日光温室水肥一体灌溉循环系统构建及性能试验

现有生产型日光温室灌溉普遍采用沟灌或直接利用管道进行管道输水灌溉,营养施用为复合肥随水冲施方式,缺乏精确调控手段,肥水利用率低、环境污染严重。针对这一问题,设计了一种水肥一体灌溉循环利用系统,采用地面挖沟、沟内放置袋装基质进行无土栽培的种植方法;灌溉使用水肥一体滴灌方式;构建回收管路,收集过量的水肥并实现循环利用。为了检验系统性能,在同等条件下,进行了对比试验。结果表明,与传统土栽水肥不循环模式相比,水肥一体循环循环系统用水量是传统土栽模式的69.4%,水分利用效率是传统土栽模式的1.92倍。利用该系统不但避免了对环境的污染,提高了水分利用效率,而且实现了节水、节肥的目的。     

基于二次混合机构的营养液调控模型与PID算法实现

封闭式栽培是解决中国日光温室传统栽培连作障碍问题的有效途径之一。营养液调控过程的性能指标是封闭式栽培模式的关键。该文针对一种具有二次混肥特性的营养液调控过程进行动态分析并建立模型,使用PID控制算法实现了营养液调控,并对影响因素进行对比试验。试验结果表明,系统达到稳定的时间随出液流量的减小或营养液浓度之和的增大呈现减小的趋势;系统震荡持续时间与超调量随出液流量的减小或营养液浓度之和的增大呈现增大的趋势。由试验结果与分析可知,该带有二次混肥的封闭式栽培系统中最优的出液流量与营养液浓度之和分别为6 m3/h与200 g/L,在此状态下进行PID控制参数整定,得到系统在最优条件下稳定时间为100 s、超调量为3%、震荡持续时间为25 s。表明该带有二次混肥的封闭式栽培系统的营养液调控过程能使用PID算法进行调控,能使系统实现稳定、高效的运行。该研究为封闭式栽培的营养液调控提供了参考。     

彩钢板保温装配式节能日光温室的温光性能

针对传统日光温室防雨、防雪、防风、防火能力差,以及室内光温环境分布不均匀等问题,研制开发彩钢板保温装配式节能日光温室,该温室骨架为半圆弧形钢结构,采用岩棉彩钢板滑动保温覆盖形式和可移动保温山墙方法,温室跨度12 m、脊高5.5 m、长度65 m,屋面采光角高达41.5°。该日光温室采用水循环系统和空气-地中热交换系统代替土墙和砖墙等蓄热体,解决了装配式日光温室的蓄放热问题,实现了日光温室部件的工厂化生产和安装的标准化装配。与对照（辽沈Ⅲ型土墙日光温室）比较,彩钢板保温装配式节能日光温室脊高前移、位于温室中部,温室后部遮光减少,土地利用率提高20%以上,屋面采光角增加16.3°,采光率提高5.3%,晚间室外大气温度在-25.8℃时,室内气温在13℃以上,室内外温差达到39.1℃,比对照温室提高2.3～3.5℃。彩钢板保温装配式节能日光温室栽培空间大,采光好,升温快,室内横向和纵向光照和温度分布均匀,植株生长整齐,有效解决了传统日光温室抵御雨、雪、风、火自然灾害能力差的问题。该温室集成了大型连体温室温光分布均匀和传统日光温室蓄热保温好的优点,提高了太阳能的利用效率,温室总体温光性能超过对照温室,且滑动覆盖易于实现日光温室保温覆盖件的精准控制,为中国日光温室的自动化控制和现代化提供新途径。     

