年 月 第 卷 第 期 李 紅 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 研 究 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展 趨 勢 李 紅 湯 攀 陳 超 張 志 洋 夏 華 猛 江 蘇 大 學(xué) 國 家 水 泵 及 系 統(tǒng) 工 程 技 術(shù) 研 究 中 心 江 蘇 鎮(zhèn) 江 收 稿 日 期 修 回 日 期 網(wǎng) 絡(luò) 出 版 時 間 網(wǎng) 絡(luò) 出 版 地 址 基 金 項 目 江 蘇 省 農(nóng) 業(yè) 科 技 自 主 創(chuàng) 新 資 金 資 助 項 目 江 蘇 省 高 等 學(xué) 校 自 然 科 學(xué) 研 究 面 上 項 目 第 一 作 者 簡 介 李 紅 女 江 蘇 興 化 人 研 究 員 博 士 生 導(dǎo) 師 通 信 作 者 主 要 從 事 節(jié) 水 灌 溉 技 術(shù) 及 設(shè) 備 開 發(fā) 研 究 第 二 作 者 簡 介 湯 攀 男 湖 南 常 德 人 助 理 研 究 員 博 士 主 要 從 事 節(jié) 水 灌 溉 技 術(shù) 及 設(shè) 備 開 發(fā) 研 究 摘 要 為 了 促 進(jìn) 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 的 研 究 開 發(fā) 及 推 廣 應(yīng) 用 總 結(jié) 分 析 了 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 科 研 生 產(chǎn) 及 實 際 應(yīng) 用 中 存 在 的 問 題 概 述 了 施 肥 設(shè) 備 的 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 重 點 闡 述 分 析 了 文 丘 里 施 肥 器 壓 差 施 肥 罐 比 例 施 肥 泵 柱 塞 泵 及 固 體 肥 料 溶 解 施 肥 裝 置 等 常 用 施 肥 設(shè) 備 的 技 術(shù) 特 點 研 究 進(jìn) 展 和 存 在 問 題 等 在 此 基 礎(chǔ) 上 基 于 綠 色 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 理 念 和 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 發(fā) 展 需 要 指 出 施 肥 設(shè) 備 的 發(fā) 展 亟 需 結(jié) 合 作 物 區(qū) 域 種 植 特 點 綜 合 施 策 創(chuàng) 新 發(fā) 展 多 種 先 進(jìn) 施 肥 裝 備 及 技 術(shù) 建 立 節(jié) 水 節(jié) 肥 技 術(shù) 綜 合 管 理 體 系 重 點 研 究 管 路 中 水 肥 流 動 規(guī) 律 優(yōu) 化 設(shè) 計 方 法 產(chǎn) 品 研 發(fā) 與 標(biāo) 準(zhǔn) 化 灌 水 施 肥 制 度 與 智 能 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 施 肥 設(shè) 備 的 多 功 能 低 能 耗 及 精 準(zhǔn) 化 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 的 信 息 化 與 智 能 化 切 實 有 效 提 高 水 肥 利 用 率 關(guān) 鍵 詞 施 肥 設(shè) 備 水 肥 一 體 化 文 丘 里 施 肥 器 壓 差 施 肥 罐 比 例 施 肥 泵 中 圖 分 類 號 文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 文 章 編 號 李 紅 湯 攀 陳 超 等 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 研 究 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展 趨 勢 排 灌 機 械 工 程 學(xué) 報 第 期 李 紅 等 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 研 究 