溫室智能裝備系列之三　溫室精準(zhǔn)施工肥高效施藥一體化系統(tǒng)在設(shè)施生產(chǎn)中的研究與應(yīng)用

馬　偉　王　秀　陳立平

背景

近年來(lái)，設(shè)施生產(chǎn)中的安全和衛(wèi)生質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)成為各級(jí)政府工作重點(diǎn)、社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)和群眾反映熱點(diǎn)。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、層次不斷提高，溫室內(nèi)落后的施肥、施藥技術(shù)已成為中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展進(jìn)入新階段后面臨的主要問(wèn)題之。中國(guó)加入WTO以來(lái)，在面對(duì)國(guó)外嚴(yán)格綠色壁壘的新形勢(shì)下，園藝產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題就顯得尤為突出。因此，重視和加強(qiáng)溫室安全化生產(chǎn)，有效控制溫室生產(chǎn)化學(xué)生產(chǎn)資料的過(guò)量投入，切實(shí)加強(qiáng)安全生產(chǎn)管理和指導(dǎo)，事關(guān)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和食用安全，同時(shí)事關(guān)蔬菜產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作。

設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)的發(fā)展和經(jīng)營(yíng)模式。目前，多數(shù)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)為了降低設(shè)施內(nèi)的濕度，將生產(chǎn)中的灌溉方式由傳統(tǒng)大水漫灌轉(zhuǎn)變?yōu)榈喂?，這樣既減少了水資源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)也降低了設(shè)施內(nèi)病蟲(chóng)害的發(fā)生規(guī)模。但采取滴灌技術(shù)后，化學(xué)肥料如何合理地施入土壤中、如何科學(xué)合理地防治病害等，是設(shè)施種植管理人員面臨的新問(wèn)題。

目前，國(guó)外比較普遍應(yīng)用的是以色列生產(chǎn)的溫室施肥注肥系統(tǒng)。該注肥系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種肥料的同時(shí)注入。但這種注肥系統(tǒng)的最大不足是：設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)及維修保養(yǎng)成本高，該注肥系統(tǒng)較適合大面積連棟溫室使用，使用時(shí)要求使用純凈水，不適合在中國(guó)大面積應(yīng)用。

在中國(guó)，目前設(shè)施生產(chǎn)的施肥方式通常采取人工方法將肥料撒在土壤的表面。也有一些是在灌溉管路中安裝注肥器，使其在灌溉的同時(shí)將肥料注入到灌溉管路中。但這種方法的最大不足是：每個(gè)溫室必須都安裝1個(gè)注肥器，從而增加了溫室生產(chǎn)成本，在實(shí)際生產(chǎn)中大面積推廣很困難。另外，目前，設(shè)施生產(chǎn)中，仍然采用傳統(tǒng)的背負(fù)式噴藥機(jī)噴灑化學(xué)農(nóng)藥防治病蟲(chóng)害。但是，噴藥機(jī)的壓力不穩(wěn)定、霧化差，造成化學(xué)農(nóng)藥噴施效果較差，農(nóng)藥使用效率低、浪費(fèi)嚴(yán)重，使設(shè)施作物以及土壤中有較多的化學(xué)農(nóng)藥殘留，影響到設(shè)施生產(chǎn)作物的品質(zhì)和銷(xiāo)售。

國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研究開(kāi)發(fā)了一款能在設(shè)施溫室生產(chǎn)中使用的注肥施藥一體化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在多個(gè)溫室之間移動(dòng)，可以根據(jù)需要電子控制切換施肥、施藥功能，能夠滿足設(shè)施生產(chǎn)科學(xué)施肥、高效施藥的需求，是適合中國(guó)溫室生產(chǎn)應(yīng)用的溫室專用智能設(shè)備。

系統(tǒng)原理

該設(shè)備的目的是解決設(shè)施作物生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)肥料和化學(xué)農(nóng)藥過(guò)量使用的問(wèn)題，希望通過(guò)科學(xué)合理施用肥料和農(nóng)藥，減少過(guò)量施用化肥和農(nóng)藥對(duì)環(huán)境造成的污染。

其工作原理是利用加壓滴灌系統(tǒng)水流的壓力差驅(qū)動(dòng)注肥泵進(jìn)行作業(yè)，完成向滴灌系統(tǒng)的注肥作業(yè)：利用加壓泵對(duì)需要噴灑的化學(xué)農(nóng)藥加壓，通過(guò)噴頭對(duì)溫室作物進(jìn)行噴藥作業(yè)。系統(tǒng)利用安裝在機(jī)架上的塑料罐容器作為注肥系統(tǒng)的盛肥罐，同時(shí)該罐在進(jìn)行化學(xué)農(nóng)藥噴灑時(shí)又作為系統(tǒng)的盛藥罐，利用安裝在系統(tǒng)上的電子控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的注肥和化學(xué)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)不同功能的相互轉(zhuǎn)換。圖1為電子控制系統(tǒng)原理圖。

