温室基质栽培水肥一体化施肥系统的构建.pdf

2 李 小 利 , 孙 文 磊 , 龚 捷 凯 , 等 . 采 棉 机 摘 锭 座 管 传 动 系 统 动 力 学 仿 真 分 析 J . 机 械 设 计 与 制 造 , 2 0 1 1 ( 1 1 ) : 1 8 1 - 1 8 3 . 3 张 有 强 , 马 少 辉 , 丁 旺 才 . 采 棉 机 摘 锭 采 摘 过 程 的 动 力 学 分 析 J . 农 业 工 程 学 报 , 2 0 1 2 , 2 8 ( 1 3 ) : 5 4 - 5 8 . 4 L y u N , L e e B , S a i t o u K . O p t i m a l s u b a s s e m b l y p a r t i t i o n i n g o f s p a c e f r a m e s t r u c t u r e s f o r i n - p r o c e s s d i m e n s i o n a l a d j u s t a b i l i t y a n d s t i f f n e s s J . J o u r n a l o f M e c h a n i c a l D e s i g n , 2 0 0 6 , 1 2 8 ( 3 ) : 5 2 7 - 5 3 5 . 5 H a d a d H , R a m e z a n i A . F i n i t e e l e m e n t m o d e l u p d a t i n g o f a v e h i c l e c h a s s i s f r a m e C / / P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 0 4 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n N o i s e a n d V i b r a t i o n E n g i n e e r i n g , 2 0 0 4 : 1 8 1 7 - 1 8 3 1 . 6 姚 艳 春 , 杜 岳 峰 , 朱 忠 祥 , 等 . 基 于 模 态 的 玉 米 收 获 机 车 架 振 动 特 性 分 析 与 优 化 J . 农 业 工 程 学 报 , 2 0 1 5 , 3 1 ( 1 9 ) : 4 6 - 5 3 . 7 曹 树 谦 , 张 文 德 , 萧 龙 翔 . 振 动 结 构 模 态 分 析 - 理 论 , 试 验 与 应 用 M . 天 津 : 天 津 大 学 出 版 社 , 2 0 0 1 . 8 王 想 到 , 胡 东 方 , 杜 艳 平 . 玉 米 收 获 机 底 盘 车 架 有 限 元 分 析 及 试 验 J . 中 国 农 机 化 学 报 , 2 0 1 4 , 3 5 ( 2 ) : 2 1 3 - 2 1 5 , 2 3 4 . 9 徐 灏 . 机 械 强 度 设 计 中 的 安 全 系 数 和 许 用 应 力 J . 机 械 强 度 , 1 9 8 1 ( 2 ) : 3 9 - 4 5 . 1 0 王 青 , 徐 港 . A N S Y S 梁 单 元 的 理 论 基 础 及 其 选 用 方 法 J . 三 峡 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , 2 0 0 5 , 2 7 ( 4 ) : 3 3 6 - 3 4 0 . 1 1 李 英 明 . A N S Y S 梁 单 元 与 实 体 单 元 分 析 比 较 J . 中 国 科 技 信 息 , 2 0 1 5 ( 2 ) : 1 4 6 - 1 4 7 . 1 2 杜 宝 江 , 陈 长 松 , 吴 恩 启 , 等 . 基 于 A N S Y S 梁 单 元 与 实 体 单 元 的 组 合 建 模 研 究 J . 机 械 设 计 与 研 究 , 2 0 1 3 , 2 9 ( 4 ) : 6 1 - 6 3 . 1 3 俞 德 津 , 陈 南 . 重 型 半 挂 车 架 有 限 元 静 态 分 析 J . 