大棚食用菌種植與自控微噴技術研究

徐紅梅

（滕州市水務局，山東 滕州 277500）

隨著農業產業結構調整的不斷深入，發展大棚菜、大棚食用菌己成為滕州農業經濟的主要支柱產業。香菇作為綠色食品，以其豐富的營養價值和珍貴的藥用價值，贏得了各消費階層的喜愛，市場行情日益走俏。目前，滕州市香菇種植基地已發展到10余處，溫室大棚200多個，總占地面積16.4 hm2，從業人員1200余人，經濟效益顯著，開發前景良好。但是，由于人工灑水，勞動強度大，灌溉用水浪費較多，而缺水或灑水不均的現象時有發生，香菇生長所需的濕度、溫度得不到充分滿足，影響了香菇的產量、品質和外觀形象，嚴重制約了香菇種植業進程和規模化發展。

2005年，棗莊市水務局承擔了棗莊市科委下達的《大棚食用菌自控微噴技術研究》項目。系統運行幾年來，通過跟蹤觀測、對比分析，表明：電子傳感自控微噴灌系統，在香菇種植溫室大棚中實用性強，投資少，見效快，經濟效益顯著，適合大面積推廣。現將該系統從技術和經濟兩方面介紹如下：

1 自控方案的確定

1.1 試區概況

試區位于滕州市南沙河鎮東北部，濟棗公路西側，屬南沙河鎮南池村，參與研究實驗的食用菌大棚共4個，總占地面積0.43hm2。單溫室棚長59 m，寬8 m，容納菌棒11000個，實驗前香菇年產量8600余公斤，總產值38700元，純利潤約9380元。

1.2 自控方案選擇原則

針對香茹的規模種植，區域化經營，擬定了單井四溫室自動控制系統，充分利用時空分布輪回微噴灌，以提高水源工程的利用率，降低造價，便于管理。

1.3 單棚自控方案

根據香菇的生長發育特點，按棚內氣溫劃分為：小于 4℃、4℃～8℃、8℃～25℃、 大于 25℃ 4個溫度控制區間，在這4個溫度控制區間內香菇生長需水量不同。這就要求微噴灌系統，嚴格按照香菇生長發育的要求確定啟噴和停噴。通過進一步總結香菇種植戶經驗，制訂單棚控制方式方案如下：

（1）氣溫低于4℃時,香菇基本處于休眠狀態，不需要經常噴水，該溫控區自控系統設計為休眠狀態。管理人員視情況不同靈活掌握。

（2）棚內氣溫 4℃～8℃時,香菇生長較慢，菌棒水分散失較少，要求環境濕度較低，一般24h噴水1～2次。該溫控區自控系統設計為：雙歷時電路控制。即：間隔歷時 12～24h，一次噴水歷時2～3min。

（3）棚內氣溫 8℃～25℃時,香菇生長很快，菌棒水分散失量較大，這時環境空氣濕度必須保持在80%以上，才能保證香菇正常生長。該溫控區自控系統設計為：環境空氣濕度傳感器提供起噴信號，一次噴水歷時2～3min。

（4）棚內氣溫大于25℃時,需要大量通風以降低氣溫，這時香菇生長不是很快，但由于氣溫高,菌棒水分散失量很大，棚內環境空氣濕度無法保證相對穩定，必須頻繁噴水，其作用一是補充水分，二是配合通風降低棚內氣溫。該溫控區自控系統設計為：雙歷時電路控制，即：間隔歷時 15min至 1h，一次噴水 10～30s。

2 系統組成及工作原理

本自控微噴灌系統由電子傳感綜合控制系統、繼電設備和安全保護裝置、水源和提水設備、管網和微噴設備等4部分組成。

2.1 電子傳感綜合控制系統

2.1.1 測控流程

電子傳感綜合控制部分是溫室自控系統的測控核心，測控流程是：通過溫度傳感器中的三組溫感電路，使集成電路判別出大棚溫室內環境溫度，所屬的溫度控制區間（小于 4℃ 、4℃～ 8℃、8℃～25℃、大于 25℃），并與相應的溫度控制區間的微噴灌控制方式電路聯通，從而輸出相應于該溫控區的需灌信號。大棚溫室間掃描以每秒一次的頻率依次搜索。輪灌系統內多個單棚溫室，有時會以不同或相同的微噴灌控制方式，近于同時輸出需灌信號，當掃描信號與某一溫室的需灌信號相遇時，掃描信號被鎖定，供水機泵和該溫室的電磁閥會同時啟動噴灌，噴灌歷時過后，掃描信號繼續搜索，就這樣，在輪灌系統內多個單棚溫室之間以不同或相同的控制方式輪回噴灌。

2.1.2 傳感器研制

根據實際控制的需要，研制了空氣濕度、溫度兩種傳感器和具有 1s、30s、15min、2h 4種信號輸出的電子時鐘電路。

（1）濕度傳感器，是本控制系統中利用率最高、最活躍的部件，濕度感應核心部件，采用了北京寶力馬傳感技術有限公司生產的S302H5濕度變送模塊。利用分析集成電路的模擬開關功能，組成變送電路，根據環境濕度在80%RH時，S302H5濕度變送模塊輸出的電位信號，做出定量臨界判斷，輸出相應的高（低）電位。

S302H5濕度變送模塊有關技術指標為：

①測量范圍：0～100%RH;②測量精度：≤ 5%RH;③消耗電流：<1.5mA；④信號輸出：0.38～3.68V與0～100%RH線性對應;⑤時間常數:5s;⑥供電電源:5V DC5%;⑦使用環境:0～+50℃;⑧儲存環境：-20～+50℃（非凝結）;⑨連接端口：4針插座（2.0mm間距）;⑩敏感元件：S108高分子濕敏電容器。

