水肥一體(tǐ)化精准灌溉施肥技术是将施肥与灌溉结合在一起的一项精准农业新(xīn)技术，它借助灌溉系统，将由固體(tǐ)肥料或液體(tǐ)肥料配兑而成的肥液一起均匀、准确输入到作物(wù)根部土壤，有(yǒu)效控制灌溉水量和施肥量，提高水肥利用(yòng)效率。本文(wén)论述了水肥一體(tǐ)化精准灌溉施肥基本构成以及应用(yòng)成效，自动精准滴灌施肥机的工作原理(lǐ)、技术性能(néng)。对施肥装置、混合装置、过滤装置、EC/PH检测监控反馈装置、精准灌溉施肥模糊控制技术进行探索研究，提出了实现水肥一體(tǐ)化自动精准灌溉施肥主要技术途径。

前言

水肥一體(tǐ)化精准灌溉和施肥技术是一种集灌溉和施肥于一體(tǐ)的精细灌溉和施肥的新(xīn)型农业技术。该技术采用(yòng)压力灌溉系统将可(kě)溶性固體(tǐ)肥料或液體(tǐ)肥料喂入作物(wù)根部土壤，均匀灌溉 ，并根据作物(wù)生長(cháng)需要在整个生長(cháng)期内进行水分(fēn)和养分(fēn)。 。定量 定时，按比例提供。

实现水肥一體(tǐ)化精准施肥技术需要相应的供水 肥料 自动精密灌溉施肥 灌溉管网等设施，关键核心装置是自动精密灌溉施肥设备。该设备可(kě)在野外控制或由气象站控制器外部控制，通过实时监测EC（電(diàn)导率）/PH（pH）值，肥料可(kě)准确地将肥料养分(fēn)注入灌溉主网络，以精确执行灌溉。施肥。

1 灌溉施肥设备

自动精确灌溉施肥机组成及主要性能(néng)自动精密灌溉机由電(diàn)动水泵 施肥设备 混合设备 过滤设备  EC/PH检测和监测反馈设备 差压恒定设备 自动控制系统。根据输入条件或土壤湿度 蒸发 等降雨和光照强度等传感器，充分(fēn)智能(néng)调节和控制灌溉施肥。在施肥过程中，可(kě)以选择和设定灌溉和施肥程序，灌溉作物(wù)的灌溉和施肥可(kě)以根据设定的程序自动定期计算;

根据土壤水分(fēn) 降雨量 光等因素，实现水肥自动调节; EC/PH监测系统用(yòng)于实时监测灌區(qū)的情况，并进行精确和按比例平衡的施肥，以实现真正的精确施肥。

1.1施肥

由文(wén)丘里肥料组成，包括電(diàn)控阀 止回阀 调节器 抽吸软管和管道配件。文(wén)丘里肥料的核心部分(fēn)是“文(wén)丘里管”。文(wén)丘里管是节流装置。其工作原理(lǐ)是当液體(tǐ)流过减小(xiǎo)的流动横截面的喉部时，流速增加，动态压力增加，静压减小(xiǎo)。喉部产生负压，喉部的负压用(yòng)于吸收开口容器中的肥料。

1.2过滤装置

肥料溶解性不好，因而肥液含有(yǒu)一些固體(tǐ)颗粒的杂质，需过滤出来。系统采用(yòng)两级过滤装置，為(wèi)碟片式或网式结构。肥液罐中未溶解的颗粒会沉积。

在罐體(tǐ)底部，在肥液入口处选用(yòng)粗过滤器，进行第一次过滤;在灌溉主水管道中，固體(tǐ)颗粒会影响整个灌溉系统的工作，在肥液进入主水管道前，再进行一次过滤。

1.3混肥装置

肥液在灌溉主管道中与水混合不均匀会降低检测系统的准确性，需设置混肥装置。混肥装置利用(yòng)液體(tǐ)流动中遇到管道截面的突变时产生漩涡，且漩涡对液體(tǐ)有(yǒu)一定的混合作用(yòng)的原理(lǐ)设计，安装在检测装置前，使肥液通过漩涡能(néng)够得到充分(fēn)的混合，使EC值和PH值将会更加准确、稳定。

2.自动精准灌溉施肥机控制系统

2.1控制系统组成

控制系统由灌溉水与肥液供给控制系统组成。其中，肥液供给控制系统由抽吸肥液用(yòng)的文(wén)丘里施肥器、控制電(diàn)磁阀、传感器(主要测定PH值、EC值等)和混合罐、肥料罐组成，如图2所示。

2.2控制系统原理(lǐ)

肥液罐里的高浓度肥液经过滤器后由文(wén)丘里施肥器注入到混合罐，肥料泵从混合罐抽出肥液输送进入灌溉主管道中，同时设置支管连接注肥器，作為(wèi)注肥器的进水管。设置EC测量仪检测主水管道

中的肥液浓度，将检测得到的浓度值反馈到单片机与设定值进行比较，根据信号差值通过控制電(diàn)磁阀开关脉冲宽度调节施肥量，使主管道中的肥液浓度值与设定值保持一致，酸碱度的调节与肥液浓度调节类似。