专 用 汽 车 , 2 0 0 7 ( 3 ) : 3 2 - 3 5 . 1 4 谭 建 国 . 使 用 A N S Y S 6 . 0 进 行 有 限 元 分 析 M . 北 京 : 北 京 大 学 出 版 社 , 2 0 0 2 . 1 5 蒋 红 旗 , 王 繁 生 . 起 重 机 吊 臂 结 构 有 限 元 模 态 分 析 J . 农 业 机 械 学 报 , 2 0 0 6 , 3 7 ( 3 ) : 2 0 - 2 2 . 黄 语 燕 , 刘 善 文 , 陈 永 快 , 等 . 温 室 基 质 栽 培 水 肥 一 体 化 施 肥 系 统 的 构 建 J . 江 苏 农 业 科 学 , 2 0 1 9 , 4 7 ( 2 1 ) : 2 7 8 - 2 8 1 . d o i : 1 0 . 1 5 8 8 9 / j . i s s n . 1 0 0 2 - 1 3 0 2 . 2 0 1 9 . 2 1 . 0 6 7 温 室 基 质 栽 培 水 肥 一 体 化 施 肥 系 统 的 构 建 黄 语 燕 , 刘 善 文 , 陈 永 快 , 刘 现 , 郑 鸿 艺 , 王 涛 ( 福 建 省 农 业 科 学 院 数 字 农 业 研 究 所 , 福 建 福 州 3 5 0 0 0 3 )摘 要 : 结 合 作 物 智 能 化 施 肥 发 展 的 需 求 , 设 计 一 个 通 过 蠕 动 泵 吸 取 肥 料 母 液 , 使 肥 液 按 设 定 比 例 与 水 混 合 成 设 置 的 浓 度 , 并 通 过 控 制 肥 液 的 E C 值 、 p H 值 和 肥 液 进 入 灌 溉 管 道 的 灌 溉 时 间 来 实 现 水 肥 一 体 化 自 动 施 肥 的 系 统 。 本 设 计 的 水 肥 一 体 化 施 肥 系 统 采 用 可 编 程 控 制 器 ( P L C ) 作 为 控 制 器 , 触 摸 屏 作 为 监 控 设 备 , 能 根 据 不 同 作 物 需 求 设 置 施 肥 、 灌 溉 策 略 , 且 能 够 实 现 分 区 域 灌 溉 , 不 同 区 域 水 肥 参 数 可 单 独 设 置 , 自 动 完 成 水 肥 一 体 化 灌 溉 。 它 能 够 快 速 、 精 确 地 完 成 施 肥 , 配 好 1 桶 1 5 0 L 的 肥 液 , 约 需 9 0 s 。 将 该 系 统 运 用 到 温 室 基 质 水 果 黄 瓜 栽 培 中 , 利 用 回 水 系 统 , 大 约 能 节 水 1 9 . 4 % , 水 果 黄 瓜 平 均 产 量 为 4 0 7 6 1 k g / h m 2 。关 键 词 : 水 肥 一 体 化 ; 灌 溉 ; 自 动 施 肥 ; 蠕 动 泵 ; P L C中 图 分 类 号 : S 2 4 文 献 标 志 码 : A 文 章 编 号 : 1 0 0 2 - 1 3 0 2 ( 2 0 1 9 ) 2 1 - 0 2 7 8 - 0 4 收 稿 日 期 : 2 0 1 8 - 1 0 - 1 5 基 金 项 目 : 福 建 省 发 改 委 五 新 项 目 ( 编 号 : 2 0 1 5 4 8 9 号 、 闽 发 改 投 资 2 0 1 8 2 0 6 号 ) ; 福 建 省 科 技 厅 公 益 专 项 ( 项 目 : 2 0 1 6 R 1 0 1 5 - 2 ) ; 福 建 省 农 业 科 学 院 科 技 创 新 团 队 ( 编 号 : S T I T 2 0 1 7 - 2 - 1 2 ) ; 福 建 省 农 业 科 学 院 数 字 农 业 科 技 服 务 团 队 ( 编 号 : k j f w 2 2 ) ; 福 建 省 农 业 科 学 院 院 管 A 类 项 目 ( 编 号 : A 2 0 1 7 - 3 6 ) ; 福 州 市 科 技 计 划 项 目 ( 编 号 : 榕 科 2 0 1 7 3 4 7 号 ) 。 作 者 简 介 : 黄 语 燕 ( 1 9 8 7 ) , 女 , 福 建 福 州 人 , 硕 士 研 究 生 , 研 究 实 习 员 , 主 要 从 事 农 业 电 气 化 与 自 动 化 研 究 。 E - m a i l : 6 4 4 6 2 1 0 4 3 q q . c o m 。 