水肥一体化设备价格分析

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中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势

中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势

第39卷 第2期Vol.39 No.2李红中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势李红 ,汤攀,陈超,张志洋,夏华猛(江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心,江苏镇江212013)收稿日期:2020-02-20;修回日期:2020-04-20;网络出版时间:2021-01-22网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1814.TH.20210121.1553.032.html基金项目:江苏省农业科技自主创新资金资助项目(CX(19)2040);江苏省高等学校自然科学研究面上项目(19KJB470014)第一作者简介:李红(1967—),女,江苏兴化人,研究员,博士生导师(通信作者,hli@ujs.edu.cn),主要从事节水灌溉技术及设备开发研究.第二作者简介:汤攀(1989—),男,湖南常德人,助理研究员,博士(tangpan19@163.com),主要从事节水灌溉技术及设备开发研究.摘要:为了促进中国水肥一体化施肥设备的研究开发及推广应用,总结分析了中国水肥一体化施肥设备科研、生产及实际应用中存在的问题,概述了施肥设备的发展现状,重点阐述分析了文丘里施肥器、压差施肥罐、比例施肥泵、柱塞泵及固体肥料溶解施肥装置等常用施肥设备的技术特点、研究进展和存在问题等.在此基础上,基于绿色农业发展理念和农业物联网的发展需要,指出施肥设备的发展亟需结合作物区域种植特点,综合施策,创新发展多种先进施肥装备及技术,建立节水节肥技术综合管理体系,重点研究管路中水肥流动规律、优化设计方法、产品研发与标准化、灌水施肥制度与智能水肥一体化系统,实现施肥设备的多功能、低能耗及精准化、水肥一体化系统的信息化与智能化,切实有效提高水肥利用率.关键词:施肥设备;水肥一体化;文丘里施肥器;压差施肥罐;比例施肥泵中图分类号:S275.9 文献标志码:A 文章编号:1674-8530(2021)02-0200-10Doi:10.3969/j.issn.1674-8530.20.0036 李红,汤攀,陈超,等.中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势[J].排灌机械工程学报,2021,39(2):200-209. LIHong,TANGPan,CHENChao,etal.ResearchstatusanddevelopmenttrendoffertilizationequipmentusedinfertigationinChi na[J].Journalofdrainageandirrigationmachineryengineering(JDIME),2021,39(2):200-209.(inChinese)ResearchstatusanddevelopmenttrendoffertilizationequipmentusedinfertigationinChinaLIHong,TANGPan,CHENChao,ZHANGZhiyang,XIAHuameng(NationalResearchCenterofPumps,JiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013,China)Abstract:InordertopromotethedevelopmentandpopularizationoffertilizationequipmentinChina,thecurrentdevelopmentstatusoffertilizationequipmentusedinfertigationweresummarized.Thetech nicalcharacteristics,researchprogressandexistingproblemsofVenturifertilizer,differentialpressuretank,proportionalfertilizationpump,plungerpumpandsolidfertilizerdissolvingfertilizationdeviceweremainlyexplainedandanalyzed.Basedontheconceptofgreenagriculturedevelopmentandthedevelopmentneedsoftheagriculturalinternetofthings,thefutureresearchprioritiesanddevelopmenttrendsoffertilizationequipmentwereproposed.Underthebackgroundofthecountry′svigorousdevelo pmentofsustainableecologicalagriculture,itisurgenttocombinethecharacteristicsofregionalplan