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.施肥设备水肥水混合液肥料蓄水池肥料池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）自动施肥系统控制板控制台肥料桶过滤器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，FERTIKIT3GPrivaNutrifi,NutriJet定时•开始时间•施肥历时定量•水•肥（多种）定区•轮灌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1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2水肥数据电导率（EC)传感器、酸碱度（PH）传感器、流量传感器32.自动施肥系统主体系统混肥桶旁路式施肥机人机界面2.自动施肥系统交互界面显示施肥配比PID控制图施肥灌溉历史数据输出土壤墒情水肥控制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sqCCqQ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模型结果软件结果参数计算结果参数计算结果单位面积施肥量/(kg/hm2)60百分率计时器设定值100%所需肥料总量/kg1187.54桶数2喷灌机最大行走速度/(m/min)2.29每桶原液体积/L1577.5初算喷灌机单圈运行时间T1/h10.52每桶肥料投入量/kg593.77初算注肥泵注肥总时间T2/h9.78单桶运行时间/h5.26原液总体积/L3154.97喷洒肥液浓度/%0.161%原液浓度/%37.64喷灌水肥深度/mm3.742.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金属种类硝酸钙硫酸铵硝酸铵尿素磷酸磷酸二铵镀锌铁244141铝板No11No22不锈钢NoNoNoNo1No青铜133No24黄铜123No24No-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：[e-mail]