浅谈智能灌溉施肥系统设计及应用.pdf

113 科技纵横 农业开发与装备 2020年第11期 浅谈智能灌溉施肥系统设计及应用 孙 鸿 王 婧 安帅霖 韩子鑫 吉林省农业机械研究院 吉林长春 130022 摘要 水肥即肥料按照农作物在不同气候条件及生长阶 段等因素对养分的需求进行定量调配的肥水混合液 控 制水肥进入田间的过程即为灌溉施肥决策系统 传统灌 溉施肥采用一体化结构系统 不能模块化拆装水箱及输 水管路 给灌溉施肥决策系统的拆装及调试带来诸多不 便 同时传统灌溉施肥决策系统不能实时对气象环境与 土壤情况进行监测 需要人工操作 无法实现对灌溉施 肥的实时控制 关键词 智能 灌溉施肥 系统 1 技术背景分析 我国是农业种植大国 但水资源存量严重匮乏 其 总量仅占世界的6 每年我国有超过300亿m 的水资源 用于农业灌溉 其中35 为无效灌溉 在农业生产中 化肥在农作生长阶段为作物提供必 要的生长元素 能够极大限度的提高农产品的质量和产 量 但同时也存在化肥使用量高利用率低的问题 使用 化肥过量会造成能源和资源的双重浪费 过度施用化肥 易造成土壤盐渍化 有害重金属沉积 土壤微生物生态 循环破坏等问题 从而导致土地固结土壤肥力下降 作 物中重金属含量超标危害人体健康 作物抗病虫害能力 下降致使农作物减产 未被作物吸收的化肥渗到地下或 随雨水流失会对地下水及河流造成污染 导致地下水亚 硝酸盐含量超标危害人体健康 河流水体富养导致藻类 泛滥破坏生态环境 综上所述 节水的核心是提高灌溉用水的利用率 化肥的投入的核心是作物对肥料的吸收率 固水肥已成 为农业可持续发展的关键要素 而对农作物施以精准灌 溉则是其关键要素的核心 基于我国国情 智能灌溉施 肥机水肥决策系统是提升我国农业用水用肥综合利用率 的发展趋势 智能灌溉施肥机水肥决策系统是将计算机 技术 通讯和网络技术 5G 自动化技术等高新技 术与地理学 农学 生态学 植物生理学 土壤学等基 础学科有机地结合起来 实现在农业生产过程中对农作 物 土壤的实时监测 以实现对农作物生长 发育状 况 病虫害 水肥状况以及相应的环境进行定期信息获 取 达到合理利用农业资源 降低水资源浪费 改善化 肥利用率 提高农作物质量和产量的目的 2 系统设计 水肥即肥料按照农作物在不同气候条件及生长阶段 等因素对养分的需求进行定量调配的肥水混合液 控制 水肥进入田间的过程即为灌溉施肥决策系统 传统灌溉 施肥采用一体化结构系统 不能模块化拆装水箱及输水 管路 给灌溉施肥决策系统的拆装及调试带来诸多不便 同时传统灌溉施肥决策系统不能实时对气象环境与土壤情 况进行监测 需要人工操作 无法实现对灌溉施肥的实时 控制 介于传统灌溉施肥决策系统存在诸多不足 本文在 此基础开发了智能灌溉施肥机水肥决策系统 实现节约水 资源 提高肥料利用率 利用计算机技术 通讯和网络技 术 5G 自动化等技术实时监测气象环境 土壤情况 作物长势等数据对灌溉施肥作出精准的决策与控制 农户 可以通过计算机 手机等多种方式对以上数据进行查阅并 根据实际情况进行自定义控制 智能灌溉施肥系统主要由三部分组成 信息监测系 统 灌溉施肥系统 智能决策系统 信息监测系统通过 安装土壤水分传感器 流量计 水位计 温度传感器和 气象监测模块 实现对园区内数据信息的实时采集与监 测 灌溉施肥系统实现对水泵 