1、自动化施肥技术与自动化施肥技术与液体液体肥料肥料20152015年年1212月月8 8日日严海军严海军2015年水溶肥发展研讨会年水溶肥发展研讨会- 山东济南山东济南水肥一体化技术及设备水肥一体化技术及设备一、一、二、二、内 容三、三、 肥料选择肥料选择施肥自动化及系统施肥自动化及系统四、四、 灌溉施肥技术要求灌溉施肥技术要求一、水肥一体化技术及设备一、水肥一体化技术及设备1. 水肥一体化技术水肥一体化技术p定义：定义：利用利用压力压力管道管道灌溉系统，将肥料溶解在水中，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同时进行灌溉与施肥，适时、适量地满足农作物对水分和
2、养分的需求，实现水肥同步管理和高效利用分和养分的需求，实现水肥同步管理和高效利用的农的农业业新新技术。技术。p实施载体：实施载体：喷灌、微喷灌、滴灌系统喷灌、微喷灌、滴灌系统p灌溉施灌溉施肥肥：Fertigation=Fertilizer+Irrigationp专专用用范围范围：Chemigation=Chemical+Irrigationp化学制剂化学制剂： 肥料肥料、除草剂、杀虫剂、杀菌剂除草剂、杀虫剂、杀菌剂等等微喷带灌溉系统微喷带灌溉系统滴灌系统滴灌系统管道式喷灌系统管道式喷灌系统机组式喷灌系统机组式喷灌系统p目前目前常用的施肥设备常用的施肥设备有有：压差式施肥压差式施肥罐罐、文丘里施
3、肥、文丘里施肥器、注肥泵、重力自压式施肥装置、全自动施肥机器、注肥泵、重力自压式施肥装置、全自动施肥机等等p按照施肥量按照施肥量的的控制方式控制方式，可分为两类可分为两类：2. 施肥设备施肥设备 2. 施肥设备施肥设备 文丘里施肥器文丘里施肥器注肥泵注肥泵全自动施肥机全自动施肥机压差式施肥罐压差式施肥罐重力自压式施肥重力自压式施肥按按比比例例施施肥肥按按总总量量施施肥肥p按总量施肥：按总量施肥：l压差式施肥罐压差式施肥罐 肥液肥液浓度逐渐下降浓度逐渐下降 成本低、易维护成本低、易维护 会降低主供水管道水压会降低主供水管道水压 自动化控制困难自动化控制困难2. 施肥设备施肥设备 水水肥肥水混合液
4、水混合液蓄水池蓄水池肥料池肥料池p按总量施肥：按总量施肥：l 重力自压式施肥重力自压式施肥 利用利用重力重力施肥、对施肥、对地形条件有要求地形条件有要求 施肥效率低、施肥施肥效率低、施肥均匀性均匀性低低 不需额外不需额外的的加压设备加压设备2. 施肥设备施肥设备 p按比例施肥：按比例施肥：l文丘里施肥器文丘里施肥器 吸肥能力和施肥浓度受工作水压影响吸肥能力和施肥浓度受工作水压影响 导致导致30%50%水头损失，降低主供水管道水压水头损失，降低主供水管道水压 结构简单、成本低、结构简单、成本低、 适宜自动化适宜自动化2. 施肥设备施肥设备 l注肥泵注肥泵水力驱动容积式泵水力驱动容积式泵2. 施肥
5、设备施肥设备 p按比例施肥：按比例施肥：主要主要特点特点 流量流量稳定，稳定，能准确控能准确控制施肥量，制施肥量，易易实现自实现自动化控制动化控制 吸肥流量较低，依靠吸肥流量较低，依靠灌溉管网水压，灌溉管网水压， 大多应用于大多应用于设施农业设施农业和小和小规模规模的的微灌工程微灌工程l注肥泵注肥泵皮带轮传动的容积式泵皮带轮传动的容积式泵2. 施肥设备施肥设备 p按比例施肥：按比例施肥： 流量相对稳定流量相对稳定 自动化控制性能好自动化控制性能好 价格较高价格较高 专用性差专用性差 规格参数不匹配规格参数不匹配 存在腐蚀性问题存在腐蚀性问题主要主要特点特点l注肥泵注肥泵活塞、隔膜、柱塞式泵活塞
