溫室大棚自動(dòng)灌溉技術(shù)

1、溫室大棚自動(dòng)噴灌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究1.1課題研究目的與意義1.1.1水資源危機(jī)已經(jīng)到來(lái)眾所周知水是生命之源，尤其是人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展不可缺少的基本條件，是實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)和自然界可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。早在1972年聯(lián)合國(guó)召開(kāi)的人類(lèi)環(huán)境會(huì)議和1977年召開(kāi)的水資源會(huì)議就向全世界發(fā)出警告:水不久將成為一項(xiàng)嚴(yán)重的社會(huì)危機(jī)，石油危機(jī)之后的下一個(gè)危機(jī)便是水川。而當(dāng)今占世界人口總量40%的80個(gè)國(guó)家缺水，其中26個(gè)國(guó)家嚴(yán)重缺水，特別是發(fā)展中國(guó)家，普

2、遍受到不同程度水源危機(jī)和污染嚴(yán)重的威脅。水資源日益成為不亞于能源和糧食不足的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，并已成為當(dāng)今世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。這使人們?cè)絹?lái)越深刻的意識(shí)到，水不僅是農(nóng)業(yè)的命脈也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，人類(lèi)生存的命脈，水的重要性已成為國(guó)際共識(shí)，水資源的開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)己為世界各國(guó)所重視。而就如何合理高效利用有限的淡水資源充分發(fā)揮資源效益己成為一個(gè)全球性急需解決的重要課題。1.1.2節(jié)水成為歷史發(fā)展的必然在諸多缺水國(guó)家之中，我國(guó)是水資源嚴(yán)重

3、短缺的國(guó)家之一。我國(guó)的水資源總量約為2.8萬(wàn)億立方米，居世界第6位但人均水資源占有量?jī)H為2200m，約為界平均水平的14。從理論研究上講，有“開(kāi)源”和“節(jié)流”兩條路可走。但實(shí)踐中開(kāi)源己不具多大潛力因?yàn)樗Y源畢竟是有限的，且過(guò)度的、無(wú)節(jié)制的開(kāi)發(fā)將造成水資源嚴(yán)重枯竭，進(jìn)而導(dǎo)致各種危害人類(lèi)社會(huì)本身的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，制約人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；而節(jié)流卻是行之有效更具潛力的方案，因?yàn)閭鹘y(tǒng)粗放的用水方式造成了水資源的巨大浪費(fèi)。水資源的利用率和利用效率低下

4、使水資源在節(jié)流方面呈現(xiàn)巨大的挖掘潛力，因此節(jié)水成為歷史發(fā)展的必然。而在各行各業(yè)、各方各面中，農(nóng)業(yè)是用水、也是浪費(fèi)水資源的大頭，更有必要進(jìn)行節(jié)水技術(shù)的探討和研究。1.1.3微灌技術(shù)的發(fā)展農(nóng)業(yè)用水的合理使用和發(fā)揮最大效益應(yīng)該說(shuō)是具有非常重要的意義。節(jié)水將是可持續(xù)發(fā)展需要解決的重要問(wèn)題。于是節(jié)水灌溉便提上了日程，節(jié)水灌溉技術(shù)以其節(jié)水、增產(chǎn)、節(jié)地、省工等優(yōu)點(diǎn)變革了傳統(tǒng)粗放落后的灌溉方式和灌溉管理方式，其能夠有效改善作物產(chǎn)品品質(zhì)，提高產(chǎn)品附加值，