通 信 作 者 : 陈 永 快 , 硕 士 研 究 生 , 助 理 研 究 员 , 主 要 从 事 设 施 农 业 研 究 。 E - m a i l : 8 6 4 6 7 8 9 7 q q . c o m 。我 国 植 物 施 肥 往 往 “ 大 水 大 肥 ” , 水 肥 施 用 方 式 为 复 合 肥 随 水 冲 施 , 导 致 养 分 投 入 比 例 不 合 理 , 水 肥 利 用 效 率 较 低 1 。 针 对 这 些 问 题 , 有 必 要 对 水 肥 一 体 化 营 养 液 灌 溉 技 术 进 行 深 入 研 究 , 开 发 出 响 应 快 速 、 精 度 高 的 水 肥 一 体 化 施 肥 系 统 。 水 肥 一 体 化 技 术 是 在 压 力 作 用 下 将 肥 料 溶 液 注 入 灌 溉 管 道 , 根 据 设 定 的 灌 溉 参 数 和 施 肥 参 数 , 为 作 物 提 供 其 生 长 发 育 所 需 的 水 分 和 养 分 , 能 有 效 地 减 少 人 力 , 提 高 水 肥 利 用 率 , 达 到 增 产 增 收 的 效 果 2 - 4 。 随 着 水 肥 一 体 化 技 术 的 成 熟 , 设 施 产 业 发 达 国 家 , 如 荷 兰 、 以 色 列 等 , 均 已 经 普 及 推 广 水 肥 一 体 化 技 术 , 并 形 成 产 品 系 列 , 如 以 色 列 N E T A F I M 公 司 研 发 的 N e t a j e t 系 列 、 E l d a r - S h a n y 公 司 研 制 的 F r t i m i x 系 列 , 荷 兰 P R I V A 公 司 研 发 的 N u t r i - l i n e 系 列 等 5 。 以 色 列 在 农 业 生 产 中 使 用 水 肥 一 体 化 技 术 , 节 约 了 4 0 % 6 0 % 的 灌 溉 用 水 和 3 0 % 5 0 % 的 肥 料 6 。 当 前 , 我 国 也 已 经 开 展 了 水 肥 一 体 化 技 术 引 进 与 研 究 , 吸 肥 系 统 主 要 采 用 文 丘 里 吸 肥 器 , 如 李 加 念 等 设 计 了 文 丘 里 变 量 施 肥 装 置 , 并 采 用 脉 冲 宽 度 调 制 ( P W M ) 技 术 调 节 施 肥 量 7 ; 袁 洪 波 等 利 用 文 丘 里 混 合 器 设 计 了 温 室 水 肥 一 体 化 营 养 液 调 控 系 统 8 ; 李 友 丽 等 利 用 文 丘 里 混 合 器 设 计 了 有 机 栽 培 水 肥 一 体 化 系 统 9 。 文 丘 里 施 肥 装 置 具 有 调 节 压 力 范 围 有 限 , 对 主 管 流 量 稳 定 性 要 求 较 高 , 系 统 压 力 损 失 大 , 且 只 能 吸 取 液 体 等 缺 点 10 。 本 研 究 所 用 系 统 采 用 蠕 动 泵 作 为 吸 肥 原 件 , 相 对 于 其 他 吸 肥 器 件 , 蠕 动 泵 具 有 易 于 清 洗 和 清 洁 , 适 用 于 液 体 、 气 体 、 两 8 7 2 江 苏 农 业 科 学 2 0 1 9 年 第 4 7 卷 第 2 1 期 相 流 以 及 高 黏 流 体 , 无 密 封 件 、 无 阀 门 , 控 制 精 度 高 , 流 量 适 应 范 围 广 等 优 点 。 系 统 能 够 将 肥 液 按 设 定 比 例 与 水 混 合 成 设 置 的 浓 度 , 并 借 助 灌 溉 管 道 和 滴 管 、 滴 箭 等 设 备 施 给 植 物 , 能 够 执 行 比 较 精 确 的 施 肥 过 程 。 该 系 统 可 应 用 于 大 田 作 物 栽 培 、 温 室 土 壤 栽 培 以 及 温 室 无 土 基 质 栽 培 模 式 。 根 据 无 土 基 质 栽 培 模 式 营 养 液 可 回 收 的 特 点 , 本 研 究 所 用 系 统 还 另 外 设 计 了 回 液 池 、 过 滤 器 等 营 养 液 循 环 系 统 , 将 其 应 用 在 温 室 基 质 栽 培 系 统 中 , 能 有 效 地 提 高 水 肥 利 用 率 。 1 水 肥 一 体 化 系 统 硬 件 结 构 及 工 作 原 理 1 . 