淺析智能農業中的水肥一體化系統
一、系統概述水肥一體化技術是將灌溉與施肥融為一體的農業新技術。水肥一體化是借助壓力系統（或地形自然落差），將可溶性固體或液體肥料，按土壤養分含量和作物種類的需肥規律和特點，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統供水、供肥，使水肥相融后，通過管道和滴頭形成滴灌、均勻、定時、定量，浸潤作物根系發育生長區域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時根據不同的作物的需肥特點，土壤環境和養分含量狀況；蔬菜不同生長期需水，需肥規律情況進行不同生育期的需求設計，把水分、養分定時定量，按比例直接提供給作物。水肥一體化中的重要部分，是土壤墑情監測系統，水肥一體化控制是以土壤墑情測試數據作為基礎，根據土壤墑情監測規范要求設計，不僅可實時監測墑情的最主要參數——土壤水分，還可根據用戶需求增加探頭，監測土壤溫度和土壤電導率，土壤PH值等以及空氣溫度濕度，光照強度，風速風向，二氧化碳，雨量等信息。二、系統組成結構系統由上位機軟件系統、區域控制柜、分路控制器、變送器、數據采集終端組成。通過與供水系統有機結合，實現智能化控制。可實現智能化監測、控制灌溉中的供水時間、施肥濃度以及供水量。變送器（土壤水分變送器、流量變送器等）將實時監測的灌溉狀況，當灌區土壤濕度達到預先設定的下限值時，電磁閥可以自動開啟，當監測的土壤含水量及液位達到預設的灌水定額后，可以自動關閉電磁閥系統?？筛鶕r間段調度整個灌區電磁閥的輪流工作，并手動控制灌溉和采集墑情。整個系統可協調工作實施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實現節水、節電，減少勞動強度，降低人力投入成本。用戶通過操作觸摸屏進行管控，控制器會按照用戶設定的配方、灌溉過程參數自動控制灌溉量、吸肥量、肥液濃度、酸堿度等水肥過程中的重要參數，實現對灌溉、施肥的定時、定量控制，節水節肥、省力省時、提高產量，專用于連棟溫室、日光溫室、溫室大棚和大田種植灌溉作業。三、系統功能：（1）用水量控制管理實現兩級用水計量，通過出口流量監測作為本區域內用水總量計量，通過每個支管壓力傳感采集數據實時計算各支管的輪灌水量，與閥門自動控制功能結合，實現每一個閥門控制單元的用水量統計。同時水泵引入流量控制，當超過用水總量將通過遠程控制，限制區域用水。（2）運行狀態實時監控通過水位和視頻監控能夠實時監測滴灌系統水源狀況，及時發布缺水預警；通過水泵電流和電壓監測、出水口壓力和流量監測、管網分干管流量和壓力監測，能夠及時發現滴灌系統爆管、漏水、低壓運行等不合理灌溉事件，及時通知系統維護人員，保障滴灌系統高效運行。（3）閥門自動控制功能通過對農田土壤墑情信息、小氣候信息和作物長勢信息的實時監測，采用無線或有線技術，實現閥門的遙控啟閉和定時輪灌啟閉。根據采集到的信息，結合當地作物的需水和灌溉輪灌情況制定自動開啟水泵、閥門，實現無人職守自動灌溉，分片控制，預防人為誤操作。（4）運維管理功能包括系統維護、狀態監測和系統運行的現場管理；實現區域用水量計量管理、旱情和灌溉預報專家決策、信息發布等功能的遠程決策管理；以及對用水、耗電、灌水量、維護、材料消耗等進行統計和成本核算，對灌溉設施設備生成定期維護計劃，記錄維護情況，實現灌溉工程的精細化維護運行管理。