6、、隔膜、柱塞式泵2. 施肥设备施肥设备 p按比例施肥：按比例施肥： 价格相对较高价格相对较高 专用性强专用性强 规格参数匹配性好规格参数匹配性好 流量非常稳定流量非常稳定 自动化控制性能好自动化控制性能好 耐腐蚀性强耐腐蚀性强主要主要特点特点活塞式施肥泵活塞式施肥泵隔膜式施肥泵隔膜式施肥泵柱塞式施肥泵柱塞式施肥泵l全自动施肥机全自动施肥机 实现实现恒定浓度恒定浓度、精准、精准施肥施肥 自动吸取母液配自动吸取母液配制制营养液，监测营养液营养液，监测营养液EC值值和和pH值值2. 施肥设备施肥设备 p按比例施肥：按比例施肥：二、施肥自动化及系统二、施肥自动化及系统1.施肥系统分类施肥系统分类l综合
7、考虑灌溉方式、系统规模、投资水平及管理能力综合考虑灌溉方式、系统规模、投资水平及管理能力选择施肥系统选择施肥系统l灌溉系统与施肥设备应灌溉系统与施肥设备应协调工作，兼顾灌水定额、单协调工作，兼顾灌水定额、单位面积施肥量及施肥浓度等位面积施肥量及施肥浓度等l 简单施肥系统简单施肥系统l 自动施肥系统自动施肥系统（1）简单施肥系统）简单施肥系统l系统简单、单体为主系统简单、单体为主l手动控制手动控制l投资低、控制面积小投资低、控制面积小l劳动强度大劳动强度大文丘里施肥器文丘里施肥器压差式施肥罐压差式施肥罐1.施肥系统分类施肥系统分类（2）自动施肥系统）自动施肥系统控制台控制台肥料肥料桶桶过滤器过滤
8、器l系统复杂系统复杂l自动化程度高自动化程度高l投资高、施肥精准投资高、施肥精准l劳动强度低劳动强度低1.施肥系统分类施肥系统分类2.自动施肥系统自动施肥系统l工作原理工作原理l 根据农作物不同生长阶段所需的水分养分，适时调整水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肥比例、供给量以及供给时间l 实时采集实时采集EC值和值和pH值，并作为反馈信号控制注肥装置控值，并作为反馈信号控制注肥装置控制肥液输入流量制肥液输入流量l 注肥比例由肥液、酸（碱）液以及灌溉水按照设定值进注肥比例由肥液、酸（碱）液以及灌溉水按照设定值进行在线闭环调控行在线闭环调控l 利用利用PL
9、C技术和技术和PID控制器实现恒压恒量灌溉施肥控制器实现恒压恒量灌溉施肥l系统组成系统组成l 水源自动过滤系统水源自动过滤系统l 智能灌溉机智能灌溉机l 智能水肥机智能水肥机l 各种传感器各种传感器l 控制系统控制系统l 通信网络通信网络l 系统配套设备系统配套设备2.自动施肥系统自动施肥系统l系统特点系统特点l 内嵌作物全生育期的灌溉施肥方案内嵌作物全生育期的灌溉施肥方案l 通过人机交互界面，可设置灌溉施肥参数、肥料配肥、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、施肥浓度等肥水比例、施肥浓度等l 实现自动灌溉施肥，实时采集无线远程控制实现自动灌溉施肥，实时采集无线远程控制l
10、数据采集记录存储数据采集记录存储2.自动施肥系统自动施肥系统2.自动施肥系统自动施肥系统l自动化程度高自动化程度高l适合多种适合多种肥料母液肥料母液lEC/PH检测反馈控制，精检测反馈控制，精准施肥准施肥典型产品：典型产品：lNETAFIM NETAJET， FERTIKIT 3G lPriva Nutrifi , NutriJet定时 开始时间 施肥历时定量 水 肥（多种）定区 轮灌l 价格高昂价格高昂l 使用维护复杂使用维护复杂l系统特点系统特点2. 自动施肥系统自动施肥系统l 系统组成系统组成灌溉灌溉配肥配肥环境控制环境控制PH/EC检测检测水源水源2. 自动施肥系统自动施肥系统p水源系
11、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. 自动施肥系统自动施肥系统p肥料供给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. 自动施肥系统自动施肥系统p传感器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
