溫室大棚自動灌溉技術

1、溫室大棚自動噴灌控制系統(tǒng)設計與研究1.1課題研究目的與意義1.1.1水資源危機已經(jīng)到來眾所周知水是生命之源，尤其是人類生存和社會發(fā)展不可缺少的基本條件，是實現(xiàn)人類社會和自然界可持續(xù)發(fā)展的重要物質基礎。早在1972年聯(lián)合國召開的人類環(huán)境會議和1977年召開的水資源會議就向全世界發(fā)出警告:水不久將成為一項嚴重的社會危機，石油危機之后的下一個危機便是水川。而當今占世界人口總量40%的80個國家缺水，其中26個國家嚴重缺水，特別是發(fā)展中國家，普

2、遍受到不同程度水源危機和污染嚴重的威脅。水資源日益成為不亞于能源和糧食不足的一個嚴重問題，并已成為當今世界各國經(jīng)濟發(fā)展的重要制約因素。這使人們越來越深刻的意識到，水不僅是農(nóng)業(yè)的命脈也是經(jīng)濟發(fā)展的命脈，人類生存的命脈，水的重要性已成為國際共識，水資源的開發(fā)、利用和保護己為世界各國所重視。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家之中，我國是水資源嚴重

3、短缺的國家之一。我國的水資源總量約為2.8萬億立方米，居世界第6位但人均水資源占有量僅為2200m，約為界平均水平的14。從理論研究上講，有“開源”和“節(jié)流”兩條路可走。但實踐中開源己不具多大潛力因為水資源畢竟是有限的，且過度的、無節(jié)制的開發(fā)將造成水資源嚴重枯竭，進而導致各種危害人類社會本身的生態(tài)環(huán)境問題，制約人類社會經(jīng)濟的發(fā)展；而節(jié)流卻是行之有效更具潛力的方案，因為傳統(tǒng)粗放的用水方式造成了水資源的巨大浪費。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、也是浪費水資源的大頭，更有必要進行節(jié)水技術的探討和研究。1.1.3微灌技術的發(fā)展農(nóng)業(yè)用水的合理使用和發(fā)揮最大效益應該說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題。于是節(jié)水灌溉便提上了日程，節(jié)水灌溉技術以其節(jié)水、增產(chǎn)、節(jié)地、省工等優(yōu)點變革了傳統(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，提高產(chǎn)品附加值，

5、同時對促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化擴大內需，開拓國內市場帶動節(jié)水灌溉設備的產(chǎn)業(yè)化具有顯著的作用。在當今世界上工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，人口不斷膨脹，水資源危機波及全球地情況下，節(jié)水灌溉技術一出現(xiàn)便引起了世界各國地普遍關注和重視，促使各國在節(jié)水灌溉技術及設備方面展開了深入的研究和開發(fā)。目前，全國節(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提出要把節(jié)水灌溉作為一項革命性措施來抓，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。預計21世紀必將是節(jié)水的世紀，21世紀的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術將是農(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)展的趨勢溫室設施生產(chǎn)是科學技術含量較高的一種生產(chǎn)形式其通過人工、機械或自動化技術來調控氣象條件和栽培介質等環(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狀態(tài)，以大幅度增加作物產(chǎn)量，改進作物品質，提高經(jīng)濟效益。微灌技術的應用在我

7、國還處于初級階段，根據(jù)多年來的節(jié)水灌溉應用的實踐，在溫室中推廣微灌技術勢在必行，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)過程中對水的需要進行灌溉采用先進的灌溉設備，可以作到適時、按需對作物灌水，水的利用率可達90%以上。這種灌溉方式將是我國今后節(jié)水灌溉的主要發(fā)展方向。英國一些農(nóng)業(yè)工程研究所開展溫室骨架與載荷、溫室光照與材料、溫室環(huán)境與生理，以及溫室環(huán)境因子的計算機優(yōu)化、溫室節(jié)能、溫室自

8、動化控制、溫室作物栽培與產(chǎn)后處理、無土栽培等課題的研究。日本塑料大棚和其它人工栽培設施在日本得到廣泛應用。植物工廠用鈉蒸氣燈取代太陽光并通過計算機將溫度、濕度和肥料等控制在最適合蔬菜生長發(fā)育的水平。日本ESE公司開發(fā)的設施栽培計算機控制系統(tǒng)可較全面的對設施栽培內植物所需環(huán)境進行多因素檢測控制包括變溫控制管理、人工補光的控制等該公司還開發(fā)了采用微機和專用設施栽培控制機組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)該網(wǎng)絡可將多臺計算機控制系統(tǒng)集中管理。對于設施栽培數(shù)量多、

9、地點分散的大農(nóng)場可以通過專用配線形成設施栽培專用的網(wǎng)絡系統(tǒng)進行集中管理，還可用電話線實現(xiàn)異地管理。日本岐阜大學田中逸夫教授，多年來從事植物工廠方面的研究，已于去年研究成功控制設備，在日本中部地區(qū)岐阜成功地種植出芥末，并己推向市場，取得很好的社會效益與經(jīng)濟效益。此外，美國、澳大利亞、法國等國家和地區(qū)都己開發(fā)有成熟并系列化的灌溉控制系統(tǒng)。如美國的EPSMC控制器分六種型號最多可控制120個電磁閥，可設置4種控制程序，一站可在一天內多次開啟適

10、合微灌頻繁的特點，在溫室等處使用自動灌溉控制器效果尤為明顯。1.2.2國內的發(fā)展與現(xiàn)狀一、國內微灌技術的發(fā)展微灌技術研究在我國的起步并不算太晚，我國微灌技術的試驗研究是從1974年引進墨西哥滴灌設備開始的。先后經(jīng)歷了(1974—1980年)引進消化吸收，設備研制和應用試驗與試點階段；(1981—1986年)設備產(chǎn)品改進和應用試驗研究與擴大試點推廣階段；(1987年至今)直接引進國外的先進工藝技術，高起點開發(fā)研制微灌設備產(chǎn)品階段〔明。在引

11、進、消化、吸收國外先進技術的基礎上結合我國的國情，本著經(jīng)濟實用，易于安裝和便于推廣的精神在全國水利、農(nóng)業(yè)、輕工、農(nóng)機等主要部門和科研院所、高等院校、微灌企業(yè)及個地有關部門的密切合作和共同努力之下微灌技術的開發(fā)、設備研制生產(chǎn)和科學試驗等方面都取得了豐碩成果微灌技術逐漸走向成熟。目前我國生產(chǎn)溫室微灌設備的主要企業(yè)已有30多家。微灌技術的總體水平己從80年代的初級階段發(fā)展和提高到中級階段。其中采用引進技術和生產(chǎn)線制造出的微灌設備產(chǎn)品性能己達到

12、90年代初期與中期的國際水平，大大縮短了與國外微灌設備產(chǎn)品的差距，初步形成了具有中國特色的微灌技術和設備產(chǎn)品。在微灌自動化控制方面我國也己進行了初步的研究，己研制和開發(fā)的以計算機為核心的自動監(jiān)控系統(tǒng)裝置己在溫室微灌試驗工程中得到應用且初見自動化管理之成效。二存在的問題與取得的成果由于我國的微灌技術研究處于初級階段近些年來自行研制、開發(fā)和生產(chǎn)的微灌設備產(chǎn)品無論在質量、性能等各方面與先進國家相比，差距較大在微灌工程首部設備組裝配套和自動控制

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