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节水农业及滴灌水肥一体化技术

简易水肥一体化设备

此类设备主要针对小规模设施园艺生产使用,这类设备通常成本较低、占用空间小、结构简单、经久耐用。目前我国绝大多数设施园艺生产还是以单栋日光温室或单栋塑料大棚种植为主,这类温室主要经营主体为个体农户。设备通常采用单一混肥原件将母液与水在管道直接混合,使肥料混入灌溉管道,达到水肥同时施用的效果。主要有以下几种方法:

压差施肥罐

这种设备的优点在于设备成本低,操作简单,维护方便,适合使用液体肥料和水溶性固体肥料,施肥时不需要外加动力,设备体积小,占地少。缺点为总量定量施肥,施肥过程中肥料液浓度不均一,易受水压变化的影响,存在一定的水头损失,移动性差,无法实现自动化作业。

文丘里管

这种设备的优点在于设备成本低,维护费用低,施肥过程可维持均匀一致的肥液浓度,施肥过程无需外部动力,设备重量轻,便与移动和自动化控制。缺点为水头压力损失较大,为补偿水头损失,系统中要求有较高且稳定的压力。施肥过程中的压力波动变化会对吸肥量产生很大影响,为使系统获得稳定压力,通常还需要配备增压泵。

注肥泵法

注肥泵法优点为实现了电动,方便操作,运行可靠性高,缺点为需要借助电力驱动隔膜泵抽吸母液注入灌溉管道,但肥料注入量受到管道压力影响。定比施肥器定比施肥器的原理,这种设备的优点在于其吸肥比例可调,施肥过程可维持均匀一致的肥液浓度,施肥过程无需外部动力,设备重量轻,便与移动和自动化控制。缺点为水头压力损失较大,由于装置结构限制,单个原件的流量有限,内部的活塞长期使用后会老化,需要定期更换。

以上各类方法通常只考虑灌溉施肥总量,即一次灌溉,随水施肥一定量,无法保证时间和空间的施肥均匀性,由于无法实时监测灌溉水肥料的混合比例,存在一定的盲目性,也导致了水肥一定程度的浪费。轻简式自动定比施肥设备可以通过加装自动化控制系统实现水肥一体化的自动控制。

自动化精准施肥设备

自动化精准施肥设备是结合控制算法的水肥一体化设备,主要针对大规模连栋温室或集群单栋温室生产,这类设备采用EC/pH法、离子选择性电及法或介电特性法,通过传感器实时监测灌斑水中肥料浓度,形成闭环控制,结合PID、模糊算法实时控制单位时间混入灌溉水中的肥料量,以精确调整肥水中的肥料浓度,实现灌概在时间上的均匀性和可控性。自动化精准施肥设备从原理上可大体分为2种,精准施肥设备原理。

业师面注入馈面菌混型B.温戒痛留存盖合到图52种精准施船设备原理

旁通注入管道直混型

在旁通回流的管道上安装增压水泵,或在主管路上设置大流量水泵,为旁通管路的吸肥通道提供持续稳定吸肥压力,使旁通管路中溶液回流主管路上游,或水泵水源端。在旁通路中设置EC/pH在线传感器,实时感应旁通路溶液的EC/pH,来自动判断肥料浓度,并对比目标值的差异由自动算法决策吸肥量,控制吸肥管路的通断。旁通路通过使用文丘里管实现肥料的吸入,配合电磁阀控制吸入肥料母液的多少,将吸入的肥料母液直接混合注入主管路,在主管路中混合均匀后实现水肥一体化灌溉。其中吸肥通道可以按照需求设置多个,对应实现N、P、K肥料的不同配比。另外日本常见的水肥一体化施肥机,也采用计量泵的方式.直接测量主管路流量来对应调整计量泵流量,实现精准配肥。

旁通注入管道直混型设备可以实现大流量的在线精准配肥,配合轮灌控制实现自动水肥一体化,由于设备自身配置水泵,能够保证足够的灌溉压力,但管道混合的精准性还有提升空间。

混液桶缓存混合型

加设混液桶,动态混合水源和回流吸肥溶液,在桶内充分混合后由主泵供给压力进行灌溉,同时出口设置吸肥支路,支路中溶液回流混液桶。

在支路中设置EC/pH在线传感器,实时感应输出溶液的EC/pH,来自动判断肥料浓度。并对比目标值的差异由自动算法决策吸肥量,控制吸肥管路的通断。同样的,吸肥管路通过使用文丘里管配合电磁阀控制吸入肥料母液量,在主管路中混合均匀后实现水肥一体化灌溉。也可以按照需求设置多个吸肥通道,自由调整实现N、P、K肥料的不同配比。

混液桶缓存混合型施肥机可以在线配置更加精确的水肥溶液,同样可以实现自动水肥一体化,由于灌溉压力完全由水泵提供,所以灌溉流量压力稳定持续,但占用空间较大,成本稍高。

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