tingofcrops,comprehensivelyimplementstrategies,innovateanddevelopavarietyofadvancedfertilizationequipmentandtechnologies,andestablishwaterandfertilizermanagementtechnologiessystemtoeffectivelyimprovewaterandfertilizerutilization.Theflowlawofwaterandfertilizersolutioninthepipe,optimizationdesignmethods,productdevelopmentandstandardization,irrigationandfertiliza tionschedule,andintelligentfertigationsystemshouldbeinvestigatedtoachievemultifunctional,lowenergyconsumptionandprecisionoffertilizationequipment.Keywords:fertilizationequipment;fertigation;Venturiinjector;differentialpressuretank;proportionalfertilizationpump 水是作物生存之源,是农业生产发展的必要条件,而肥料是作物增产高产的重要保障之一,在中国农业中占据重要地位.长期以来,肥料的不合理施用对自然生态环境造成了严重的破坏,如土壤肥力破坏、土壤污染、面源污染等,严重影响了农业的可持续发展[1-3].中国是肥料的生产大国,同时也是肥料消费大国.由于施肥技术和肥料生产等多方面的原因导致中国的肥料利用率长期处于较低水平,氮肥为15%~35%,磷肥为10%~20%,钾肥为35%~50%,均远低于美国与以色列等发达国家的肥料利用率[4-6].减少化肥使用量,合理施肥,提高化肥利用率已成为中国农业可持续发展和保障粮食安全的重要问题.近些年来,为了解决施肥过度和有效提高肥料利用率的问题,同时实现节水灌溉目标,水肥一体化技术得到了重视和发展.2017年中央“一号文件”明确指出要大规模实施农业节水工程,与此同时还要加大水肥一体化等先进农艺节水技术的推广力度.2019年发布的《〈国家节水行动方案〉分工方案》指出,要大力推进水肥一体化技术,每年发展水肥一体化面积133.3万hm2(2000万亩).由于中国地域广阔,种植的作物种类多、栽培方式多样、栽培季节差异大、田间配套设施条件不同、管理水平高低不同.因此,无论从国家政策要求,还是国内实际市场需求,研发适合中国国情的水肥一体化装备非常必要,这对于大力推进中国农业现代化发展具有重要意义.目前,精确灌溉与施肥是农业发展的主要方向,而水肥一体化系统实现精量施肥的关键在于施肥设备.因此,文中对中国水肥一体化施肥设备科研、生产及实际应用中存在的问题加以总结分析,提出需重点研究的问题,以期为水肥一体化施肥设备的发展提供参考.1 施肥设备国内外研究现状水肥一体化是将施肥技术与灌溉技术相结合的一项新技术,是精确施肥与精确灌溉相结合的产物,在灌溉技术中占有重要地位[7].水肥一体化技术利用灌溉系统,将肥料溶解在水中,同时进行灌溉与施肥,适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求.与传统的施肥方式相比,采用水肥一体化技术施肥具有众多优点,如大幅减少肥料使用量、减少养分流失及降低面源污染、灵活调控以满足不同区域或作物对肥料的需求、提高作物产量和品质以及降低生产成本.施肥设备根据其自身特征及灌溉施肥要求安装在首部或灌水器前端,是水肥一体化系统的关键设备,其性能的优劣直接影响着灌溉与施肥的质量.目前常用的水肥一体化施肥设备有文丘里施肥器、比例施肥泵、全自动注肥设备、压差施肥罐等[8-12].按照施肥控制方式可分为2类:一类为定量施肥,即只能控制施肥总量,施肥浓度则随着施肥时间递减;另一类为定比例施肥,即施肥过程中施肥浓度保持不变,该类型施肥设备既可控制施肥总量,又可根据作物需求控制施肥比例.随着农业自动化与智能化的发展,定比例施肥设备正在逐渐取代定量施肥设备.1.1 文丘里施肥器文丘里施肥器一般与灌溉进口处的阀门并联安装,水流通过文丘里管的时候,利用渐缩管处产生的压差将液态肥料从敞口的肥料罐吸入管网中,通过匹配不同口径的吸肥管可以调节注入肥料的浓度.其特点是造价低廉,使用方便,无须电力,但是其压力损失较大,多用于灌溉面积较小的区域.中国对文丘里施肥器的研究早期主要是对其水力性能参数等进行理论推导,例如,封俊等[13]、李百军等[14]结合伯努利方程以及连续性方程,推导了文丘里施肥器的临界流量、喉管压力、吸肥量等参数的计算公式.此后,范兴科等[15]针对液体在文丘里施肥器中能量转化关系进行了理论推导与试验研究.这些理论公式对于文丘里施肥器的结构设计具有一定的理论指导意义.此后,国内外学者开始转向文丘里施肥器结构参数的试验研究.孟一斌[16]、韩启彪等[17]和严海军等[18]对文丘里施肥器的吸肥性能进行了详细的试验研究.这些研究都为文丘里施肥器的实际应用提供了一定的指导,但无法指导文丘里施肥器的设计.