5、同時(shí)對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化擴(kuò)大內(nèi)需，開(kāi)拓國(guó)內(nèi)市場(chǎng)帶動(dòng)節(jié)水灌溉設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化具有顯著的作用。在當(dāng)今世界上工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，人口不斷膨脹，水資源危機(jī)波及全球地情況下，節(jié)水灌溉技術(shù)一出現(xiàn)便引起了世界各國(guó)地普遍關(guān)注和重視，促使各國(guó)在節(jié)水灌溉技術(shù)及設(shè)備方面展開(kāi)了深入的研究和開(kāi)發(fā)。目前，全國(guó)節(jié)水灌溉面積僅占有效灌溉面積的30%左右。農(nóng)業(yè)用水的主要方式仍然是大水漫灌粗放低效。因此黨的十五屆三中全會(huì)提出要把節(jié)水灌溉作為一項(xiàng)革命性措施來(lái)抓，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，大

6、幅度節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，提高水的有效利用率。預(yù)計(jì)21世紀(jì)必將是節(jié)水的世紀(jì)，21世紀(jì)的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)將是農(nóng)業(yè)科技革命的重要組成部分，節(jié)水灌溉將具有更為廣闊的前景。1.1.4溫室微灌是發(fā)展的趨勢(shì)溫室設(shè)施生產(chǎn)是科學(xué)技術(shù)含量較高的一種生產(chǎn)形式其通過(guò)人工、機(jī)械或自動(dòng)化技術(shù)來(lái)調(diào)控氣象條件和栽培介質(zhì)等環(huán)境因素，克服惡劣的自然條件的影響，為作物創(chuàng)造良好的水、氣、熱環(huán)境，使作物處于最佳生長(zhǎng)狀態(tài)，以大幅度增加作物產(chǎn)量，改進(jìn)作物品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。微灌技術(shù)的應(yīng)用在我

7、國(guó)還處于初級(jí)階段，根據(jù)多年來(lái)的節(jié)水灌溉應(yīng)用的實(shí)踐，在溫室中推廣微灌技術(shù)勢(shì)在必行，且與其它節(jié)水灌溉方式相比，溫室大棚的節(jié)水灌溉方式效果最好，節(jié)水最明顯。這種方式可根據(jù)作物生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)水的需要進(jìn)行灌溉采用先進(jìn)的灌溉設(shè)備，可以作到適時(shí)、按需對(duì)作物灌水，水的利用率可達(dá)90%以上。這種灌溉方式將是我國(guó)今后節(jié)水灌溉的主要發(fā)展方向。英國(guó)一些農(nóng)業(yè)工程研究所開(kāi)展溫室骨架與載荷、溫室光照與材料、溫室環(huán)境與生理，以及溫室環(huán)境因子的計(jì)算機(jī)優(yōu)化、溫室節(jié)能、溫室自

8、動(dòng)化控制、溫室作物栽培與產(chǎn)后處理、無(wú)土栽培等課題的研究。日本塑料大棚和其它人工栽培設(shè)施在日本得到廣泛應(yīng)用。植物工廠用鈉蒸氣燈取代太陽(yáng)光并通過(guò)計(jì)算機(jī)將溫度、濕度和肥料等控制在最適合蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的水平。日本ESE公司開(kāi)發(fā)的設(shè)施栽培計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可較全面的對(duì)設(shè)施栽培內(nèi)植物所需環(huán)境進(jìn)行多因素檢測(cè)控制包括變溫控制管理、人工補(bǔ)光的控制等該公司還開(kāi)發(fā)了采用微機(jī)和專(zhuān)用設(shè)施栽培控制機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)該網(wǎng)絡(luò)可將多臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集中管理。對(duì)于設(shè)施栽培數(shù)量多、

9、地點(diǎn)分散的大農(nóng)場(chǎng)可以通過(guò)專(zhuān)用配線形成設(shè)施栽培專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理，還可用電話線實(shí)現(xiàn)異地管理。日本岐阜大學(xué)田中逸夫教授，多年來(lái)從事植物工廠方面的研究，已于去年研究成功控制設(shè)備，在日本中部地區(qū)岐阜成功地種植出芥末，并己推向市場(chǎng)，取得很好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。此外，美國(guó)、澳大利亞、法國(guó)等國(guó)家和地區(qū)都己開(kāi)發(fā)有成熟并系列化的灌溉控制系統(tǒng)。如美國(guó)的EPSMC控制器分六種型號(hào)最多可控制120個(gè)電磁閥，可設(shè)置4種控制程序，一站可在一天內(nèi)多次開(kāi)啟適

