水肥一體化精密灌溉施肥技術是一種集施肥與灌溉于一體的新型精準農(nóng)業(yè)技術。將固體肥料和液肥混合均勻、準確地施入作物根系土壤中。有效地控制了灌水量和施肥量，提高了水肥利用效率。本文論述了水肥一體化精密灌溉施肥的基本組成和應用效果。介紹了自動精密滴灌施肥機的工作原理和技術性能。對施肥裝置、混合裝置、過濾裝置、EC/PH監(jiān)測反饋裝置、精確灌溉施肥的模糊控制技術

前言

水肥一體化精準灌溉和施肥技術是一種集灌溉和施肥于一體的精細灌溉和施肥的新型農(nóng)業(yè)技術。該技術采用壓力灌溉系統(tǒng)將可溶性固體肥料或液體肥料喂入作物根部土壤，均勻灌溉 ，并根據(jù)作物生長需要在整個生長期內(nèi)進行水分和養(yǎng)分。 。定量 定時，按比例提供。

實現(xiàn)水肥一體化精準施肥技術需要相應的供水 肥料 自動精密灌溉施肥 灌溉管網(wǎng)等設施，關鍵核心裝置是自動精密灌溉施肥設備。該設備可在野外控制或由氣象站控制器外部控制，通過實時監(jiān)測EC（電導率）/PH（pH）值，肥料可準確地將肥料養(yǎng)分注入灌溉主網(wǎng)絡，以精確執(zhí)行灌溉。施肥。

1 灌溉施肥設備

自動精確灌溉施肥機組成及主要性能自動精密灌溉機由電動水泵 施肥設備 混合設備 過濾設備 EC/PH檢測和監(jiān)測反饋設備 差壓恒定設備 自動控制系統(tǒng)。根據(jù)輸入條件或土壤濕度 蒸發(fā) 等降雨和光照強度等傳感器，充分智能調(diào)節(jié)和控制灌溉施肥。在施肥過程中，可以選擇和設定灌溉和施肥程序，灌溉作物的灌溉和施肥可以根據(jù)設定的程序自動定期計算;更多可以看一下

根據(jù)土壤水分 降雨量 光等因素，實現(xiàn)水肥自動調(diào)節(jié); EC/PH監(jiān)測系統(tǒng)用于實時監(jiān)測灌區(qū)的情況，并進行精確和按比例平衡的施肥，以實現(xiàn)真正的精確施肥。

1.1施肥

由文丘里肥料組成，包括電控閥 止回閥 調(diào)節(jié)器 抽吸軟管和管道配件。文丘里肥料的核心部分是“文丘里管

”。文丘里管是節(jié)流裝置。其工作原理是當液體流過減小的流動橫截面的喉部時，流速增加，動態(tài)壓力增加，靜壓減小。喉部產(chǎn)生負壓，喉部的負壓用于吸收開口容器中的肥料。

1.2過濾裝置

肥料溶解性不好，因而肥液含有一些固體顆粒的雜質(zhì)，需過濾出來。系統(tǒng)采用兩級過濾裝置，為碟片式或網(wǎng)式結構。肥液罐中未溶解的顆粒會沉積。

在罐體底部，在肥液入口處選用粗過濾器，進行第一次過濾;在灌溉主水管道中，固體顆粒會影響整個灌溉系統(tǒng)的工作，在肥液進入主水管道前，再進行一次過濾。

1.3混肥裝置

肥液在灌溉主管道中與水混合不均勻會降低檢測系統(tǒng)的準確性，需設置混肥裝置。混肥裝置利用液體流動中遇到管道截面的突變時產(chǎn)生漩渦，且漩渦對液體有一定的混合作用的原理設計，安裝在檢測裝置前，使肥液通過漩渦能夠得到充分的混合，使EC值和PH值將會更加準確、穩(wěn)定。

2.自動精準灌溉施肥機控制系統(tǒng)

2.1控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)由灌溉水與肥液供給控制系統(tǒng)組成。其中，肥液供給控制系統(tǒng)由抽吸肥液用的文丘里施肥器、控制電磁閥、傳感器(主要測定PH值、EC值等)和混合罐、肥料罐組成，如圖2所示。

2.2控制系統(tǒng)原理

肥液罐里的高濃度肥液經(jīng)過濾器后由文丘里施肥器注入到混合罐，肥料泵從混合罐抽出肥液輸送進入灌溉主管道中，同時設置支管連接注肥器，作為注肥器的進水管。設置EC測量儀檢測主水管道

中的肥液濃度，將檢測得到的濃度值反饋到單片機與設定值進行比較，根據(jù)信號差值通過控制電磁閥開關脈沖寬度調(diào)節(jié)施肥量，使主管道中的肥液濃度值與設定值保持一致，酸堿度的調(diào)節(jié)與肥液濃度調(diào)節(jié)類似。