該系統(tǒng)是將注肥系統(tǒng)和化學(xué)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)安裝在一起的組合式系統(tǒng)，其構(gòu)成主要包括三大部分，第一部分為機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，第二部分為管路系統(tǒng)部分，第三部分為系統(tǒng)電子控制部分。系統(tǒng)通過(guò)壓力模塊為注肥和農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)提供系統(tǒng)各自所需的壓力。當(dāng)系統(tǒng)作為注肥系統(tǒng)使用時(shí)，控制系統(tǒng)可以設(shè)定準(zhǔn)確的注肥量。當(dāng)溶液筒的液位達(dá)到最低液位時(shí)，系統(tǒng)將提供報(bào)警并且切斷系統(tǒng)電源，停止注肥作業(yè)。當(dāng)作為噴藥系統(tǒng)使用時(shí)，控制系統(tǒng)則可以對(duì)待噴灑農(nóng)藥進(jìn)行加壓處理，并通過(guò)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊和專用的噴霧噴槍實(shí)現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥的高效噴灑。

該系統(tǒng)主要應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)施肥和病蟲(chóng)害防治，并可以在不同的溫室之間進(jìn)行移動(dòng)，可供不同的溫室精準(zhǔn)注肥和農(nóng)藥高效噴灑之用。系統(tǒng)可以提高肥料利用效率10％～15％，節(jié)約化學(xué)農(nóng)藥20％～30％，可減輕設(shè)施農(nóng)業(yè)過(guò)量使用肥料和農(nóng)藥造成的環(huán)境污染。精準(zhǔn)施肥高效施藥一體化系統(tǒng)實(shí)物圖見(jiàn)圖2。

系統(tǒng)性能指標(biāo)

系統(tǒng)性能指標(biāo)如表1。

產(chǎn)品特色

操作面板醒目明了界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單使用，功能分區(qū)明顯。左上方是程序輸入?yún)^(qū)，在設(shè)備開(kāi)始作業(yè)時(shí)用于編寫(xiě)自動(dòng)工作的控制程序，操作鍵盤(pán)有7個(gè)按鈕可以根據(jù)需要編寫(xiě)控制程序，下方的2個(gè)發(fā)光二極管用來(lái)指示設(shè)備的工作狀態(tài)，右上方是手動(dòng)操作區(qū)，用3個(gè)功能按鈕來(lái)靈活控制設(shè)備的工作狀態(tài)，施肥和施藥分別使用2個(gè)不同的外接保險(xiǎn)，可以保證路損壞后另一路還能正常工作，外置旋鈕保險(xiǎn)能方便地更換保險(xiǎn)管，面板安裝了紅色醒目急停開(kāi)關(guān)，以方便緊急情況下設(shè)備迅速斷電，三位功能總開(kāi)關(guān)能控制電路在施肥和施藥2個(gè)功能之間靈活切換，模式撥打開(kāi)關(guān)能進(jìn)行手動(dòng)模式和自動(dòng)模式的選擇，手動(dòng)模式下不用程序控制也能使設(shè)備正常工作i左下方是簡(jiǎn)明操作須知，設(shè)備的養(yǎng)護(hù)和使用注意事項(xiàng)用四句通俗的口訣總結(jié)出來(lái)?？刂葡涿姘逡?jiàn)圖3。

噴霧噴槍高效實(shí)用噴槍結(jié)實(shí)耐用，扣動(dòng)把手能靈活調(diào)整噴霧錐角和噴射距離，采用可以旋轉(zhuǎn)的快速接頭與高壓管連接，操作時(shí)靈活方便，安裝防滴裝置，在開(kāi)關(guān)間隙能有效地防止噴嘴霧滴滴漏，減少藥液浪費(fèi)?？梢試姙⑾x(chóng)劑、殺菌劑，也可為葉徑類作物噴施葉面肥。圖4為高效防滴霧化噴槍實(shí)物圖。