2.3控制系统运行

当设定条件或土壤水分(fēn)探测仪探测到需灌水时，打开肥料泵使其工作，借用(yòng)稳压阀使主管道中的灌溉水恒压流动，灌溉水经过管道1流向灌水器进行灌水作业;当需要施肥时，打开文(wén)丘里吸肥管和通往混合罐管路的電(diàn)磁阀，启动肥料泵，一部分(fēn)灌溉水经过管道1和2流向管道3和4，给混合灌补水，同时灌溉水流经文(wén)丘里管产生负压，把液肥从肥料桶吸出流向混合罐，已经混合充分(fēn)的肥液在肥料泵的加压作用(yòng)下进入管道1流向灌水器进行施肥水作业。流入混合罐的水流是沿切向流入的，故液肥与混合罐中的水能(néng)够很(hěn)好地混合。混合罐安装了液位控制阀，会在混合罐中的水位达到设定值时自动关闭混合罐与补水管道之间的通道，当混合罐中的液位下降时自动打开。

為(wèi)了能(néng)实时高精度地检测混合罐中肥液的EC值和PH值，在肥料泵的出水口处引出一路水流2,同时在此检测PH值和EC值。单片机控制程序得到PH值和EC值传感器的检测值后，根据先前设定的肥料配比，计算发出吸肥管路電(diàn)磁阀开关脉冲宽度指令，通过控制電(diàn)磁阀的开关时间，使混合液中的肥料配比保持在限定的范围之内。

2.4灌水总量、施肥量和肥液配比以及肥液混合控制

2.4.1灌水总量的控制

系统对灌水总量采用(yòng)独立控制，由于主管道内灌溉水恒压流动，灌水总量与灌溉时间成正比，单片机通过控制阀门开关时長(cháng)控制灌水总量。

2.4.2施肥量和肥液配比的控制

施肥控制必须完成两种控制，即肥液配比控制和施肥量控制。采用(yòng)时序控制的方式，即可(kě)较准确地控制施肥量和肥液配比。同样，由于主管道内灌溉水恒压流动，施肥量与灌溉时间成正比，通过控制时间来控制施肥量，即也用(yòng)控制阀门开关时長(cháng)控制施肥量。

2.4.3肥液混合系统控制原理(lǐ)

由于控制系统的電(diàn)磁阀仅有(yǒu)开关两种工作状态，又(yòu)因為(wèi)混合罐中的肥液混合具有(yǒu)在線(xiàn)性，因此肥液混合系统也具有(yǒu)实时、延迟和不确定等特性，系统的滞后和惯性极大，采用(yòng)传递函数的原理(lǐ)很(hěn)难确定，所以肥液混合系统采用(yòng)模糊控制法。

系统采用(yòng)负反馈闭环控制原理(lǐ)来实现模糊控制。首先，将输入量、控制规则、决策以及判决等模块均模糊化，输入量模糊化后即对应于一定等级的隶属度，然后，制定输入变量、输出控制变量及其论域对应不同等级模糊集中的各个语言变量的隶属度。根据实际经验总结得出，模糊控制规则是用(yòng)语言变量形式表示的模糊条件语句，而起控制作用(yòng)的模糊集则是以模糊规则為(wèi)基础的模糊决策。最后，用(yòng)模糊判决方法得到输出控制变量论域中的等级数，再经过输出精确化，输出控制指令。

3、水肥一體(tǐ)化自动精准灌溉施肥设施技术应用(yòng)成效

水肥一體(tǐ)化自动精准灌溉施肥设施技术应用(yòng)最為(wèi)广泛是在滴灌施肥方面，通过采用(yòng)膜下滴灌等形式，取得以下成效。

1>水利用(yòng)系数达到o.9s，高于我國(guó)栉水灌溉技术规褂中水利用(yòng)系数0.9的规定，节水成效明显。

2>肥液与灌溉水一起，均匀、准确地输送到作物(wù)根部土壤，减少肥料的挥发和流失，或营养过剩。经试验测算，精准滴灌施肥与传统技术施肥相比节肥40%一50% o

3)依托于先进的灌溉技术和设施，实现自动化精准灌溉施肥，二三个工人短时间就可(kě)操作完成几百亩作物(wù)的灌溉施肥，节约劳动力成本。

4)肥料养分(fēn)呈溶液状态，可(kě)以较快地渗入土壤，被作物(wù)根系吸收，促进作物(wù)产量提高和产品质量的改善。

5)能(néng)够有(yǒu)效控制灌溉施肥量，可(kě)以避免化肥浇到深层土壤，造成土地和地下水的污染，避免了土壤板结退化。

4、小(xiǎo)结

我國(guó)是农作物(wù)生产大國(guó)，同时也是水肥消耗大國(guó)，然而对于水肥来说，有(yǒu)效利用(yòng)率并不十分(fēn)令人满意。传统的自然灌溉，水分(fēn)利用(yòng)率只有(yǒu)40%左右。大量的未被利用(yòng)的水把施用(yòng)的肥料带走，严重浪费资源和能(néng)源，引发了农业生态环境的污染。精准的灌溉和施肥集成的水肥一體(tǐ)化，肥料随适量的灌水进入作物(wù)根系附近，不会在深层流失，既提高了肥效，又(yòu)使地下水免受肥料及化學(xué)药剂的污染，在灌溉和施肥的方式上真正做到对作物(wù)所需水分(fēn)与养分(fēn)进行均匀、适量、准确地控制和供应。