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节水灌溉设备及自动控制系统在果树水肥一体化中的集成应用

温室网  来源:阙宁磊 顾小小(上海市农业机械研究所 201106) 阅读数:944

  摘要:水肥一体化技术促进了农业现代化,节水节肥。本文结合太阳能供电自动灌溉控制系统与上海市浦东大团镇露地栽培桃树水肥一体化系统中的地喷及上喷系统、金山廊下镇设施葡萄地埋滴灌系统所应用的不同节水灌溉设备,探讨节水灌溉设备与太阳能供电的物联网控制系统在果树水肥一体化中的集成应用。

  关键词:节水灌溉 太阳能供电自动控制 果树水肥一体化

  0引言

  水肥一体化是将灌溉与施肥融为一体的技术,具有肥效快、肥料利用率高、节肥省力等优点,可有效减少水传播病害的几率,是未来高效、安全农业的必然选择。

  水肥一体化是个技术链,必须以适宜果树栽培实际的节水灌溉设备作为保障,以适用于高效水肥一体化技术的自动控制设备作为依托才能满足生产需求和水肥一体化的技术要求。本论文旨在通过介绍节水灌溉设备以及自动控制系统在本市设施葡萄、露地桃树等水肥一体化中的集成和应用,提供一种各项技术相互协调、省工省肥、具有示范推广作用的果树水肥一体化栽培模式,为果树生产的可持续发展提供思路。

  1系统配置

  1.1概况

  本文分别结合上海市浦东大团镇的露地栽培桃树,以及金山廊下镇设施葡萄的水肥一体化应用实际,介绍灌溉设备及其自动控制情况。

  其中浦东桃树基地露地栽培总面积达55亩,桃树树龄较大,其行距一般为4米,株距一般为3米,2015年4月起安装地喷系统,2015年11月起安装上喷系统;金山葡萄基地设施栽培总面积达80亩,葡萄设施栽培的株距、行距因设施情况不同各有差异,2015年3月起安装地埋滴灌系统。

  1.2灌溉系统配置

  1.2.1浦东桃树基地

  桃树基地安装首部一套,配有两台水泵 、比例施肥器、叠片过滤器、砂石过滤器、各种阀、变频恒压控制柜等。水泵功率11kw,流量40m3/h,扬程50m,备用水泵功率5.5kw,流量30m3/h。比例施肥器串联安装,将母液按设定比例吸入施肥器,送到下游管路。叠片过滤器过滤较小杂质,反冲洗砂石过滤器过滤较大杂物,截获污物能力强。变频恒压控制柜利用远程压力表输送压力信号至变频器,来控制水泵运行,保持设定供水压力。

  采用地面微喷及顶部喷淋两套灌溉模式相结合的方式,种植区域设11个地喷轮灌组与上喷轮灌组,各轮灌组有独立电磁阀和手动阀控制。每棵树树干处均匀布置4个地面微喷头,每棵桃树顶上设置1个上挂式微喷灌水器。地喷头选取流量0~50L/h,射程0.6m,工作压力0.1~0.25MPa的果树灌水器,喷头的灌水量及射程可调;上喷头选取流量40L/h,射程3m,工作压力0.2~0.3MPa的旋转微喷头。地喷灌溉系统示意图见图1,独有设计、实施的上喷系统示意图见图2。

  

  图1.桃树地喷灌溉系统示意图

  

  图2 桃树上喷灌溉系统示意图

  1.2.2金山葡萄基地

  葡萄基地安装首部二套,各首部配两台水泵 、自动定时反冲网式过滤器、变频恒压控制柜等。水泵功率4kw,流量35m3/h,扬程21m。葡萄基地全自动变频恒压灌溉系统首部示意图见图3。

  采用地埋滴灌管方式灌溉,共设 6个轮灌组,每组有独立电磁阀和手动阀进行控制,各组设有独立环形两端恒压缓释注肥器,并在泵房首部设有大型两端恒压缓释注肥器。每行葡萄设置一条反滤防堵地埋滴灌管,入土埋深约200mm。滴灌管内设有内镶管柱式反滤滴头,能有效防堵。

  

  图3 葡萄基地自动变频恒压灌溉系统首部示意图

  1.3控制系统配置

  两个基地均采用群控无线太阳能土壤湿度控制自动灌溉系统;系统由控制主机,室外子域控制器组成。主机与子域控制器之间通过无线通讯模块通讯。每个灌溉区可设置三种工作模式:①土壤湿度自动控制灌溉;②用土壤湿度控制+限制灌溉时间;③定时灌溉。所有设置信息都由用户在主机设置完成后发送到子域控制器。主控制器连接电脑后,由电脑软件控制主机,可保存湿度、灌溉、报错等历史信息,还可实现对泵的自动控制。通过浏览器登陆,随时随地查看、设置、控制系统。主机具有3G通讯功能,用户可通过手机查询各个灌溉区域当前工作状态或控制各个灌溉区域阀门启闭。主机放置在室内。系统配备各轮灌分区单独的土壤温湿度传感器、管道压力传感器或流量传感器,传感器设置在典型位置,实时采集、传输数据。

  各轮灌组设有独立的子域控制器,其与主控制器之间通讯距离为500m。子域控制器及大容量蓄电池安装于控制箱内,控制箱外配装大面积太阳能板,保证高效充电。子域控制器与脉冲式电磁阀相连接,控制其启闭。其中,葡萄基地因各轮灌组采用独立的施肥装置,因此室外控制箱内装有缓释施肥器,示意图见图4。

  

  图4.葡萄基地子域控制箱内部构造图

  2分析与讨论

  2.1优势

  节水灌溉设备将带有肥料的灌溉水高效、均匀、缓慢、稳定、及时、可控、准确地输送到了果树根部土壤;采用基于物联网的管理、实时监控技术,可实现无人值守和可追溯。节水灌溉设备和自动控制系统在果树水肥一体化技术上的集成应用,具有显著的提质、省水、省肥、省工等效果,有一定的经济、生态和社会效益。

  1、提高水肥利用率。直接向果树根部供水,大幅度减少水分蒸发,提高水分利用率;将溶解后的肥料近乎等量地输送到果树根系附近土壤区域,保证了根系对营养成分的迅速吸收,实现了肥料的高效利用。[1]

  2、节省人工。减轻灌溉、施肥劳动强度,降低劳动力成本,利于果园标准化生产。[2]

  3、提高土壤利用率,改善土壤环境。有效保持土壤湿度,利于土壤微生物群落的多样性、土壤有机质的分解、植物营养的矿化及养分循环[3];此外,可减少肥料用量,减少土壤次生盐渍化和对地下水的污染。[4]

  4、提高果实品质和产量。解决土壤水气矛盾,进而影响树体根系分布,利于果树生