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展 趨 勢 水 是 作 物 生 存 之 源 是 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 發(fā) 展 的 必 要 條 件 而 肥 料 是 作 物 增 產(chǎn) 高 產(chǎn) 的 重 要 保 障 之 一 在 中 國 農(nóng) 業(yè) 中 占 據(jù) 重 要 地 位 長 期 以 來 肥 料 的 不 合 理 施 用 對 自 然 生 態(tài) 環(huán) 境 造 成 了 嚴(yán) 重 的 破 壞 如 土 壤 肥 力 破 壞 土 壤 污 染 面 源 污 染 等 嚴(yán) 重 影 響 了 農(nóng) 業(yè) 的 可 持 續(xù) 發(fā) 展 中 國 是 肥 料 的 生 產(chǎn) 大 國 同 時 也 是 肥 料 消 費 大 國 由 于 施 肥 技 術(shù) 和 肥 料 生 產(chǎn) 等 多 方 面 的 原 因 導(dǎo) 致 中 國 的 肥 料 利 用 率 長 期 處 于 較 低 水 平 氮 肥 為 磷 肥 為 鉀 肥 為 均 遠(yuǎn) 低 于 美 國 與 以 色 列 等 發(fā) 達(dá) 國 家 的 肥 料 利 用 率 減 少 化 肥 使 用 量 合 理 施 肥 提 高 化 肥 利 用 率 已 成 為 中 國 農(nóng) 業(yè) 可 持 續(xù) 發(fā) 展 和 保 障 糧 食 安 全 的 重 要 問 題 近 些 年 來 為 了 解 決 施 肥 過 度 和 有 效 提 高 肥 料 利 用 率 的 問 題 同 時 實 現(xiàn) 節(jié) 水 灌 溉 目 標(biāo) 水 肥 一 體 化 技 術(shù) 得 到 了 重 視 和 發(fā) 展 年 中 央 一 號 文 件 明 確 指 出 要 大 規(guī) 模 實 施 農(nóng) 業(yè) 節(jié) 水 工 程 與 此 同 時 還 要 加 大 水 肥 一 體 化 等 先 進(jìn) 農(nóng) 藝 節(jié) 水 技 術(shù) 的 推 廣 力 度 年 發(fā) 布 的 國 家 節(jié) 水 行 動 方 案 分 工 方 案 指 出 要 大 力 推 進(jìn) 水 肥 一 體 化 技 術(shù) 每 年 發(fā) 展 水 肥 一 體 化 面 積 萬 萬 畝 由 于 中 國 地 域 廣 闊 種 植 的 作 物 種 類 多 栽 培 方 式 多 樣 栽 培 季 節(jié) 差 異 大 田 間 配 套 設(shè) 施 條 件 不 同 管 理 水 平 高 低 不 同 因 此 無 論 從 國 家 政 策 要 求 還 是 國 內(nèi) 實 際 市 場 需 求 研 發(fā) 適 合 中 國 國 情 的 水 肥 一 體 化 裝 備 非 常 必 要 這 對 于 大 力 推 進(jìn) 中 國 農(nóng) 業(yè) 現(xiàn) 代 化 發(fā) 展 具 有 重 要 意 義 目 前 精 確 灌 溉 與 施 肥 是 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 的 主 要 方 向 而 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 精 量 施 肥 的 關(guān) 鍵 在 于 施 肥 設(shè) 備 因 此 文 中 對 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 科 研 生 產(chǎn) 及 實 際 應(yīng) 用 中 存 在 的 問 題 加 以 總 結(jié) 分 析 提 出 需 重 點 研 究 的 問 題 以 期 為 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 的 發(fā) 展 提 供 參 考 施 肥 設(shè) 備 國 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 水 肥 一 體 化 是 將 施 肥 技 術(shù) 與 灌 溉 技 術(shù) 相 結(jié) 合 的 一 項 新 技 術(shù) 是 精 確 施 肥 與 精 確 灌 溉 相 結(jié) 合 的 產(chǎn) 物 在 灌 溉 技 術(shù) 中 占 有 重 要 地 位 水 肥 一 體 化 技 術(shù) 利 用 灌 溉 系 統(tǒng) 將 肥 料 