水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)。水肥一體化是借助壓力系統(tǒng)（或地形自然落差），將可溶性固體或液體肥料，按土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律和特點(diǎn)，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統(tǒng)供水、供肥，使水肥相融后，通過管道和滴頭形成滴灌、均勻、定時(shí)、定量，浸潤作物根系發(fā)育生長區(qū)域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時(shí)根據(jù)不同的作物的需肥特點(diǎn)，土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況；蔬菜不同生長期需水，需肥規(guī)律情況進(jìn)行不同生育期的需求設(shè)計(jì)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例直接提供給作物。 土壤墑情系統(tǒng)根據(jù)土壤墑情監(jiān)測規(guī)范要求設(shè)計(jì)，不僅可實(shí)時(shí)監(jiān)測墑情的最主要參數(shù)——土壤水分，還可根據(jù)用戶需求增加探頭，監(jiān)測土壤溫度和土壤電導(dǎo)率，土壤PH值等以及空氣溫度濕度，光照強(qiáng)度，風(fēng)速風(fēng)向，二氧化碳，雨量等信息，而水肥一體化控制是以土壤墑情測試數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)。 水肥一體化系統(tǒng)的功能和優(yōu)勢 
2.1水肥一體化系統(tǒng)功能和功效 ● 一套分布式網(wǎng)絡(luò)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，就可控制整個(gè)園區(qū)，無論是玻璃溫室還是連棟溫室棚和露地； ● 一套系統(tǒng)同時(shí)控制整個(gè)園區(qū)的水肥一體化和環(huán)境參數(shù)監(jiān)測監(jiān)控； 該系統(tǒng)具有本地與遠(yuǎn)程兩類監(jiān)控功能，集成了園區(qū)環(huán)境、水肥一體化灌溉調(diào)控系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
2.1.1 本地監(jiān)控 在園區(qū)管理系統(tǒng)操作界面上，可以顯示系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖、蔬菜種植環(huán)境、氣象信息、土壤環(huán)境信息及各灌區(qū)施肥灌溉運(yùn)行信息等。同時(shí)，中央監(jiān)控與管理系統(tǒng)調(diào)控園區(qū)環(huán)境與水肥一體化系統(tǒng)，促使作物種植與園區(qū)管理處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。 系統(tǒng)建立管理問責(zé)制度，可以通過手機(jī)移動(dòng)模塊監(jiān)控園區(qū)。其一可以通過手機(jī)查詢灌溉狀態(tài)，如當(dāng)天的灌溉量、施肥狀況等；其二現(xiàn)場報(bào)警通知，當(dāng)發(fā)生故障和緊急狀況時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，把報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)管理人員手機(jī)上，嚴(yán)重報(bào)警會(huì)撥打電話通知，防止了因故障或事故擴(kuò)大造成的經(jīng)濟(jì)損失。并且系統(tǒng)會(huì)記錄所有發(fā)出的報(bào)警信息，若管理員接到報(bào)警信息后，未能及時(shí)到現(xiàn)場處理，可通過手機(jī)報(bào)警查詢找到責(zé)任人問責(zé)。 2.1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控 中央監(jiān)控管理系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程功能。主要包括： 遠(yuǎn)程監(jiān)控； 遠(yuǎn)程設(shè)備診斷與維護(hù)； 使用手機(jī)訪問中央監(jiān)控管理系統(tǒng) 使用平板電腦訪問中央監(jiān)控管理系統(tǒng)。 管理人員通過手持設(shè)備手機(jī)、平板電腦等訪問中央監(jiān)控管理系統(tǒng)。在園區(qū)內(nèi)敷設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)手機(jī)或手持式平板電腦接入wifi、3G等網(wǎng)絡(luò)后，上網(wǎng)輸入用戶名和密碼，登錄監(jiān)測系統(tǒng)，便可查看園區(qū)的種植信息、園區(qū)的環(huán)境氣象狀況、園區(qū)的灌溉狀態(tài)，進(jìn)行環(huán)境與灌溉施肥的控制。 