[00115886]牧区智慧灌溉施肥系统的开发与应用

课题来源与背景 传统的施肥方式是在一个区域内或一个地块内使用一个平均施肥量。由于土壤肥力在地块不同区域差别较大,所以平均施肥在肥力低而其它生产性能好的区域往往施肥量不足,而在某种养分含量高而丰产性状不好的区域则引起过量施肥,其结果是浪费肥料资源,影响产量,污染环境。经实践表明,通过施肥按变量施肥,可大大提高肥料利用率、减少肥料的浪费以及多余肥料对环境的不良影响,具有明显的经济和环境效益。近年来,国内一些企业从没停止过对灌溉施肥机具的研究,机具的节能、高效、精确、稳定、廉价等方面是主要考虑的因素,但从整体来看,我国变量施肥机具的研究仍处于起步阶段,尤其在实际使用方面,还是有很多欠缺。鉴于此,为克服上面所述问题,我公司立项实施开展“牧区智慧灌溉施肥系统的开发与应用”项目。 研究目的与意义 使用本技术产品可节省肥料用量和控制肥料入渗深度,减轻施肥对环境的污染;而且可以调节水的入渗速率,灌水均匀,不产生地面轻流和减轻土壤板结, 减少土表蒸发和渗漏损失 , 使灌溉水利用率可达 90 % 以上。在农业技术先进国家如以色列 , 75 %- 80%的灌溉地采用灌溉施肥方式 , 这种方法不仅用于田间施肥,而且用于温室基质无土栽培作物施肥,由于肥料准确和均匀施在根系周围并按作物需肥特点供应,肥料利用率高。该技术产品既适用于牧区、大田等大面积的灌溉施肥,也适用于温室等小面积区域的灌溉施肥。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业以及适时适量的“精细灌溉”,具有重要的现实意义和深远的历史意义。 主要论点与论据 本课题研究开发的牧区智慧灌溉施肥机采用PLC为控制中心,触摸屏为人机交互界面, 流量传感器和 EC/ PH 传感器为信息采集系统的闭环控制方式。通过改进肥料供给策略、优化肥料采样机构,优化浓度调节机制,来提高施肥控制精度, 同时将首部过虑控制、自动灌溉施肥控制以及远程云服务平台控制技术进行高度整合。系统主要由控制系统、检测系统、泵送系统、母液储存搅拌混合系统及其 其它扩展模块组成。其中控制系统主要包含PLC （可编程控制器）、触摸屏人机交互模块、模拟量扩展模块、无线通讯模块、电器控制模块等 , 各模块集成安装 于控制柜内。检测系统主要包括各种检测传感器 ,有 EC/ pH传 感器、液位传感器、压力传感器等。扩展模块可根据实际需求选配无线传输模块、气象监测模块、土 壤墒情监测模块等。施肥与灌溉一体化进行,大大提高了水肥耦合效应和水肥利用效率,尤其是施肥与滴灌结合,可以节省大量宝贵的肥料资源,同时可以最大限度地提高农产 品的产量和品质。主要技术参数与指标如下：（1）EC/ pH 调节响应时间＜ 30s; （2） 输出营养液 EC 值误差范围： 土10%; （ 3 ） 输出营养液 pH 值误差范围： 士1 0%; （4） 介质 EC 值调节范围： 0~9mS/ cm; （ 5 ） 介质酸碱度调节范围： 0~14。 创见与创新; 1)本课题研究开发的智慧水肥控制系统高度集成了首部过滤反冲洗控制系统、精准施肥灌溉系统、田间数据采集系统、灌溉施肥决策及物联云远程控制系统,能够对作物的常规数据进行长期跟踪和分析,可针对不同的区域、不同的场景、不同的种植作物,制定更加合理的施肥和灌溉计划,灌溉水利用率可达90%以上。 2)本课题中肥液的取样采用探入式微管取样器设计,既可以保证检测液体的更新速度,又能有效避免过快流速和压力波动对检测结果的影响。 3)本课题中肥液的混合采用叶栅扰流式水肥混合器设计,可在短时间内完成水肥混合,并大大提升混合均匀度。微管取样器及水肥混合器的加入,使得肥料EC/PH检测精度及稳定性上有了很大提高。 4)采用微型泵送系统进行施肥母液供给,弥补了传统文丘里吸肥方式存在的吸肥流量小且随压力波动大、易堵塞等缺点,使得施肥系统多路施肥的混合精度及运行稳定性、可靠性大大提升。 社会经济效益,存在的问题; 将智慧灌溉施肥机应用到灌溉施肥工作中,灌溉与施肥一体化进行,既节省了肥料,提高了肥料利用率,又节省了大量的人力、物力,其省肥省工的优越性日渐得到人们的认识,并在灌溉的实践中加以利用,具有广阔的市场前景。 历年获奖情况 无