日光温室草莓立体栽培智能控制系统

立体栽培是将原地面的种植提升到温室内空间高度层面,这不仅使作物生长的感温层发生改变、接收到更多的日光照射,还解决了日光温室中的草莓生产管理、观光、摘菜的难题,是传统草莓种植的一次改革。但对于这样一种新的种植模式,目前还未有成熟的集高架栽培设施、滴灌、营养液配比、光照、通风、施药、温湿度等控制为一体的集成体系出现。该文介绍了一种电动式立体栽培机构,研究了一种日光温室草莓立体栽培智能控制系统。其核心内容论述了基于复杂农业大系统控制理念下,突破传统意义上的温室环境控制概念,考虑被控制量的解耦,将以往温室环境参量和作物生长参量分开,建立温室环境控制和作物生长控制2个并列的子控制系统,并在协调控制器作用下、以作物生长模型输出作为控制约束之一对各子系统进行调控。给出了基于Q学习的多Agent体协调算法,并以草莓采光随动控制和草莓根部加温控制进行了验证。该控制系统已在北京市第七届世界草莓大会日光温室草莓立体栽培中得到了成功应用。试验表明在控制草莓生长方面取得了满意的效果,草莓的挂果期比传统种植平均提前40 d,草莓的果实体积平均增大22%,出产量平均提高33%。     

养殖尾水混合不同比例水溶肥种植水培生菜的综合效益评价

以“奶油生菜”为研究对象,将不同量的山崎配方水溶肥溶于工厂化养鱼尾水,配制成混合营养液,进行营养液膜栽培(NFT)水培生菜实验,以期筛选出最佳水肥配比,为实现工厂化养鱼尾水资源化利用提供理论依据。实验设置5个处理,分别为S1(123g水溶肥+150L养鱼尾水)、S2(98.4g水溶肥+150L养鱼尾水)、S3(73.8g水溶肥+150L养鱼尾水)、S4(49.2g水溶肥+150L养鱼尾水)、S5(24.6g水溶肥+150L养鱼尾水),以CK(123g水溶肥+150L清水)作为对照,探究不同处理对生菜产量和品质的影响。采用基于熵权法的TOPSIS综合效益评价模型分析确定最佳水肥配比参数。结果表明,混合营养液能提高生菜对水肥的吸收量,但随水溶肥浓度增加,生菜耗肥量呈先增大后减小的趋势;不同处理下生菜耗水耗肥量均低于CK处理,S1-S5处理相比CK处理分别节肥25.01%、19.15%、34.12%、51.89%和74.10%。混合营养液能有效促进生菜生长,但生菜各项生长指标均随水溶肥浓度上升呈先增大后减少的趋势,S2处理下生菜产量最高,为1.88kg·m^-2,相比CK...     

日光温室栽培基质有效导热系数预测模型

栽培基质为固流两相组成的多组分材料,其导热系数是日光温室热环境营造过程中重要的热参数之一,在温室地面热量的传输中起着重要的作用。为了预测日光温室生产中栽培基质的有效导热系数,以珍珠岩、蛭石、炉渣、河沙、椰糠、泥炭及腐熟牛粪与花生壳8种常用单一基质为研究对象,首先利用干燥与饱和状态下基质有效导热系数的测试结果,通过复合材料有效特性混合模型的反向计算,确定了8种单一基质的固相导热系数,得到珍珠岩、蛭石、炉渣、河沙、椰糠、泥炭及腐熟牛粪与花生壳的固相导热系数分别为0.058、0.139、0.252、0.817、0.148、0.518、0.262及0.066 W/(m·K);其次,利用复配基质有效导热系数的实测结果,通过复合材料有效特性混合模型的正向与反向计算,明确了组成固相的各组分呈并联关系排列,并确定了复配基质中固相导热系数与基质各组分体积比例的关联;进一步将复配基质在不同饱和度下的有效导热系数实测值与基于6种复合材料导热系数模型理论计算值进行比较。结果表明：并联模型适用于复配基质有效导热系数的理论计算,构建了日光温室栽培基质有效导热系数的预测模型。采用实际生产中常用的4种育苗和栽培基质在不同饱和度下的有效导热系数对所建模型进行检验,模型预测值和实测值的平均相对偏差范围为0.42%～1.76%。基于并联模型构建的有效导热系数预测模型能够较为准确的计算日光温室栽培基质在不同饱和度下的有效导热系数。     

