温室智能装备系列之三 温室精准施工肥高效施药一体化系统在设施生产中的研究与应用

马　伟　王　秀　陈立平

背景

近年来，设施生产中的安全和卫生质量问题已经成为各级政府工作重点、社会关注焦点和群众反映热点。随着设施农业生产规模的不断扩大、层次不断提高，温室内落后的施肥、施药技术已成为中国设施农业生产发展进入新阶段后面临的主要问题之。中国加入WTO以来，在面对国外严格绿色壁垒的新形势下，园艺产品的质量问题就显得尤为突出。因此，重视和加强温室安全化生产，有效控制温室生产化学生产资料的过量投入，切实加强安全生产管理和指导，事关农业增效、农产品的品质和食用安全，同时事关蔬菜产品的市场竞争力和蔬菜产业的可持续发展，是中国设施农业生产的一项重要工作。

设施农业生产改变了传统生产的发展和经营模式。目前，多数设施农业生产区为了降低设施内的湿度，将生产中的灌溉方式由传统大水漫灌转变为滴灌，这样既减少了水资源的巨大浪费，同时也降低了设施内病虫害的发生规模。但采取滴灌技术后，化学肥料如何合理地施入土壤中、如何科学合理地防治病害等，是设施种植管理人员面临的新问题。

目前，国外比较普遍应用的是以色列生产的温室施肥注肥系统。该注肥系统可以实现多种肥料的同时注入。但这种注肥系统的最大不足是：设备的购买及维修保养成本高，该注肥系统较适合大面积连栋温室使用，使用时要求使用纯净水，不适合在中国大面积应用。

在中国，目前设施生产的施肥方式通常采取人工方法将肥料撒在土壤的表面。也有一些是在灌溉管路中安装注肥器，使其在灌溉的同时将肥料注入到灌溉管路中。但这种方法的最大不足是：每个温室必须都安装1个注肥器，从而增加了温室生产成本，在实际生产中大面积推广很困难。另外，目前，设施生产中，仍然采用传统的背负式喷药机喷洒化学农药防治病虫害。但是，喷药机的压力不稳定、雾化差，造成化学农药喷施效果较差，农药使用效率低、浪费严重，使设施作物以及土壤中有较多的化学农药残留，影响到设施生产作物的品质和销售。

国家农业信息化工程技术研究中心研究开发了一款能在设施温室生产中使用的注肥施药一体化系统。该系统可以在多个温室之间移动，可以根据需要电子控制切换施肥、施药功能，能够满足设施生产科学施肥、高效施药的需求，是适合中国温室生产应用的温室专用智能设备。

系统原理

该设备的目的是解决设施作物生产过程中化学肥料和化学农药过量使用的问题，希望通过科学合理施用肥料和农药，减少过量施用化肥和农药对环境造成的污染。

其工作原理是利用加压滴灌系统水流的压力差驱动注肥泵进行作业，完成向滴灌系统的注肥作业：利用加压泵对需要喷洒的化学农药加压，通过喷头对温室作物进行喷药作业。系统利用安装在机架上的塑料罐容器作为注肥系统的盛肥罐，同时该罐在进行化学农药喷洒时又作为系统的盛药罐，利用安装在系统上的电子控制系统来实现系统的注肥和化学农药喷洒系统不同功能的相互转换。图1为电子控制系统原理图。

该系统是将注肥系统和化学农药喷洒系统安装在一起的组合式系统，其构成主要包括三大部分，第一部分为机械结构部分，第二部分为管路系统部分，第三部分为系统电子控制部分。系统通过压力模块为注肥和农药喷洒系统提供系统各自所需的压力。当系统作为注肥系统使用时，控制系统可以设定准确的注肥量。当溶液筒的液位达到最低液位时，系统将提供报警并且切断系统电源，停止注肥作业。当作为喷药系统使用时，控制系统则可以对待喷洒农药进行加压处理，并通过压力自动调节模块和专用的喷雾喷枪实现化学农药的高效喷洒。

该系统主要应用于设施农业的精准施肥和病虫害防治，并可以在不同的温室之间进行移动，可供不同的温室精准注肥和农药高效喷洒之用。系统可以提高肥料利用效率10％～15％，节约化学农药20％～30％，可减轻设施农业过量使用肥料和农药造成的环境污染。精准施肥高效施药一体化系统实物图见图2。