節水灌溉自動化控制系統能夠充分發揮現有的節水設備作用，優化調度，提高效益，通過自動控制技術的應用，更加節水節能，降低灌溉成本，提高灌溉質量，將使灌溉更加科學、方便，提高管理水平。（5）移動終端APP方便管理人員通過手機等移動終端設備隨時隨地查看系統信息，遠程操作相關設備。水肥一體化智能灌溉系統整體上講，具有以下特點：(1)節水節肥——高效水肥灌溉和精準調控；(2)省時省力——可迅速大面積灌溉和施肥；(3)智能控制——根據土壤水分等相關參數自動反饋控制灌溉；(4)提高產量——投運該系統可增產30~50%。
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微噴灌技術在蔬菜栽培上的應用
微噴灌技術在西瓜、網紋甜瓜栽培上應用十分廣泛。微噴灌技術，具有省工、省水、省肥，提高產量等優點，尤其是在大塊的坡地，早地或較荒漠的沙質地，灘涂季節性地塊上，應用效果十分明顯。微噴灌技術在高山、遠郊等季節性蔬菜基地的應用前景十分廣闊，由于廣大菜農對該技術應用方法還不了解，并誤以為一次性投資大，在此將微噴灌技術在蔬菜栽培上的應用作一個較詳細的介紹。1.應用微噴灌栽培的條件 ①選擇地塊大且平整（田埂及坑洼不平之處要盡量少），一般1.33～6.67公頃。地塊過小、地形太復雜會增加投資成本，地塊愈大愈節省材料。 ②水源應距地塊500m內，如果是在海拔800～1600m的高山基地可應用二級送水法解決。 ③此技術栽培面積大，產品的采收量也大，應在交通便利的地塊，利于產品的機械運送。 ④在小青菜、莧菜、菜心等葉菜類蔬菜上應用效果不太好。2. 應用微噴灌的設備 微噴灌栽培要求高壓送水，在高山地區可應用水的落差。一般是用動力機抽送水到主水管、分水管，再由噴水帶中噴出，所以應具備電動機或柴油動力機、水泵、主水管、接頭、四通、球閥和噴水帶等設備。3. 具體操作 現以6.7公頃的基地為例。 ①選擇11kW（195型）柴油動力機或13～15kW/h的電動機。水泵的配制根據地塊距水源的遠近和高低決定，一般選流量在60～100立方米的水泵，水泵和動力機固定在水源邊。在水泵裝前進行簡單的改造，在水泵進出口水管靠內側處各焊接一個直徑20m、長10～20cm的分管（6寸管），中間接質量好的球閥，分管上再接軟管，進水管的軟管頂端接一花籃，用80目網紗布包好，進水口處備抽送用肥料，出水口處備送肥料的配水和發動機啟動前送引水。 ②基地最好用機械耕翻平整，在耙地前下基肥，起壟溝，整平畦面，畦壟不能彎曲，落差不宜過大，畦與畦之間落差大不要緊。如一畦之間實在有落差，分水管應裝在高處。每畦最適宜長度38～40m，地勢平坦，離水源近也可長50m；裝分管的畦溝應留60cm寬，畦溝也不宜過深，每一畦溝向兩邊鋪設噴水帶，80～100m處留一寬溝。 ③如基地是長期性，主管用硬塑管，如屬季節性則用軟管，主管直徑110mm（又稱四寸管）。主管連接水泵的出水口，固定好一個生長季節或長期不動，主水管之間用接頭連接，接頭處要用抱箍箍緊，主管鋪在地塊的一邊。