2.2 水肥一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢 1. 這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是灌溉施肥的肥效快，養(yǎng)分利用率提高�？梢员苊夥柿鲜┰谳^干的表土層易引起的揮發(fā)損失、溶解慢，最終肥效發(fā)揮慢的問題；尤其避免了銨態(tài)和尿素態(tài)氮肥施在地表揮發(fā)損失的問題，既節(jié)約氮肥又有利于環(huán)境保護(hù)。 2. 水肥一體化技術(shù)使肥料的利用率大幅度提高。據(jù)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)張承林教授研究，灌溉施肥體系比常規(guī)施肥節(jié)省肥料50%~70%；同時(shí)，大大降低了設(shè)施蔬菜和果園中因過量施肥而造成的水體污染問題。 3. 水肥一體化技術(shù)通過人為定量調(diào)控，滿足作物在關(guān)健生育期“吃飽喝足”的需要，杜絕了任何缺素癥狀，因而在生產(chǎn)上可達(dá)到作物的產(chǎn)量和品質(zhì)均良好的目標(biāo)。 4. 大幅度節(jié)水，設(shè)施灌溉比傳統(tǒng)大水漫灌節(jié)水50%以上，其中滴灌最省水。
3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1 水肥一體化技術(shù)要領(lǐng) 水肥一體化是一項(xiàng)綜合技術(shù)，涉及到農(nóng)田灌溉、作物栽培和土壤耕作等多方面，其主要技術(shù)要領(lǐng)須注意以下幾方面： 3.1.1 首先是建立一套滴灌系統(tǒng)。 在設(shè)計(jì)方面，要根據(jù)地形、田塊、單元、土壤質(zhì)地、作物種植方式、水源特點(diǎn)等基本情況，設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)的埋設(shè)深度、長度、灌區(qū)面積等。水肥一體化的灌水方式可采用管道灌溉、噴灌、微噴灌、泵加壓滴灌、重力滴灌、滲灌、小管出流等。特別忌用大水漫灌，這容易造成氮素?fù)p失，同時(shí)也降低水分利用率。田間管道閥門使用無線閥門控制器。每一無線閥門控制器都有1個(gè)固定地址，根據(jù)輪灌制度確定開啟的電磁閥，首部控制器發(fā)出開關(guān)閥指令，該地址的閥控器接到指令后，將相應(yīng)脈沖電磁閥開啟灌水或關(guān)閉停止灌水，同時(shí)脈沖電磁閥接有流量傳感器，無線閥門控制器獲取流量傳感器測量值，根據(jù)流量傳感器測量值判斷閥門實(shí)際開關(guān)狀態(tài)，將閥門實(shí)際開關(guān)狀態(tài)反饋給首部控制器，首部控制器根據(jù)閥門實(shí)際狀態(tài)可以判斷閥門控制器是否執(zhí)行了其指令，這可以防止爆管和需要關(guān)閉閥門而沒有關(guān)閉導(dǎo)致水的浪費(fèi)。 無線閥門控制器用太陽能供電，太陽電池安裝保證最大限度地接收日光照射，白天利用太陽能發(fā)電，將電能儲(chǔ)存在鋰電池內(nèi)，全天給現(xiàn)有負(fù)載供電。保證在連續(xù)30天無陽光的情況系統(tǒng)能夠正常工作，經(jīng)過3天的正常陽光照射可以達(dá)到鋰電池的滿充狀態(tài)。太陽能電池板的壽命15年以上。 無線閥門控制器的優(yōu)點(diǎn)： 1、組網(wǎng)方便可靠； 2、沒有線纜的維護(hù)和安裝費(fèi)運(yùn); 3、開放性的系統(tǒng),便于理解； 4、太陽能供電，綠色環(huán)保； 5、無通訊費(fèi)用。
3.1.2 施肥系統(tǒng)。 首部系統(tǒng)主要包括潛水泵、加壓泵、逆止閥、過濾器、壓力表、排氣閥、施肥器、施肥罐或施肥池等組成施肥系統(tǒng)。 433閥門控制器 433 首部控制器 施肥器控制分布在農(nóng)作物種植區(qū)域內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器，以及由節(jié)點(diǎn)控制器控制的、設(shè)置在輸送管路上的電控閥，還包括肥水混合裝置，水罐，存儲(chǔ)模塊。以整個(gè)系統(tǒng)中構(gòu)建不同作物（如蔬果類、番茄、黃瓜、草莓等）的不同生長期下的最優(yōu)水肥規(guī)律，并依據(jù)此規(guī)律，由施肥器對水泵、肥泵定時(shí)、定量、定次數(shù)的控制，通過肥水混合裝置不同模式的設(shè)置，使農(nóng)作物于不同的生長階段獲取較佳的給水量和施肥量，使水分和肥料能夠被輸送至農(nóng)作物的根系下，實(shí)現(xiàn)了根水肥空間同位、時(shí)間強(qiáng)度的同步。