溶 解 在 水 中 同 時 進(jìn) 行 灌 溉 與 施 肥 適 時 適 量 地 滿 足 農(nóng) 作 物 對 水 分 和 養(yǎng) 分 的 需 求 與 傳 統(tǒng) 的 施 肥 方 式 相 比 采 用 水 肥 一 體 化 技 術(shù) 施 肥 具 有 眾 多 優(yōu) 點 如 大 幅 減 少 肥 料 使 用 量 減 少 養(yǎng) 分 流 失 及 降 低 面 源 污 染 靈 活 調(diào) 控 以 滿 足 不 同 區(qū) 域 或 作 物 對 肥 料 的 需 求 提 高 作 物 產(chǎn) 量 和 品 質(zhì) 以 及 降 低 生 產(chǎn) 成 本 施 肥 設(shè) 備 根 據(jù) 其 自 身 特 征 及 灌 溉 施 肥 要 求 安 裝 在 首 部 或 灌 水 器 前 端 是 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 設(shè) 備 其 性 能 的 優(yōu) 劣 直 接 影 響 著 灌 溉 與 施 肥 的 質(zhì) 量 目 前 常 用 的 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 有 文 丘 里 施 肥 器 比 例 施 肥 泵 全 自 動 注 肥 設(shè) 備 壓 差 施 肥 罐 等 按 照 施 肥 控 制 方 式 可 分 為 類 一 類 為 定 量 施 肥 即 只 能 控 制 施 肥 總 量 施 肥 濃 度 則 隨 著 施 肥 時 間 遞 減 另 一 類 為 定 比 例 施 肥 即 施 肥 過 程 中 施 肥 濃 度 保 持 不 變 該 類 型 施 肥 設(shè) 備 既 可 控 制 施 肥 總 量 又 可 根 據(jù) 作 物 需 求 控 制 施 肥 比 例 隨 著 農(nóng) 業(yè) 自 動 化 與 智 能 化 的 發(fā) 展 定 比 例 施 肥 設(shè) 備 正 在 逐 漸 取 代 定 量 施 肥 設(shè) 備 文 丘 里 施 肥 器 文 丘 里 施 肥 器 一 般 與 灌 溉 進(jìn) 口 處 的 閥 門 并 聯(lián) 安 裝 水 流 通 過 文 丘 里 管 的 時 候 利 用 漸 縮 管 處 產(chǎn) 生 的 壓 差 將 液 態(tài) 肥 料 從 敞 口 的 肥 料 罐 吸 入 管 網(wǎng) 中 通 過 匹 配 不 同 口 徑 的 吸 肥 管 可 以 調(diào) 節(jié) 注 入 肥 料 的 濃 度 其 特 點 是 造 價 低 廉 使 用 方 便 無 須 電 力 但 是 其 壓 力 損 失 較 大 多 用 于 灌 溉 面 積 較 小 的 區(qū) 域 中 國 對 文 丘 里 施 肥 器 的 研 究 早 期 主 要 是 對 其 水 力 性 能 參 數(shù) 等 進(jìn) 行 理 論 推 導(dǎo) 例 如 封 俊 等 李 百 軍 等 結(jié) 合 伯 努 利 方 程 以 及 連 續(xù) 性 方 程 推 導(dǎo) 了 文 丘 里 施 肥 器 的 臨 界 流 量 喉 管 壓 力 吸 肥 量 等 參 數(shù) 的 計 算 公 式 此 后 范 興 科 等 針 對 液 體 在 文 丘 里 施 肥 器 中 能 量 轉(zhuǎn) 化 關(guān) 系 進(jìn) 行 了 理 論 推 導(dǎo) 與 試 驗 研 究 這 些 理 論 公 式 對 于 文 丘 里 施 肥 器 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 具 有 一 定 的 理 論 指 導(dǎo) 意 義 此 后 國 內(nèi) 外 學(xué) 者 開 始 轉(zhuǎn) 向 文 丘 里 施 肥 器 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 的 試 驗 研 究 孟 一 斌 韓 啟 彪 等 和 嚴(yán) 海 軍 等 對 文 丘 里 施 肥 器 的 吸 肥 性 能 進(jìn) 行 了 詳 細(xì) 的 試 驗 研 究 這 些 研 究 都 為 文 丘 里 施 肥 器 的 實 際 應(yīng) 用 提 供 了 一 定 的 指 導(dǎo) 但 無 法 指 導(dǎo) 文 丘 里 施 肥 器 的 設(shè) 計 王 淼 孫 艷 琦 嚴(yán) 海 軍 排 灌 機 械 工 程 學(xué) 報 第 卷 等 孔 令 陽 使 用 模 擬 軟 件 對 文 丘 里 施 肥 器 的 