自动化施肥技术与液体肥料

,自动化施肥技术与液体肥料,2015年12月8日,严海军,2015年水溶肥发展研讨会-山东济南,水肥一体化技术及设备,一、,二、,内容,三、,肥料选择,施肥自动化及系统,四、,灌溉施肥技术要求,一、水肥一体化技术及设备,1.水肥一体化技术,定义：利用压力管道灌溉系统，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，实现水肥同步管理和高效利用的农业新技术。实施载体：喷灌、微喷灌、滴灌系统灌溉施肥：Fertigation=Fertilizer+Irrigation专用范围：Chemigation=Chemical+Irrigation化学制剂：肥料、除草剂、杀虫剂、杀菌剂等,微喷带灌溉系统,滴灌系统,管道式喷灌系统,机组式喷灌系统,定量施肥,比例施肥,灌溉历时,灌溉历时,肥料溶液浓度随时间变小,肥料溶液浓度随时间保持恒定,目前常用的施肥设备有：压差式施肥罐、文丘里施肥器、注肥泵、重力自压式施肥装置、全自动施肥机等,按照施肥量的控制方式，可分为两类：,2.施肥设备,2.施肥设备,文丘里施肥器,注肥泵,全自动施肥机,压差式施肥罐,重力自压式施肥,按比例施肥,按总量施肥,按总量施肥：压差式施肥罐肥液浓度逐渐下降成本低、易维护会降低主供水管道水压自动化控制困难,2.施肥设备,蓄水池,肥料池,按总量施肥：,重力自压式施肥利用重力施肥、对地形条件有要求施肥效率低、施肥均匀性低不需额外的加压设备,2.施肥设备,按比例施肥：文丘里施肥器吸肥能力和施肥浓度受工作水压影响导致30%50%水头损失，降低主供水管道水压结构简单、成本低、适宜自动化,2.施肥设备,注肥泵水力驱动容积式泵,2.施肥设备,按比例施肥：,主要特点,流量稳定，能准确控制施肥量，易实现自动化控制吸肥流量较低，依靠灌溉管网水压，大多应用于设施农业和小规模的微灌工程,注肥泵皮带轮传动的容积式泵,2.施肥设备,按比例施肥：,流量相对稳定自动化控制性能好价格较高,专用性差规格参数不匹配存在腐蚀性问题,主要特点,注肥泵活塞、隔膜、柱塞式泵,2.施肥设备,按比例施肥：,价格相对较高专用性强规格参数匹配性好,流量非常稳定自动化控制性能好耐腐蚀性强,主要特点,活塞式施肥泵,隔膜式施肥泵,柱塞式施肥泵,全自动施肥机实现恒定浓度、精准施肥自动吸取母液配制营养液，监测营养液EC值和pH值,2.施肥设备,按比例施肥：,二、施肥自动化及系统,1.施肥系统分类,综合考虑灌溉方式、系统规模、投资水平及管理能力选择施肥系统灌溉系统与施肥设备应协调工作，兼顾灌水定额、单位面积施肥量及施肥浓度等,简单施肥系统自动施肥系统,（1）简单施肥系统,系统简单、单体为主手动控制投资低、控制面积小劳动强度大,文丘里施肥器,压差式施肥罐,1.施肥系统分类,（2）自动施肥系统,系统复杂自动化程度高投资高、施肥精准劳动强度低,1.施肥系统分类,2.自动施肥系统,工作原理根据农作物不同生长阶段所需的水分养分，适时调整水肥比例、供给量以及供给时间实时采集EC值和pH值，并作为反馈信号控制注肥装置控制肥液输入流量注肥比例由肥液、酸（碱）液以及灌溉水按照设定值进行在线闭环调控利用PLC技术和PID控制器实现恒压恒量灌溉施肥,系统组成水源自动过滤系统智能灌溉机智能水肥机各种传感器控制系统通信网络系统配套设备,2.自动施肥系统,系统特点内嵌作物全生育期的灌溉施肥方案通过人机交互界面，可设置灌溉施肥参数、肥料配肥、肥水比例、施肥浓度等实现自动灌溉施肥，实时采集无线远程控制数据采集记录存储,2.自动施肥系统,2.自动施肥系统,自动化程度高适合多种肥料母液EC/PH检测反馈控制，精准施肥典型产品：NETAFIMNETAJET，FERTIKIT3GPrivaNutrifi,NutriJet,价格高昂使用维护复杂,系统特点,2.自动施肥系统,系统组成,灌溉,配肥,环境控制,PH/EC检测,水源,2.