【文章內(nèi)容簡介】 化管理、青少年的科技知識普及教育等進行示范應(yīng)用 ,挖掘農(nóng)業(yè)灌溉科技展示功能 ,充分體現(xiàn)現(xiàn)代都市型灌溉農(nóng)業(yè)的科學(xué)內(nèi)涵。提高花卉的產(chǎn)量和質(zhì)量安全水平 ,降低生產(chǎn)成本 ,提高勞動生產(chǎn)力 ,提高聯(lián)棟溫室花卉生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。建成為一個真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉信息化、自動化、節(jié)能化的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)示范基地和青少年科普教育培訓(xùn)基地。 (三 )設(shè)計原則 配合項目區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)施化建設(shè) ,大力發(fā)展高效農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)措施 ,推動項目區(qū)水資源的可持續(xù)利用。 以水資 源狀況為約束條件 ,充分利用項目區(qū)現(xiàn)有水源及水利設(shè)施 ,因地制宜地發(fā)展高效農(nóng)業(yè)節(jié)水 ,尤其是高效益、高產(chǎn)出的花卉產(chǎn)品 ,使企業(yè)和農(nóng)民增產(chǎn)增收。 高效農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程與農(nóng)藝節(jié)水、管理節(jié)水措施相結(jié)合 ,切實做到綜合節(jié)水 ,提高水的利用率。 充分體現(xiàn)集中展示、突出效果、做出樣板的原則。 二、工程設(shè)計方案 (一 )潮汐式灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 潮汐式灌溉系統(tǒng)基本組成及工作原理如圖 1 所示。系統(tǒng)主要由潮汐灌溉栽培床、營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)營養(yǎng)液池、循環(huán)水泵、管路等、控制系統(tǒng)和栽培容器定植籃等部分組成。工作原理是將具有 網(wǎng)狀盆底的栽培容器置于潮汐灌溉栽培床上 ,營養(yǎng)液從營養(yǎng)液池被專用循環(huán)水泵抽出送至栽培床 ,將栽培床淹沒 20~30 mm的深度。 10~15 min 后 ,營養(yǎng)液因毛細作用而上升至栽培容器中基質(zhì)的表面 ,此時將營養(yǎng)液排出 ,使其再度流回營養(yǎng)液池中 ,營養(yǎng)液還可在其他栽培床需水時再行抽出。該系統(tǒng)具有省水省肥、控制精確和工作效率高等特點。 (二 )潮汐灌溉栽培床的設(shè)計 栽培床床面材料的加工工藝選擇 潮汐灌溉栽培床床面材料的選擇主要從耐腐蝕、耐高溫、耐高濕、耐強光以及使用年限 等方面進行考慮。由國情出發(fā) ,以聚乙烯為主要原料 ,采用滾塑加工工藝制作 ,不僅解決了大型模具制作難和成本高的問題 ,節(jié)省了原材料 ,節(jié)約了成本 ,同時也滿足了潮汐灌溉專用苗床復(fù)雜的制作工藝。 栽培床床面結(jié)構(gòu)設(shè)計 潮汐灌溉栽培床為分段拼接式栽培床。栽培床床面分為 3 段 ,分別為供水段、循環(huán)中間段和回水段 ,如圖 2 所示俯視圖。栽培床回水段尾部設(shè)有兩個下凹的池形結(jié)構(gòu)作為營養(yǎng)液回流池 ,池形結(jié)構(gòu)的底面還裝有營養(yǎng)液回流閥 ,池形結(jié)構(gòu)的上方覆蓋有柵狀過濾網(wǎng)殼。