王淼[19]、孙艳琦[20]、严海军201等[21]、孔令阳[22]使用模拟软件对文丘里施肥器的结构参数、能态转化以及水力性能等方面进行了系统研究.HUANG等[23]采用CFD方法分析了结构参数(喉部长度、喉部直径、吸肥口直径)对吸肥量的影响.刘永华等[24]在综合考虑施肥设备及管路系统的沿程损失与局部损失的基础上采用CFD方法对智能施肥机的文丘里结构参数进行了优化,并最终使智能施肥机的吸肥量提高了47.6%.MANZANO等[25]应用研究了文丘里施肥器结构参数对压差损失的影响规律.程千等[26]采用数值模拟的方法探讨了空化影响施肥器性能的原因.在文丘里施肥器的新产品研发方面,金永奎等[27]研制开发出了4种新型的文丘里施肥器,为了弥补文丘里施肥器的自动控制装置的不足,李加念等[28]基于脉宽调制技术研制开发出了一套变量的文丘里施肥设备.郑彩霞等[29]发明了一种改进型文丘里施肥器,其喉部设置有手拧螺丝,手拧螺丝的下端设置有金属螺纹槽,使得文丘里施肥器喉部过流面积可调,从而灵活调节吸肥量.穆永航等[30]设计了一种新型复合式文丘里施肥器,与单体文丘里施肥器相比较具有吸肥量大的特点.张建阔等[31]为降低文丘里施肥器的吸肥临界进口压力,设计了一种双吸肥口文丘里施肥器.此外,有学者指出文丘里施肥器的制造材料也会对其水力性能产生影响.王海涛等[32]选用了国内外6种不同材质的文丘里施肥器,对其压力能耗、吸肥效率以及振动与空化等综合性能开展了测试研究,并指出收缩率较小材质的施肥器制造偏差小且吸肥性能好.国内外学者对文丘里施肥器进行了大量研究,这些研究涵盖了文丘里施肥器的结构设计、内部流动以及工程应用等方面,从而基本掌握了文丘里施肥器的设计方法.但目前中国研发制造的文丘里施肥器的性能质量与国外尚有一定差距,例如存在倒吸现象、压力损失高以及使用寿命短等.这一方面需要从结构设计着手,另一方面也要从文丘里施肥器的材料以及制造工艺等方面加以研究改进,从而有效提高国产文丘里施肥器的综合性能.1.2 智能施肥机另一种采用文丘里结构的施肥器为目前市场上较为先进的智能施肥机,该类型智能施肥机可以通过EC/pH值及流量监控装置在可编程控制器控制下,通过机器上的一组文丘里施肥器准确地把肥料养分或其他物质注入灌溉主管网中,用户可通过物联网进行可视化监测及控制.与此同时,该类型智能施肥机也可与气象站、土壤温湿度、蒸发量、降雨量和太阳辐射等传感器相连接,实现全自动智能调节和控制灌溉施肥.但该类型智能施肥机造价昂贵,不适用于一般用户.王海涛等[33]探究了施肥机不同管路布置方式对文丘里施肥器在吸肥性能与可支配通道数量的影响,发现旁路吸肥式可同时支配6个高效吸肥的通道数量,3吸肥通道与旁路吸肥式管路的组合形式可推荐作为施肥机管路优化布置的首选方式.吴松等[34]采用西门子S7-200系列PLC作为控制器,基于VB设计了1个通过管路连接到灌溉系统的施肥机,通过控制肥水的EC/pH浓度和进入灌溉管道的肥水量来实现自动施肥.付强等[35]采用计数器数字滤波电路以及单片机设计了1种替代简单液位浮子的实用智能液位开关,发现利用该方法也可以根据不同工况设定不同参数滤除干扰信号,提高智能液位开关适用性.房俊龙等[36]采用传感器技术、自动控制技术、信息采集与处理技术,开发出了通用嵌入式可编程软件,实现灌溉施肥从传统模式到智能模式的相互切换.邓晓栋等[37]基于ZigBee设计了一种水肥一体化智能灌溉系统,用户在服务器端通过组态王软件控制水池、肥料池或者混合池电磁阀的打开,进而灌溉与施肥.江新兰等[38]设计了基于两线解码技术和云计算的设施农业水肥一体化智能云灌溉系统,该系统利用传感器实时采集作物生长环境参数,并将其传输和存储于数据管理云平台,利用云集群的计算和分析能力确定作物生长的水肥需求和灌溉施肥制度,实现水肥一体化的智能控制.国内学者开展了大量关于设施农业滴灌施肥控制系统的研究,多采用单片机控制原理,结合硬件装置和软件系统实现滴灌施肥作业的精准控制和同步实施,集成多种自动化智能控制施肥决策系统及配套施肥设备,保证作业过程中可精准控制施肥量、灌溉水量和施肥浓度等.但所开发的控制系统研究方法单一,自动化程度低,EC/pH值控制精度稳定性差且通用性低,多处于试验调试及小范围应用阶段,无法完全满足大田滴灌施肥精准控制的要求.1.3 压差施肥罐压差施肥罐主要由肥料罐、节流阀门以及连接管组成,通过在罐体间形成压差,利用水流将罐中的肥液压入灌溉管网中.其特点是加工制造简单、使用方便,可适用于大田灌溉,但肥液的浓度会随施202肥时间而变化,无法控制施肥浓度,不利于精确施肥,且罐体容积有限,需要多次添加肥液.压差施肥罐的主要特征是肥液浓度随时间推进而不断衰减,而施肥罐内肥液浓度衰减规律可由阿莫斯·泰奇公式计算,该公式认为当约等于4倍罐容量的水流经罐内后,已有98%的肥液随水进入灌溉系统.封俊等[39]将文丘里施肥器与压差施肥罐相结合,并从理论上推导了肥液浓度衰减的计算公式.邓兰生等[40]研究发现对于液体肥料,直接影响施肥时间的因素是流量,而不是压差;对于固体肥料,施肥时间的重要影响因素是流量和肥料的溶解速度.LI等[41]和孟一斌等[42]对压差施肥罐的出口肥液浓度动态变化进行了试验研究,并通过试验数据回归分析得到了肥液浓度随时间和压差、施肥量的变化关系式,以及施肥结束时间与上述因素的关系式.韩启彪[43]也采用相同的研究方法得到了类似的计算公式.然而这些计算公式都是在特定的压差施肥罐和肥料下获得的,故缺乏一定的通用性.韩启彪等[44]使用CFD技术对施肥罐肥液浓度衰减规律进行了模拟研究,为压差施肥罐浓度衰减规律的研究提供了新的思路.