噴霧壓力模塊化，易于維護(hù)保養(yǎng)噴霧壓力模塊選用電流為10 A的高效靜音直流蠕動(dòng)泵提供噴霧壓力，泵的出液口采用螺紋密封活動(dòng)接頭，方便維護(hù)。該蠕動(dòng)泵為靜音高壓泵，工作時(shí)噪音極低，長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)散熱良好。圖5的噴霧壓力模塊集成了穩(wěn)壓模塊，可以自動(dòng)調(diào)整壓力恒定在0.8 MPa，當(dāng)噴霧開(kāi)始時(shí)自動(dòng)加壓，噴霧暫停時(shí)停止加壓，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓打匣定在額定的工作壓力。安裝有壓力表和充電蓄電池電壓表可隨時(shí)監(jiān)測(cè)壓力模塊的工作狀態(tài)。

繞管器靈活調(diào)整，藥管伸縮自如繞管器(見(jiàn)圖6)安裝在設(shè)備的前端，把手可收縮回去，噴霧作業(yè)時(shí)可以兩人配合，靈活地收放藥管。該繞管器能提高工作效率，也能避免高壓藥管在地面上摩擦損壞藥管保護(hù)層，防止溫室作業(yè)時(shí)高壓藥管因在地面長(zhǎng)期摩擦引發(fā)管脹裂危險(xiǎn)。繞管器選用鋁合金材料，輕便結(jié)實(shí)，也可靈活拆卸，里外全部有防銹漆，可以適應(yīng)溫室濕熱環(huán)境工作。

簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作設(shè)備針對(duì)中國(guó)目前大部分溫室種植人員農(nóng)機(jī)操作技術(shù)水平較低的現(xiàn)狀，精準(zhǔn)施肥高效施藥一體化系統(tǒng)專門(mén)設(shè)計(jì)了手動(dòng)工作模式，一般人員簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作設(shè)備。另外，將施肥施藥兩種功能集于一機(jī)，這樣能減少溫室智能農(nóng)機(jī)的購(gòu)買(mǎi)使用成本和維護(hù)保養(yǎng)成本，適合中國(guó)大面積推廣應(yīng)用。

使用注意事項(xiàng)

使用時(shí)必須穿專門(mén)的防護(hù)服，帶防護(hù)口罩，如圖7。噴霧的霧滴直徑和噴射距離、噴頭錐角可通過(guò)噴槍的自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)，噴射距離的調(diào)節(jié)范圍為0.5 m～3.5 m，基本能滿足不同高度作物的植保需求。噴藥系統(tǒng)的噴霧壓力可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，分為高、中、低3個(gè)壓力檔值，通過(guò)撥打開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。持續(xù)工作時(shí)間可達(dá)5h(高壓力檔)，可以在噴藥模式下推動(dòng)一體化系統(tǒng)進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)。一體化系統(tǒng)的外輪廓寬度為0.5 m，能夠在溫室內(nèi)道路上靈活推動(dòng)。

施肥作業(yè)配合滴灌管道，在灌溉的同時(shí)將肥料按照設(shè)定的濃度加入灌溉管路中，在每個(gè)溫室中都安裝了不同接頭形式快速接頭，接頭只能和一體化系統(tǒng)上唯一的管路連接，將一體化系統(tǒng)開(kāi)關(guān)切換到施肥模式，插上快速接頭，打開(kāi)水管閥門(mén)后，一體化系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序自動(dòng)控制電磁閥開(kāi)閉，按照設(shè)定的濃度恒定地向滴灌管路中注入肥料。

應(yīng)用實(shí)例

該系統(tǒng)在北京小湯山國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地設(shè)施溫室中進(jìn)行了示范應(yīng)用噴灑的殺菌藥劑為全面廣譜高效殺菌藥純品多菌靈單劑(80％WP)，濃度為1500倍，目標(biāo)作物為番茄，使用高效施肥噴藥一體化系統(tǒng)配備的專用噴槍均勻噴灑。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試證明，能夠全面控制菌核病、霜霉病、白粉病，與手動(dòng)噴霧器相比，殺菌藥劑的使用量減少一半。在北京大興區(qū)長(zhǎng)子營(yíng)蔬菜育苗基地設(shè)施溫室中也進(jìn)行了示范推廣應(yīng)用，目標(biāo)作物黃瓜，示范應(yīng)用噴劑為農(nóng)用硫酸鏈霉素(72％)，稀釋濃度為3500倍，一體化系統(tǒng)噴霧效果良好，使用后能有效防止黃瓜細(xì)菌性角斑病的發(fā)生。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，有關(guān)的設(shè)施生產(chǎn)農(nóng)機(jī)的法律制度一定會(huì)不斷完善，針對(duì)設(shè)施生產(chǎn)研究開(kāi)發(fā)的智能農(nóng)機(jī)定會(huì)得到大面積應(yīng)用。