温室封闭式栽培自适应灌溉方法

为了改进和提高温室封闭式栽培精细灌溉控制方法,针对利用Penman-Monteith(P-M)公式和传感器数据信息相结合进行灌溉控制中因为涉及参数较多而使用不便、需要近似计算导致建立的作物蒸腾模型精度不够等问题,该文根据封闭式栽培可以回收并循环利用多余灌溉水的特点,利用灌溉量与排出量的差值和温室小气候环境数据建立相对精确的作物蒸腾量计算模型,并在此基础上利用人工神经网络算法实现了温室封闭式栽培自适应灌溉控制,结果表明,在10 d内灌溉用水量为实际蒸腾量的97.8%,基本实现了按照作物需水量进行灌溉。研究对于实现按照作物蒸腾量进行准确的水分供给、节约灌溉用水量、提高水分利用效率具有一定的现实意义。     

有机和常规生产模式下菜田土壤酶活性差异研究

通过对露地及温室环境下有机和常规蔬菜栽培土壤采样,测定分析了5种参与土壤碳氮循环的酶活性,及其与土壤相关理化性质之间的关系。结果显示:温室及露地土壤EC值在有机生产中相应低于常规生产12%和16%;有机生产土壤微生物碳氮含量显著高于常规生产;不同生产模式下土壤酶活性差异显著,有机生产土壤中的蛋白酶、脲酶、脱氢酶、β-葡糖苷酶活性高于常规生产,而硝酸还原酶活性较常规生产低;有机与常规栽培对蛋白酶活性影响极显著(P=0.006 8),对脲酶活性影响程度达显著水平(P=0.012 4)。除脱氢酶以外,不同栽培模式环境对土壤中另外4种酶活性均有显著影响,温室栽培环境中的蛋白酶、脲酶和硝酸还原酶活性高于露地。除硝酸还原酶外,其他4种酶活性与可溶性全氮、微生物碳、微生物氮相关系数达到显著水平。分析表明,土壤酶活性受到栽培方式以及环境的影响,并且有机生产能够提高参与土壤碳氮循环的酶活性。土壤蛋白酶、脲酶、脱氢酶和β-葡糖苷酶活性能够作为表征土壤碳氮循环以及微生物活性的指标。     

华北地区设施黄瓜环境友好生产技术研究

利用膜下滴灌系统调控水肥和温室湿度,将养分综合管理技术、病虫害综合防治技术等环境友好技术整合打包,综合配套,达到水、肥、农药、产量、品质、环境等要素的耦合,实现设施黄瓜生产的"节水、节肥、节药、提质、增效"。     

多功能水耕栽培装置营养液自控系统的研制及应用效果(简报)

多功能水耕栽培系统由栽培床、封闭式循环供液系统、液温调控、增氧设施以及营养液自动检测与控制系统组成。经过半年运行试验结果表明:该系统可提高水耕栽培床的封闭性能,实现了对溶解氧的自动检测与控制和营养液数据的自动采集和自动控制功能。该系统解决了传统开放式水耕栽培装置营养液利用率低、控制水平差、污染严重、水资源浪费大等缺点,可有效提高产品的产量和品质。     

温室水肥一体化营养液调控装备设计与试验

针对当前温室生产中用水效率普遍较低、肥料使用量较高的问题,有必要对水肥一体化营养液调控及灌溉技术进行深入研究,探索适合中国具体情况的,低成本的水肥一体化营养液灌溉模式和相关农业装备。该文设计了一种水肥一体化营养液调控装备,根据营养液制备装置特点和制备过程,建立了营养液制备系统二阶数学模型,并利用增量式PID(proportion integration differentiation,比例-积分-微分)算法和改进Smith预估器对营养液的制备过程进行精确控制;利用EC传感器和p H传感器实时检测营养液的制备情况,并且通过驱动相应的继电器实现营养液的调控。试验结果表明,该水肥一体化营养液调控装备30 s左右可以进入营养液调控的稳定阶段(EC值误差在±0.1 m S/cm),系统达到规定的EC值的响应时间不超过60 s,使用该装备能够快速、精确的实现营养液的调控。     