为了克服压差施肥罐浓度变化的缺陷,鄢一新等[45]通过在压差施肥罐中增加柔性防水薄膜,设计了一种差压隔膜式施肥设备,施肥罐中柔性薄膜起分隔水和肥的作用,从而保持施肥罐中肥液浓度不变.韩启彪等[46]发明了一种轻小型半自动滴灌压差施肥车,其通过PLC控制器、电磁阀以及流量浓度传感器对压差施肥罐的出口肥液浓度实现调控.目前中国已经能够生产各种规格的压差施肥罐,但出口肥液浓度随时间衰减的问题至今尚无较好的解决方法.因此,随着农业现代化的发展,精确变量施肥已成为当下农业发展的主要趋势之一,国内已有学者开始呼吁逐步淘汰压差施肥罐,进而采用施肥浓度恒定且可调的施肥设备.1.4 比例施肥泵比例施肥泵是一种先进的水肥一体化施肥装备,其通过水压驱动内部吸液活塞的运动来向管网中定比地添加肥液.与其他施肥设备相比,比例施肥泵的施肥精度高,且注入比例可在一定范围内进行调节.图1为比例施肥泵工作过程示意图.比例施肥泵直接安装在水管上,由管路中水流驱动比例施肥泵工作.在带压水流的驱动下,驱动活塞进行往复运动,带动吸液活塞,吸液活塞按比例定量吸入肥液,再与作为动力的水混合,随后被输送到下游.吸入的肥液始终同进入比例施肥泵水的体积成比例,从而实现肥液与水的成比例混合.如图1a-1d所示,水从进口进入泵内,在驱动活塞下表面形成较大的作用力推动驱动活塞上行,当驱动活塞向上运动到行程末端时,换向机构通过改变液体流道使液体进入驱动活塞上表面,从而使驱动活塞上表面所受到的作用力大于下表面所受到的作用力,迫使驱动活塞向下运动.当驱动活塞向下运动到行程末端时,换向机构通过改变液体流道使驱动活塞进入下一往复运动.图1 比例施肥泵工作原理示意图Fig.1 Schematicdiagramofworkingprincipleforproportionalpump法国DOSATRON公司早在1974年就开发出了比例施肥泵[47],此后经过不断发展,目前已经开发出了比例施肥泵的系列产品以满足不同应用场合的需求,但有关比例施肥泵的技术研究都属于保密内容,无公开的研究资料.中国在施肥泵方面的研究较晚,李百军等[48]与赵立新等[49]都从原理及试验上初步研制过水动比例施肥泵,但这些都没有形成产品.高本虎等[50]、徐茂云等[51]在“九五”“十五”期间相继申请了关于活塞式水力驱动比例施肥泵的专利,王建东等[52]在其基础上进行了进一步的修改,制造出施肥泵样品,并进行了试验测试.为了研究国外水力驱动比例施肥泵的水力性能并借鉴其结构设计方面的先进经验,韩启彪等[53]对市场上应用较为广泛的一些典型产品进行了性能测试,根据试验结果给出了典型产品的工作压差和流量关系以及工作压差的合理控制范围等参数.赵友俊[54]在参考国外同类型产品的基础上设计了一种水力驱动式比例施肥泵,认为其性能可以达到国外同类产品的水平.杨大森等[55-56]对国内外同类型及相同参数的比例施肥泵进行了对比分析试验,指出国内产品的肥液注入精度以及同压差下进口流量不如国203外产品;另外还采用高速摄影技术拍摄了不同工作压差下比例施肥泵驱动活塞的运动过程并分析了运动规律.骆志文等[57]对3种比例施肥泵的水力性能进行了试验,提出比例施肥泵驱动腔和抽液腔的容积效率计算公式.汤攀等[58]在比例施肥泵运行机理分析的基础上,采用流固耦合动网格技术进行数值模拟,分析其内部流动以及活塞受力.骆志文等[57]研究了比例施肥泵进出口、进口腔、驱动腔、进水阀口、出水阀口直径以及换向弹簧的刚度对比例施肥泵的水力性能的影响.目前国内对比例施肥泵的研究已逐渐增多,但是依然缺乏自主的设计方法和优秀产品,国内市场主要被法国Dosatron、以色列Mixrite和美国Dosmatic等国外公司的产品所占据.总体而言,虽然不同学者针对不同应用场合开发出了相应的施肥设备,但比例施肥泵仍然是较通用的施肥设备,而目前仍缺乏对比例施肥泵深入系统的基础理论研究.比例施肥泵关键水力尺寸对进口流量、注入流量和注肥精度等水力性能的影响,比例施肥泵设计方法等都有待进一步研究.1.5 柱塞泵及其他类型泵严海军等[59]针对圆形喷灌机实际应用和作物的施肥特点,设计了一台双缸柱塞式注肥泵(包括液力端、传动端、柱塞、密封及配套动力等),并指出改变柱塞行程和电源频率可以有效调节注肥泵的注肥流量.在此基础上,严海军等[60]又以注射喷嘴的孔口直径、安装位置以及注肥泵的电源频率为试验因素,对圆形喷灌机应用该施肥设备时的喷灌施肥均匀性进行了试验研究.美国Agri-inject公司也开发出了相同的设备,该施肥设备主要由搅拌器、肥液桶及柱塞泵组成,该类型施肥设备主要配套平移式喷灌机及圆形喷灌机等大型喷灌机使用.其他应用于水肥一体化系统的泵类型主要包括离心泵、隔膜泵及蠕动泵等,但其应用范围较小.1.6 固体肥料溶解施肥装置张志洋等[61-63]设计了2种固体肥料溶解混施的水肥一体化装置,一种是自流式溶解施肥装置,装置主要由直流水泵、流量传感器、进水管、混肥桶、滤网桶、加肥装置、出口管和排污管8个部件组成,如图2所示.工作时,将固体肥料填入加肥装置中,肥料均匀地落入滤网桶中,滤网桶起到过滤固体肥料中不溶于水的杂质的作用;同时直流水泵从水源往混肥桶中注水,进水管偏心安装在混肥桶外壁,进水可切向冲击混肥桶中的肥液,推动肥液旋转,加速混肥桶中固体肥料的溶解速度;当混肥桶中的肥液上升到出口管位置时,肥液从出口管中流出;流量传感器用于检测装置的进口流量;装置工作完成后,混肥桶中残余肥液从排污管排出.