循環(huán)中間段用于連接供水 段與回水段。供水段與供水管道相連接 ,用于供給營養(yǎng)液和水。在床面上分布有縱向和橫向的營養(yǎng)液流動溝槽 ,縱向營養(yǎng)液流動溝槽在床面兩端均通過橫向的寬深溝槽匯聚為一體 ,并導(dǎo)入營養(yǎng)液回流池?？v向營養(yǎng)液流動溝槽寬 15 mm 左右 ,深 15 mm。橫向營養(yǎng)液流動溝槽寬 20 mm 左右 ,深 30 mm。這些溝槽結(jié)構(gòu)與潮汐灌溉的營養(yǎng)液頻繁流動和灌排相適應(yīng) ,可保證營養(yǎng)液排干迅速 ,避免栽培床局部積液導(dǎo)致的作物長勢不均現(xiàn)象 ,同時避免病蟲害傳播。 大面積潮汐灌溉栽培床床面拼接方式的確定 考慮到潮汐灌溉的不同規(guī)模對于栽培床的要求 ,本項目采用整體式栽培床和分段拼裝式栽培床兩類產(chǎn)品 ,后者在栽培規(guī)模較大時使用 ,拼裝后的床身長度在 5 m 以上。主要特點 :工藝制作簡單化 ,不需要開發(fā)大型模具 ,極大地節(jié)省原材料和加工時間 ,造價降低 。安裝及拆卸方便 ,可根據(jù)場地的需要自行安排苗床的長度 ,適用于不同的種植規(guī)模 。更適用于生產(chǎn)實際 ,有利于形成產(chǎn)業(yè)化。 圖 3 組合的潮汐式栽培床 (三 )潮汐式灌溉系統(tǒng)營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng) 潮汐式灌溉系統(tǒng)營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)由 聯(lián)棟溫室栽培床、營養(yǎng)液池、供液管道系統(tǒng)和回流管道組成。栽培床盛裝營養(yǎng)液 ,給作物提供營養(yǎng)和水分 ,并為作物根系生長創(chuàng)造良好的根際環(huán)境。營養(yǎng)液池是儲存和供應(yīng)栽培床營養(yǎng)液的容器 ,母液罐、酸罐、堿罐和清水罐中的溶液在電磁閥門的控制下流入營養(yǎng)液池 ,母液至少由兩個罐組成一個盛放硝酸鈣母液 ,一個盛放其他營養(yǎng)母液。供液系統(tǒng)將貯液池的營養(yǎng)液輸送到栽培床以供作物需求?；亓飨到y(tǒng)則將栽培床內(nèi)的營養(yǎng)液回流至營養(yǎng)液池 ,從而形成一個循環(huán)系統(tǒng)。營養(yǎng)液的供液方式分別由水泵、供液主管、支管、出水龍頭與滴頭或噴頭組成。在線檢測系統(tǒng)由檢測池、離子選 擇電極、電導(dǎo)電極和溫度傳感器組成 ,檢測池中用隔板將不同的傳感器隔開以防止相互干擾。工控即控制所有的閥門以及加熱棒 ,系統(tǒng)在控制軟件的支持下通過各種傳感器檢測到各種信號 ,經(jīng)過阻抗變換和放大得到相應(yīng)的電壓信號 ,由數(shù)據(jù)采集卡送到微機進行處理 ,根據(jù)控制算法產(chǎn)生控制信號輸出 ,經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu) ,完成營養(yǎng)液的加溫以及各種離子濃度的控制。 (四 )計算機智能操作控制系統(tǒng) 計算機智能操作控制系統(tǒng)由軟件程序來控制水流和營養(yǎng)配比。整套系統(tǒng)是由 軟件、硬件、傳輸設(shè)備、傳感器、環(huán)境控制、灌溉控制及營養(yǎng)控制組成。 該系統(tǒng)通過 PLC 可編程控制器精確控制水和肥液的比例 ,以實現(xiàn)精確控制營養(yǎng)液濃度的目的。其工作原理是 :控制器通過采集電子水表信號計算出水流量 ,通過程序判斷實際的水流是否達到設(shè)定量 ,當灌溉水量達到設(shè)定值時就自動切斷電磁閥 ,從而實現(xiàn)自動控制灌溉水量。