滴施酸性有机肥浸提液对棉田土壤养分活化和利用效率的影响

【目的】 随着水肥一体化施肥方式的应用,新疆棉花生产化肥投入量大大增加,有机肥投入不断降低。本研究探索用磷酸和硝酸浸提有机肥养分,利用酸性有机肥浸提液替代部分化肥的效果,为增加有机肥施用提供途径。 【方法】 以腐熟鸡粪有机肥为原料,在塑料桶内,分别用pH为1的硝酸和磷酸,按照浸提剂与有机肥的质量比为5∶1进行浸提,恒温箱内保持25℃恒温,每8小时搅拌一次,浸提持续2天。浸提结束后用0.038 mm尼龙网过滤,滤液用于滴灌施肥。以不施肥、施用常规化肥和硝酸有机肥浸提液作对照 (代号依次为CK、CK1和NAE-CK);设置有机肥浸提液替代全量的磷肥、2/3磷肥和1/3磷肥三个替代量,施肥量分别为4950 L/hm2、3300 L/hm2、1650 L/hm2 (代号:PAE、2/3PAE、1/3PAE);再以pH为1的硝酸和磷酸为对照 (HN-CK、HP-CK),所有施肥处理以化肥补足至总养分量一致。分别在第五次施肥后5天 (花铃期),第八次施肥后10天 (吐絮期),在距滴灌带滴头处 (0 cm) 以及距离滴头15 cm和30 cm处,分别采集0—20 cm、20—40 cm和40—60 cm土壤,测定土壤有机质、氮、磷、钾等有效养分含量。棉花成熟后每小区取植株3株,测植株氮磷钾吸收量,以实收产量计产。 【结果】 1) 施用两种有机肥浸提液与施用硝酸和磷酸浸提剂相比,土壤有机质含量增加了1.4%～16.8%,而单施对应的酸性浸提剂却使土壤有机质含量较CK降低10.2%～25.5%。2) 酸性有机肥浸提液代替部分化肥较常规施肥均不同程度提高了土壤水平0—30 cm与垂直0—60 cm范围内氮、磷、钾有效养分的含量,尤其对0—20 cm土壤的磷有明显的活化作用,增加了作物对其吸收量。1/3磷肥替代量处理对土壤养分最高提升6.3%,但差异不显著;2/3磷肥替代量和替代全部磷肥处理对土壤养分别最高提升35.3%和58.1%,差异均达到显著水平。3) 磷酸有机肥浸提液和磷酸浸提剂处理对土壤磷和钾有明显的活化作用,磷酸有机肥浸提液效果优于硝酸有机肥浸提液;有机肥浸提液的pH与土壤速效磷呈负相关 (–0.491*),浸提液有机质含量与土壤速效钾有显著正相关 (0.497*)。4) 施用4950 L/hm2的硝酸有机肥浸提液对氮的利用效率最高 (53.1%),4950 L/hm2的磷酸浸提剂对磷和钾的利用效率最高 (28.9%和344.8%)。 【结论】 有机肥浸提液作为一种新型酸性有机肥料,不仅适合新疆的滴灌施肥,还可以增加土壤有机质含量,活化新疆石灰性土壤的养分,尤其对于0—20 cm土壤的磷钾肥的利用效率提高显著。等施肥量下,磷酸有机肥浸提液对土壤的磷,钾活化效率高于硝酸有机浸提液,磷酸有机肥浸提液施肥量为3300 L/hm2时棉花产量最高,养分农学利用效率最高。      

