設(shè)施水肥一體化關(guān)鍵技術(shù)裝備的選用及實踐

蘭麗光+唐愛莉+齊長紅

隨著中國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及規(guī)模化耕作的實現(xiàn)，先進的水肥一體化關(guān)鍵技術(shù)裝備在得到了廣泛應(yīng)用，種植者在種植過程中也得到了實惠。設(shè)施水肥一體化關(guān)鍵技術(shù)裝備的應(yīng)用使肥料與水的利用率大幅度提高，起到節(jié)水節(jié)肥的作用，大大降低了設(shè)施蔬菜在生產(chǎn)中因過量施肥而造成的土壤、地下水污染。通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對水肥一體化系統(tǒng)的智能管控，合理地對作物進行給水施肥，水肥均勻度得到有效保障，實現(xiàn)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

但在設(shè)施園藝種植過程中，個別企業(yè)、種植戶對水肥一體化關(guān)鍵技術(shù)裝備的型號及應(yīng)用原理的認(rèn)知存在偏差，誤以為只要選用進口的施肥機，水肥一體化系統(tǒng)就可以無障礙運行，實現(xiàn)水肥一體精準(zhǔn)施用。其實，設(shè)施園藝種植對肥水的需求是精準(zhǔn)配肥、準(zhǔn)確供應(yīng)、快速檢測、少量多次控制。若沒有將施肥機、原液桶、管路及水源配置正確得當(dāng)，會對設(shè)施園藝種植帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響，導(dǎo)致有的種植企業(yè)甚至放棄使用水肥一體化系統(tǒng)。

筆者通過多年來從事水肥一體化系統(tǒng)設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、配套、安裝、調(diào)試及應(yīng)用等工作，積累了豐富的經(jīng)驗，同時考察各地設(shè)施園藝種植無土栽培項目，認(rèn)為目前部分設(shè)施園藝種植企業(yè)在選用水肥一體化系統(tǒng)時需注意以下幾點。

施肥機的選擇

部分設(shè)施園藝種植企業(yè)選擇旁路式施肥機（圖1）作為水肥一體化的核心裝備，其肥、水不通過混合，直接注入主供水管路，影響配肥結(jié)果的精準(zhǔn)度，使肥水的EC/pH檢測結(jié)果為脈沖式。水肥通過管路輸送到植株，會出現(xiàn)時而是清水、時而是肥水的現(xiàn)象，造成植株燒根或缺肥。

肥料原液桶及攪拌器的選用

部分企業(yè)在選擇肥料原液桶時存在誤區(qū)，認(rèn)為透光原液桶（圖2）既美觀又可以觀察肥料原液的液位，可以實時把握肥料原液是否欠缺，但光線透過透光原液桶照到肥料原液液體，容易滋生藻類，藻類的大量繁殖會導(dǎo)致吸肥通道阻塞，造成水肥一體化系統(tǒng)吸肥比例不正確，配制出的肥水肥料成分比例失真，達不到自動調(diào)配肥水的目的，還易造成末端滴頭阻塞。也有部分企業(yè)為了節(jié)約成本，不給肥料原液桶配備肥料攪拌裝置，或其配套的攪拌裝置在施肥機工作時沒有得到正確使用。而肥料原液由于長期處于高濃度狀態(tài)，易出現(xiàn)肥料析出結(jié)晶的現(xiàn)象，阻塞吸肥通道，同樣會造成施肥機的吸肥比例不正確。

設(shè)施園藝種植管路設(shè)計

部分企業(yè)現(xiàn)有的水肥一體化系統(tǒng)大多設(shè)計成清水、肥水統(tǒng)一管路輸送，可以節(jié)約投入成本，但在設(shè)施園藝種植中需求的是肥、水少量多次控制，從而導(dǎo)致需給遠端植株配送清水時，卻配送了肥水，需配送肥水時，反而配送了清水，實際水肥供給情況與種植者意愿相悖。以永清新苑陽光基地巖棉定植番茄為例，每次配送水、肥的時長為50～60 s（即20～25 mL），單個灌溉區(qū)植株為4560株，配送總量約91～114 L。由于主管路約為70 m，管徑尺寸為DN50，管路實時液體存儲量約為137 L，大于單次配送量。每個灌溉區(qū)每天需要灌溉清水1～2次，因此總有1～2次在配送清水時實際供給的是前次的肥水，配送肥水時實際供給的是清水。

