馬　偉　王　秀　毛益進(jìn)　劉大印　周　舟　吉建斌

“溫室精準(zhǔn)變量施肥技術(shù)”是指在設(shè)施園藝生產(chǎn)過程中，充分考慮溫室環(huán)境的微氣候特性，按照作物生長規(guī)律，利用傳感器技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等手段精準(zhǔn)控制施肥過程，按照需要自動(dòng)控制肥料濃度和施肥量，做到肥料最少用量、最多吸收、最大利用、最小浪費(fèi)，最大程度地提高肥料的利用率，做到少投入、高回報(bào)。

研究背景和現(xiàn)狀

精準(zhǔn)變量施肥技術(shù)是一個(gè)重要的領(lǐng)域。對(duì)于溫室園藝生產(chǎn)來說，水肥科學(xué)控制關(guān)系到園藝產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量，直以來都是國內(nèi)外溫室經(jīng)營者、種植者和研究機(jī)構(gòu)關(guān)注的焦點(diǎn)。設(shè)施園藝生產(chǎn)有著自身的鮮明特點(diǎn)，即水肥用量大，高度依賴人工水肥環(huán)境。設(shè)施園藝生產(chǎn)的這一特點(diǎn)就要求生產(chǎn)者對(duì)水肥的控制要精益求精，以明顯地提高產(chǎn)品的質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。

國外對(duì)水肥控制技術(shù)研究的起步較早。以色列、美國、荷蘭、法國等國家在這方面都有很多成果。以色列是個(gè)水資源短缺的國家，研發(fā)了很多先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)。其中，先進(jìn)的微灌技術(shù)應(yīng)用帶動(dòng)了以色列水肥灌溉的興起，該技術(shù)在溫室的優(yōu)勢(shì)更為明顯，其基于精準(zhǔn)變量控制的溫室水肥灌溉系統(tǒng)對(duì)水的最高利用率可以達(dá)到95％。AMIAD公司、NETAFIM公司等是以色列知名的水肥精準(zhǔn)變量控制技術(shù)設(shè)備供應(yīng)商。

基于地廣入稀的自然特點(diǎn)和勞動(dòng)力昂貴的社會(huì)現(xiàn)實(shí)，美國也大量應(yīng)用自動(dòng)化灌溉技術(shù)。目前，美國是世界上微灌面積推廣最大的國家。在微灌技術(shù)的基礎(chǔ)上，美國大力發(fā)展了精準(zhǔn)變量施肥技術(shù)，開發(fā)并大量應(yīng)用了化肥一農(nóng)藥注入泵、文丘里化肥注入系統(tǒng)、40站電磁閥控制器等先進(jìn)的施肥控制器。目前。美國在精準(zhǔn)變量施肥領(lǐng)域處于先進(jìn)水平。

荷蘭的花卉產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展均較快。荷蘭花卉溫室大量應(yīng)用了先進(jìn)的灌溉施肥設(shè)備。荷蘭PRIVA公司是世界最大的溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制公司之一，其已經(jīng)成功開發(fā)并應(yīng)用了多款先進(jìn)的用于溫室生產(chǎn)的自動(dòng)控制施肥機(jī)，能夠完全滿足實(shí)際生產(chǎn)中的水、肥精準(zhǔn)變量控制。

法國在肥料農(nóng)藥混合器方面的研究也處于國際先進(jìn)水平，相關(guān)的溫室園藝使用的精準(zhǔn)變量施肥產(chǎn)品應(yīng)用得也非常普遍。

相比之下，我國的溫室灌溉施肥技術(shù)相對(duì)比較落后，水的利用率只有40％(馬學(xué)良，1999)，設(shè)施園藝生產(chǎn)中應(yīng)用精準(zhǔn)變量技術(shù)起步較晚。20世紀(jì)90年代以后，國家對(duì)節(jié)水灌溉施肥更加重視，各地從發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了相關(guān)的灌溉施肥設(shè)備，使得國內(nèi)溫室大棚等保護(hù)地生產(chǎn)的灌溉施肥技術(shù)有了較大發(fā)展。但是，目前，溫室中普遍應(yīng)用的是簡單的壓差式施肥器，濃度不均勻。我國自行研發(fā)的計(jì)算機(jī)控制的變量精準(zhǔn)施肥設(shè)備大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚未有成熟的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品。

