自动化施肥技术与液体肥料.ppt

,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： NETAFIM NETAJET， FERTIKIT 3G Priva Nutrifi , 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 (≤130µ),,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0.5～1.0MPa 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60 kg/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,施肥程序： 固定式灌溉系统：清水灌溉水肥溶液清水灌溉 行走式灌溉系统：水肥溶液清水灌溉 施肥后必须进行清洗，防止灌溉系统发生腐蚀 施肥系统吸入口应装防倒吸装置、上游应装逆止阀，防止肥料倒流进入灌溉水源；下游必须装过滤设备，以清除未溶解的化肥或其他杂质,谢谢！敬请批评指正！,严海军 博士 教授 中国农业大学水利与土木工程学院 手机：1365-1365-864 邮箱：yanhj@cau.edu.cn,