自動配肥管理控制

設(shè)施園藝種植要求施肥機配肥效率高，即在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)其吸肥比例及水肥的EC/pH達到施肥的目標(biāo)值。實踐中很多現(xiàn)有水肥一體化設(shè)施均存在開始配肥到配肥穩(wěn)定時間過長的問題，穩(wěn)定時間約為1～2 min，有的甚至長達4 min，也就是說系統(tǒng)還沒有穩(wěn)定，施肥就已經(jīng)完成了（圖3），因此設(shè)施園藝種植實現(xiàn)水肥一體化就失去了意義。

為此，在實踐水肥一體化的實踐過程中，逐步明確對施肥機在不同種植模式下的選型，肥料桶及配套的選擇。根據(jù)不同種植結(jié)構(gòu)管路及管理控制軟件的設(shè)計，開發(fā)合理的水肥一體化系統(tǒng)，有效克服原有系統(tǒng)存在的問題（圖4）。

施肥機、肥料桶配置要求

施肥機配置要求

（1）施肥機（圖5）選擇混肥桶直注型，混肥均勻，進出肥水一致，并根據(jù)種植面積及種植結(jié)構(gòu)配置好流量。

（2）配肥速度快，在短時間（10～15s）內(nèi)，輸出肥水EC/pH達到目標(biāo)值。

（3）配置采集速度快且漂移量小的EC/pH傳感器，并方便校驗。

（4）配置肥料通道可視調(diào)節(jié)流量計，確保通道暢通且吸肥比例一致。

（5）系統(tǒng)人機界面簡潔易懂，讓使用者能快速入手使用。

（6）易損件更換及維修簡單方便。

肥料桶配置要求

（1）根據(jù)用肥量，選配相應(yīng)容積肥料原液桶（圖6），建議選用能貯存1周用量的原液桶。

（2）肥料原液桶選擇不透光容器，且配置清洗排污裝置。

（3）肥料原液桶配置攪拌器，并配置與系統(tǒng)同步工作的控制確保肥料原液均勻度，避免肥料析出。

（4）設(shè)計肥料原液液位傳感及可視窗，實時查看液位。

獨特雙管路設(shè)計

根據(jù)種植面積及種植結(jié)構(gòu)對肥水的需求來設(shè)計管路大小，盡量縮小主管路的通徑來減少管路中肥水存留，同時把清水與肥水主管路分開，到末端匯合。這樣既不影響肥水輸送，也不影響清水灌溉。保證管路內(nèi)溶液適時為作物提供清水或肥水，真正實現(xiàn)水肥一體化系統(tǒng)的應(yīng)用（圖7）。

系統(tǒng)管理管控實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在線控制

根據(jù)中國用戶使用習(xí)慣，北京藍洋益海科技有限公司把復(fù)雜配肥編程工作后置，出廠的系統(tǒng)在后臺完成設(shè)置和調(diào)整，客戶只需進行簡單便捷的人機交互，便可使用。而且還能實現(xiàn)遠程實時管控，將所得數(shù)據(jù)實時與管理的人員手機在線連接，對水肥一體化系統(tǒng)工作狀態(tài)進行實時調(diào)控。

隨著國家設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展進程的加速，水肥一體化系統(tǒng)不斷豐富系統(tǒng)功能，明確系統(tǒng)選配關(guān)鍵設(shè)備，實現(xiàn)用戶對系統(tǒng)的可操作性。設(shè)備制造開發(fā)企業(yè)做好整套系統(tǒng)，可以給種植者帶來的實實在在的生產(chǎn)效益。