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 能 態(tài) 轉(zhuǎn) 化 以 及 水 力 性 能 等 方 面 進(jìn) 行 了 系 統(tǒng) 研 究 等 采 用 方 法 分 析 了 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 喉 部 長 度 喉 部 直 徑 吸 肥 口 直 徑 對 吸 肥 量 的 影 響 劉 永 華 等 在 綜 合 考 慮 施 肥 設(shè) 備 及 管 路 系 統(tǒng) 的 沿 程 損 失 與 局 部 損 失 的 基 礎(chǔ) 上 采 用 方 法 對 智 能 施 肥 機 的 文 丘 里 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 進(jìn) 行 了 優(yōu) 化 并 最 終 使 智 能 施 肥 機 的 吸 肥 量 提 高 了 等 應(yīng) 用 研 究 了 文 丘 里 施 肥 器 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 對 壓 差 損 失 的 影 響 規(guī) 律 程 千 等 采 用 數(shù) 值 模 擬 的 方 法 探 討 了 空 化 影 響 施 肥 器 性 能 的 原 因 在 文 丘 里 施 肥 器 的 新 產(chǎn) 品 研 發(fā) 方 面 金 永 奎 等 研 制 開 發(fā) 出 了 種 新 型 的 文 丘 里 施 肥 器 為 了 彌 補 文 丘 里 施 肥 器 的 自 動 控 制 裝 置 的 不 足 李 加 念 等 基 于 脈 寬 調(diào) 制 技 術(shù) 研 制 開 發(fā) 出 了 一 套 變 量 的 文 丘 里 施 肥 設(shè) 備 鄭 彩 霞 等 發(fā) 明 了 一 種 改 進(jìn) 型 文 丘 里 施 肥 器 其 喉 部 設(shè) 置 有 手 擰 螺 絲 手 擰 螺 絲 的 下 端 設(shè) 置 有 金 屬 螺 紋 槽 使 得 文 丘 里 施 肥 器 喉 部 過 流 面 積 可 調(diào) 從 而 靈 活 調(diào) 節(jié) 吸 肥 量 穆 永 航 等 設(shè) 計 了 一 種 新 型 復(fù) 合 式 文 丘 里 施 肥 器 與 單 體 文 丘 里 施 肥 器 相 比 較 具 有 吸 肥 量 大 的 特 點 張 建 闊 等 為 降 低 文 丘 里 施 肥 器 的 吸 肥 臨 界 進(jìn) 口 壓 力 設(shè) 計 了 一 種 雙 吸 肥 口 文 丘 里 施 肥 器 此 外 有 學(xué) 者 指 出 文 丘 里 施 肥 器 的 制 造 材 料 也 會 對 其 水 力 性 能 產(chǎn) 生 影 響 王 海 濤 等 選 用 了 國 內(nèi) 外 種 不 同 材 質(zhì) 的 文 丘 里 施 肥 器 對 其 壓 力 能 耗 吸 肥 效 率 以 及 振 動 與 空 化 等 綜 合 性 能 開 展 了 測 試 研 究 并 指 出 收 縮 率 較 小 材 質(zhì) 的 施 肥 器 制 造 偏 差 小 且 吸 肥 性 能 好 國 內(nèi) 外 學(xué) 者 對 文 丘 里 施 肥 器 進(jìn) 行 了 大 量 研 究 這 些 研 究 涵 蓋 了 文 丘 里 施 肥 器 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 內(nèi) 部 流 動 以 及 工 程 應(yīng) 用 等 方 面 從 而 基 本 掌 握 了 文 丘 里 施 肥 器 的 設(shè) 計 方 法 但 目 前 中 國 研 發(fā) 制 造 的 文 丘 里 施 肥 器 的 性 能 質(zhì) 量 與 國 外 尚 有 一 定 差 距 例 如 存 在 倒 吸 現(xiàn) 象 壓 力 損 失 高 以 及 使 用 壽 命 短 等 這 一 方 面 需 要 從 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 著 手 另 一 方 面 也 要 從 文 丘 里 施 肥 器 的 材 料 以 及 制 造 工 藝 等 方 面 加 以 研 究 改 進(jìn) 從 而 有 效 提 高 國 產(chǎn) 文 丘 里 施 肥 器 的 綜 合 性 能 智 能 施 肥 機 另 一 種 采 用 文 丘 里 結(jié) 構(gòu) 的 施 肥 器 為 目 前 市 場 上 較 為 先 進(jìn) 的 智 能 施 肥 機 該 類 型 智 