1 系 统 硬 件 结 构 如 图 1 所 示 , 水 肥 一 体 化 施 肥 系 统 主 要 由 配 肥 系 统 、 灌 溉 系 统 、 营 养 液 循 环 系 统 等 三 大 部 分 组 成 。 配 肥 系 统 主 要 包 括 蓄 水 池 、 进 水 水 泵 、 进 水 电 磁 阀 、 混 肥 桶 、 混 肥 桶 液 位 传 感 器 、 母 液 桶 、 蠕 动 泵 、 可 溶 性 盐 浓 度 ( E C ) 及 p H 值 传 感 器 、 肥 液 出 水 水 泵 等 组 成 。 灌 溉 系 统 借 助 灌 溉 管 道 和 滴 管 、 滴 箭 等 设 备 施 水 肥 给 植 物 , 主 要 由 灌 溉 总 电 磁 阀 、 压 力 表 、 流 量 表 、 灌 溉 管 道 、 分 区 灌 溉 电 磁 阀 、 栽 培 区 清 水 灌 溉 管 道 、 清 水 灌 溉 电 磁 阀 等 组 成 。 营 养 液 循 环 系 统 主 要 由 回 收 管 道 、 回 收 池 、 浮 球 开 关 、 回 收 池 水 泵 、 过 滤 器 、 紫 外 线 消 毒 装 置 等 组 成 。 1 . 2 系 统 工 作 原 理 配 肥 系 统 是 水 肥 一 体 化 系 统 的 核 心 , 本 系 统 中 的 混 肥 桶 营 养 液 调 控 采 用 基 于 E C 值 和 p H 值 的 营 养 液 调 控 方 式 , 是 使 肥 料 母 液 和 水 充 分 混 合 , 并 达 到 预 设 E C 值 、 p H 值 的 动 态 过 程 。 营 养 液 制 备 过 程 为 : 打 开 进 水 电 磁 阀 , 使 水 注 入 到 混 肥 桶 中 , 与 此 同 时 , 母 液 桶 里 的 各 种 高 浓 度 肥 液 由 蠕 动 泵 注 入 到 混 肥 桶 中 , 肥 液 出 水 水 泵 从 混 肥 桶 抽 出 肥 液 到 肥 液 回 流 支 管 后 再 回 流 至 混 肥 桶 , 安 装 在 支 管 上 的 E C 值 、 p H 值 传 感 器 检 测 管 道 中 的 肥 液 浓 度 , 并 将 检 测 得 到 的 浓 度 值 反 馈 到 控 制 系 统 与 设 定 值 进 行 比 较 , 根 据 信 号 差 值 通 过 控 制 带 动 蠕 动 泵 转 动 的 步 进 电 机 转 速 调 节 施 肥 量 。 当 检 测 到 的 E C 值 、 p H 值 达 到 设 定 值 时 , 打 开 灌 溉 总 电 磁 阀 和 相 应 的 分 区 灌 溉 电 磁 阀 , 使 配 置 完 成 的 肥 液 进 入 灌 溉 系 统 。 营 养 液 的 制 备 过 程 是 一 个 实 时 的 动 态 过 程 , 即 连 续 不 断 地 向 混 肥 桶 内 加 入 水 和 肥 料 母 液 , 并 在 营 养 液 制 备 的 同 时 , 通 过 肥 液 出 水 水 泵 和 开 启 灌 溉 电 磁 阀 向 外 提 供 制 备 完 成 的 营 养 液 , 实 现 随 时 制 备 、 随 时 灌 溉 。 灌 溉 系 统 采 用 分 区 灌 溉 方 式 , 当 肥 液 配 制 完 成 时 , 按 照 系 统 设 置 的 灌 溉 方 式 , 控 制 分 区 各 个 电 磁 阀 的 开 闭 以 及 开 闭 的 时 间 , 肥 液 借 助 灌 溉 管 道 和 滴 箭 、 滴 头 等 设 备 施 给 植 物 。 此 外 , 当 植 物 只 需 要 灌 溉 清 水 时 , 打 开 清 水 灌 溉 电 磁 阀 和 相 应 的 分 区 电 磁 阀 完 成 清 水 灌 溉 。 在 营 养 液 循 环 系 统 中 , 当 液 位 到 达 一 定 高 度 时 , 回 收 池 内 的 回 收 液 经 回 收 池 水 泵 、 过 滤 器 及 紫 外 线 消 毒 后 注 入 到 混 肥 桶 中 , 直 到 回 收 池 液 位 达 到 一 定 的 低 液 位 。 2 系 统 控 制 框 图 及 控 制 原 理 2 . 1 系 统 控 制 框 图 控 制 系 统 采 用 台 达 D V P - E S 2 系 列 可 编 程 控 制 器 ( P L C ) 作 为 控 制 器 , 维 控 L E V I 7 7 7 A 作 为 人 机 交 互 界 面 触 摸 屏 。 