3.2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 3.2.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能 農(nóng)業(yè)解決方案在硬件網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上構(gòu)建，層次化和模塊化技術(shù)搭建。層次和模塊劃分如 各模塊功能如下：
l 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模塊：組織本地智能無線網(wǎng)絡(luò)，與GPRS/3G/4G以及WiFi通訊的網(wǎng)關(guān)；接受外來請求和命令，并交相應(yīng)模塊執(zhí)行；定時(shí)向智慧農(nóng)莊服務(wù)器或云平臺(tái)發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。 l 土壤墑情監(jiān)測模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤墑情及地溫； l 氣象站模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測本地空氣溫度濕度、風(fēng)力風(fēng)速、光照度、蒸發(fā)量及降雨量等氣象信息，計(jì)算并發(fā)布ET0； l 溫室環(huán)境監(jiān)測模塊：溫室的土壤溫度、土壤水分、空氣溫度、空氣濕度、CO2濃度、光照度實(shí)時(shí)監(jiān)測； l 溫室控制模塊：控制溫室卷簾、補(bǔ)光燈、通風(fēng)扇、CO2發(fā)生器等設(shè)施； l 灌溉控制模塊：實(shí)現(xiàn)對灌溉泵啟/停/延時(shí)的控制、灌溉水量的計(jì)量和主管壓力監(jiān)測； l 水位的設(shè)定，自動(dòng)控制蓄水池保持在合適的水位，不發(fā)生抽干和溢出； l 滴灌小區(qū)模塊：控制每個(gè)滴灌小區(qū)的電磁閥，并返回電磁閥的狀態(tài)； l 中心支軸式噴灌機(jī)控制模塊：接管原中心支軸式噴灌機(jī)對噴灌機(jī)行走/停止，正/ 反轉(zhuǎn)以及行走速度比和報(bào)警及應(yīng)急控制； l 水肥一體化模塊：精量控制液體肥下入溶肥池，自動(dòng)攪拌混合，精量控制水肥比例 注入灌溉主管道； l 管道管理模塊：依據(jù)管道系統(tǒng)的壓力和實(shí)時(shí)流量，判斷管道泄漏和堵塞。 3.3.2土壤墑情及農(nóng)田氣象采集分析系統(tǒng) 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對土壤墑情（土壤濕度）的長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測。用戶可以根據(jù)監(jiān)測需要，靈活布置土壤水分傳感器；也可將傳感器布置在不同的深度，測量剖面土壤水分情況。系統(tǒng)還提供了額外的擴(kuò)展能力，可根據(jù)監(jiān)測需求增加對應(yīng)傳感器，監(jiān)測土壤溫度、土壤電導(dǎo)率、土壤PH值、地下水水位、地下水水質(zhì)以及空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速風(fēng)向、雨量等信息，從而滿足系統(tǒng)功能升級的需要。 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)能夠全面、科學(xué)、真實(shí)地反映被監(jiān)測區(qū)的土壤變化，可及時(shí)、準(zhǔn)確地提供各監(jiān)測點(diǎn)的土壤墑情狀況，為減災(zāi)抗旱、施肥灌溉提供了重要的基礎(chǔ)信息。
1、系統(tǒng)構(gòu)成 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備和土壤墑情檢測設(shè)備四部分構(gòu)成。 ◆ 監(jiān)控中心 硬件主要由服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、打印機(jī)等組成。軟件主要有操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)軟件組成。 ◆ 通信平臺(tái) 包括中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)和INTERNET公網(wǎng)。 系統(tǒng)計(jì)劃采用公網(wǎng)專線的組網(wǎng)方式，監(jiān)控中心需具備可上外網(wǎng)的固定IP地址。 ◆ 遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備 遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備可根據(jù)供電類型分為市電供電土壤墑情監(jiān)測終端、太陽能供電土壤墑情監(jiān)測終端和電池供電土壤墑情監(jiān)測終端。針對土壤墑情監(jiān)測點(diǎn)分散分布、不易布線的特點(diǎn)，建議選用太陽能供電型土壤墑情監(jiān)測終端。 ◆ 土壤墑情檢測設(shè)備 根據(jù)監(jiān)測需求，可采用1路土壤水分傳感器實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)墑情檢測；也可采用多路土壤水分傳感器，并將傳感器布置在不同的深度，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)的剖面土壤墑情檢測。
