溫室精準(zhǔn)施肥灌溉一體化技術(shù)研究

溫室精準(zhǔn)施肥灌溉一體化技術(shù)研究

節(jié)水灌溉是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展方向，灌溉是節(jié)水灌溉的重要方式。滴灌非常適合現(xiàn)代溫室和園藝等的灌溉。通過安裝在滴管上的滴灌帶將水一滴一滴的均勻而緩慢地滴入作物根區(qū)附近的土壤中,水分借助毛管張力作用在土壤中入滲和擴(kuò)散。因此,水、肥、農(nóng)藥都可以通過灌溉直接作用于作物根系。精準(zhǔn)施肥灌溉一體化技術(shù)是指先將肥料用水溶解成母液,然后,按照程序控制,精確地使母液隨同灌溉水進(jìn)入田間被作物根部充分吸收的技術(shù)。該技術(shù)是精準(zhǔn)施肥和精量灌溉相結(jié)合的產(chǎn)物。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:施肥均勻準(zhǔn)確,能夠精確并且穩(wěn)定地控制灌溉水量、施肥時(shí)間、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量和濃度,使其與植物生理需要和氣候條件相適應(yīng)。該技術(shù)可以有效地提高化肥利用率、增加養(yǎng)分吸收率,改善作物品質(zhì),避免肥料滲入土層深處,減輕土壤和環(huán)境污染。該技術(shù)充分考慮了作物的養(yǎng)分吸收規(guī)律,按照作物實(shí)際需求形成配方,精準(zhǔn)提供養(yǎng)分。按照配方提供養(yǎng)分,首先要做到穩(wěn)定、精確地控制肥料溶液的濃度,并能夠通過測(cè)量流量控制灌溉水用量,做到精量灌溉。同時(shí)要能隨時(shí)監(jiān)控混合溶液的pH值和EC值,避免因?yàn)闈舛韧蛔兘o作物造成損害。無人監(jiān)測(cè)環(huán)境下可以正常工作,遇到異常情況要能自動(dòng)報(bào)警并停止工作。這些環(huán)節(jié)涉及一系列復(fù)雜的控制技術(shù)。目前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)這種技術(shù)的研究很多,以色列、荷蘭、美國(guó)等國(guó)家農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化程度比較成熟,智能化的精準(zhǔn)施肥灌溉一體化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,極大地提高了設(shè)施園藝的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。但是,國(guó)外的自動(dòng)注肥機(jī)不僅價(jià)格昂貴,售后維修、配件購(gòu)買等也很困難,而且這些設(shè)備要求有配套純水機(jī)、管路設(shè)施等,在我國(guó)無法大面積適用。我國(guó)在此項(xiàng)技術(shù)上,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,還有一定差距。國(guó)內(nèi)有的機(jī)構(gòu)研究采用了變頻調(diào)速、文丘里技術(shù)等,但是存在濃度波動(dòng)、性能不穩(wěn)定等問題,而且大多局限在實(shí)驗(yàn)室研究階段,還沒有推廣應(yīng)用。因此,研制小型、可移動(dòng)、價(jià)格低的溫室精準(zhǔn)灌溉施肥機(jī)是符合我國(guó)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)需求的,具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。正確的施肥系統(tǒng)及其設(shè)備u3000中混合液和農(nóng)藥溶液的計(jì)量該泵是一種經(jīng)濟(jì)可靠的設(shè)備。其工作原理是:利用供水管路的水壓驅(qū)動(dòng)主活塞,主活塞帶動(dòng)注入器活塞上下運(yùn)動(dòng),混合室腔內(nèi)形成的負(fù)壓將待注肥料溶液或農(nóng)藥溶液吸入混合室,并在混合室內(nèi)與水充分混合,混合后溶液被注入器活塞壓出,隨水流均勻地到達(dá)滴灌區(qū)域。