如 图 2 所 示 , 设 计 模 拟 量 输 入 有 E C 值 、 p H 值 、 液 位 、 压 力 、 流 量 。 E C 值 、 p H 值 的 变 化 控 制 蠕 动 施 肥 泵 的 运 转 速 度 , 压 力 如 果 超 出 管 道 承 受 范 围 则 暂 停 设 备 并 报 警 。 设 计 数 字 量 输 出 有 清 水 灌 溉 电 磁 阀 、 进 水 电 磁 阀 、 肥 液 出 水 水 泵 、 灌 溉 总 电 磁 阀 、 灌 溉 分 区 电 磁 阀 、 蠕 动 泵 、 报 警 器 等 。 2 . 2 系 统 控 制 内 容 及 原 理 水 肥 一 体 化 施 肥 系 统 的 配 肥 系 统 必 须 完 成 2 种 控 制 , 即 各 种 母 液 配 比 控 制 和 施 肥 量 控 制 。 采 用 可 调 速 步 进 电 机 控 制 蠕 动 泵 转 速 的 方 式 , 即 可 较 准 确 地 控 制 施 肥 量 和 各 通 道 的 母 液 配 比 。 由 于 混 肥 桶 中 的 肥 液 混 合 具 有 在 线 性 , 因 此 肥 液 混 合 系 统 具 有 实 时 、 延 迟 和 不 确 定 等 特 性 , 系 统 的 滞 后 和 惯 性 较 大 , 所 以 肥 液 混 合 系 统 采 用 模 糊 控 制 法 进 行 控 制 。 系 统 采 用 负 反 馈 闭 环 控 制 原 理 来 实 现 模 糊 控 制 。 首 先 , 将 输 入 量 、 控 制 规 则 、 决 策 以 及 判 决 等 模 块 均 模 糊 化 , 输 入 量 模 糊 化 后 即 对 应 于 一 定 等 级 的 隶 属 度 。 然 后 , 制 定 输 入 变 量 、 输 出 控 制 变 量 及 其 论 域 对 应 不 同 等 级 模 糊 集 中 的 各 个 语 言 变 量 的 隶 属 度 。 根 据 实 际 经 验 总 结 得 出 , 模 糊 控 制 规 则 是 用 语 言 变 量 形 式 表 示 的 模 糊 条 件 语 句 , 而 起 控 制 作 用 的 模 糊 集 则 是 以 模 糊 规 则 为 基 础 的 模 糊 决 策 。 最 后 , 用 模 糊 判 决 方 法 得 到 输 出 控 制 变 量 论 域 中 的 等 级 数 , 再 经 过 输 出 精 确 化 , 输 出 控 制 指 令 。 灌 溉 部 分 可 设 置 定 时 灌 溉 、 周 期 灌 溉 、 手 动 灌 溉 等 3 种 灌 溉 方 式 。 定 时 灌 溉 即 指 定 在 某 一 天 的 某 段 时 间 内 灌 溉 , 在 一 天 中 设 定 6 组 开 始 灌 溉 时 间 , 设 定 每 段 时 间 灌 溉 量 , 可 以 选 择 9 7 2 江 苏 农 业 科 学 2 0 1 9 年 第 4 7 卷 第 2 1 期 灌 溉 的 阀 门 号 。 周 期 灌 溉 即 指 定 在 一 段 时 间 内 的 循 环 灌 溉 , 设 定 周 期 灌 溉 时 间 段 内 周 期 灌 溉 的 灌 溉 时 间 和 间 隔 时 间 , 可 以 选 择 灌 溉 的 阀 门 号 。 手 动 灌 溉 只 需 设 定 灌 溉 量 , 使 用 手 动 灌 溉 按 钮 开 始 和 结 束 灌 溉 。 3 系 统 软 件 设 计 3 . 1 系 统 配 肥 软 件 设 计 如 图 3 所 示 , 开 始 配 肥 时 , 蠕 动 泵 以 预 先 设 定 的 流 速 将 肥 液 注 入 混 肥 桶 内 , 同 时 将 实 时 采 集 的 E C 值 与 设 定 值 进 行 比 较 , 判 断 是 否 该 增 加 或 减 小 蠕 动 泵 的 流 速 , 增 加 或 减 小 肥 料 流 速 是 通 过 改 变 带 动 蠕 动 泵 的 步 进 电 机 转 速 实 现 的 , 即 改 变 输 入 步 进 电 机 控 制 器 信 号 的 脉 冲 频 率 , 必 要 时 还 可 随 时 停 止 加 入 肥 料 。 同 理 , 实 时 测 定 营 养 液 的 p H 值 , 如 果 测 得 的 p H 值 高 于 目 标 值 , 开 启 酸 液 蠕 动 泵 加 入 酸 液 , 调 整 p H 值 。 