12、度（PH）传感器、流量传感器32. 自动施肥系统自动施肥系统p主体系统主体系统混肥桶旁路式施肥机人机界面2. 自动施肥系统自动施肥系统p交互界面显示交互界面显示施 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. 自动施肥系统自动施肥系统p无线网络控制无线网络控制泵泵过滤器过滤器施肥罐施肥罐首部系统首部系统主阀主阀水表水表过滤器过滤器 至少至少120目目 (130)2. 自动施肥系统自动施肥系统p工作流程工作流程2. 自动施肥系统自动施肥系统p工作流程工作流程2. 自动施肥系统自动施肥系统l 实例（一）实例（一）FERTIKIT 施肥系统施肥系统2. 自动施肥系统自动施肥
13、系统2. 自动施肥系统自动施肥系统l 实例（二）实例（二） Photon 施肥系统施肥系统2. 自动施肥系统自动施肥系统l 实例（二）实例（二）l实例三：泵注式施肥系统（大型喷灌机）实例三：泵注式施肥系统（大型喷灌机）l 容积式泵：柱塞泵、活塞泵、隔膜泵；容积式泵：柱塞泵、活塞泵、隔膜泵；l 要求注肥流量恒定、可调，一般注入压力要求注肥流量恒定、可调，一般注入压力0.51.0MPa l 适合于低压灌溉，配合注射喷嘴、止回装置防止肥液倒流适合于低压灌溉，配合注射喷嘴、止回装置防止肥液倒流2. 自动施肥系统自动施肥系统2. 自动自动施肥系统施肥系统p 圆形喷灌机水肥一体化时需要协调肥料特性、机组工
14、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。计算，因此开发施肥控制系统。p 喷灌施肥喷灌施肥计算参数：计算参数：l施肥量施肥量l原液浓度原液浓度l原液总体积原液总体积l喷洒肥液浓度喷洒肥液浓度l机组行走速度机组行走速度l注肥时间注肥时间l喷洒水肥喷洒水肥/清水深度清水深度施肥控制系统实物图施肥控制系统实物图 施肥控制系统主要界面施肥控制系统主要界面(a) (a) 初始化界面初始化界面 (b) (b) 参数设置模块参数设置模块(d) (d) 运行指示模块运行指示模块(c) (
15、c) 结果输出模块结果输出模块2. 自动自动施肥系统施肥系统p应用实例：应用实例：单次尿素施用量为单次尿素施用量为60 kg/hm2模型结果模型结果软件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/mm3.7
16、42. 自动自动施肥系统施肥系统三、肥料选择三、肥料选择1. 肥料特点肥料特点p溶液养分浓度高溶液养分浓度高p可溶性高可溶性高l 田间温度下能够完全、迅速地溶解于灌溉水中田间温度下能够完全、迅速地溶解于灌溉水中p不会阻塞过滤器、滴头和喷头不会阻塞过滤器、滴头和喷头l 不溶物含量低不溶物含量低l 调理剂含量最小调理剂含量最小l 液体肥料液体肥料：养分适宜，但价格高，运输不便：养分适宜，但价格高，运输不便l 水溶性专用固体肥水溶性专用固体肥：可做叶面肥，养分高、配比合理，：可做叶面肥，养分高、配比合理， 溶解性好，但价格偏高溶解性好，但价格偏高l 普通固体肥普通固体肥：部分含有不溶杂质，产品质量优
17、劣不一，：部分含有不溶杂质，产品质量优劣不一， 易造成过滤器、灌水器堵塞易造成过滤器、灌水器堵塞 2. 肥料类型肥料类型l 溶解性好溶解性好：高度可溶性，溶解速度快，在田间温度条件：高度可溶性，溶解速度快，在田间温度条件 下溶于水，养分浓度较高下溶于水，养分浓度较高l 兼容性强兼容性强：配置肥料之间不能产生拮抗作用，基本没有：配置肥料之间不能产生拮抗作用，基本没有 沉淀沉淀l 腐蚀性小腐蚀性小：对控制设备和灌溉系统的腐蚀性小：对控制设备和灌溉系统的腐蚀性小 2. 肥料选择原则肥料选择原则2. 肥料选择原则肥料选择原则p肥料间的相互作用要小肥料间的相互作用要小l 配制肥液时配制肥液时, 必须考虑
