溫室精準(zhǔn)水肥一體化技術(shù)及裝備集成
我國設(shè)施種植面積達(dá)到4000萬畝左右，總產(chǎn)量超過2.3億噸，年產(chǎn)值突破萬億元。設(shè)施園藝生產(chǎn)中灌溉配肥不精準(zhǔn)，導(dǎo)致施肥在時間空間上不均勻，肥料利用率低，過量施用的肥料導(dǎo)致土壤鹽分含量逐年升高、硝態(tài)氮和速效磷大量積累，給農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來極大挑戰(zhàn)。針對上述難題，我院設(shè)施所自2015年啟動溫室水肥一體化精準(zhǔn)配施肥技術(shù)研究，形成了系列化溫室水肥一體化配施肥裝備。
1. 突破基于在線檢測的肥料濃度閉環(huán)控制技術(shù)。對標(biāo)國外先進(jìn)設(shè)備性能參數(shù)，結(jié)合流體仿真與試驗驗證，優(yōu)化文丘里管幾何參數(shù)，提升單通道最大吸肥能力，設(shè)計檢測反饋管路，優(yōu)選EC、pH傳感器及布置位置，有效提高系統(tǒng)配肥實時響應(yīng)能力，提出PID控制電磁閥PMW的調(diào)控方法，形成以EC、pH為調(diào)控參數(shù)的閉環(huán)設(shè)計方案，已被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)溫室精準(zhǔn)水肥一體機(jī)。
2.創(chuàng)新提出記憶整定PID水肥精準(zhǔn)調(diào)控算法。為進(jìn)一步提升水肥一體機(jī)配肥精度，縮短響應(yīng)時間，創(chuàng)新提出水肥機(jī)EC與pH記憶整定PID精準(zhǔn)調(diào)控算法，優(yōu)化調(diào)制周期，提出混液桶預(yù)混技術(shù)，解決了一套算法參數(shù)難以適應(yīng)復(fù)雜多變的水肥配比情況，可實現(xiàn)EC調(diào)控誤差≤±0.1mS/cm響應(yīng)時間≤30s，pH調(diào)控誤差≤±0.05響應(yīng)時間≤3s，經(jīng)科技成果評價，成果性能達(dá)國際先進(jìn)水平。
3.率先提出水肥一體化設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化檢測方法。設(shè)計搭建水肥一體機(jī)專業(yè)化性能檢測平臺，由循環(huán)蓄水、流量壓力精準(zhǔn)調(diào)控、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成，可開展最大工作流量、額定出口壓力、最大吸肥流量、EC及pH調(diào)控誤差、重復(fù)啟動調(diào)控響應(yīng)時間等關(guān)鍵參數(shù)檢測。團(tuán)隊基于平臺開展標(biāo)準(zhǔn)化檢測研究，主持編制了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CAMA11 2019溫室自動水肥一體機(jī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NYT 4369-2023溫室水肥一體機(jī)性能測試方法，參與制定國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43908-2024水肥一體化設(shè)備。
該技術(shù)突破了水肥調(diào)控受管路流量、壓力波動導(dǎo)致配肥誤差大，施肥空間時間分布不均勻等問題，授權(quán)“溫室水肥一體化集群灌溉方法及灌溉系統(tǒng)”“營養(yǎng)液回液灌溉調(diào)節(jié)方法及營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)”等專利12件，“精準(zhǔn)水肥一體化配施肥控制系統(tǒng)”“灌溉系統(tǒng)設(shè)計智能輔助決策系統(tǒng)”等軟件著作權(quán)4項。成果先后在貴州、河北、山東、新疆、山西等十余個省（市、自治區(qū)）推廣應(yīng)用，為設(shè)施水肥高效利用提供了重要技術(shù)與裝備支撐。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳發(fā)布的《關(guān)于推介發(fā)布2024年農(nóng)業(yè)主導(dǎo)品種主推技術(shù)的通知》（農(nóng)辦科[2024]4號），“溫室精準(zhǔn)水肥一體化技術(shù)”成為智慧農(nóng)業(yè)類七項主推技術(shù)之一。
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