3 . 2 人 机 界 面 软 件 设 计 人 机 界 面 可 以 从 P L C 中 实 时 采 集 数 据 并 发 出 控 制 命 令 、 监 控 系 统 运 行 状 态 , 同 时 可 生 成 报 表 、 历 史 数 据 库 等 。 H M I 实 现 的 主 要 功 能 有 : ( 1 ) 显 示 功 能 。 显 示 测 量 值 、 设 备 运 行 状 态 ; ( 2 ) 参 数 设 置 功 能 。 灌 溉 时 间 、 灌 溉 量 、 配 肥 参 数 等 的 设 置 ; ( 3 ) 数 据 存 储 。 在 系 统 运 行 时 , 历 史 数 据 库 自 动 按 设 定 频 率 记 录 数 据 , 实 现 现 场 数 据 的 存 储 ; ( 4 ) 历 史 数 据 查 询 。 按 照 时 间 段 查 询 历 史 数 据 ; ( 5 ) 实 时 曲 线 。 将 E C 值 、 p H 值 、 液 位 值 用 曲 线 的 形 式 实 时 表 示 出 来 ; ( 6 ) 事 件 记 录 。 对 用 户 登 陆 退 出 、 控 制 输 入 输 出 、 数 据 上 下 限 报 警 事 件 进 行 记 录 存 储 。 4 系 统 实 物 及 测 试 4 . 1 系 统 试 验 如 图 4 所 示 , 试 验 在 福 建 省 农 业 科 学 院 示 范 农 场 玻 璃 温 室 中 进 行 。 温 室 长 6 4 m 、 宽 5 5 m , 占 地 面 积 0 . 3 5 2 h m 2 。 大 棚 内 设 有 内 遮 阳 系 统 、 外 遮 阳 系 统 、 湿 帘 、 外 风 机 、 顶 开 窗 、 喷 雾 等 设 备 , 并 配 套 本 水 肥 一 体 化 施 肥 系 统 。2 0 1 8 年 5 月 1 9 日 在 温 室 内 定 植 夏 之 光 水 果 黄 瓜 幼 苗 ( 5 月 2 日 播 种 ) , 2 0 1 8 年 8 月 3 日 采 收 完 毕 。 采 用 基 质 无 土 栽 培 方 式 进 行 栽 培 , 选 择 条 状 的 椰 糠 基 质 带 作 为 栽 培 基 质 , 一 条 基 质 带 长 1 m , 可 定 植 4 株 作 物 。 温 室 内 全 部 种 满 水 果 黄 瓜 , 共 定 植 8 8 7 0 株 。 在 种 植 期 间 对 温 室 内 的 灌 溉 用 水 量 、 回 收 水 量 、 产 量 等 情 况 进 行 统 计 , 并 验 证 系 统 的 稳 定 性 及 实 用 性 。 0 8 2 江 苏 农 业 科 学 2 0 1 9 年 第 4 7 卷 第 2 1 期 4 . 2 结 果 分 析 经 测 试 , 水 肥 一 体 化 系 统 控 制 精 度 高 , 配 好 1 桶 1 5 0 L 的 肥 液 , 约 需 9 0 s , E C 值 控 制 精 度 为 0 . 2 m S / c m , p H 值 控 制 精 度 为 0 . 2 。 每 周 混 肥 桶 灌 溉 出 水 量 及 回 收 池 的 回 收 水 量 统 计 结 果 如 表 1 所 示 , 可 以 看 出 , 混 肥 桶 灌 溉 出 水 量 合 计 为 1 1 1 2 . 8 m 3 , 回 收 池 回 水 量 合 计 为 2 1 5 . 5 m 3 。 经 计 算 , 本 研 究 所 栽 培 温 室 黄 瓜 整 个 生 长 周 期 共 需 消 耗 水 8 9 7 . 3 m 3 ( 混 肥 桶 灌 溉 出 水 量 - 回 水 池 回 水 量 ) , 利 用 回 收 系 统 , 大 约 能 节 省 灌 溉 出 水 量 的 1 9 . 4 % 。 表 1 混 肥 桶 灌 溉 出 水 量 、 回 收 水 量 统 计 时 间 混 肥 桶 灌 溉 出 水 量 ( m 3 ) 回 收 池 回 水 量 ( m 3 ) 0 5 - 1 9 2 5 6 3 . 5 1 2 . 3 0 5 - 2 6 0 6 - 0 2 6 6 . 8 1 2 . 9 0 6 - 0 3 0 9 7 0 . 2 1 3 . 6 0 6 - 1 0 1 6 7 6 . 9 1 4 . 9 0 6 - 1 7 2 3 9 6 . 9 1 8 . 