基于负水头供液决策的温室作物自动灌溉施肥方法

针对温室作物基质栽培过程中营养液供给不易精量控制、水肥利用率低等问题,设计了基于负水头供液的决策方法和系统,采用温室基质栽培番茄负水头耗液量作为精量决策指标,通过自动化滴灌系统对同期内番茄常规基质栽培行进行3~4h的错时灌溉,以定时定量供液方法的番茄栽培行为对照,研究了系统的运行状况、番茄产量和水肥利用率等问题。结果表明,基于负水头供液决策的自动灌溉系统比定时定量供液系统的单株产量提高了6.70%,水、肥量均节省28.13%。通过试验得出该系统运行良好,可根据番茄日需水规律适量、及时、精准地供给营养液。     

负水头灌溉系统供营养液番茄生产及耗水研究

为实现负水头供营养液方式下番茄的高产,同时为常规番茄生产灌溉量的确定提供指导,试验采用负水头灌溉系统供营养液进行番茄生产栽培,测定群体栽培条件下的番茄产量和品质,同时监测番茄群体的日蒸散量并分析其与环境因子的关系。研究结果表明:负水头供给营养液条件下,试验期间(112d),番茄产量达130 604.85kg/hm2。与常规(人工)供给营养液相比,负水头供营养液显著提高番茄果实产量与品质,提高了营养液生产效率。负水头控制下,单株番茄总蒸散量(耗水量)为92.38kg,日耗水量在0.14~1.80kg;番茄耗水量与环境因子(光照强度)呈显著相关,不同光照强度下,植株耗水量明显不同,为其他灌溉方式(滴灌等)灌溉量的决策提供了参考。因此,在用其他灌溉方式时,要注意光照强度的监测,适当调整晴天和阴天下的灌溉频率,防止晴天灌溉不足,阴天灌溉浪费。     

基于水分、电导率传感器的黄瓜有机栽培灌溉决策研究

以时序灌溉决策为对照(CK),设置基于水分传感器的单因子灌溉决策处理T1和基于水分、电导率传感器的双因子灌溉决策处理T2,监测基质含水率及灌溉液、回液的电导率决策灌溉量,测量黄瓜生长指标、叶片SPAD值、气孔导度和光合速率日变化以及果实品质、产量和灌溉量,分析灌溉液生产效率,研究黄瓜椰糠有机栽培的营养液灌溉决策。结果表明:不同灌溉决策下黄瓜的生长发育和品质产量差异不明显;处理T2的总灌溉量较CK、T1减少了49.08%和31.85%,灌溉液生产效率与CK、T1相比分别提高了103.92%和60.59%。基于水分、EC传感器的双因子灌溉决策为黄瓜椰糠有机栽培提供了较合理的营养液灌溉制度,适用于设施黄瓜椰糠有机栽培的营养液自动灌溉管理。     

营养液供液频率与供液量对基质培夏秋茬薄皮甜瓜生长发育的影响

为了制定基质培薄皮甜瓜合理的营养液供液频率与供液量,以薄皮甜瓜"羊角蜜"为试验材料,采用完全交互试验设计,即3个不同供液频率处理,1次/d(T1)、2次/d(T2)、3次/d(T3)和3个不同供液量处理,即在营养生长期每株每天供液量分别为500mL(W1)、600mL(W2)、700mL(W3),在开花结果期每株每天的供液量加倍。分析了营养液供液频率与供液量对基质培薄皮甜瓜生长发育、光合指标、产量及品质的影响。结果表明,随着供液量的增加,果实品质呈下降趋势,W1T1处理甜瓜的中心可溶性固形物量最高,W2T2处理的有机酸量最低,其次为W1T2处理;随着供液频率与供液量的增加,单果质量均呈现上升的趋势,W2T3处理的果肉最厚,供液量为W1处理的果形指数最均匀;不同处理的甜瓜产量差异不显著,W1处理水分利用效率最好。综合分析,夏秋茬薄皮甜瓜基质培营养液供液量为W1即甜瓜在营养生长期营养液供液量为每天每株500mL,在开花结果期营养液供液量为每天每株1 000mL,供液频率为每天供液1次或2次表现最好。     

溶解混施水肥一体化装置自动控制系统研制

为了提高溶解混施水肥一体化装置的施肥均匀性,解决水肥调控时灌溉量和质量浓度的综合控制问题,设计了溶解混施水肥一体化装置的自动控制系统.采用STM 32微控制器作为控制核心,通过肥料质量浓度标定试验,确定肥液质量浓度和电导率之间的关系,由电导电极及相关检测电路对出口肥液的质量浓度实时在线检测,将肥液质量浓度信号反馈回处理器,并生成控制信号,构建闭环控制回路;采用半桥式电路驱动直流水泵调节供水流量,采用PWM脉宽调制方法实时改变固体肥料添加速度,使出口的肥液质量浓度更加均匀、稳定.试验测定了装置施肥性能,结果表明在加入控制系统实时调节后,装置出口水肥溶液的均匀系数提高了31.46%.     