自动施肥系统,水源系统,水源过滤及反冲洗系统,反渗透系统,要求工作压力25-30m，恒压供水流量大于系统需水流量,施肥机进入水源必须是干净水，否则易引起传感器抽检通道和配肥通道堵塞，导致配肥不准,系统配置视当地水质及作物对水源要求而定,恒压变频给水系统,蓄水系统,根据当地水源情况及配合反渗透系统需求配置蓄水系统,2.自动施肥系统,肥料供给系统,直接购买液体肥、全溶肥或颗粒肥按比例配肥,2.自动施肥系统,传感器系统,气象数据,风速、风向、光照度、温度、湿度、气压、降雨量、蒸发量,土壤数据,温度、湿度、土壤张力、土壤温度、植物叶面蒸发传感器,水肥数据,电导率（EC)传感器、酸碱度（PH）传感器、流量传感器,2.自动施肥系统,主体系统,2.自动施肥系统,交互界面显示,2.自动施肥系统,无线网络控制,泵,过滤器,施肥罐,首部系统,主阀,水表,过滤器至少120目(130),2.自动施肥系统,工作流程,2.自动施肥系统,工作流程,2.自动施肥系统,实例（一）FERTIKIT施肥系统,2.自动施肥系统,2.自动施肥系统,实例（二）Photon施肥系统,2.自动施肥系统,实例（二）,实例三：泵注式施肥系统（大型喷灌机）容积式泵：柱塞泵、活塞泵、隔膜泵；要求注肥流量恒定、可调，一般注入压力0.51.0MPa适合于低压灌溉，配合注射喷嘴、止回装置防止肥液倒流,2.自动施肥系统,2.自动施肥系统,圆形喷灌机水肥一体化时需要协调肥料特性、机组工作参数和施肥泵特性的匹配关系，各种参数需要精确计算，因此开发施肥控制系统。喷灌施肥计算参数：施肥量原液浓度原液总体积喷洒肥液浓度机组行走速度注肥时间喷洒水肥/清水深度,施肥控制系统实物图,施肥控制系统主要界面,(a)初始化界面,(b)参数设置模块,(d)运行指示模块,(c)结果输出模块,2.自动施肥系统,应用实例：单次尿素施用量为60kg/hm2,模型结果,软件结果,2.自动施肥系统,三、肥料选择,1.肥料特点,溶液养分浓度高可溶性高田间温度下能够完全、迅速地溶解于灌溉水中不会阻塞过滤器、滴头和喷头不溶物含量低调理剂含量最小,液体肥料：养分适宜，但价格高，运输不便水溶性专用固体肥：可做叶面肥，养分高、配比合理，溶解性好，但价格偏高普通固体肥：部分含有不溶杂质，产品质量优劣不一，易造成过滤器、灌水器堵塞,2.肥料类型,溶解性好：高度可溶性，溶解速度快，在田间温度条件下溶于水，养分浓度较高兼容性强：配置肥料之间不能产生拮抗作用，基本没有沉淀腐蚀性小：对控制设备和灌溉系统的腐蚀性小,2.肥料选择原则,2.肥料选择原则,肥料间的相互作用要小配制肥液时,必须考虑不同肥料混合后产物的溶解度钙-镁-磷酸盐沉淀混合时的降温效应(混合的次序)：大部分固体肥料溶解时从水中吸收热量溶液的温度降低(吸热反应)肥料的总溶解度减小,2.肥料选择原则,肥料与灌溉水的相互作用要小不与硬质和碱性灌溉水生成沉淀化合物阻塞滴头和过滤器降低养分的有效性不会引起灌溉水pH的剧烈变化避免高电导率使作物受到伤害或中毒,3.肥料选择原则,对灌溉系统的腐蚀性要小,No-无;1-轻度;2-中等;3-明显;4-严重,肥料的腐蚀性表,四、灌溉施肥技术要求,1.灌溉施肥原则,应遵循少量多次的施肥原则作物在不同生育期的需肥量不同，采用少量多次的施肥方法，不仅能节省肥料、提高肥料的利用率，而且能提高作物的产量和品质,根据花椰菜生育期内钾肥的吸收速率进行施肥,共施六次,1.灌溉施肥原则,应遵循少量多次的施肥原则施肥应和灌水协调统一，节水灌溉、施肥设备提高了灌水与施肥的时效性和便捷性。兼顾施肥浓度对作物的影响例如，不同作物对喷洒肥液浓度有不同要求，稻麦等禾谷类作物为0.2%0.3%；油菜、棉花为0.1%0.2%；薯类为0.2%,2.肥液配置和施肥均匀性,肥液配置：根据肥料类型及溶解度、施肥量、肥料桶体积正确配制肥液协调肥液总体积和灌水定额之间的关系，使定量肥液准确地施入到一定面积内，且满足灌水定额有必要借助计算机完成计算和控制施肥均匀性：取决于灌水均匀性和水肥混合液均匀性措施：改进喷头、滴头类型与配置型式；增加注肥喷嘴等提高水肥混合液的均匀性,3.灌溉施肥程序,施肥程