國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心針對(duì)我國溫室園藝的實(shí)際需求，開發(fā)了移動(dòng)式溫室精準(zhǔn)施肥機(jī)等多款溫室專用的智能施肥機(jī)，性能可靠，適應(yīng)溫室推廣應(yīng)用。

移動(dòng)式溫室精準(zhǔn)施肥機(jī)

適用于小型溫室生產(chǎn)基地

移動(dòng)式溫室精準(zhǔn)施肥機(jī)(見圖1)是專門針對(duì)小型溫室生產(chǎn)基地生產(chǎn)的需要開發(fā)的，不需要配套專門的純水機(jī)，普通的自來水即可使用。該設(shè)備設(shè)置有自動(dòng)控制箱，安裝有可編程控制器、報(bào)警模塊、液位傳感器，能夠按照程序設(shè)定自動(dòng)控制工作時(shí)間，設(shè)置有自動(dòng)和手動(dòng)模式切換開關(guān)，可以在自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式之間靈活切換。自動(dòng)模式下，可無人監(jiān)測(cè)定時(shí)自動(dòng)開關(guān)機(jī)，可記錄灌溉水總量，肥料箱溶液用盡可自動(dòng)報(bào)警。移動(dòng)系列安裝有靜音橡膠腳輪，可靈活移動(dòng)，10個(gè)溫室公用1臺(tái)施肥機(jī)即可完成作業(yè)，配備有快速密封接頭，可方便在不同溫室之間移動(dòng)使用。肥料濃度使用高精度的比例器控制，可手動(dòng)靈活調(diào)節(jié)施肥濃度，性能可靠，經(jīng)久耐用。使用配套的噴槍后，可按照設(shè)定濃度精確噴灑葉面肥。設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)簡單，普通溫室種植人員經(jīng)過簡單的培訓(xùn)后即可進(jìn)行操作使用。該設(shè)備價(jià)格適合，適合我國溫室大面積推廣。該機(jī)已經(jīng)獲得國家專利。

溫室精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)

適用于大中型設(shè)施園藝基地

溫室精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)(見圖2)是專門應(yīng)用于大中型設(shè)施園藝基地的智能精準(zhǔn)變量施肥系統(tǒng)。要求配套有純水機(jī)制造純凈水，能精確控制EC值和pH值。設(shè)有專門的灌溉施肥控制計(jì)算機(jī)，具備單獨(dú)灌溉、施肥等多種功能?？刂破鞑捎貌噬壕в|摸屏，防水防潮，操作界面友好，除有簡體中文的操作界面外，還支持英文。系統(tǒng)具有肥料溶液循環(huán)系統(tǒng)，可以提高利用效率40％。最多可控制40個(gè)灌溉電磁閥區(qū)，有多達(dá)8種EC／DH值設(shè)定，可以根據(jù)光照量來校正EC值。

平移式肥水噴灑系統(tǒng)

專門為溫室工廠化育苗基地開發(fā)

平移式肥水噴灑系統(tǒng)(見圖3)是專門為溫室工廠化育苗基地開發(fā)的智能設(shè)備。該設(shè)備能有效解決溫室育苗過程中人工噴頭噴灑水量不均、秧苗高低不一的問題，折疊噴桿上安裝有可旋轉(zhuǎn)的多功能噴頭，1個(gè)噴頭可以安裝3個(gè)不同噴量的噴嘴，根據(jù)瓜類、椒茄類、豆類等不同秧苗、不同生長期的需求，選擇不同的噴嘴，通過控制器靈活變量控制葉面肥噴量，實(shí)現(xiàn)施肥作業(yè)時(shí)的精準(zhǔn)變量控制?？上冗x擇好合適的噴嘴，設(shè)定所需的噴灑量，人工推動(dòng)噴灑車勻速前進(jìn)，也可兩人抬著噴桿，噴桿通過高壓噴管和壓力泵連接，打開噴灑閥門后勻速前進(jìn)，完成肥水噴灑作業(yè)。

潮汐式精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)

潮汐式精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)是基于潮水漲落原理而設(shè)計(jì)的種將灌溉和施肥結(jié)合在一起的高效節(jié)水施肥系統(tǒng)。該灌溉施肥系統(tǒng)適用于各類盆栽植物的種植管理，可以有效提高水資源和營養(yǎng)液的利用效率。該系統(tǒng)能保證作物均勻吸收肥料和水分，充分滿足作物生長需要，因此，園藝產(chǎn)品質(zhì)量一致性好，成品率高。