温室黄瓜无土栽培营养液氮素管理模型的研究

通过温室无土栽培黄瓜不同定植期不同施氮水平试验,分析了不同定植期黄瓜叶片含氮量随生育期的变化规律,以及叶片含氮量与叶片净光合作用速率和产量的定量关系,确定了不同光温条件下黄瓜叶片适宜含氮量的求算方法,以及盛果期黄瓜叶片含氮量与营养液氮素浓度的关系。在此基础上,建立了温室黄瓜无土栽培营养液氮素管理模型。结果表明,叶片适宜含氮量在开花前随生育期推进而增加,到开花期达到最大,开花后叶片适宜含氮量随生育期推进而逐渐降低,到盛果期达到较为稳定的状态。因此,盛果期的叶片含氮量可以作为温室黄瓜氮素管理指标。黄瓜叶片净光合作用速率和产量随盛果期叶片含氮量升高按负指数规律增加,在相同氮浓度的营养液灌溉条件下,春夏茬黄瓜盛果期的叶片适宜含氮量低于秋冬茬,春夏茬和秋冬茬黄瓜盛果期适宜的叶片含氮量分别为3.3%和3.6%,春夏茬和秋冬茬黄瓜无土栽培营养液适宜的氮素浓度分别为124 mg/L和96 mg/L。     

轻简水肥一体机的设计及其在日光温室黄瓜种植中的应用效果试验

为解决农户传统水肥一体化灌溉方式中存在的施用营养液浓度均匀性差、劳动强度大、过量施肥等问题,研究设计了一种与膜下微喷灌高灌溉流量特性相匹配的大吸肥量、低成本的轻简水肥一体机.通过自主设计的性能测试平台对其吸肥性能进行了测试,从而确定了吸肥泵的安装位置.为验证该水肥一体机应用效果,首先检测了应用水肥一体机和传统方式下灌溉营养液浓度均匀性,然后按照追肥总量比传统方式减少30％的方案进行了日光温室黄瓜栽培对比试验.结果表明,在水肥一体机出口压力分别为0.09、0.11、0.13 MPa时,吸肥泵前置吸肥效果好于后置;应用轻简水肥一体机灌溉施肥与传统方式相比,灌溉营养液浓度的空间均匀性没有显著差异,但时间均匀性差异显著,传统方式下灌溉营养液浓度随时间的推移不断下降,而应用水肥一体机的则保持稳定;在减施化肥30％情况下,与传统方式相比,应用水肥一体机灌溉仍可增产6.18％,每栋温室(670 m2)毎个生长季(7个月)可节约工时14 h,减施化肥27 kg,可提高效益2.15万元/hm2.综上,该轻简水肥一体机灌溉营养液均匀、节省人工和肥料、提高生产效益,具有较好的推广应用前景.     

负水头灌溉系统供水规律研究

为了总结负水头灌溉系统的供水规律,进行了负水头灌溉与常规灌溉条件比较下栽培番茄实验,分析了负水头灌溉系统不同吸力值下的土壤含水率动态变化,同时分析了负水头灌溉与常规灌溉耗水量以及植株蒸腾的差异。结果表明:负水头灌溉系统运行稳定,能做到适时适量自动为作物提供水分,适当提高作物的蒸腾速率;负水头灌溉系统能通过调节吸力值的大小来精确持续控制土壤含水量的变化,且土壤含水量时间与空间分布波动都较小,表现出良好的灌水均匀性;负水头灌溉系统能有效地减少土壤渗漏,避免了土壤水分的过度波动,番茄耗水量要小于常规灌溉,节水效果良好。     