水肥减量对日光温室土壤水分状况及番茄产量和品质的影响

【目的】水肥一体化技术为改变我国长期以来设施栽培蔬菜"大水大肥"的传统管理方式,实现资源节约、环境友好发展提供了硬件物质基础和载体,但我国不同地区农业生产条件差异较大,适合当地土壤、气候、作物和栽培季节等特点的水肥一体化灌溉制度和施肥量相对缺乏。本文在陕西关中地区研究了水肥一体化条件下不同水肥处理对土壤水分状况及秋冬茬番茄养分吸收和产量等的影响,旨在制定适宜当地日光温室栽培番茄的科学合理的灌溉施肥制度。【方法】田间试验设常规水肥处理(CK)、植苗后水肥一体化灌水追肥期水肥分别减量20%(S1)及40%(S2)3个处理,其中常规处理灌水量为当季作物冠层水面蒸发量(100%ET),追肥量为当地农户的平均用量;水肥一体化为膜下滴灌+文丘里施肥系统。采用自动连续数采张力计(英国Skye Data Hog2)测定蔬菜生长期间各处理0—20 cm和20—50 cm土层土壤水势,并建立对应的土壤水分特征曲线,将土壤水势动态变化转换为土壤含水率动态变化;用直径20 cm蒸发皿测定当季番茄冠层的水面蒸发量,分析冠层水面蒸发量与土壤有效贮水量损失的关系;测定了不同水肥处理对番茄根、茎、叶、果实生物量及氮、磷、钾吸收量与产量和品质的影响。【结果】1)不同处理番茄生育期内0—50 cm土壤相对含水率均在75%以上,土壤水分供应充足。常规水肥处理灌水后0—20 cm土壤含水率达到或超过田间持水量,20—50 cm土层均超过田间持水量,表明土壤水分可下渗到50 cm以下,进而发生土壤养分的淋溶问题。追施期水肥减量40%处理的土壤水分大部分处在75%~85%的适宜值范围。2)随灌水量的减少,0—50 cm土壤有效贮水量损失降低,平均为番茄冠层水面蒸发量的65.4%,与追肥期水肥减量40%处理的灌水量相近。3)不同水肥处理番茄干物质累积、养分携出量、番茄产量、品质均无显著性差异,而灌水利用率从常规水肥处理的55.1 kg/m3提高到83.2 kg/m3,差异达极显著水平。【结论】从0—50 cm土壤水分状况、土壤有效贮水量损失及番茄冠层水面蒸发关系看,温室全覆膜滴灌条件下,当地适宜灌溉定额为作物冠层水面蒸发量的65%左右。根据番茄生育期内不同水肥处理对土壤水分状况、番茄养分吸收、产量及品质和灌水利用效率的影响,制定出适宜当地秋冬茬番茄的合理灌溉制度为:全生育期总灌溉定额为1057 m3/hm2,8~12月对应的灌水定额分别为168、169、132、105及50 m3/hm2,8~11月灌水周期分别为20~30 d、8~13 d、8~13 d和20~30d,12月份依天气少量补水或不灌水,1月份无需灌水。     

磷钾肥施用对日光温室土壤溶液离子组成的影响

采用土培模拟试验研究了施用磷、钾肥对大田和温室土壤溶液电导率（EC）、离子含量及其比例的影响。结果表明,温室栽培土壤溶液EC、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-含量以及K+ / Ca2+、K+ / Mg2+摩尔比分别为大田土壤的2.5、95.0、16.6、1.9、3.2、4.0、31.0和39.0倍,说明日光温室土壤离子累积及养分比例失调问题突出。施用磷、钾肥对土壤溶液中不同离子含量的影响不同,增加磷肥施用量,显著降低了大田和温室土壤溶液EC和Ca2+、Mg2+离子含量,而对土壤溶液K+、NO3--N和NH4+-N离子浓度均无显著影响;随施钾量增加,大田及温室土壤溶液EC、K+、Na+、Ca2+、Mg2+和K+/Ca2+、K+/Mg2+摩尔比均呈显著增加趋势。温室栽培实践中因过量施用磷、钾肥而造成的阳离子养分比例失调而带来的营养及生态环境问题值得关注。     

Electrical Conductivity and pH Prediction in a Recirculated Nutrient Solution of a Greenhouse Soilless Rose Crop

The influence of nutrient solution (1) mixing rate, and (2) time of use on pH and electrical conductivity (EC) of a recirculated nutrient solution used for the irrigation of a greenhouse soilless rose crop was studied. Measurements of microclimate variables, pH, and EC of nutrient solutions and crop transpiration were conducted. The measurements of pH and EC values of nutrient solutions mixed with different mixing rates and applied for crop fertigation were used to develop and calibrate a model for pH and EC prediction in relation to nutrient-solution mixing rate and time of use. Application of the calibrated model gave satisfactory results. It was found that nutrient solutions with high mixing rates or volume equal to or double that of the total water consumed by the canopy during the conservation period had the most stable EC evolution and minimal pH changes.     