潮汐式精準(zhǔn)施肥灌溉系統(tǒng)主要分為兩類：地面式和植床式。地面式潮汐灌溉施肥系統(tǒng)是在地表砌一個(gè)可蓄水的苗盤裝水池，在其中分布若干出水孔和回水孔：植床式潮汐灌溉系統(tǒng)則是在苗床上搭建出一層大面積的蓄水苗盤，在苗盤上預(yù)留了出水和回水孔。在應(yīng)用時(shí)，灌溉水或配比好的營養(yǎng)液由出水孔漫出，使整個(gè)苗床中的水位緩慢上升并達(dá)到合適的液位高度(漲潮)。在保持一定時(shí)間，使得作物根系充分吸收營養(yǎng)液后，打開回水口，使?fàn)I養(yǎng)液陜速回流到儲(chǔ)液池中(落潮)，從而完成一個(gè)灌溉循環(huán)過程。潮汐式灌溉可以精確滿足植物的水肥供應(yīng)，且在通過毛細(xì)作用進(jìn)行灌溉時(shí)，可使介質(zhì)保持相應(yīng)的濕度和透氣性，降低了根壓，有利于植物根系及植株的快速生長。潮汐式灌溉系統(tǒng)采用完全封閉的系統(tǒng)循環(huán)，水資源利用率90％以上，通過底部灌溉，避免了植物葉面產(chǎn)生水膜，可以保持葉面干燥，促進(jìn)作物的光合作用，有利于室內(nèi)相對(duì)濕度的控制。

潮汐式灌溉施肥系統(tǒng)集成了紫外臭氧消毒技術(shù)，不但可以實(shí)現(xiàn)作物均勻地精準(zhǔn)灌溉施肥，而且可對(duì)回收液進(jìn)行有效地過濾、消毒、殺菌處理，提高營養(yǎng)液的循環(huán)使用效率。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可以同時(shí)對(duì)水溫、EC值、pH值等用戶關(guān)心的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，精確控制環(huán)境溫度和營養(yǎng)液的配比平衡，達(dá)到施加、過濾、回收、檢測(cè)、消毒、調(diào)整、再利用的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，有效提高營養(yǎng)液和水的利用率。潮汐式灌溉系統(tǒng)管理成本低，無論是手動(dòng)操作或輔助以自動(dòng)控制系統(tǒng)管理下，一個(gè)人在20 min內(nèi)可完成多個(gè)植床的灌溉施肥。該系統(tǒng)科學(xué)實(shí)用，有很好的市場(chǎng)推廣前景。

展望

溫室的肥水科學(xué)管理能夠明顯地提高溫室園藝作物產(chǎn)量和品質(zhì)，具有廣闊的發(fā)展前景。目前，我國設(shè)施生產(chǎn)中的精準(zhǔn)變量施肥技術(shù)應(yīng)用水平不高，從國外引進(jìn)的溫室精準(zhǔn)變量施肥系統(tǒng)因?yàn)榫S護(hù)保養(yǎng)成本高，投入大，無法在我國大面積推廣應(yīng)用。開發(fā)價(jià)格適中、能滿足我國設(shè)施園藝生產(chǎn)需要的智能施肥設(shè)備，有很重要的意義。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，觀光旅游農(nóng)業(yè)、高附加值花卉等產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，必將帶動(dòng)相關(guān)智能裝備技術(shù)的巨大需求。在未來十年，這一領(lǐng)域必將有很大的提高。一

參考文獻(xiàn)

[1]馬偉，王秀，等，溫室精準(zhǔn)施肥高效旋藥一體化系統(tǒng)在設(shè)施生產(chǎn)中的研究與應(yīng)用，農(nóng)業(yè)工程技術(shù)溫室園藝，2009(4)17-18

[2]吳福良，蘇臣，等，引進(jìn)現(xiàn)代化溫室灌溉和施肥系統(tǒng)運(yùn)行效果的測(cè)試分析，上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1998，14(增刊)：45-50

[3]馬學(xué)良，趙其恒，等，國內(nèi)外設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展，節(jié)水灌溉，1992(2)：4～7