8 0 6 - 2 4 3 0 1 0 8 . 6 2 1 . 0 0 7 - 0 1 0 7 1 1 3 . 6 2 2 . 0 0 7 - 0 8 1 4 1 2 7 . 0 2 4 . 6 0 7 - 1 5 2 1 1 3 3 . 7 2 5 . 9 0 7 - 2 2 2 8 1 2 5 . 3 2 4 . 3 0 7 - 2 8 0 8 - 0 3 1 3 0 . 3 2 5 . 2 合 计 1 1 1 2 . 8 2 1 5 . 5由 表 2 可 知 , 温 室 内 水 果 黄 瓜 总 产 量 为 1 4 3 4 9 k g , 平 均 产 量 为 4 0 7 6 4 k g / h m 2 , 单 株 总 产 量 为 1 . 6 2 k g 。 表 2 温 室 水 果 黄 瓜 产 量 时 间 产 量 ( k g ) 备 注 0 6 - 1 0 1 6 9 4 3 采 收 初 期 0 6 - 1 7 2 3 1 8 0 3 采 收 期 0 6 - 2 4 3 0 2 2 6 5 采 收 期 0 7 - 0 1 0 7 2 5 4 0 采 收 期 0 7 - 0 8 1 4 2 3 0 6 采 收 期 0 7 - 1 5 2 1 1 9 1 6 采 收 期 0 7 - 2 2 2 8 1 6 6 9 采 收 期 0 7 - 2 8 0 8 - 0 3 9 0 7 采 收 尾 期 合 计 1 4 3 4 9 5 结 论 本 研 究 所 用 水 肥 一 体 化 灌 溉 系 统 由 人 机 交 互 界 面 触 摸 屏 ( H M I ) 、 可编程控 制 器 ( P L C ) 、 蠕 动 泵、 母 液 桶、 混 肥 桶、 传 感 器 、 电磁阀 、 管件等组 成, 采 用 基 于 E C 值 和 p H 值 的 营 养 液 调 控 方 式, 能 够 按照用户 设 置 的 灌 溉 施 肥 方 式 , 通 过 机 器 上 的 一 套 线 性可调速蠕动 泵 准 确 地 配 置 出 符 合 配 方 设 定 比 例 要 求 的 营 养 液, 并 输 送到相应 灌 溉 分 区, 每 个 栽 培 分 区 水 肥 配 方 可 独 立 设 置。 经测试, 水肥一体 化系 统控制精度 高, 配 好 1 桶 1 5 0 L 的 肥 液 , 大 概 需 要 9 0 s , E C 值 控 制 精 度 为 0 . 2 m S / c m 、 p H 值 控 制 精 度 为 0 . 2 。 将 该 系 统 运 用 到 温 室 基 质 栽 培 区 内 , 利 用 回 水 系 统 , 大 约 能 节 水 1 9 . 4 % , 水 果 黄 瓜 平 均 产 量 为 4 0 7 6 1 k g / h m 2 。 本 系 统 具 有 较 广 的 灌 溉 流 量 和 灌 溉 压 力 适 应 范 围 , 能 够 充 分 满 足 大 田 作 物 栽 培 、 温 室 土 壤 栽 培 以 及 温 室 无 土 基 质 栽 培 等 场 合 的 灌 溉 施 肥 需 要 。 参 考 文 献 : 1 江 新 兰 , 杨 邦 杰 , 高 万 林 , 等 . 基 于 两 线 解 码 技 术 的 水 肥 一 体 化 云 灌 溉 系 统 研 究 J . 农 业 机 械 学 报 , 2 0 1 6 , 4 7 ( 增 刊 1 ) : 2 6 7 - 2 7 2 . 2 魏 全 盛 , 谷 利 芬 . 温 室 智 能 水 肥 一 体 化 微 喷 灌 装 置 设 计 J . 农 机 化 研 究 , 2 0 1 7 ( 9 ) : 1 3 4 - 1 3 8 . 3 蔡 长 青 , 侯 首 印 , 张 桢 , 等 . 温 室 智 能 灌 溉 水 肥 一 体 化 监 控 系 统 J . 江 苏 农 业 科 学 , 2 0 1 7 , 4 5 ( 1 0 ) : 1 6 4 - 1 6 6 . 4 孔 海 民 , 薛 晨 晨 , 邵 伟 强 , 等 . 水 肥 一 体 化 精 量 化 施 肥 对 春 季 设 施 小 黄 瓜 产 量 的 影 响 和 效 益 分 析 J . 浙 江 农 业 科 学 , 2 0 1 6 , 5 7 ( 3 ) : 3 2 3 - 3 2 5 . 5 阮 俊 瑾 , 赵 伟 时 , 董 晨 , 等 . 