在此基础上,张志洋等[63]以滤网桶直径、滤网桶网孔数、滤网桶安装高度、进口水流量、加肥速度和加肥方式为试验因素,对装置运行时的性能(主要表现为出口肥液浓度均匀性)进行了试验研究.此外,夏华猛等[64]又在此基础上搭建了控制系统,采用STM32微控制器作为控制核心,对出口肥液的质量浓度实时检测,采用PWM脉宽调节固体肥料添加速度,构建闭环控制回路,提高了装置的施肥均匀性.该装置主要应用于灌溉系统末端,结构简单,操作方便,能够直接施用固体肥料,可有效降低水肥一体化使用成本,但施肥量不大、施肥面积小且其自动化和智能化水平有待进一步提高.图2 自流式溶解施肥装置Fig.2 Gravit flowingdissolvingandfertilizingdevice另一种是泵入式溶解施肥装置,主要由加肥装置、搅拌器、滤网桶、混肥腔、蓄肥腔、泄流口、供水泵和注肥泵等构成,如图3所示.装置运行时,固体肥料经过加肥机构后均匀定量地落入滤网桶中,同时供水泵向混肥腔中注水至设定液位,搅拌器运行加快肥料溶解速度,肥料溶解完成后电磁阀打开,混好的肥液流入蓄肥腔中,注肥泵开始注肥;当混肥腔中的肥液全部流入蓄肥腔后电磁阀关闭,混肥腔中重复以上混肥工作.通过控制进水量和加肥量即可调节施肥浓度.该装置安装在灌溉系统首部,施肥控制面积大,配比母液浓度范围广且精确可调,已实现自动化运行,但智能化程度尚有待提高.刘林等[65]也开发了一种施用固体肥料的大田移动式精量配肥灌溉施肥一体机,其机械部分包括移动行走架、精量配肥装置和首部枢纽装置.其中,移动行走架便于一体机在田间移动,精量配肥装置用于肥料比例掺混溶解和母液浓度动态调控,首部204枢纽装置用于输送灌溉水和肥料母液,并为水肥一体化系统提供灌溉压力.该施肥设备控制系统集成了灌溉施肥时间分配模型和母液浓度动态调控方法,可实现母液浓度精准调控和全自动灌溉施肥.图3 泵入式溶解施肥装置Fig.3 Injectiondissolvingandfertilizingdevice2 未来研究重点与发展趋势精确灌溉与施肥是农业发展的主要方向,在国家大力发展可持续生态农业背景下,亟需结合作物区域种植特点,创新发展多种先进施肥设备及技术,建立节水节肥技术管理体系,切实、有效地提高水肥利用率.基于绿色农业发展理念和农业物联网的发展需要,提出未来中国水肥一体化施肥设备的研究重点及发展趋势.2.1 发展趋势1)多功能、低能耗及精准化是施肥设备的发展趋势.随着能源危机的加剧,国家将节约能源提到战略高度,开发低能耗及精准化的产品,降低能源消耗,提高水肥利用率将是微灌技术与产品研发的一个重要趋势.与此同时,考虑农药与水肥一体化系统的有机结合,研究相应配套水肥药装备,开发出高效及多功能的水肥药一体化系统也是重要的发展趋势.2)信息化与智能化是水肥一体化系统的发展趋势.随着信息技术、计算机智能控制技术、机电一体化技术、3S技术、传感与检测技术等在节水灌溉技术中更为广泛的应用,考虑将单一施肥作业逐渐转变为变量施肥作业,开发设计多种关键部件结构,实现多变量在线配肥及施肥功能,进一步提高施肥系统自动化和智能化水平.结合高效节水灌溉技术与作物信息采集技术,重点开展基于农业物联网的智慧精准灌溉施肥系统及配套装备研究,加快推进滴灌施肥及喷灌施肥等节约型技术发展.2.2 研究重点1)水肥流动规律.采用更有效的研究方法对文丘里的流动机理及结构参数进行研究,达到降低其压差损失的目的;通过大量试验,寻找不同种类肥料施用时的施肥浓度随时间变化的规律,作为压差施肥应用推广的重要支撑;通过模拟与试验相结合的方法,掌握肥液进入田间后的流动过程,总结出流动规律以进一步指导设备的施肥作业;针对作物(不同作物或不同生长阶段)对肥液的需求,结合作物的种植方式以及系统布置方式,研究管网中水肥运移规律,探索肥液特性对系统灌水施肥均匀性的影响.2)优化设计方法.加强水动比例施肥泵的机理及设计方法的研究,促进产品的国产化,降低应用成本;优化文丘里施肥器设计方法,解决国产文丘里施肥器倒吸和压力损失过高等问题;基于柱塞泵的机理研究,降低柱塞泵出口由于柱塞往复运动而产生的压力脉动.设计出更大流量的柱塞泵,扩大柱塞泵的使用范围,优化柱塞泵的设计方法;针对不同的评价指标(系统能耗、施肥均匀性和经济性等),建立施肥设备的优化选型方法,采用不同的优化算法(遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等)优化配置施肥设备,建立多目标优化配置模型.3)产品研发与标准化.根据现有灌溉施肥制度,研发配套的施肥设备;针对作物区域种植特点,加强适用于低压管道及渠灌施肥设备的研究开发;针对中国耕地特点研发适用于大田的水肥一体化设备;针对中国农业肥料施用特点,开发推广施用固体肥料的水肥一体化设备;针对不同施肥设备在不同系统中的应用情况,制定相应的操作技术规程,指导实际应用;重点研发高效液体肥料及水溶肥料,实现肥料产业绿色转型升级;建立水肥一体化设备的行业标准,制定设备性能检测方法及平台,促进水肥一体化设备市场健康有序地发展.4)灌水施肥制度.根据不同区域条件、植物种类,研究土壤养分水分技术参数、灌溉技术参数、施肥技术参数,研究作物在不同生长阶段的水分和养分利用特点;研究水肥一体化条件下不同水肥组合处理下作物生长、产量和品质等指标的响应规律,结合气象因素,探索作物节水节肥调制机理;采用综合评判方法,以实现最大产量和最佳品质为目标,确定施肥比例、灌水施肥的次数、定额、周期和最佳时期,建立高效经济的灌水施肥制度及相应设备和系统的灌水施肥操作规程.205。