闸门 电磁阀等启动 闭合的控制 进而实现灌溉水肥的启停控制 智能决策 系统实现对田间信息 工况状态信息的实时监测与分 析 并结合未来降雨量 农作物耗水规律 土壤水肥特 征等数据进行综合评价 做出科学的灌溉决策 智能灌 溉施肥系统总体框架如图1所示 图1 智能灌溉施肥系统总体框架 3 系统测试及应用 2020年春季 在吉林省农业机械研究院设施农业工 程实验室对智能灌溉施肥系统进行安装测试及应用 通 过处理1仅用清水滴灌与处理2肥水混合液滴灌进行对比 试验 图2所示为幼苗移栽后15天生菜长势 图3所示为 幼苗移栽后35天生菜长势 观察图2 3可明显发现处理 114 科技纵横 农业开发与装备 2020年第11期 2组生菜长势明显好于处理1组 图2 幼苗移栽后15天生菜长势 图3 幼苗移栽后35天生菜长势 通过对两个时期处理1 处理2生菜的平均叶绿素含 量 植株平均鲜重 植株平均茎粗 植株平均叶面积进行 测量 分别得出柱状图4 图5 图6 图7 通过对比不难 发现智能灌溉施肥系统能够有效提高作物的质量和产量 图4 平均叶绿素含量 SPAD 图5 植株平均鲜重 g 图6 植株平均茎粗 mm 图7 植株平均叶面积 cm 2 采用智能灌溉施肥系统 实现了灌溉施肥的全程自动 化 智能化 使精准肥水管理成为现实 采用智能灌溉 施肥系统的滴灌对比传统灌溉方式可节水约70 以上 智 能灌溉施肥系统通过信息监测系统 智能决策系统可以 精确控制灌溉施肥系统的水肥混合液浓度 以达到作物 在不同生长阶段 不同温湿环境下对水肥的需求 4 结论与展望 设计的智能灌溉施肥系统将传统的灌溉技术与智能 控制技术 信息技术相结合 包括信息监测系统 灌溉 施肥系统 智能决策系统 实现了对智能灌溉施肥系统 的现场及远程查看 操作 控制和维护 系统实现对田 间数据的动态直观显示及智能决策 提高了水肥控制的 精准度 同时可进行数个灌溉系统的集中操作和管理 节省人工 由测试的表现上看 系统可以节省大量的人 力 物力 肥料及水资源等 通过精准灌溉 科学规范 化施肥 提高了水肥利用率 降低了化肥施用量 有利 于提高作物质量及产量 提升了农业生产效益 参考文献 1 杨万龙 张贤瑞 刘春来 等 温室滴灌施肥智能化控制系统 研制 J 节水灌溉 2004 5 27 30 2 齐述华 李子忠 龚元石 应用农田水量平衡原理计算三种 蔬菜的需水量和作物系数 J 中国农业大学学报 2 0 0 2 1 71 76 3 段新颍 刘影 做好农药化肥减量助推农业持续发展 J 基 层农技推广 2018 6 12 64 66 4 兰俊 推进化肥农药减量的实践探索 J 农民致富之友 2018 19 169 5 夏 元 东 浅 析 土 壤 污 染 的 防 范 与 治 理 J 南 方 农 业 2018 12 20 187 188 6 陈小彬 水肥一体化技术在设施农业中的应用调查 D 福建 农林大学 2014 7 王 永 涛 吴 艳 英 李 家 春 等 基 于GPRSDTU的 农 业 灌 溉 施肥智能化控制系统的应用研究 J 中国农村水利水电 2013 12 93 97 8 周兴平 新疆灌区节水灌溉常见渠道防渗技术 J 吉林农 业 2016 5 89 9 丁涛 混凝土衬砌渠道防冻胀技术在节水改造中的应用 J 水利科技与经济 2015 21 3 111 114