2、系統(tǒng)功能及特點(diǎn) 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)測�，F(xiàn)場遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備自動(dòng)采集土壤墑情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸；監(jiān)控中心自動(dòng)接收、自動(dòng)存儲(chǔ)各監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)主要功能如下： ● 符合最新墑情監(jiān)測規(guī)范SL 364-2006。 ● 實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤水分，各監(jiān)測點(diǎn)可靈活進(jìn)行單路測量或多路剖面測量。為施肥灌溉提供重要的基礎(chǔ)信息。 ● 土壤水分超過預(yù)先設(shè)定的限值時(shí)，立刻通過GPRS上報(bào)告警信息給用戶，為遠(yuǎn)程施肥控制提供農(nóng)田環(huán)境信息。 ● 可擴(kuò)展土壤溫度、電導(dǎo)率、PH值以及地下水參數(shù)、氣象參數(shù)等監(jiān)測功能。 ● 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)頻率可靈活調(diào)整，可遠(yuǎn)程設(shè)置監(jiān)測設(shè)備工作參數(shù)。 ● 遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備只在采集數(shù)據(jù)時(shí)才給傳感器供電，一方面節(jié)約了能源，另一方面避免了因長期供電導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)變化所形成的測量誤差。 ● 支持GPRS、短消息、局域網(wǎng)等多種通訊方式，推薦采用GPRS無線通訊。 ● 可同時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)上報(bào)至多個(gè)中心。 ● 具備監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析功能，數(shù)據(jù)報(bào)表可導(dǎo)出、可打印輸出。 ● 監(jiān)測系統(tǒng)軟件具備GIS功能，可在地圖上顯示各監(jiān)測點(diǎn)的詳細(xì)分布位置。
4農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái) 用戶信息查詢與操作入口應(yīng)支持大部分瀏覽器，使得與設(shè)備無關(guān)。簡單，免于安裝，易于使用。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)可成為管理和控制的完整農(nóng)莊信息系統(tǒng)和控制管理平臺(tái)。配置不同的功能模塊可靈活地實(shí)現(xiàn)對應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境的信息采集、控制和管理。
通過管理中心授權(quán)，用戶以及其他管理人員無論在什么地方，只要具備上網(wǎng)條件，都可以通過Internet查看示范區(qū)信息化系統(tǒng)綜合信息，瀏覽查詢相關(guān)數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀況和指標(biāo)。 提供云平臺(tái)服務(wù)，使得系統(tǒng)信息可存放或備份在云平臺(tái)，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的可靠來源。為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的更大范圍的決策智能化提供有力條件。同時(shí)，可通過云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)在任何地點(diǎn)的數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)操作控制。
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