什么是水肥一体化

什么是水肥一体化

什么是水肥一体化
相信很多做农业种植的都听过水肥一体化,也都听过水肥一体化是用于方便农业种植的灌溉和施肥,提高灌溉和施肥的效率,可能很多人心里都有疑问,究竟什么是水肥一体化?具体都有哪些功能?具体是怎样控制的呢?以及水肥一体化安装成本需要多少呢?对于这些问题,在这里给大家做一个详细的介绍。

什么是水肥一体化
水肥一体化顾名思义本身主要作用就是实现灌溉和施肥一体自动化控制的设备,通过自动化的控制灌溉和施肥,提高农业种植中灌溉和施肥的效率,可用于各种农业种植。

水肥一体化控制原理
对于水肥一体化控制的原理主要是根据传感器决定,水肥一体化控制系统通过土壤湿度传感器可以实时监测到土壤中的水分含量,通过土壤水分含量来控制灌溉系统,当监测到土壤水分低于标准值系统就会自动打开灌溉系统,当监测到土壤水分达到了标准值,系统又能自动关闭灌溉系统。

水肥一体化系统对于施肥控制也是基于这样的一个原理,通过土壤养分传感器实时监测土壤氮磷钾含量,通过土壤氮磷钾含量的监测控制相关的施肥系统。

通过这样有数据可以依靠控制,从而让灌溉和施肥都更加合理。

水肥一体化系统安装成本
水肥一体化安装成本这个还需要考虑种植者的实际情况,比如种
植面积大小,比如一百亩种植和五十亩种植的设备安装成本肯定是不一样的。

另外还有就实际的使用需求,水肥一体化系统安装在大棚可以实现自动化控制大棚温度、自动化控制控制大棚湿度、控制大棚风机、遮阳板等,配置不一样本身价格也有区别。

以上就是对于什么是水肥一体化这一问题给大家的介绍,希望对你能有所帮助,感谢您的阅读。

基于物联网的茶园水肥一体化技术推广及应用前景分析

基于物联网的茶园水肥一体化技术推广及应用前景分析

基于物联网的茶园水肥一体化技术推广及应用前景分析【摘要】茶园作为重要的农业产业,水肥管理对茶叶质量和产量起着关键作用。

本文围绕基于物联网的茶园水肥一体化技术展开研究,首先从技术的概述出发,介绍了其在茶园管理中的重要性和优势。

然后深入探讨了物联网在茶园水肥一体化中的应用情况,分析了技术推广现状和应用前景。

针对当前存在的关键挑战,提出了相应的对策。

最后结合研究背景和意义,给出了技术推广建议和未来发展方向。

通过对茶园水肥一体化技术的研究与分析,为茶园管理提供了新的思路和方法,有望提升茶叶产业的发展水平和竞争力。

【关键词】物联网、茶园、水肥一体化技术、推广、应用前景、技术现状、关键挑战、对策、建议、发展方向、结论、研究意义1. 引言1.1 研究背景茶叶是我国重要的经济作物之一,茶园水肥管理一直是茶园管理中的重要环节。

传统的水肥管理方式存在着浪费资源、劳动力和时间成本高、无法实时监测土壤和植物状态等问题,严重制约了茶园的产量和质量。

随着物联网技术的发展,茶园水肥一体化技术应运而生。

该技术通过传感器实时监测土壤养分含量、植物生长状况等参数,通过智能控制系统实现精准施肥、浇水,实现水肥一体化管理,提高茶叶产量和品质。

目前茶园水肥一体化技术在我国仍处于初级阶段,技术推广应用受到一定的限制。

开展基于物联网的茶园水肥一体化技术推广及应用前景分析,对促进茶园管理模式的转变、提高茶叶生产效率和质量具有重要意义。

本研究旨在探究茶园水肥一体化技术的发展现状及应用前景,为推动茶园管理的现代化转型提供理论支撑和实践指导。

1.2 研究意义茶叶是中国重要的农产品之一,茶园的水肥管理对茶叶产量和品质具有重要影响。

传统的茶园水肥管理存在浪费、低效和环境污染等问题,因此需要引入物联网技术来实现茶园水肥一体化管理。

这样的技术应用不仅可以提高茶叶产量和品质,还可以节约资源、减少环境污染,具有重要的社会经济意义。

研究茶园水肥一体化技术的推广和应用具有重要的意义,可以推动茶园管理方式的变革,促进茶叶产业的健康发展。

水肥一体化技术为啥难推广

水肥一体化技术为啥难推广

提高水分利用效率
由于水肥一体化技术能够直接将 水肥输送到作物根部,使得作物 能够更有效地吸收水分和养分, 从而提高水分利用效率。
节肥性
减少肥料流失
传统的施肥方式容易导致肥料在风雨 中流失,而水肥一体化技术可以将肥 料直接输送到作物根部,减少肥料的 流失。
提高肥料利用率
降低环境污染
通过减少肥料流失和提高肥料利用率 ,水肥一体化技术可以降低肥料对环 境的污染。
培训不足
目前针对水肥一体化技术的培训较少,许多农户缺乏系统的学习和实践经验, 难以掌握该技术的核心要领。
设备兼容性差
设备不匹配
由于不同地区、不同作物的需求不同,水肥一体化设备需要有一定的适配性,但目前市场上的设备往往难以满足 各种需求,导致设备不匹配问题突出。
设备更新换代慢
水肥一体化技术的不断发展,要求设备不断更新换代,但目前设备的更新速度较慢,难以满足技术的快速发展。
根据作物需求,将肥料施加到根部,减少肥料 挥发和流失,提高肥料利用率。
增产
通过精准施肥和灌溉,可提高作物产量和品质。
促进农业可持续发展
环境保护
减少化肥和农药使用,降低农业对环境的污 染。
节能减排
优化灌溉和施肥方案,降低能源消耗。
高效利用资源
提高水资源和肥料资源利用效率,实现农业 资源的可持续利用。
02
推广难点
技术成本高
设备投入
水肥一体化技术需要使用专门的灌溉 设备和施肥设备,这些设备的价格较 高,对于小农户而言是一笔不小的投 资。
技术培训费用
掌握水肥一体化技术需要进行系统的 培训,而这需要一定的费用,对于一 些农户而言难以承受。
技术掌握难度大
技术复杂性

水肥一体化(滴灌)详细全解!