18、不同肥料混合后产物的溶解度必须考虑不同肥料混合后产物的溶解度l 钙钙-镁镁-磷酸盐磷酸盐沉淀沉淀l 混合时的混合时的降温效应降温效应 (混合的次序混合的次序) ： 大部分固体肥料溶解时从水中吸收热量大部分固体肥料溶解时从水中吸收热量 溶液的温度降低溶液的温度降低 (吸热反应吸热反应) 肥料的总溶解度减小肥料的总溶解度减小2. 肥料选择原则肥料选择原则p肥料与灌溉水的相互作用要小肥料与灌溉水的相互作用要小l 不与硬质和碱性灌溉水生成不与硬质和碱性灌溉水生成沉淀沉淀化合物化合物阻塞滴头和过滤器降低养分的有效性l 不会引起灌溉水不会引起灌溉水pH的剧烈变化的剧烈变化l 避免高电导率使避免高电导率使作
19、物受到伤害或中毒作物受到伤害或中毒 3. 肥料选择原则肥料选择原则p对灌溉系统的腐蚀性要小对灌溉系统的腐蚀性要小金属种类金属种类硝酸钙硝酸钙硫酸铵硫酸铵硝酸铵硝酸铵尿素尿素磷酸磷酸磷酸二铵磷酸二铵镀锌铁镀锌铁244141铝板铝板No11No22不锈钢不锈钢NoNoNoNo1No青铜青铜133No24黄铜黄铜123No24 No - 无无; 1 - 轻度轻度; 2 - 中等中等; 3 - 明显明显; 4 - 严重严重 肥料的腐蚀性表四、灌溉施肥技术要求四、灌溉施肥技术要求1. 灌溉施肥原则灌溉施肥原则p应遵循应遵循少量多次少量多次的施肥原则的施肥原则l 作物在作物在不同生育期的需肥量不同不同生育
20、期的需肥量不同，采用少量多次的施肥，采用少量多次的施肥方法方法，不仅能节省肥料、提高肥料的利用率，而且能提不仅能节省肥料、提高肥料的利用率，而且能提高作物的产量和品质高作物的产量和品质根据花椰菜生育根据花椰菜生育期内钾肥的吸收期内钾肥的吸收速率进行施肥速率进行施肥共施六次共施六次1. 灌溉施肥原则灌溉施肥原则p应遵循应遵循少量多次少量多次的施肥原则的施肥原则l 施肥应和灌水协调统一施肥应和灌水协调统一，节水灌溉、施肥设备提高了灌，节水灌溉、施肥设备提高了灌水与施肥的时效性和便捷性。水与施肥的时效性和便捷性。l 兼顾兼顾施肥浓度施肥浓度对作物的影响对作物的影响 例如，例如，不同不同作物作物对对喷
21、洒喷洒肥液浓度肥液浓度有有不同要求，稻麦不同要求，稻麦等禾等禾谷类作物为谷类作物为0.2%0.3%；油菜、；油菜、棉花为棉花为0.1%0.2%；薯类为薯类为0.2%2. 肥液配置和施肥均匀性肥液配置和施肥均匀性p肥液配置肥液配置：l 根据肥料类型及溶解度、施肥量、肥料桶体积正根据肥料类型及溶解度、施肥量、肥料桶体积正确配制肥液确配制肥液l 协调肥液总体积和灌水定额之间的关系，使定量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，且满足灌水定额肥液准确地施入到一定面积内，且满足灌水定额l 有必要借助计算机完成计算和控制有必要借助计算机完成计算和控制p施肥均匀性施肥均匀性：取
22、决于灌水均匀性和水肥混合液均匀性：取决于灌水均匀性和水肥混合液均匀性l 措施：改措施：改进进喷头、滴头类型与配置型式；增加注喷头、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肥喷嘴等提高水肥混合液的均匀性3. 灌溉施肥程序灌溉施肥程序p施肥程序施肥程序：l 固定式灌溉系统：清水灌溉固定式灌溉系统：清水灌溉水肥溶液水肥溶液清水灌溉清水灌溉l 行走式灌溉系统：水肥溶液行走式灌溉系统：水肥溶液清水灌溉清水灌溉p施肥后必须进行施肥后必须进行清洗清洗，防止灌溉系统发生腐蚀，防止灌溉系统发生腐蚀p施肥系统吸入施肥系统吸入口口应装防应装防倒吸装置、上游倒吸装置、上游应装逆应装逆止阀，防止阀，防止肥料倒流进入灌溉水源；下游止肥料倒流进入灌溉水源；下游必须装过滤必须装过滤设备，以清设备，以清除未溶解的化肥或其他除未溶解的化肥或其他杂质杂质严海军严海军 博士博士 教授教授中国农业大学水利与土木工程学院中国农业大学水利与土木工程学院手机：手机：1365-1365-864邮箱：邮箱：