不同基质生物有机肥防控番茄土传青枯病及促生效果研究

本文旨在研究功能菌株解淀粉芽孢杆菌配合不同原料的有机肥，制备不同生物有机肥对番茄防控土传青枯病以及促生的效果研究，并考察不同生物有机肥对土壤养分及根际细菌群落的影响，获得能够有效防控番茄青枯病的生物有机肥。本研究以解淀粉芽孢杆菌T-5为功能菌株，分别配合秸秆有机肥及鸡粪有机肥，经二次发酵分别制得秸秆生物有机肥（BIO1）和鸡粪生物有机肥（BIO2）。于江苏省南京市一处青枯病多发的番茄大棚进行试验。考察不同施肥处理下番茄的发病情况、生长情况以及土壤理化性质，并利用高通量测序探究根际细菌群落的变化。两种生物有机肥均能显著降低番茄土传青枯病的发病率，且BIO1处理的防控效果最佳，使发病率降低了94.45%。两种生物有机肥均能显著促进番茄生长，增加了番茄地上部的生物量并提高了产量，但对于番茄果实品质并无显著提升。此外，施用BIO1可显著增加土壤有机质含量，BIO2则显著提高了土壤pH。土壤有机质与番茄的发病率呈负相关，与番茄地上部生物量和产量呈显著正相关关系。基于高通量测序结果，发现生物有机肥可显著提高根际细菌多样性，同时改变了细菌群落结构。防控效果最好的BIO1处理中，变形菌门相对丰度最高，放线菌门相对丰度最低，土壤硝态氮和pH与这两个门水平的细菌类群具有显著相关性。以解淀粉芽孢杆菌为功能菌株、秸秆为原料制备的秸秆生物有机肥可有效防控番茄土传青枯病，效果优于鸡粪生物有机肥。该生物有机肥还可显著促进番茄生长及产量提升，并通过调控根际细菌群落中变形菌门和放线菌门的相对丰度，提高土壤抑病能力，减少土传青枯病的发生。     

有机肥与尿素配施对设施土壤盐分含量与组成变化的影响

通过室内模拟培养试验,研究了有机肥与尿素配施对设施土壤盐分的影响。结果表明：（1）设施土壤的含盐量和电导率均随着施肥后培养时间的延长,呈先升高后降低再升高的趋势,培养15～30d较高,30—60d降低,60d后又缓慢升高。设施土壤含盐量与有机肥施用量呈极显著正相关,而与尿素用量无明显的相关性;电导率则与尿素和有机肥施用量均有极显著正相关。（2）施用尿素不同程度增加了K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋,NO3-的含量,施用有机肥显著增加了K＋、Na＋、Cl-的含量,设施和露地土壤盐分总量和离子组成差异不显著。另外研究了土壤盐分总量和电导率分别与K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、SO4^2-、Cl-等含量的相关性,均呈极显著正相关。     

设施葡萄智能化水肥管理体系研究

当前设施葡萄栽培中水肥盲目投入问题严重,因为缺乏灌溉决策标准导致农户实际生产中难以合理应用水肥一体化技术.利用基于NB-IoT网络传输的固态电阻传感器设备对设施葡萄根系土壤水分进行实时监测,建立了基于土壤水分张力的设施葡萄灌溉决策指标,并依托水肥一体化设备实现自动灌溉.研究结果表明:智能灌溉与施肥结合的综合管理比农户常...     

磷肥和钾肥不同配施方式对其养分在土壤中迁移的影响

采用单点源滴灌试验方法,模拟滴灌条件下磷(P)、钾(K)肥作为基肥一次施入和随水分施入两种不同的配施方式下速效P、K含量在土壤中的时空分布变化情况。结果表明:对于可溶性较好的磷、钾肥作为基肥施入土壤后,均随着滴灌水的下渗运移而发生迁移,速效磷的高值区出现在湿润区的边缘附近,速效钾则比较均匀的分布在湿润区内;随水分施磷肥,仅在湿润区深度20cm,水平方向15cm以内的土层发生积累。在施加磷肥总量一致时,随水分施入土壤速效磷含量的最大值明显高于作为基肥施入的最大值;随水分施钾肥,速效钾在土壤中的分布也趋于均匀,但是在滴水点附近形成高值区,且随水分施钾肥可在一定程度上减缓速效钾在土壤中的迁移速度。