通到田地中間須裝分水管的地方，用直徑110mm變直徑75mm的三通連接，分管連接前最好裝一個直徑75mm的球閥，分管連接的長度則根據所要栽培的作物決定，如辣椒是連溝1.3m的畦，就每1.3m處連接一個直徑75mm變直徑40mm且連帶閥門的四通，四通裝在畦的中間部位，連接四通的軟管也要用抱箍箍緊，用直徑40mm噴水帶連接在四通的直徑40mm出水口上，噴水帶的噴眼向上，中間不折疊和扭曲，噴水帶鋪到畦端應多留10～20cm并將頂端處折兩折，用剪下的噴水帶約2cm套上。噴水帶上最好再鋪上地膜，上半年天氣寒冷宜用白色膜，下半年用黑色膜。送水主管不宜過小，如果地塊面積小、水源近，主、分水管也可用直徑75mm的。地塊大而用小主管，會增加送水阻力，延長灌溉時間和能源消耗，反而增大投資。 ④開機噴水時應先打開15～20對閘閥，具體數量多少，根據水壓決定，每噴20～30min換1次，在關閘閥前先打開另一片地的閘閥，以免壓力大而炸管，沙質嚴重的地塊應縮減噴水時間，一般10～15min，最好每天或隔天噴水1次。如需施肥，尤其是復合肥或磷肥，應在頭天浸溶過濾，按比例裝在一個較大的容器內，配上一定的水，把水泵進水口的軟管放入，打開閘閥即可隨水送肥。計算一片地用多少肥料，另一片地再配。裝水泵時應把進水泵的水源用紗網隔離苔蘚，水泵花籃處也應用紗布包好，下面再放一竹筐隔離砂子，以免堵塞噴水管。時間長了，有噴水帶的出水眼堵塞，在噴水時打開噴水帶的前端沖洗砂子，或一邊噴水，一邊用木棍輕敲噴帶。收噴水帶時應先取下連接在四通的一端，在一端邊卷邊扯，卷成餅狀用膠帶粘貼，以備下次再用時不打折和省時。4.省工、省時、省肥，且投資不太大 除動力機和水泵外，每667平方米地主管（軟）、接頭、四通、地膜、噴水帶等投資約300元，其中地膜80～90元/667平方米，海南金陽、浙江常青產直徑40cm的條帶0.23元/m，約120元/667平方米，其他如主管、四通等約90元/667平方米，除地膜外其他設備可用3～5年。由于覆蓋了地膜，畦溝、畦面和植株葉面沒有水漬，病害減輕了許多，溝畦間雜草也很少，如配合機動噴霧器灑施農藥，6.7公頃蔬菜基地日常管理只需4～6人，勞動強度較小。而常規管理，一個人最多只能管理0.3公頃，既辛苦也不精細。僅此一項節省勞力開支就可抵消設備和燃料的費用。微噴灌加地膜的技術比漫灌省水60%～70%，且許多常規栽培不可用之地變為可用地。由于肥料是隨水進田地，地表有地膜覆蓋，水量可隨時控制，肥料的揮發和下滲的量因此減少很多，且施肥均勻，快速，作物生長也均勻快速。采用微噴灌技術，水滴沖刷地面較輕，土壤也較疏松，種完茄子辣椒等作物還可免耕翻，免拆地膜噴帶，可繼續栽種一茬豇豆等品種。 綜上所述，微噴灌技術在蔬菜栽培上的應用極大地提高了生產率，且省水、省工、省肥，值得大力推廣。
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噴灌系統設備構成
由水源工程、首部裝置、輸配水管道系統和噴頭等部分構成。1．水源工程包括河流、湖泊、水庫和井泉等都可以作為噴灌的水源，但都必須修建相應的水源工程，如泵站及附屬設施、水量調節池等。2．水泵及配套動力機噴灌需要使用有壓力的水才能進行噴灑。通常是用水泵將水提吸、增壓、輸送到各級管道及各個噴頭中，并通過噴頭噴灑出來。噴灌可使用各種農用泵，如離心泵、潛水泵、深井泵等。在有電力供應的地方常用電動機作為水泵的動力機。在用電困難的地方可用柴油機、拖拉機或手扶拖拉機等作為水泵的動力機，動力機功率大小根據水泵的配套要求而定。3．管道系統及配件管道系統一般包括干管、支管兩級，豎管三級，其作用是將壓力水輸送并分配到田間噴頭中去。