由于依靠水壓驅(qū)動(dòng),溶液的吸入量與進(jìn)入手動(dòng)施肥泵的水量成正比,不會(huì)隨主水管道的流量和壓力波動(dòng)發(fā)生變化。手動(dòng)施肥泵的計(jì)量非常準(zhǔn)確,解決母液過量和不均勻的問題,具有很高的可靠性。該泵可以使用手動(dòng)調(diào)節(jié)肥料的濃度,控制范圍為1～0.04。葉輪旋轉(zhuǎn)配合電子水表采用速度式測(cè)量原理,通過檢測(cè)水流體在測(cè)量管截面上的平均流速求得體積流量或質(zhì)量流量。其工作原理是:當(dāng)水從水表入水口進(jìn)入表腔時(shí),推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于葉輪旋轉(zhuǎn)的速度和水的流速成正比關(guān)系,所以利用感應(yīng)線圈將葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)檢出后,轉(zhuǎn)換成流量信號(hào),隨后進(jìn)行放大、濾波、整形處理后再加以利用或顯示。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:量程范圍寬、測(cè)量精度高、無機(jī)械慣性、動(dòng)態(tài)慣性好。施肥控制系統(tǒng)圖1是精準(zhǔn)施肥控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)通過施肥泵精確控制水和肥液的比例,以實(shí)現(xiàn)精確控制肥料濃度的目的?？刂破魍ㄟ^采集電子水表信號(hào)計(jì)算出水流量,通過程序判斷實(shí)際的水流是否達(dá)到設(shè)定量,當(dāng)灌溉水量達(dá)到設(shè)定值時(shí)就自動(dòng)切斷電磁閥,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制灌溉水量。肥料箱安裝有液位傳感器,通過測(cè)量水位電阻的變化來自動(dòng)檢測(cè)水位。當(dāng)肥料用盡時(shí),電阻值就會(huì)很大,傳感器檢測(cè)到阻值變化信號(hào)后傳送給控制器,控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲音,并切斷進(jìn)水口的電磁閥,施肥機(jī)自動(dòng)停止工作。為了能檢測(cè)pH值和EC值,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳感器接口可以采集傳感器模擬量,并將數(shù)值顯示在液晶上,通過人機(jī)交互界面,可以隨時(shí)查看系統(tǒng)工作時(shí)的pH值和EC值,并且數(shù)據(jù)可以自動(dòng)保存,可以查看歷史數(shù)據(jù)文檔。外接的光照傳感器和水分傳感器信號(hào)采集到控制器中,可以作為施肥灌溉程序的參考值。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工作原理:首先將進(jìn)水口和出水口的快速密封接頭連接在主管路的接口上,通過壓力表讀數(shù)把球閥調(diào)節(jié)到合適位置,設(shè)定控制程序中的傳感器工作范圍、施肥量、施肥時(shí)間、間隔時(shí)間。系統(tǒng)可自動(dòng)開始控制施肥,在工作的同時(shí),控制系統(tǒng)不斷采集電子水表的流量信號(hào)和傳感器的環(huán)境參數(shù),按照預(yù)設(shè)的值控制施肥濃度自動(dòng)調(diào)整。施肥過程中若發(fā)生異常,系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉管路電磁閥,并驅(qū)動(dòng)報(bào)警器自動(dòng)發(fā)出報(bào)警聲音。sds-pc機(jī)使用單片機(jī)作為控制核心。該單片機(jī)具有高速度和低功耗的特點(diǎn),具有休眠功能,程序存儲(chǔ)器選用可擦寫的flash構(gòu)成,可多次升級(jí)程序。內(nèi)置看門狗定時(shí)器,提高產(chǎn)品抗干擾能力。有32個(gè)通用寄存器,克服單累加器的數(shù)據(jù)處理的瓶頸問題。單片機(jī)通過I/O接口獲取傳感器數(shù)據(jù),并按照程序設(shè)定進(jìn)行運(yùn)算,并通過外圍執(zhí)行電路輸出控制結(jié)果。