球 混 式 精 准 灌 溉 施 肥 系 统 的 设 计 与 试 验 J . 农 业 工 程 学 报 , 2 0 1 5 , 3 1 ( 增 刊 2 ) : 1 3 1 - 1 3 6 . 6 李 传 哲 , 许 仙 菊 , 马 洪 波 , 等 . 水 肥 一 体 化 技 术 提 高 水 肥 利 用 效 率 研 究 进 展 J . 江 苏 农 业 学 报 , 2 0 1 7 , 3 3 ( 2 ) : 4 6 9 - 4 7 5 . 7 李 加 念 , 洪 添 胜 , 冯 瑞 珏 , 等 . 基 于 脉 宽 调 制 的 文 丘 里 变 量 施 肥 装 置 设 计 与 试 验 J . 农 业 工 程 学 报 , 2 0 1 2 , 2 8 ( 8 ) : 1 0 5 - 1 1 0 . 8 袁 洪 波 , 李 莉 , 王 俊 衡 , 等 . 温 室 水 肥 一 体 化 营 养 液 调 控 装 备 设 计 与 试 验 J . 农 业 工 程 学 报 , 2 0 1 6 , 3 2 ( 8 ) : 2 7 - 3 2 . 9 李 友 丽 , 李 银 坤 , 郭 文 忠 , 等 . 有 机 栽 培 水 肥 一 体 化 系 统 设 计 与 试 验 J . 农 业 机 械 学 报 , 2 0 1 6 , 4 7 ( 增 刊 1 ) : 2 7 3 - 2 7 9 . 1 0 李 坚 , 刘 云 骥 , 王 丹 丹 , 等 . 日 光 温 室 小 型 水 肥 一 体 灌 溉 机 设 计 及 其 控 制 模 型 的 建 立 J . 节 水 灌 溉 , 2 0 1 7 ( 4 ) : 8 7 - 9 1 . ( 上 接 2 7 2 页 ) 1 3 武 翠 卿 , 李 楠 , 张 帅 , 等 . 玉 米 秸 秆 自 干 后 的 材 料 力 学 性 质 研 究 J . 农 机 化 研 究 , 2 0 1 6 , 3 8 ( 8 ) : 1 4 6 - 1 5 0 . 1 4 赵 春 花 , 张 锋 伟 , 曹 致 中 . 豆 禾 牧 草 茎 秆 的 力 学 特 性 试 验 J . 农 业 工 程 学 报 , 2 0 0 9 , 2 5 ( 9 ) : 1 2 2 - 1 2 6 . 1 5 赵 春 花 , 韩 正 晟 , 师 尚 礼 , 等 . 新 育 牧 草 茎 秆 收 获 期 力 学 特 性 与 显 微 结 构 J . 农 业 工 程 学 报 , 2 0 1 1 , 2 7 ( 8 ) : 1 7 9 - 1 8 3 . 1 6 张 秀 丽 , 袁 志 华 , 周 雪 花 , 等 . 烟 叶 主 脉 的 力 学 性 能 试 验 研 究 J . 河 南 农 业 大 学 学 报 , 2 0 1 4 , 4 8 ( 2 ) : 1 7 2 - 1 7 5 . 1 7 尚 蕾 , 宋 占 华 , 李 玉 道 , 等 . 烟 草 托 盘 育 苗 钵 苗 力 学 性 能 试 验 J . 中 国 烟 草 科 学 , 2 0 1 4 , 3 5 ( 3 ) : 9 9 - 1 0 3 . 1 8 J i a F F , L i u G S , L i u D S , e t a l . C o m p a r i s o n o f d i f f e r e n t m e t h o d s f o r e s t i m a t i n g n i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n i n f l u e - c u r e d t o b a c c o l e a v e s b a s e d o n h y p e r s p e c t r a l r e f l e c t a n c e J . F i e l d C r o p s R e s e a r c h , 2 0 1 3 , 1 5 0 ( 8 ) : 1 0 8 - 1 1 4 . 1 9 孟 智 勇 , 张 保 占 , 马 浩 波 , 等 . 采 收 成 熟 度 对 浓 香 型 烤 烟 烤 后 烟 叶 品 质 的 影 响 J . 河 南 农 业 科 学 , 2 0 1 2 , 4 1 ( 2 ) : 5 9 - 6 3 .