營養(yǎng)液池安裝有液位傳感器 ,通過測量水位電阻的變化來自動檢測水位。當營養(yǎng)液用盡時 ,電阻值就會很大 ,傳感器檢測到阻值變化信號后傳送給控制器 ,控制器驅(qū)動報警器發(fā)出報警聲音 ,并切斷進水口的電磁閥 ,自動停止工作。 為了能檢測 pH值和 EC值 ,系統(tǒng)設(shè)計的傳感器接口可以采集 傳感器模擬量 ,并將數(shù)值顯示在液晶上 ,通過人機交互界面 ,可以隨時查看系統(tǒng)工作時的 pH 值和EC 值 ,并且數(shù)據(jù)可以自動保存 ,可以查看歷史數(shù)據(jù)文檔。外接的光照傳感器和水分傳感器信號采集到控制器中 ,可以作為施肥灌溉程序的參考值。 (五 )灌溉水源消毒系統(tǒng) 灌溉水源消毒系統(tǒng)主要通過采用多段處理工藝 ,前級采用砂濾法去除營養(yǎng)液中的組織老化殘留物、浮游物 ,提高營養(yǎng)液的透明度 ,后級采用 UVOH 技術(shù)進行終端處理 ,利用真空紫外線 (VacuumUV)和短波紫外線 (UVC)兩類波長高能級 UV的相互協(xié)同作用 ,產(chǎn)生高級氧化物 羥基自由基 OH,實現(xiàn)快速、高效、廣譜滅菌 ,凈化營養(yǎng)液中的有機、無機污染物。 營養(yǎng)液循環(huán)再利用系統(tǒng)核心裝置首段為砂率段 ,可減輕后級處理負荷 ,中段利用波長為 225nm~275nm 的紫外線對微生物具有強烈殺滅的作用 ,對原水中的微生物進行殺滅 。末段導(dǎo)入羥基自由基 OH 進行最終殺菌。其特點是 :殺菌速度快 ,不改變水的物理、化學(xué)性質(zhì) ,不增加水的嗅味 ,不產(chǎn)生對人體有害的鹵代甲烷化合物 ,無副作用 。水處理筒體采用進口優(yōu)質(zhì)不銹鋼 ,可滿足 的工作壓力 ,具有防銹、強度高、無金屬離子污染、設(shè)備表面易于清潔等優(yōu)點 。耗能低 ,連續(xù)使用壽命可達 3000 小時以上 ,并配有可靠的鎮(zhèn)流裝備 。模塊化電控裝置 ,功能齊全 ,定時標準 ,與水處理筒體采用一體化設(shè)計 ,具有安裝方便 ,操作簡單 ,安全可靠 ,便于維護的特點。 (六 )水源增氧裝置 充足的氧氣供給是維持植物根系正常生長和生理功能的重要條件。營養(yǎng)液栽培的作物根系有一部分暴露在潮濕的空氣中 ,形成所生根 ,直接從空氣中吸氧。然而水培作物大部分根系主要在營養(yǎng)液中 ,尤其是新生根系主要分布在根底部 ,仍處在供氧困難狀態(tài) ,長期供氧不足 ,導(dǎo)致根系生長不良 ,影響作物產(chǎn)量 ,長 期浸在缺氧營養(yǎng)液中的根也容易腐爛。不同作物對根系缺氧的敏感程度亦不相同 ,但對于要求 NFT 能提供充足氧的營養(yǎng)液是一致的。為此 ,課題組對提高營養(yǎng)液中溶氧量的有關(guān)方面進行了探索 ,以改善營養(yǎng)液栽培的條件。 一般地 ,在營養(yǎng)液栽培中維持溶解氧的濃度在 4~5mg/L 水平以上 (相當于在 15~27℃時營養(yǎng)液中溶解氧的濃度維持在飽和溶解度 50%左右 ),大多數(shù)的植物都能夠正常生長。根據(jù)以上要求 ,課題組經(jīng)過大量前期調(diào)查 ,決定采用一種先進的微納米氣泡發(fā)生裝置。該裝置位于地上母液罐旁邊 ,其管路通到地下營養(yǎng)液池中。一般情況下 ,氣泡 越小溶氧性越強 ,而氣泡小到 50μ m 以下其物理、化學(xué)性質(zhì)都將發(fā)生根本性變化。微納米氣泡發(fā)生裝置與其它方法比較的優(yōu)勢在于 : 氣泡小、溶氧率高、上升速度慢、水中停留長 (3~5 小時 )泵內(nèi)加壓。 設(shè)備體積小 ,僅為原系統(tǒng)的 1/10。成本低 ,主要有發(fā)生裝置、陸用