负压供水下水氮耦合对温室辣椒品质及产量的影响

采用负水头供水控水盆栽装置,通过设定装置的不同供水吸力控制不同的土壤含水率,研究了负压灌溉条件下不同水氮组合对温室大棚中辣椒产量及品质的影响。试验设置3种供水吸力:5 k Pa(W2)、10 k Pa(W3)、15 k Pa(W4),并以常规补充浇灌方式(记为W1)为对照;3种氮肥水平:168、336和504 kg/hm2,分别记为N1、N2和N3。结果表明,在灌水量相同的条件下,辣椒中Vc的质量分数随施氮量的增加表现出先增加后减少的趋势,而辣椒果实中的可溶性糖和蛋白质的质量分数则随施氮量的增加而增加。辣椒的株高、茎粗、叶片数和产量也是随施氮量的增加而增加;在施氮量相同的条件下,辣椒中Vc、可溶性糖和可溶性蛋白质的质量分数都随灌水量的增加而增加,辣椒的株高、茎粗、叶片数和产量也随灌水量的增加而增加;W2N2处理辣椒Vc和可溶性糖的质量分数最高,W2N3处理辣椒蛋白质的量最高,W2N3处理辣椒的产量最高。     

机械注入式施肥装置研制与应用

介绍了一种经济实用型机械注入式施肥装置，该施肥装置采用耐腐蚀泵将肥料原液强行注入灌溉管网并与灌溉水进行混合从而获得一定浓度的灌溉液。灌溉液浓度通过标有流量示值的手动流量调节阀进行调节，从而实现节水灌溉微滴灌系统灌溉过程的比例施肥控制。灌溉液浓度控制准确度明显高于文丘里式和压差式，可用于滴灌系统的准确经济施肥。     

温室营养液调控系统的构建研究

现代设施农业趋向于采用无土栽培方式.为此,针对目前国内温室作物的营养液供给系统存在的主要问题,即营养液供给系统不能按照作物的生长需求调配营养液,设计了一套营养液智能调控系统,详细介绍了营养液调控系统的控制原理,并叙述了组成结构,最后介绍了系统的控制策略.     

供液方式对番茄基质栽培盐分累积与养分利用率的影响

研究了开放式和封闭式供液方式下番茄根区盐分累积强度、盐分离子组成与比例变化特征、番茄养分含量特征、养分利用效率,分析了盐分累积对番茄产量和脐腐病患病率的影响。结果表明:开放式和封闭式根区电导率均随生育期的延长不断上升,开放式根区溶液电导率最高为11.9 m S/cm,封闭式为17.2 m S/cm;开放式和封闭式根区盐分离子组成由大到小为NO_3~-、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、H_2PO_4~-;开放式和封闭式根区溶液离子比例失衡特征与程度相当,均表现为K~+、Ca~(2+)和H_2PO_4~-比例降低,Mg~(2+)、NO_3~-和SO_4~(2-)比例上升;番茄产量随电导率的增加而降低,果实脐腐病患病率则随电导率和离子比例失衡程度的增加而增加,到采收后期开放式和封闭式果实脐腐病患病率分别高达29.7%和36.6%;与开放式相比,封闭式供液方式下番茄N、P、K、Ca、Mg和S养分利用率分别提高11.6%、19.6%、18.9%、11.8%、37.3%和15.9%。开放式和封闭式基质栽培根区均存在盐分累积和离子比例失衡现象,为控制根区离子比例失衡和果实缺Ca现象,在番茄进入坐果期后应提高K和P的投入,控制N、Mg和S的投入。从节水、节肥和保护环境角度出发,基质栽培应着力发展封闭式供液方式。     

再生水灌溉对黑麦草生长及重金属分布特征的影响

为了阐明再生水灌溉对重金属富集植物黑麦草生长及重金属分布特征的影响,以自来水灌溉为对照,研究了再生水灌溉下黑麦草生物量、黑麦草及土壤中重金属分布特征的变化。结果表明：再生水灌溉显著增加了黑麦草生物量,地上部、根系和总生物量分别增加了26.79%、10.55%、24.91%。再生水灌溉下,黑麦草地上部和根系中Pb、Cu、Zn、Cd的含量显著增加,土壤重金属没有积累,土壤中Pb和Zn含量降低明显。再生水灌溉显著降低土壤pH、增加土壤有机质含量会对土壤重金属的活性有一定的影响。     