干管和支管起輸、配水作用，豎管安裝在支管上，末端接噴頭。管道系統中裝有各種連接和控制的附屬配件，包括閘閥、三通、彎頭和其他接頭等，有時在干管或支管的上端還裝有施肥裝置。4．噴頭噴頭將管道系統輸送來的水通過噴嘴噴射到空中，形成下雨的效果撤落在地面，灌溉作物。噴頭裝在豎管上或直接安裝于支管上，是噴灌系統中的關鍵設備。5．田間工程移動式噴灌機在田間作業，需要在田間修建水渠和調節池及相應的建筑物，將灌溉水從水源引到田間，以滿足噴灌的要求。
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大棚西瓜使用滴灌水肥一體化設施的技術要點
一、西瓜種植特點春大棚育苗一般在1月下旬~2月上旬，3月中下旬定植；秋大棚育苗在5月下旬~7月上旬，一個月以后定植。密度680~700株/畝，行距105~110厘米，株距70~80厘米。做畦：壟高18~20厘米，壟寬40厘米，同時鋪設滴灌管后蓋地膜封好。施底肥：有機肥3500~8000公斤/畝，復合肥(15:15:15)20公斤/畝，硫酸鉀15公斤/畝，并充分混勻覆土。二、微灌施肥設施微灌系統一般為滴灌，每行西瓜鋪設一條滴灌管，滴頭間距最好選擇30cm的這樣能夠充分的滿足西瓜對水分和養分的需求，安裝使用參照有關規范。施肥裝置一般為壓差式施肥罐或文丘里施肥器，如果棚內的灌水過流量大于3.5方/小時，就盡量選用文丘里施肥器；也可以使用注肥泵(或者電動噴霧器)。用離心泵灌溉的可以采用泵前吸肥法。三、常用肥料選擇1、肥料要求：常溫下能夠具有以下特點：全水溶性、全營養性、各元素之間不會發生拮抗反應、與其他肥料混合不產生沉淀；不會引起灌溉水pH的劇烈變化;對灌溉系統的腐蝕性較小。2、常用肥料：水溶性好的固體肥或高濃度的液體肥，水溶性肥料。根據不同作物、不同生長期推薦選用配方肥。四、微灌施肥方案1、微灌方案：定植后及時澆一次透水，一般滴灌應在20-25方/畝，也可采用溝灌方式。保護地西瓜一般苗期每7~10天滴灌一次，每次5~8方/畝，伸蔓期每7~10天滴灌一次，每次8~10方/畝，膨大期每6~8天滴灌一次，每次8~10方/畝。露地西瓜一般苗期每5~7天滴灌一次，每次8~10方/畝，伸蔓期每5~7天滴灌一次，每次13~16方/畝，膨大期每5~8天滴灌一次，每次10~12方/畝。2、加肥方案：一般原則是每次滴灌每次加肥。保護地西瓜一般苗期每次加肥3~5公斤/畝，肥料配比(N:P2O5:K2O)為20:20:20;伸蔓期每次5~8公斤/畝，肥料配比為20:20:20；膨大期每次5-8公斤/畝，肥料配比為16:8:34。露地西瓜一般苗期每次加肥3~5公斤/畝，肥料配比為20:20:20；伸蔓期每次3~5公斤/畝，肥料配比為20:20:20；膨大期每次3~5公斤/畝，肥料配比為16:8:34。五、微灌施肥操作1、灌溉操作灌溉時應關閉施肥罐(器)上的閥門，把滴灌系統支管的控制閥完全打開。灌溉結束時先切斷動力，然后立即關閉控制閥。滴灌濕潤深度一般為30厘米。滴灌的原則是少量多次，不要以延長滴灌的時間達到多灌水的目的。2、施肥操作(1)肥料準備按照加肥方案要求，先將肥料溶解于水，也可在施肥前一天將肥料溶于水中。施肥時用紗(網)過濾后將肥液倒入壓差式施肥罐，或倒入敞開的容器中用鑫迪龍文丘里施肥器吸入。