系統(tǒng)選用隔離電路,提高了安全性和穩(wěn)定性。施肥機(jī)的物理設(shè)計(jì)該系統(tǒng)由液肥箱(1)、機(jī)身(2)、減震腳輪(3)、管路(4)、固定裙帶(5)、液位傳感器(6)、單向閥(7)、電磁閥(8)、吸肥管(9)、控制箱座(10)、控制箱(11)、施肥泵(12)、泵座(13)、肥箱蓋(14)、氣孔(15)、過濾器(16)、快速密封接頭(17)等組成。圖2是施肥機(jī)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維模擬圖。該機(jī)工作時(shí)可以一個(gè)人進(jìn)行操作,在不同溫室之間靈活移動(dòng)使用,使用快速密封接頭能快捷的與溫室的管路連成一體?？刂葡洳捎梅浪莱痹O(shè)計(jì),能夠適應(yīng)溫室的濕熱環(huán)境,可在溫室內(nèi)長(zhǎng)期放置,可以通過控制箱的面板按鍵靈活設(shè)定施肥程序,以適應(yīng)不同作物需求。為了適應(yīng)溫室環(huán)境需要,整個(gè)機(jī)械部分的表層全部進(jìn)行噴塑處理,推手、腳輪都采用不銹鋼螺栓連接,方便拆卸,裝運(yùn)。溫室灌溉施肥機(jī)和肥料水的使用在溫室生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用中,利用溫室鋪設(shè)的滴灌管路在灌溉的同時(shí)把肥料溶液注入管路中,混合后的肥水順著滴灌管到達(dá)作物根部,通過時(shí)間控制,按照少量多次的原則使用注肥機(jī)把肥料溶液注入,可以有效地提高肥料的吸收利用效率,節(jié)省肥料,保護(hù)土壤,減少污染。在溫室育苗生產(chǎn)過程中,苗期管理技術(shù)難度較大,苗期的肥水管理能直接影響作物后期的生長(zhǎng)發(fā)育,繼而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì),溫室生產(chǎn)的苗期肥水管理是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問題。在溫室生產(chǎn)中,很多采用盆栽、袋栽和穴盤育苗技術(shù),由于受到盆、袋、穴等容器的限制,無法用固定的噴頭噴灑肥液。在日本,溫室軌道噴灑技術(shù)得到了應(yīng)用。這種噴灑機(jī)是將微噴頭安裝在可移動(dòng)噴灑機(jī)的噴灑管上,并隨噴灑機(jī)的行走可進(jìn)行微噴的一種噴灑設(shè)備。但這種性能優(yōu)良的行走式噴灑機(jī)噴灑藥在地面分布的均勻度可達(dá)90%以上。這種行走式噴灑機(jī)需要單獨(dú)安裝軌道和電機(jī),成本很高。目前,我國(guó)大多數(shù)農(nóng)業(yè)園區(qū)在工廠化集中穴盤育苗的時(shí)候?qū)⒒旌虾靡欢ū壤凉舛鹊姆柿纤捎萌斯し绞接脼貫⒃谧魑锶~面,勞動(dòng)強(qiáng)度很大,而且肥液和藥液沒有得到有效利用。另外,在育苗的管理中,對(duì)肥料水的濃度有嚴(yán)格的要求,一般作物的葉面肥濃度有一定的范圍。肥料水噴灑到作物的葉面上后,肥料濃度過大容易燒苗,濃度過小就容易使作物缺乏營(yíng)養(yǎng)。移動(dòng)式溫室灌溉施肥機(jī)通過施肥量控制器控制進(jìn)水量大小,肥料溶液經(jīng)過三重過濾系統(tǒng)后,進(jìn)入施肥泵,按照設(shè)定的濃度混合后,通過電磁閥控制均勻混合溶液,按照施肥量控制器的程序設(shè)定,通過出水快速接頭進(jìn)入滴灌管管路或者連接噴槍快速接頭進(jìn)行葉面肥噴灑。這種葉面肥噴灑作業(yè)能夠保證肥料的濃度精確、均一,并且能極大地提高噴灑肥水的作業(yè)效率。圖3是施肥機(jī)正在工廠化育苗基地工作。溫室施肥機(jī)械能夠方便移動(dòng),并在不同溫室之間快速連接管路,操作簡(jiǎn)捷的溫室施肥機(jī)能夠在溫室園藝的實(shí)際生產(chǎn)中起到重要作用。本文介紹的移動(dòng)式溫室精準(zhǔn)灌溉施肥機(jī)性能穩(wěn)定,成本低,維護(hù)保養(yǎng)方便,操作易于掌握,適應(yīng)我國(guó)目前的國(guó)情,可滿足廣大溫室、園藝種植的需求。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,