腐植酸对水培生菜产量和水分及养分利用的影响

通过营养液水培试验,研究了生育期不同腐植酸浓度对生菜产量和水分及养分利用的影响。结果表明,在0~1.41mg/g腐植酸浓度内,随着腐植酸浓度的增加,生菜地上部和地下部鲜干重随之增加,腐植酸浓度为1.41mg/g时,上述指标同时达到最大。腐植酸浓度在0~1.41mg/g内,随着其浓度的增加,生菜水分利用效率逐渐增大,对矿质元素的利用效率逐渐提高。腐植酸对生菜吸收矿质元素的影响不显著,不同的腐植酸处理,生菜吸收无机养分的能力不同。综合产量、水分和养分利用等因素,添加1.41mg/g的腐植酸可达到高产、节水、省肥的生产效应。     

负水头供液施肥对温室番茄水分利用效率的影响

为探讨日光温室番茄的日蒸散量变化规律,明确日光温室番茄合理的灌溉施肥模式,基于负水头供液系统研究了常规基追肥处理(F1)、按EC值调配的施肥处理(F2)和山崎大量元素配方施肥处理(F3)对日光温室番茄日蒸散量及水分利用效率的影响。结果表明,基于负水头供液系统可以实现0~20 cm土壤含水率的精确控制,各处理变异系数(CV)仅为5.92%~11.9%。日光温室番茄的日蒸散量变动幅度为0.43~5.90 mm,呈先升高后降低的单峰曲线。开花坐果期为日光温室番茄蒸散量最大的时期,日均蒸散量达3.65~3.78 mm,蒸散量可占到全生育期的60%以上。处理F3的生育期蒸散量最大,与处理F1和F2相比,分别增加了3.72%和2.09%。温室番茄的生物量和产量以及生物量水分利用效率和产量水分利用效率均以处理F3为最高,与处理F1相比,分别提高了29.0%和24.1%以及16.4%和9.84%。综合分析,采用山崎大量元素配方的施肥处理(F3)不仅增加了番茄蒸散量和产量,而且提高了水分利用效率,为供试条件下最优的水肥管理模式。     

日光温室黄瓜膜下滴灌灌溉制度的试验研究

以膜下滴灌条件下日光温室黄瓜为试验材料,共设4个处理,每个处理3个重复。通过测定土壤水分、黄瓜形态指标、黄瓜产量及品质以及灌水量,对膜下滴灌条件下日光温室黄瓜灌溉制度进行了试验研究。结果表明,仅从产量角度衡量,处理4黄瓜产量最大。在兼顾黄瓜产量、品质及节水目标时,日光温室夏黄瓜在膜下滴灌条件下,结果期适宜的耗水量应为120 mm左右,日耗水强度为3.04~4.68 mm。每隔4~5 d灌1次水,灌水定额为15 mm;理想的土壤含水量指标为田间持水率的85%~90%。     

水氮供应对温室黄瓜氮素吸收及土壤硝态氮分布的影响

采用温室小区试验,研究了不同水氮供应条件对温室黄瓜氮素吸收及土壤硝态氮分布的影响。结果表明,氮素在植株体各器官中的累积量随生育期的推进不断增大,在盛果期累积量达到最大,且总体增长趋势呈"S"型;在不同生育期,黄瓜各器官中氮累积量均表现为叶茎根,而在盛果期,果实中的氮累积量达到最大,且随灌水量和施肥量的增加而增加;灌水量、施氮量及水氮交互作用对黄瓜氮累积量、UPE及PFP均有显著性影响,在同一灌水条件下,NUE、UPE及PFP均随着施氮量的增加而减少,而对于同一施氮水平,UPE、PFP均随着灌水量的增加显著提高,NUE在不同灌水量条件下变化趋势则有所不同。灌水量及施氮量对土壤硝态氮分布有重要影响,且施氮量是影响土壤硝态氮累积的关键因素,随灌水量的增加表层土壤中硝态氮累积量呈逐渐降低的趋势,而随施氮量的增加则逐渐增大,且施氮量越高,淋洗现象越明显。     

基于FPGA的温室灌溉智能测控系统

介绍了一种多参数温室灌溉智能测控系统的纯硬件实现.系统以Spartan-3A DSP FPGA为核心,对营养液混合过程中的营养液电导率和营养液酸碱度两个最重要的参数进行实时在线测量与控制,提出采用模糊逻辑控制技术来实现系统的有效控制,给出了基于Xilinx FPGA/CPLD开发平台和MATLAB/Simulink仿真环境进行DSP功能实现的方法和设计流程.实验仿真表明,系统设计紧凑、可靠,能够达到良好的控制效果.