系统性能指标

系统性能指标如表1。

产品特色

操作面板醒目明了界面设计简单使用，功能分区明显。左上方是程序输入区，在设备开始作业时用于编写自动工作的控制程序，操作键盘有7个按钮可以根据需要编写控制程序，下方的2个发光二极管用来指示设备的工作状态，右上方是手动操作区，用3个功能按钮来灵活控制设备的工作状态，施肥和施药分别使用2个不同的外接保险，可以保证路损坏后另一路还能正常工作，外置旋钮保险能方便地更换保险管，面板安装了红色醒目急停开关，以方便紧急情况下设备迅速断电，三位功能总开关能控制电路在施肥和施药2个功能之间灵活切换，模式拨打开关能进行手动模式和自动模式的选择，手动模式下不用程序控制也能使设备正常工作i左下方是简明操作须知，设备的养护和使用注意事项用四句通俗的口诀总结出来。控制箱面板见图3。

喷雾喷枪高效实用喷枪结实耐用，扣动把手能灵活调整喷雾锥角和喷射距离，采用可以旋转的快速接头与高压管连接，操作时灵活方便，安装防滴装置，在开关间隙能有效地防止喷嘴雾滴滴漏，减少药液浪费。可以喷洒杀虫剂、杀菌剂，也可为叶径类作物喷施叶面肥。图4为高效防滴雾化喷枪实物图。

喷雾压力模块化，易于维护保养喷雾压力模块选用电流为10 A的高效静音直流蠕动泵提供喷雾压力，泵的出液口采用螺纹密封活动接头，方便维护。该蠕动泵为静音高压泵，工作时噪音极低，长时间工作时散热良好。图5的喷雾压力模块集成了稳压模块，可以自动调整压力恒定在0.8 MPa，当喷雾开始时自动加压，喷雾暂停时停止加压，自动调节压打匣定在额定的工作压力。安装有压力表和充电蓄电池电压表可随时监测压力模块的工作状态。

绕管器灵活调整，药管伸缩自如绕管器(见图6)安装在设备的前端，把手可收缩回去，喷雾作业时可以两人配合，灵活地收放药管。该绕管器能提高工作效率，也能避免高压药管在地面上摩擦损坏药管保护层，防止温室作业时高压药管因在地面长期摩擦引发管胀裂危险。绕管器选用铝合金材料，轻便结实，也可灵活拆卸，里外全部有防锈漆，可以适应温室湿热环境工作。

简单培训即可操作设备针对中国目前大部分温室种植人员农机操作技术水平较低的现状，精准施肥高效施药一体化系统专门设计了手动工作模式，一般人员简单培训即可操作设备。另外，将施肥施药两种功能集于一机，这样能减少温室智能农机的购买使用成本和维护保养成本，适合中国大面积推广应用。

使用注意事项

使用时必须穿专门的防护服，带防护口罩，如图7。喷雾的雾滴直径和喷射距离、喷头锥角可通过喷枪的自动调节开关进行调节，喷射距离的调节范围为0.5 m～3.5 m，基本能满足不同高度作物的植保需求。喷药系统的喷雾压力可以手动调节，分为高、中、低3个压力档值，通过拨打开关进行调节。持续工作时间可达5h(高压力档)，可以在喷药模式下推动一体化系统进行移动作业。一体化系统的外轮廓宽度为0.5 m，能够在温室内道路上灵活推动。

施肥作业配合滴灌管道，在灌溉的同时将肥料按照设定的浓度加入灌溉管路中，在每个温室中都安装了不同接头形式快速接头，接头只能和一体化系统上唯一的管路连接，将一体化系统开关切换到施肥模式，插上快速接头，打开水管阀门后，一体化系统根据预先设定的程序自动控制电磁阀开闭，按照设定的浓度恒定地向滴灌管路中注入肥料。

应用实例

该系统在北京小汤山国家精准农业示范基地设施温室中进行了示范应用喷洒的杀菌药剂为全面广谱高效杀菌药纯品多菌灵单剂(80％WP)，浓度为1500倍，目标作物为番茄，使用高效施肥喷药一体化系统配备的专用喷枪均匀喷洒。经过试验测试证明，能够全面控制菌核病、霜霉病、白粉病，与手动喷雾器相比，杀菌药剂的使用量减少一半。在北京大兴区长子营蔬菜育苗基地设施温室中也进行了示范推广应用，目标作物黄瓜，示范应用喷剂为农用硫酸链霉素(72％)，稀释浓度为3500倍，一体化系统喷雾效果良好，使用后能有效防止黄瓜细菌性角斑病的发生。

随着中国经济社会的发展，有关的设施生产农机的法律制度一定会不断完善，针对设施生产研究开发的智能农机定会得到大面积应用。