面高度，水位可根据浮球阀的位 置控制，根据浇灌面积及长度选择合适扬程的潜水泵。本文根据实例应用，采用it的蓄水桶，蓄水桶进水靠浮球阀控制，浮球阀浮漂 最高水位设置在桶身高度的4/5处，浮球阀根据浮力原理，当水位低于浮球阀 浮漂位置时，打开浮球阀门，蓄水池进水，当水位到达浮球阀浮漂位置，阀门 关闭，进水龙头阀门一直处于开的状

6、态，原理如图1所示。进水龙头润门图1水源模块设计图下载原图实例中大棚模拟水流量大、多条水路控制浇灌系统，采用的是750 w潜水泵，共 设置2条悬挂式微喷、4条膜下微喷及2条滴灌共8条灌溉带，采取每种灌溉方 式同时浇灌的方法，8条灌溉3种方式分3批进行灌溉，设置多个控制点自动浇 灌，也避免同批次灌溉水流量不够导致水管前后水量大小不一致的问题岀现;实 际操作屮可根据水泵动力大小调整电磁阀个数，并加设定时器做到定时、定量灌 溉效果。2. 2控制模块设计控制模块主要由定时器和电磁阀配合使用，达到自主设定时间开启和关闭灌溉 系统。8条水路分3批进行灌溉，整体水路设置如图2所示，2条滴灌带由同一电磁阀 控

7、制，4条膜下微喷带由1个电磁阀控制，2条悬挂式微喷由1个电磁阀控制，共 3个电磁阀，潜水泵电源需要1个定时器，总共需配备4个定时器，这种多个电 磁阀和定时器配合使用比较适合种植面积较大的菜园、天台和小型单体大棚的多 条水路自动灌溉系统;如是独立水源的小面积阳台蔬菜只需配置1个定吋器，自 动控制水泵的启动关闭即可;若使用外界水源如自來水源，压力够的情况下可配 备1个电磁阀和1个定时器控制水管的通断来达到自动控制浇水1。电磁阀和定时器均为市面出售的普通型号，定时器可根据用途设置时间，定时 控制电源的通段时间，电磁阀是连接于水管的用电阀门，通电情况下水管处于 通路，断电处于闭路，利用定时器控制电源的

8、通断来控制水管屮水的流通。本例中3个电磁阀错开时段进行浇灌，在电磁阀处于通电状态下，潜水泵定时 器延迟1530 s通电后运行，即在接通电磁阀电源后再接通潜水泵电源，关闭时 为避免潜水泵空运行，应先关闭潜水泵电源再关闭电磁阀电源，定吋上可错开 1530s;定时器一般可定时每天浇灌、隔天浇灌、隔2天浇灌、周末浇灌等不同 模式，用户应根据气候环境及时调整定时器浇灌的时间，每周循环浇灌，达到 自动控制，避免因出差等因素耽误浇水。接电源图2定时控制系统设计下载原图2. 3灌溉系统设计本实例为充分达到示范效果，采用立架栽培和槽式栽培（兼具栽培和育苗功能） 2种栽培方式;实际小型单体棚及家用菜园可参照槽式栽

9、培，使用微喷方式进行 浇灌，微喷带可直接放置在菜地表面，也可置于地膜下，本例中微喷带置于地 膜下，更加保湿且整洁卫生;立架栽培比较适合面积有限的阳台蔬菜种植，采用 立体式栽培，节约空间，立架栽培为盆栽模式回_,配合滴灌系统，做到每盆至 少1个滴头，独立供水，且滴头水流量都是可调的，根据盆内作物的大小及种 类调节不同的水流量，非常适合家庭阳台蔬菜的种植也。微喷带市面上可购，滴灌系统由主管、毛细管和滴头组成，也可用滴剑，悬挂式 微喷材料可t行采购，只需4分pe管和悬挂式微喷套装喷头;用户可根据栽培数 量选择合适的大小主管，根据立架的高度配备不同长度的毛细管，每个毛细管 可配置1个滴头。本例中大棚长

10、度30 m,立架数量较多，采用6分pe管，配置 常用滴灌毛细管（47毛细管，内径4 mm,外径7 mm）,立架不同层数采用不同 长度毛细管。简单设计如图3所示，栽培架分为3层，每层放2个栽培盆，主管上分3条毛细管，每个毛细管乂使用三通转接为2条毛细管支路，与滴头连接, 每个栽培盆配1个滴头。47毛细管种滴头物栽培架图3立架栽培设计图下载原图3系统的应用根据单体大棚（8 mx30 m）的区域而积进行设计，棚中间共构建4条栽培槽 （用红砖砌成，见图4），两边设置立型或三角型栽培架。我们使用棚中间的4 条栽培槽进行牛菜种植牛产试验，栽培槽长度22 m,宽0. 72 m,内空大小为 0.48 mx21

11、.76 ni,高度0.2 m,每条栽培槽小区面积约10.45 m,内置自配基质 （已添加有机肥堆泄腐熟），品种为:意大利耐抽薑生菜（市场购买），生产技术 采用膜下微喷技术（主要用于补水、补肥），生产日的是测试该系统在实际生产 中的实用性、简易性和高效性。试验于2016年11月9日开始，2017年1月10日全部结束，每条栽培槽为1个 小区，共4个小区，分别设为小区i、小区ii、小区iii、小区iv。每个小区种植 生菜210株，株距20 cm,行距28 cm,期间分别在2016年12月3 口和12月20日冲施水溶肥（19-19-19+me） 600倍液各1次，整个生产期未施用农药，试 验结果如表l

12、o沙尸43*724-图4栽培槽剖面图下载原图表1生菜生产试验结果下载原表试验播种期定植期米收期<区（年月日）（年月.日）（年.月.日）1小区i2016.11.92016.11.232017l10小区n2016.11.92016.11.232017.1.8 1.10小区川2016.11.92016.11.232017.81.10小区iv2016.11.92016.11.232017.1.8 1.10平均值系统主要特点：（1）育苗釆用穴盘育苗，栽培全部用基质牛产，植株发根快， 长势一致性高；（2）期间管理非常简单，配套的简易自动浇水系统也可用于水 溶肥的追施，系统结构简易，基质疏松，肥效到位快。（3）采收测样生菜植株 大小一致，小区产量相差不大，可食率达98%,基本无浪费叶片。（4）整体用 工少，生产成本低。4结论这套系统不仅适用于规模牛产，也可用于发展现代化都市微农业中的家庭菜园 生产、阳台种植、花园设计以及各类规模化育苗，并通过不同的硬件配套设施, 比如农业物联网技术，可远程操控补光、补水、补肥、通风，完全可以做到省工、 省时、省力;加之这套自动浇水系统原理简单易懂，成本低，配件都是非常容易 购买的，不需要专业人士，自己在家动手就能安装，广大市民在享受自己种菜 的同时，还能激发动手欲望，解决家庭种菜浇水的问题，使都市繁忙的工作人 群也能采用此套装备在家种植