水肥一体化(滴灌)详细全解!

⽔肥⼀体化(滴灌)详细全解!⽔肥⼀体化(滴灌)详细全解!1、什么是⽔肥⼀体化技术?答:狭义来讲,就是通过灌溉系统施肥,作物在吸收⽔分的同时吸收养分。

通常与灌溉同时进⾏的施肥,是在压⼒作⽤下,将肥料溶液注⼊灌溉输⽔管道⽽实现的。

溶有肥料的灌溉⽔,通过灌⽔器(喷头、微喷头和滴头等),将肥液喷洒到作物上或滴⼊根区。

⼴义讲,就是把肥料溶解后施⽤,包含淋施、浇施、喷施、管道施⽤等。

2、⽔肥⼀体化技术的理论基础是什么?答:植物有两张"嘴巴",根系是它的⼤嘴巴,叶⽚是⼩嘴巴。

⼤量的营养元素是通过根系吸收的。

叶⾯喷肥只能起补充作⽤。

我们施到⼟壤的肥料怎样才能到达植物的嘴边呢?通常有两个过程。

⼀个叫扩散过程。

肥料溶解后进⼊⼟壤溶液,靠近根表的养分被吸收,浓度降低,远离根表的⼟壤溶液浓度相对较⾼,结果产⽣扩散,养分向低浓度的根表移动,最后被吸收。

另⼀个过程叫质流。

植物在有阳光的情况下叶⽚⽓孔张开,进⾏蒸腾作⽤(这是植物的⽣理现象),导致⽔分损失。

根系必须源源不断地吸收⽔分供叶⽚蒸腾耗⽔。

靠近根系的⽔分被吸收了,远处的⽔就会流向根表,溶解于⽔中的养分也跟着到达根表,从⽽被根系吸收。

因此,肥料⼀定要溶解才能被吸收,不溶解的肥料植物"吃不到",是⽆效的。

在实践中就要求灌溉和施肥同时进⾏(或叫⽔肥⼀体化管理),这样施⼊⼟壤的肥料被充分吸收,肥料利⽤率⼤幅度提⾼。

3、常⽤的⽔肥⼀体化措施有哪些?答:⽔肥⼀体化的前提条件就是把肥料先溶解。

然后通过多种⽅式施⽤。

如叶⾯喷施、挑担淋施和浇施、拖管淋施、喷灌施⽤、微喷灌施⽤(南⽅最普及⽔带喷施)、滴灌施⽤、树⼲注射施⽤等。

其中滴灌施⽤由于延长了施肥时间,效果最好,最节省肥料。

4.滴灌施肥有哪些优点?答:滴灌施肥是⼀种精确施肥法,只施在根部,显著提⾼肥料利⽤率,与常规施肥相⽐,可节省肥料⽤量30—50%以上;⼤量节省施肥劳⼒,⽐传统施肥⽅法节省90%以上。

水肥一体化技术的发展现状分析及优化应用策略

水肥一体化技术的发展现状分析及优化应用策略

水肥一体化技术的发展现状分析及优化应用策略作者:王宁宁马德新来源:《乡村科技》 2018年第15期1 我国农业用水与水肥一体化技术背景1.1 我国农业生产用水现状农业是我国的重要产业,农业的发展至关重要。

结合我国实际情况,实现农业可持续发展、农作物增产,需要将科学灌溉、高效节约地使用水资源和科学施肥等有效结合起来。

我国是一个严重缺水的国家。

虽然拥有全球6%的水资源,位居世界第四位,但人均拥有量仅为2 300 m3,是世界平均水平的1/4,在全球位列121 位[1],仅高于埃及、阿曼、阿联酋、佛得角、布隆迪、沙特阿拉伯、巴巴多斯、阿尔及利亚、约旦、科威特、科比亚、马耳他、巴林和也门等国家。

据报告,我国的农业灌溉施肥和喷洒农药等用水约为3 900 亿m3,约为我国用水量的70%。

在农业领域中,灌溉用水约占全部用水的90%以上,占全国所有用水量的63%左右。

长期以来,因我国农业灌溉技术落后,水土管理方法不科学,农业用水浪费较多,大大降低了水肥资源的利用率。

据报道,我国年农业浇灌用水利用系数平均约为0.43,而先进国家约0.70~0.80[2]。

按照年水利用系数的水平计算,若灌溉用水的利用率提高,那么节省水量可近百亿立方米。

1.2 水肥一体化技术的产生背景目前,农业领域用水持续增多加剧了整体水资源的匮乏程度;化肥过度使用,导致土壤贫瘠和环境污染日益严重。

在这种情况下,国家加大了对农业生产的智慧化和精细化管理,推动并产生了水肥一体化技术。

2 国外水肥一体化技术发展现状2.1 水肥一体化技术的基本概念水肥一体化指的是让灌溉和施肥一起作业,同时供给植物水分和营养。

从狭义上讲,是将肥料溶解于水中,利用微灌系统进行灌溉,同时达到灌溉与施肥目的,可均匀地满足植物对水分和营养的需求,以此减少重复劳动作业,实现高效率水分和养肥同步化管理的农业技术。