10、合微灌頻繁的特點(diǎn)，在溫室等處使用自動(dòng)灌溉控制器效果尤為明顯。1.2.2國(guó)內(nèi)的發(fā)展與現(xiàn)狀一、國(guó)內(nèi)微灌技術(shù)的發(fā)展微灌技術(shù)研究在我國(guó)的起步并不算太晚，我國(guó)微灌技術(shù)的試驗(yàn)研究是從1974年引進(jìn)墨西哥滴灌設(shè)備開(kāi)始的。先后經(jīng)歷了(1974—1980年)引進(jìn)消化吸收，設(shè)備研制和應(yīng)用試驗(yàn)與試點(diǎn)階段；(1981—1986年)設(shè)備產(chǎn)品改進(jìn)和應(yīng)用試驗(yàn)研究與擴(kuò)大試點(diǎn)推廣階段；(1987年至今)直接引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)工藝技術(shù)，高起點(diǎn)開(kāi)發(fā)研制微灌設(shè)備產(chǎn)品階段〔明。在引

11、進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用，易于安裝和便于推廣的精神在全國(guó)水利、農(nóng)業(yè)、輕工、農(nóng)機(jī)等主要部門(mén)和科研院所、高等院校、微灌企業(yè)及個(gè)地有關(guān)部門(mén)的密切合作和共同努力之下微灌技術(shù)的開(kāi)發(fā)、設(shè)備研制生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)等方面都取得了豐碩成果微灌技術(shù)逐漸走向成熟。目前我國(guó)生產(chǎn)溫室微灌設(shè)備的主要企業(yè)已有30多家。微灌技術(shù)的總體水平己從80年代的初級(jí)階段發(fā)展和提高到中級(jí)階段。其中采用引進(jìn)技術(shù)和生產(chǎn)線制造出的微灌設(shè)備產(chǎn)品性能己達(dá)到

12、90年代初期與中期的國(guó)際水平，大大縮短了與國(guó)外微灌設(shè)備產(chǎn)品的差距，初步形成了具有中國(guó)特色的微灌技術(shù)和設(shè)備產(chǎn)品。在微灌自動(dòng)化控制方面我國(guó)也己進(jìn)行了初步的研究，己研制和開(kāi)發(fā)的以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)裝置己在溫室微灌試驗(yàn)工程中得到應(yīng)用且初見(jiàn)自動(dòng)化管理之成效。二存在的問(wèn)題與取得的成果由于我國(guó)的微灌技術(shù)研究處于初級(jí)階段近些年來(lái)自行研制、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的微灌設(shè)備產(chǎn)品無(wú)論在質(zhì)量、性能等各方面與先進(jìn)國(guó)家相比，差距較大在微灌工程首部設(shè)備組裝配套和自動(dòng)控制

13、方面同發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在更大差距。如微灌設(shè)備系統(tǒng)的成套性差配套水平低；主要部件品種規(guī)格少，質(zhì)量不穩(wěn)定，沒(méi)有系列化；關(guān)鍵設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性、耐久性差自動(dòng)化及綜合功能程度不高，基本還是手動(dòng)操作，以至于綜合效益不高。目前，在我國(guó)己有用于溫室微灌試驗(yàn)工程的自動(dòng)化控制裝置研制成功，并處于試驗(yàn)研究和試用階段。如河南省許昌市水利科研所等單位于1996年在長(zhǎng)葛市官亭鄉(xiāng)建成100個(gè)高水平的自動(dòng)化日光溫室微灌試驗(yàn)工程〔3〕。黑龍江省牡丹江市水利局等單位也進(jìn)