[00126841]水肥气一体化智能灌溉技术与装备

1、任务来源 水肥气一体化智能灌溉技术与装备是黑龙江省农垦总局“十三五”重点科技攻关项目（课题）,合同编号：HNK135-06-09 2、应用领域及技术原理 本课题研究设计一种循环曝气地下智能滴灌系统,可实现水肥气一体化多功能灌溉,将水、肥和微气泡混合流体输送到植物根区,为植物生长创造更优越的条件。智能灌溉系统包括制水系统、电控气控系统和缓冲单元组成,控制分为手动模式和自动模式,可提前预设定时间制水,可定量灌溉并提供灌溉历史数据记录。 3、主要性能指标 1)设计一种循环曝气地下智能滴灌系统,包括制水系统、电控气控系统和缓冲单元,制水和储水压力0-2bar,气体掺入比例0-30%,灌溉水量0-2m3/h。 2)完成水田水肥气一体化智能灌溉实验,试验在插秧之后,试验田面积2亩,将滴灌管埋于两行之间,埋深5-10厘米,灌溉制度采用定时灌溉,利用智能控制系统,每小时灌溉10-15分钟。 3)完成旱田水肥气一体化智能灌溉实验,面积2亩,春播前将地下滴灌管埋于垄下,埋深20-30厘米,玉米行距65厘米,每行设一根滴灌管,灌溉制度根据农业墒情。 4)分析实验数据,发表论文1篇。 4、与国内外同类技术比较 随着科学技术的不断发展,许多先进的理念和技术不断被应用于农业领域,并推动者农业的飞速发展。水肥气一体化作为当前农业发展的必然趋势,其核心是研发以控制理论技术、传感器技术等为基础的水肥气一体化智能灌溉监控系统。 1)国外研究现状 国外在灌溉施肥控制系统方面的自动化水平较高。20世纪60年代末,以色列就开始应用水肥一体化技术。20世纪80年代以来,以色列、美国、荷兰等国家就开始研制一些精准灌溉控制方面的模型,在该技术上的研发一直处于世界前列水平。以色列是一个干旱缺水的国家,人均水资源可利用量仅为271立方米,沙漠面积占国土面积的67%,年蒸发量2500毫米。由于以色列特殊的地理环境因素,国家在发展水肥一体化节水灌溉技术方面投入了大量人力物力,是世界上微灌技术应用最广最大的国家,也是发展节水灌溉施肥技术的代表,现在以色列设计的灌溉系统可以为90%以上的农作物进行施肥。以色列的农业综合公司NETAFIM研制了一整套基于可编程控制器的灌溉施肥产品。NETAFIM的肥滴佳产品,采用嵌入式控制芯片,可以实时检测水肥溶液的EC值和PH值,也可以采集土壤的水肥信息,然后通过GSM技术和互联网等采集到的数据实时传送至服务器,可实现远程监测土壤墒情等信息。 2)国内研究现状 我国的水肥一体化起步于 20 世纪70年代,经过40多年的不断发展,灌溉施肥技术发展十分快速。虽然我国专业技术和自动化装备研制方面都落后于国外的发达国家,但是考虑到我国的国情,直接引进国外的先进技术是不可取的,必须结合我国农业的实际情况研发一系列适合我国农业生产的水肥一体化控制系统。为实现农业智能化的目标,国内的相关企业和一些高校也对水肥一体化技术进行了研究,并取得了不错的成果。 5、成果的创造性、先进性 该课题设计的循环曝气系统,包括制水单元、电控气控单元和缓冲单元,其中制水单元中增加了溶解氧模块,使用户通过设定溶解氧值,作为完成制水的指标;电控气控单元中采用触摸屏、测量传感器（溶解氧、温度、流量、压力、液位浮球）、PLC控制单元、循环泵、电磁阀、气动阀、气泵等设备,实现了灌溉系统的人机交互和自动控制。 6、作用意义 水肥气一体化智能灌溉技术,是指利用低压管道系统,按土壤养分含量和作物种类的需肥、需氧规律,将肥料溶液、微纳米气泡水注入输水管道,通过智能控制系统,将液体肥料和微纳米气泡水均匀、定时、定量直接提供给作物,具有节水、节肥、省劳力的优点,同时改善土壤理化性状,提高了土地利用率,提高单位面积产量。