(2)施肥操作壓差式施肥法：施肥罐與主管上的調壓閥并聯，施肥罐的進水管要達罐底。施肥前先灌水20~30分鐘，施肥時，擰緊罐蓋，打開罐的進水閥，罐注滿水后再打開罐的出水閥，調節壓差以保持施肥速度正常。加肥時間一般控制在40~60分鐘，防止施肥不均或不足。文丘里施肥法：文丘里施肥器與主管上的閥門并聯，將事先溶解好的肥液倒入一敞開的容器中，將文丘里器的吸頭放入肥液中，吸頭應有過濾網，吸頭不要放在容器的底部。打開吸管上閥門并調節主管上的閥門，使吸管能夠均勻穩定的吸取肥液。
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北京雙創周 | 科技引領農業發展，水潤佳禾展示現代設施農業栽種系統的風采！
在2017年全國大眾創業萬眾創新活動周開幕之際，重要領導批示指出：全國大眾創業萬眾創新活動周是創新創業者碰撞思想、交流成果、展示風采的重要平臺。2017年全國雙創活動周于9月15日至21日在上海主會場、北京會場、全國各地分會場同步開展，北京會場雙創成果展在中關村國家自主創新示范區展示中心舉辦，水潤佳禾受邀參加2017全國雙創周。本次展覽圍繞“雙創促升級，壯大新動能”主題，展示內容分為綜述、壯大新動能、雙創促升級、雙創新動態、雙創協助協同、雙創惠民生六大板塊，參展單位260余家，參展項目300余項，涉及人工智能、生物技術、新材料、節能環保、智能機器人、互聯網+等產業領域。此次主題展充分展示了全國科技創新中心建設的新成果，全面聚焦前沿技術與硬科技創新創業，突出服務“一帶一路”、京津冀、軍民融合等國家重大戰略，助力轉型升級重大需求，使雙創向縱深發展，加快全國科技創新中心建設，突出北京“融合、協同、共享、服務”的特色。水潤佳禾的現代農業栽種系統，通過精準水肥一體化系統應用展示，水培蔬菜和椰糠栽培基質兩種無土栽培模式的展示，以及新農寶盒智慧農業云平臺系統的農業物聯網技術導入演示，實現智慧灌溉、智慧施肥、智慧溫室（光照、溫濕度、二氧化碳濃度等氣候調控，遮陽網、卷簾機、風機等設施的操控）、智慧種植（農業大數據采集處理、實時監控，指導科學種植）、智慧溯源等一系列智慧農業新模式。▼水潤佳禾工作人員為各界嘉賓朋友介紹水潤佳禾現代設施農業栽種系統。數據顯示，目前，中關村擁有90余所高等院校，400余所科研院所，“千人計劃”、“海聚工程”與“高聚工程”人才2000多人，知名創投機構670余家，天使投資人20000多名，各類新型創業孵化機構152家，優質專業服務機構1000余家，社會組織超過500家。通過持續優化創業創新環境，不斷催生新技術、新模式、新業態，為北京構建高精尖經濟結構提供了有力支撐。在“雙創助協同”展區，除軍民融合多項展示成果外，還有很多來自天津濱海、河北保定等中關村京外園區的企業，紛紛帶著最新成果前來參展。截至2017年6月，中關村企業累計在津冀兩地設立分支機構6003家，其中設立子公司3019家（天津1536家，河北1483家）,設立分公司2984家（天津954家，河北2030家)?！半p創惠民生”展區重點展示在提升城市功能、改善生態環境、提高醫療水平、均衡教育資源、助力體育發展等方面的新型創新成果，體現雙創服務社會事業和民生保障，惠及百姓民生，為社會發展貢獻力量。
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