温室精准施肥灌溉一体化技术研究

温室精准施肥灌溉一体化技术研究

节水灌溉是现代农业的主要发展方向，灌溉是节水灌溉的重要方式。滴灌非常适合现代温室和园艺等的灌溉。通过安装在滴管上的滴灌带将水一滴一滴的均匀而缓慢地滴入作物根区附近的土壤中,水分借助毛管张力作用在土壤中入渗和扩散。因此,水、肥、农药都可以通过灌溉直接作用于作物根系。精准施肥灌溉一体化技术是指先将肥料用水溶解成母液,然后,按照程序控制,精确地使母液随同灌溉水进入田间被作物根部充分吸收的技术。该技术是精准施肥和精量灌溉相结合的产物。这种方式的主要优点是:施肥均匀准确,能够精确并且稳定地控制灌溉水量、施肥时间、营养物质的含量和浓度,使其与植物生理需要和气候条件相适应。该技术可以有效地提高化肥利用率、增加养分吸收率,改善作物品质,避免肥料渗入土层深处,减轻土壤和环境污染。该技术充分考虑了作物的养分吸收规律,按照作物实际需求形成配方,精准提供养分。按照配方提供养分,首先要做到稳定、精确地控制肥料溶液的浓度,并能够通过测量流量控制灌溉水用量,做到精量灌溉。同时要能随时监控混合溶液的pH值和EC值,避免因为浓度突变给作物造成损害。无人监测环境下可以正常工作,遇到异常情况要能自动报警并停止工作。这些环节涉及一系列复杂的控制技术。目前,国内外针对这种技术的研究很多,以色列、荷兰、美国等国家农业机械的自动化程度比较成熟,智能化的精准施肥灌溉一体化技术得到广泛应用,极大地提高了设施园艺的生产效率和产品品质。但是,国外的自动注肥机不仅价格昂贵,售后维修、配件购买等也很困难,而且这些设备要求有配套纯水机、管路设施等,在我国无法大面积适用。我国在此项技术上,与发达国家相比,还有一定差距。国内有的机构研究采用了变频调速、文丘里技术等,但是存在浓度波动、性能不稳定等问题,而且大多局限在实验室研究阶段,还没有推广应用。因此,研制小型、可移动、价格低的温室精准灌溉施肥机是符合我国节水灌溉农业需求的,具有十分重要的现实意义。正确的施肥系统及其设备u3000中混合液和农药溶液的计量该泵是一种经济可靠的设备。其工作原理是:利用供水管路的水压驱动主活塞,主活塞带动注入器活塞上下运动,混合室腔内形成的负压将待注肥料溶液或农药溶液吸入混合室,并在混合室内与水充分混合,混合后溶液被注入器活塞压出,随水流均匀地到达滴灌区域。由于依靠水压驱动,溶液的吸入量与进入手动施肥泵的水量成正比,不会随主水管道的流量和压力波动发生变化。手动施肥泵的计量非常准确,解决母液过量和不均匀的问题,具有很高的可靠性。该泵可以使用手动调节肥料的浓度,控制范围为1～0.04。叶轮旋转配合电子水表采用速度式测量原理,通过检测水流体在测量管截面上的平均流速求得体积流量或质量流量。其工作原理是:当水从水表入水口进入表腔时,推动叶轮旋转运动。由于叶轮旋转的速度和水的流速成正比关系,所以利用感应线圈将叶轮转动时产生的旋转磁场检出后,转换成流量信号,随后进行放大、滤波、整形处理后再加以利用或显示。该技术的优点是:量程范围宽、测量精度高、无机械惯性、动态惯性好。施肥控制系统图1是精准施肥控制系统结构图。该系统通过施肥泵精确控制水和肥液的比例,以实现精确控制肥料浓度的目的。控制器通过采集电子水表信号计算出水流量,通过程序判断实际的水流是否达到设定量,当灌溉水量达到设定值时就自动切断电磁阀,从而实现自动控制灌溉水量。肥料箱安装有液位传感器,通过测量水位电阻的变化来自动检测水位。当肥料用尽时,电阻值就会很大,传感器检测到阻值变化信号后传送给控制器,控制器驱动报警器发出报警声音,并切断进水口的电磁阀,施肥机自动停止工作。为了能检测pH值和EC值,系统设计的传感器接口可以采集传感器模拟量,并将数值显示在液晶上,通过人机交互界面,可以随时查看系统工作时的pH值和EC值,并且数据可以自动保存,可以查看历史数据文档。