（2）溫度傳感器，實質上是溫度傳感組合電路。該電路使用DC+5V5%電源，分析集成電路是4051-3-8模擬芯片，溫度傳感是由三組精密電位器（3296/100K）和溫感電阻（-20K/0℃～60℃）組成。通過調試三組溫度傳感器，使分析集成電路分別在 4℃ 、8℃、25℃時產生臨界電位，當溫室內環境溫度分別處于小于4℃ 、4℃～8℃、8℃～25℃、大于 25℃這 4個溫度控制區間時，三組溫度傳感電路將組成4種不同組合，分析電路會相應產生出4種不同的輸出，根據輸出的不同信號，確定不同的噴灌方式。

溫度傳感器有關技術指標為：①測量范圍：-50～+120℃;②測量精度：≤ 0.5℃;③自身功耗： 0.75mW/℃;④基本電阻：-10K/22℃;⑤時間常數:12s;⑥線性系數:0.15%。

2.1.3 電子時鐘電路

由兩部分構成：一是時鐘產生電路，該電路使用DC+5V5%電源，由石英晶振器和5369/60Hz時鐘發生電路以及外圍元件組成，輸出標準1/60s信號。二是信號分級處理，該電路以1/60s為輸入信號，使用10進制電流單路分配器組合群體，逐級降頻，從而產生出1s、30s、15min、2h 4種時鐘信號，為各歷時電路提供了單位指標，為輪灌系統內各溫室之間需灌信號的搜索提供了動態依據。

2.2 繼電設備和安全保護裝置

繼電設備是用來執行電子傳感綜合控制系統的指令、驅動提水設備和各溫室內電磁閥實施噴灌的裝置。水泵磁力開關采用的是CJX2-0910/220V/50Hz交流接觸器，二次電源來自綜合控制儀。安全保護有兩部分：一是繼電保護，由熱繼電器和漏電保護斷路器組成，當供電電路發生單相運行、三相不均超標、漏電和電流過熱等現象時，它將通過二次繼電電路執行停機，不至于造成水泵和其它設備的損壞。二是管網保護，管網設計正常工作壓力為4kg/cm2，當管網壓力高于4.5 kg/cm2或低于3.5 kg/cm2時，則表明：管網已經出現故障，不能繼續運行。本系統采用電接點壓力表控制繼電電路，實行高、低限壓運行，超出上述壓力范圍二次繼電電路將執行停機。

2.3 水源和提水設備

本自控微噴灌系統，所用水源為地下水，提水設備為潛水電泵，流量8.4m3/h、揚程38m、配套動力 2.2kW。站首設有逆止閥、閘閥、水表、過濾器、電接點壓力表等，確保在水質、水量、計量和管道安全等方面均能滿足單溫室和灌區管網輪回噴灌的要求。

2.4 管網布設和微噴設備

按著經濟實用原則，管材采用PE管，屬懸掛式微噴灌系統。干管和分干，直徑40mm，均沿溫室寬度方向布設，懸掛固定于棚頂，正常工作壓力為4kg/cm2。支管，直徑20mm，沿溫室長方向布設，每溫室4道，間距2m。噴頭為全圓折射式，射程1.3m，流量60L/h。毛管直徑4mm、管長 20cm，以套管固定安裝在支管上，間距2m。每溫室分干管首安裝一個電磁閥和一個小型過濾器。電磁閥用來配合自控儀執行分干自動開關，實現多溫室自動輪灌。小型過濾器用于進一步提高水質，以減少噴頭毛管的堵塞。

3 經濟效益分析

3.1 投資費用

本項目投資21502.9元，主要包括：新打機井1眼，購置機泵1套，鋪設和安裝干支管道1100m，安裝微噴頭480只，單井四溫室輪灌溫濕度傳感綜合自動控制系統1套。

3.2 年運行費

該項費用包括：動力費、工程維修費、管理費等。據一年來的運行分析計算，年用電費26.88元；工程維修費，按20年折舊課題總投資（21502.9元）的 80%計算為860.12元；管理費主要是維修工時，用工22個，日工資按15元計算，為330元。綜上所述，年運行費共計1217元。

3.3 效益計算

通過對香菇養種植戶的跟蹤調查，在不影響原棚生產的基礎上，從增產、節水、節能和省工等方面對比，據實測數據分析計算列入表1。

3.4 經濟分析

本項目研究于2005年當年投入使用并發揮效益，確定2005年為經濟分析的基準年，經濟計算期取n=15年，根據上文有關數據，采用動態法，進行了分析計算。有關經濟分析指標見表2和表3。

表1 自控微噴工程增產節耗效益計算表

表2 自控微噴工程投資、年運行費和年效益表

表3 自控微噴工程經濟效益分析表

4 結 語

該研究項目投入運行幾年來，通過跟蹤觀察和收集有關技術經濟數據，通過經濟分析計算，效益非常顯著。該研究只對所涉及的單井四溫室系統，進行了經濟效益分析計算。由于規模較小，系統中水源工程、主控設備等共用設施投資，占總投資的比重較大，因此這套系統還有相當可觀的效益沒能得到充分發揮。參考本文第二部分內容，從不影響香菇的正常生長的角度，根據種植戶的經驗，合理調配時空，單井多溫室自控輪灌微噴系統最佳配比為1∶20，這表明：在溫室低于25℃時，自控輪噴系統排隊時間有可能最長為：40～60min；高于 25℃時，排隊時間最長為：200～600s；這個時間不會影響香菇的正常生長。

菌棒注水工序，用工量較大，歷時較長，水量浪費較多，增加了消耗影響了產量。自動化測控補水系統，有待進一步繼續研究探討。