2.2 世界水肥一体化的发展历程分析1790 年左右,欧洲的John Woodward 用土壤提取液进行植物种植,此为水肥一体化的初始记录。

水肥一体化收费标准

水肥一体化收费标准

水肥一体化收费标准
嘿,朋友们!咱今天就来聊聊水肥一体化收费标准这个事儿。

你说这水肥一体化,就好比是给庄稼请了个贴心的“营养师”和“灌溉师”合二为一的超级专家!它能精准地给作物提供水分和养分,让庄稼长得那叫一个壮实。

那这收费标准是咋定的呢?这就好比咱去菜市场买菜,不同的菜有不同的价格,对吧?水肥一体化的收费也得考虑好多因素呢!比如说,种植的作物种类,就像小麦和蔬菜,它们对水肥的需求能一样吗?肯定不一样呀,那收费能一样吗?当然不能啦!再比如说,土地的面积大小,大块地和小块地的操作难度也不一样呀,收费肯定也得有所区别。

还有啊,提供水肥一体化服务的机构或者个人,他们的技术水平、设备先进程度也都得考虑进去。

就好比你去看医生,专家号和普通号能一个价吗?人家技术好、设备牛的,收费高一点也正常嘛,毕竟能把咱的庄稼照顾得更好呀!
咱再想想,如果收费不合理会咋样?那不就跟去餐馆吃饭,菜难吃还死贵一样,谁还愿意去呀!那这水肥一体化要是收费不合理,农民朋友们能乐意用吗?肯定不乐意呀!所以说,这收费标准可得好好琢磨琢磨,要让大家都觉得物有所值。

你说咱农民种地容易吗?面朝黄土背朝天的,就盼着有个好收成。

这水肥一体化要是能帮咱把庄稼种得更好,多收点粮食,多卖点钱,那花点钱也是值得的呀!但要是收费太离谱,那咱可不干!咱的钱也不是大风刮来的呀!
总之呢,这水肥一体化收费标准得综合考虑各种因素,要公平合理,让大家都能接受。

只有这样,才能让这项好技术真正造福咱农民朋友,让咱的庄稼长得越来越好,咱的日子也越过越红火!难道不是吗?。

滴灌水肥一体化项目总结

滴灌水肥一体化项目总结

滴灌水肥一体化项目总结根据相关文件,计划示范推广智能滴灌水肥一体化技术设备,涉及全市13个县市区20个蔬菜生产示范基地,各县按照项目设计要求积极组织实施,现将项目实施情况总结如下。

一、项目实施内容项目在13个县区的20个蔬菜生产示范基地,采购并安装滴灌水肥一体化设备20套,控制灌溉面积6000亩。

每套设备30万元,由各县自行招标采购,组织基地配套田间工程,设备供应商负责智能灌溉机首部系统安装、调试,田间施工现场技术指导、信号线、电路线铺设、设备操作人员培训及售后技术服务等。

二、项目完成情况已有11个县的17套智能滴管水肥一体化设备完成招标采购并配送到县区,其中7套滴管设备的首部设备已安装到位,其余10套设备正在组织安装首部设备,田间工程尚未配套,目前已进入冬季,天气逐渐寒冷,不利于田间管沟开挖、管道铺设,各项目县区计划次年3月份开始配套安装田间工程。

三、项目取得的成效(一)智能滴管设备性能更加优化,操作更加便捷从丹麦引进智能水肥一体化设备温室园区中示范应用,在应用中发现,设备存在以下三个方面的问题,一是出水量较小,每小时出水量为15立方,仅能控制50亩地灌溉,不适宜大面积灌溉;二是设备操作程序全部为英文较为复杂,不便于菜农操作;三是智能首部设备不能与计算机连接,无法实现远程控制。

经过多次与设备供应商及设备生产商沟通,对设备进行了改造升级,采购的新一代智能滴灌水肥一体化设备,每小时出水量达到了30立方米,可有效控制100亩地灌溉,同时与计算机实现了对接,可通过互联网实现远程控制,此外翻译出一本设备措施流程并简单化,使菜农对照操作手册即可轻松操作智能滴管设备。

(二)节水节肥节劳,节本增收效果显著滴管水肥一体化通过管道直接将水和肥输入田间作物根部位,可有效提高水肥利用率,同时可节省大量的劳动用工,应用效果非常显著:一是省水,与传统方法相比,蔬菜节水20%-30%,亩节水费60元。

二是省肥,节肥20%以上,亩节肥200元。

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水肥一体化设备价格分析
对于水肥一体化设备,相信很多农业种植者都不陌生,水肥一体化设备主要的作用是通过自动化控制种植中的灌溉和施肥,提高种植的效率,其实作为种植者,比较关注还是水肥一体化设备的价格。

或许很多人对于水肥一体化设备的价格都在网上了解过,水肥一体化设备的价格各不相同,网上每个厂家的标注的价格相差也很大,那么水肥一体化设备的价格应该是多少钱?具体是哪些因素决定的呢?
第一种植者的实际情况,举例来说比如种植面积和安装设备肯定是不一样的,比如种植一百亩和种植五十亩的安装设备需要的成本肯定是不一样的。

设备配置的选择方面:水肥一体化设备配置不一样本身的价格也不一样啊,配置选择包括反冲洗设备的选择、控制器的选择,过滤器的选择,这些配置的选择都会影响设备本身的成本,还有包括需要具体实现的哪些功能,尤其是大棚中应用,配置室温控制的选择、风机控制的选择等。

以上就是对于水肥一体化设备的价格问题给大家的分析,另外水肥一体化设备的价格还根据厂家选择不一样,价格也不一样,不同厂家生产的设备本身配置参数和设备使用的材质方面都不一样,因此制作成本也不一样,因此我们在选择的时候首先应该选的是正规厂家,不能一味的追求低价,避免后期使用出现问题,在保证产品使用质量的前提下,选择适合自己的水肥一体化设备。

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