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应用封闭灌溉系统的优势!

来源:温室园艺农业工程技术     2022年11月17日 07:11


目前,中国智能化节水灌溉技术还处于初级发展阶段。与节水农业发达的国家相比,中国农业节水灌溉现有水平还有待提升。在国家对农业发展要求和农业用水紧缺的矛盾中,高效的、自动化、智能化的节水方式应该成为中国农业节水灌溉的发展目标。封闭式灌溉系统能更加高效的利用水资源,达到最优的节水增产目标,把植物学、人工智能、微电子等多种高新技术结合到节水灌溉以及回液,废液处理技术中,按照不同作物对水的需求量进行不同水量的灌溉,充分回收利用消毒处理后的回液进行再灌溉,以及可以安全排放杀菌消毒后的废液。封闭式灌溉1.png




 







系统组成

图 1 封闭式灌溉系统示意图

封闭式灌溉系统(图1)依次包含源水预处理系统,灌溉系统,消毒系统,回液处理系统,废液处理系统。通过以上系统的组合控制,可以有效的去除水中病原体,实现按需灌溉,回收废液进行二次灌溉,并且直接排放经过处理的废液。

源水预处理系统

根据灌溉水质的差异,在灌溉水源进入系统前就尽可能的减少碳酸氢根的浓度,因为碳酸氢根会与水中的氢离子发生反应,造成源水pH 上升。例如,在旁路式施肥机(没有混合罐,肥料直接进入系统) 中直接加酸,此时CO2 无法得到释放,而且由于系统中源水罐中不停加入新的水源,碳酸氢根离子将再次形成。因此会导致实际灌溉至作物根部的pH 比施肥机设定的pH 偏高的现象。增加了源水预处理系统——预调酸机会释放一定量的酸(例如35% 硝酸)到源水罐中,再通过循环水泵以及pH 传感器,持续测量pH,并伴随搅拌快速释放CO2,确保灌溉水pH维持在5.8~6 的最佳状态。从源头调控,可以更有效的在灌溉系统中维持所需的pH,保障作物有效吸收营养物质。在实际生产中,种植者可以参考表1 三类水质的标准,从而对灌溉用水进行预处理,达到预期灌溉目标。

封闭式灌溉2.jpg

表 1 不同水质 EC 与离子含量

灌溉系统

通过源水预处理系统的水,可以直接进入灌溉系统。温室生产中最重要的过程之一就是对水、肥用量的精准调控。施肥机是灌溉系统的大脑,通过程序设定,文丘里吸肥器将母液注入到混肥桶中,系统按照设置好的工作液浓度,灌溉到指定的阀门组。例如,在番茄栽培中,可以通过系统设置灌溉曲线( 图2)。灌溉系统详细的数据记录功能,可以给种植者提供可靠的计算依据,及时调整灌溉策略,控制作物营养生长或生殖生长。每年积累的灌溉数据,可以为下一茬口的栽培计划提供充足的实践依据。

封闭式灌溉3.png

                                                                                                    图 2 Ridder 系统中设置的灌溉曲线

消毒系统与回液处理系统相结合

传统栽培中,灌溉后流出的肥水被直接排放,既浪费又污染环境。封闭灌溉中,通过消毒系统可以实现回液再利用,例如茄果类作物可以使用30% 左右的回液进行重新灌溉。其中,借助低压紫外线消毒机( 图4),回收液当中的病原体可以被有效杀死。通常情况下,紫外线灯管的紫外线剂量为80~250 mJ/cm2,紫外线穿透率为25%。其中,紫外线剂量可以根据作物种类进行预设,茄果类建议250 mJ/cm2,切花玫瑰建议150 mJ/cm2。

封闭式灌溉4.png

                                      图 4 Ridder VitaLite 消毒机

除了清除回液中的病原体,钠离子的累积也不容忽视。过多的钠离子残留在回液中,会导致灌溉液的EC 升高,使肥料配比产生误差,即使在合理的EC 范围内,也不代表实际灌溉的配方是给定的离子浓度,即到达植株根系的配方不准确。除Na+ 机组的引入,通过将正负两层离子选择膜与电容性电渗析技术成功组合,尽可能去除回液中钠及氯的同时,其他多电荷离子,包括钙、镁和磷酸盐等,均被保留在回液中,实现高效可持续循环农业。

                                             废液处理系统

经过反复使用的回液,最终需要排放到地表或城市污水系统。但是未经处理的废液,可能含有有害物质,化学药剂和化肥残留物,一旦随意排放将对环境和地下水造成污染。废液处理系统(图3)可以通过废液净化机组,可以去除废液中的农药残留物,采用紫外线辐射和过氧化氢( 浓度约35%) 组合,通过加药泵注入废液中,有效去除废液中的有害物质,例如农药残留吡虫啉。经过净化的废液则可以安全的排放。

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                             图 3 Ridder CleanLite 废液处理装置

                                               应用案例

2019 年,北京中环易达设施园艺科技有限公司开启了国家农业科技创新园的升级改造工程。项目集AI 花卉工厂化种植实验室、花卉产业化场景示范、科研创新成果展示交流与转化转移等多功能于一体,致力推进花卉产业向自动化、标准化、智能化全产业链方向发展。展示区温室包含多个功能性模块,包括雨林迎宾厅、智能果菜实验室、DFT 叶菜自动化实验室、花卉以及种苗研发中心。园区安装了茄果类种植的滴灌系统,叶菜种植的DFT 系统以及盆花种植的潮汐苗床系统,帮助种植者节约40% 左右的水肥。

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公司目前拥有高级自动化工程师2人,水利灌溉工程师3人,专业技术人员6人以及完善的售后服务团队,公司研发的智能水肥一体机获得了广大用户的一致好评;同时和多所高校、事业单位、设计院、农业公司、园林工程公司有着良好的合作关系;公司始终秉承做“咱们老百姓用得起的自动化,用得好的自动化”产品的初心,不断开拓创新;优沃人必将以更好、更稳定的产品以及更优化的方案服务于广大用户!

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