外接的光照传感器和水分传感器信号采集到控制器中,可以作为施肥灌溉程序的参考值。系统结构工作原理:首先将进水口和出水口的快速密封接头连接在主管路的接口上,通过压力表读数把球阀调节到合适位置,设定控制程序中的传感器工作范围、施肥量、施肥时间、间隔时间。系统可自动开始控制施肥,在工作的同时,控制系统不断采集电子水表的流量信号和传感器的环境参数,按照预设的值控制施肥浓度自动调整。施肥过程中若发生异常,系统自动关闭管路电磁阀,并驱动报警器自动发出报警声音。sds-pc机使用单片机作为控制核心。该单片机具有高速度和低功耗的特点,具有休眠功能,程序存储器选用可擦写的flash构成,可多次升级程序。内置看门狗定时器,提高产品抗干扰能力。有32个通用寄存器,克服单累加器的数据处理的瓶颈问题。单片机通过I/O接口获取传感器数据,并按照程序设定进行运算,并通过外围执行电路输出控制结果。系统选用隔离电路,提高了安全性和稳定性。施肥机的物理设计该系统由液肥箱(1)、机身(2)、减震脚轮(3)、管路(4)、固定裙带(5)、液位传感器(6)、单向阀(7)、电磁阀(8)、吸肥管(9)、控制箱座(10)、控制箱(11)、施肥泵(12)、泵座(13)、肥箱盖(14)、气孔(15)、过滤器(16)、快速密封接头(17)等组成。图2是施肥机计算机设计的三维模拟图。该机工作时可以一个人进行操作,在不同温室之间灵活移动使用,使用快速密封接头能快捷的与温室的管路连成一体。控制箱采用防水防潮设计,能够适应温室的湿热环境,可在温室内长期放置,可以通过控制箱的面板按键灵活设定施肥程序,以适应不同作物需求。为了适应温室环境需要,整个机械部分的表层全部进行喷塑处理,推手、脚轮都采用不锈钢螺栓连接,方便拆卸,装运。温室灌溉施肥机和肥料水的使用在温室生产的实际应用中,利用温室铺设的滴灌管路在灌溉的同时把肥料溶液注入管路中,混合后的肥水顺着滴灌管到达作物根部,通过时间控制,按照少量多次的原则使用注肥机把肥料溶液注入,可以有效地提高肥料的吸收利用效率,节省肥料,保护土壤,减少污染。在温室育苗生产过程中,苗期管理技术难度较大,苗期的肥水管理能直接影响作物后期的生长发育,继而影响作物的产量和品质,温室生产的苗期肥水管理是一个需要解决的关键问题。在温室生产中,很多采用盆栽、袋栽和穴盘育苗技术,由于受到盆、袋、穴等容器的限制,无法用固定的喷头喷洒肥液。在日本,温室轨道喷洒技术得到了应用。这种喷洒机是将微喷头安装在可移动喷洒机的喷洒管上,并随喷洒机的行走可进行微喷的一种喷洒设备。但这种性能优良的行走式喷洒机喷洒药在地面分布的均匀度可达90%以上。这种行走式喷洒机需要单独安装轨道和电机,成本很高。目前,我国大多数农业园区在工厂化集中穴盘育苗的时候将混合好一定比例浓度的肥料水采用人工方式用洒壶洒在作物叶面,劳动强度很大,而且肥液和药液没有得到有效利用。另外,在育苗的管理中,对肥料水的浓度有严格的要求,一般作物的叶面肥浓度有一定的范围。肥料水喷洒到作物的叶面上后,肥料浓度过大容易烧苗,浓度过小就容易使作物缺乏营养。移动式温室灌溉施肥机通过施肥量控制器控制进水量大小,肥料溶液经过三重过滤系统后,进入施肥泵,按照设定的浓度混合后,通过电磁阀控制均匀混合溶液,按照施肥量控制器的程序设定,通过出水快速接头进入滴灌管管路或者连接喷枪快速接头进行叶面肥喷洒。这种叶面肥喷洒作业能够保证肥料的浓度精确、均一,并且能极大地提高喷洒肥水的作业效率。图3是施肥机正在工厂化育苗基地工作。温室施肥机械能够方便移动,并在不同温室之间快速连接管路,操作简捷的温室施肥机能够在温室园艺的实际生产中起到重要作用。本文介绍的移动式温室精准灌溉施肥机性能稳定,成本低,维护保养方便,操作易于掌握,适应我国目前的国情,可满足广大温室、园艺种植的需求。与发达国家相比,