2.3控制系統(tǒng)運行

當設定條件或土壤水分探測儀探測到需灌水時，打開肥料泵使其工作，借用穩(wěn)壓閥使主管道中的灌溉水恒壓流動，灌溉水經(jīng)過管道1流向灌水器進行灌水作業(yè);當需要施肥時，打開文丘里吸肥管和通往混合罐管路的電磁閥，啟動肥料泵，一部分灌溉水經(jīng)過管道1和2流向管道3和4，給混合灌補水，同時灌溉水流經(jīng)文丘里管產(chǎn)生負壓，把液肥從肥料桶吸出流向混合罐，已經(jīng)混合充分的肥液在肥料泵的加壓作用下進入管道1流向灌水器進行施肥水作業(yè)。流入混合罐的水流是沿切向流入的，故液肥與混合罐中的水能夠很好地混合。混合罐安裝了液位控制閥，會在混合罐中的水位達到設定值時自動關閉混合罐與補水管道之間的通道，當混合罐中的液位下降時自動打開。

為了能實時高精度地檢測混合罐中肥液的EC值和PH值，在肥料泵的出水口處引出一路水流2,同時在此檢測PH值和EC值。單片機控制程序得到PH值和EC值傳感器的檢測值后，根據(jù)先前設定的肥料配比，計算發(fā)出吸肥管路電磁閥開關脈沖寬度指令，通過控制電磁閥的開關時間，使混合液中的肥料配比保持在限定的范圍之內(nèi)。

2.4灌水總量、施肥量和肥液配比以及肥液混合控制

2.4.1灌水總量的控制

系統(tǒng)對灌水總量采用獨立控制，由于主管道內(nèi)灌溉水恒壓流動，灌水總量與灌溉時間成正比，單片機通過控制閥門開關時長控制灌水總量。

2.4.2施肥量和肥液配比的控制

施肥控制必須完成兩種控制，即肥液配比控制和施肥量控制。采用時序控制的方式，即可較準確地控制施肥量和肥液配比。同樣，由于主管道內(nèi)灌溉水恒壓流動，施肥量與灌溉時間成正比，通過控制時間來控制施肥量，即也用控制閥門開關時長控制施肥量。

2.4.3肥液混合系統(tǒng)控制原理

由于控制系統(tǒng)的電磁閥僅有開關兩種工作狀態(tài)，又因為混合罐中的肥液混合具有在線性，因此肥液混合系統(tǒng)也具有實時、延遲和不確定等特性，系統(tǒng)的滯后和慣性極大，采用傳遞函數(shù)的原理很難確定，所以肥液混合系統(tǒng)采用模糊控制法。

系統(tǒng)采用負反饋閉環(huán)控制原理來實現(xiàn)模糊控制。首先，將輸入量、控制規(guī)則、決策以及判決等模塊均模糊化，輸入量模糊化后即對應于一定等級的隸屬度，然后，制定輸入變量、輸出控制變量及其論域?qū)煌燃壞：械母鱾€語言變量的隸屬度。根據(jù)實際經(jīng)驗總結得出，模糊控制規(guī)則是用語言變量形式表示的模糊條件語句，而起控制作用的模糊集則是以模糊規(guī)則為基礎的模糊決策。最后，用模糊判決方法得到輸出控制變量論域中的等級數(shù)，再經(jīng)過輸出精確化，輸出控制指令。

3、水肥一體化自動精準灌溉施肥設施技術應用成效

水肥一體化自動精準灌溉施肥設施技術應用最為廣泛是在滴灌施肥方面，比較專業(yè)的cnboyun官網(wǎng)，通過采用膜下滴灌等形式，取得以下成效。

1>水利用系數(shù)達到o.9s，高于我國櫛水灌溉技術規(guī)褂中水利用系數(shù)0.9的規(guī)定，節(jié)水成效明顯。

2>肥液與灌溉水一起，均勻、準確地輸送到作物根部土壤，減少肥料的揮發(fā)和流失，或營養(yǎng)過剩。經(jīng)試驗測算，精準滴灌施肥與傳統(tǒng)技術施肥相比節(jié)肥40%一50% o

3)依托于先進的灌溉技術和設施，實現(xiàn)自動化精準灌溉施肥，二三個工人短時間就可操作完成幾百畝作物的灌溉施肥，節(jié)約勞動力成本。

4)肥料養(yǎng)分呈溶液狀態(tài)，可以較快地滲入土壤，被作物根系吸收，促進作物產(chǎn)量提高和產(chǎn)品質(zhì)量的改善。

5)能夠有效控制灌溉施肥量，可以避免化肥澆到深層土壤，造成土地和地下水的污染，避免了土壤板結退化。