能 施 肥 機 可 以 通 過 值 及 流 量 監(jiān) 控 裝 置 在 可 編 程 控 制 器 控 制 下 通 過 機 器 上 的 一 組 文 丘 里 施 肥 器 準(zhǔn) 確 地 把 肥 料 養(yǎng) 分 或 其 他 物 質(zhì) 注 入 灌 溉 主 管 網(wǎng) 中 用 戶 可 通 過 物 聯(lián) 網(wǎng) 進(jìn) 行 可 視 化 監(jiān) 測 及 控 制 與 此 同 時 該 類 型 智 能 施 肥 機 也 可 與 氣 象 站 土 壤 溫 濕 度 蒸 發(fā) 量 降 雨 量 和 太 陽 輻 射 等 傳 感 器 相 連 接 實 現(xiàn) 全 自 動 智 能 調(diào) 節(jié) 和 控 制 灌 溉 施 肥 但 該 類 型 智 能 施 肥 機 造 價 昂 貴 不 適 用 于 一 般 用 戶 王 海 濤 等 探 究 了 施 肥 機 不 同 管 路 布 置 方 式 對 文 丘 里 施 肥 器 在 吸 肥 性 能 與 可 支 配 通 道 數(shù) 量 的 影 響 發(fā) 現(xiàn) 旁 路 吸 肥 式 可 同 時 支 配 個 高 效 吸 肥 的 通 道 數(shù) 量 吸 肥 通 道 與 旁 路 吸 肥 式 管 路 的 組 合 形 式 可 推 薦 作 為 施 肥 機 管 路 優(yōu) 化 布 置 的 首 選 方 式 吳 松 等 采 用 西 門 子 系 列 作 為 控 制 器 基 于 設(shè) 計 了 個 通 過 管 路 連 接 到 灌 溉 系 統(tǒng) 的 施 肥 機 通 過 控 制 肥 水 的 濃 度 和 進(jìn) 入 灌 溉 管 道 的 肥 水 量 來 實 現(xiàn) 自 動 施 肥 付 強 等 采 用 計 數(shù) 器 數(shù) 字 濾 波 電 路 以 及 單 片 機 設(shè) 計 了 種 替 代 簡 單 液 位 浮 子 的 實 用 智 能 液 位 開 關(guān) 發(fā) 現(xiàn) 利 用 該 方 法 也 可 以 根 據(jù) 不 同 工 況 設(shè) 定 不 同 參 數(shù) 濾 除 干 擾 信 號 提 高 智 能 液 位 開 關(guān) 適 用 性 房 俊 龍 等 采 用 傳 感 器 技 術(shù) 自 動 控 制 技 術(shù) 信 息 采 集 與 處 理 技 術(shù) 開 發(fā) 出 了 通 用 嵌 入 式 可 編 程 軟 件 實 現(xiàn) 灌 溉 施 肥 從 傳 統(tǒng) 模 式 到 智 能 模 式 的 相 互 切 換 鄧 曉 棟 等 基 于 設(shè) 計 了 一 種 水 肥 一 體 化 智 能 灌 溉 系 統(tǒng) 用 戶 在 服 務(wù) 器 端 通 過 組 態(tài) 王 軟 件 控 制 水 池 肥 料 池 或 者 混 合 池 電 磁 閥 的 打 開 進(jìn) 而 灌 溉 與 施 肥 江 新 蘭 等 設(shè) 計 了 基 于 兩 線 解 碼 技 術(shù) 和 云 計 算 的 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 水 肥 一 體 化 智 能 云 灌 溉 系 統(tǒng) 該 系 統(tǒng) 利 用 傳 感 器 實 時 采 集 作 物 生 長 環(huán) 境 參 數(shù) 并 將 其 傳 輸 和 存 儲 于 數(shù) 據(jù) 管 理 云 平 臺 利 用 云 集 群 的 計 算 和 分 析 能 力 確 定 作 物 生 長 的 水 肥 需 求 和 灌 溉 施 肥 制 度 實 現(xiàn) 水 肥 一 體 化 的 智 能 控 制 國 內(nèi) 學(xué) 者 開 展 了 大 量 關(guān) 于 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 滴 灌 施 肥 控 制 系 統(tǒng) 的 研 究 多 采 用 單 片 機 控 制 原 理 結(jié) 合 硬 件 裝 置 和 軟 件 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 滴 灌 施 肥 作 業(yè) 的 精 準(zhǔn) 控 制 和 同 步 實 施 集 成 多 種 自 動 化 智 能 控 制 施 肥 決 策 系 統(tǒng) 及 配 套 施 肥 設(shè) 備 保 證 作 業(yè) 過 程 中 可 精 準(zhǔn) 控 制 施 肥 量 灌 溉 水 量 和 施 肥 濃 度 等 但 所 開 發(fā) 的 控 制 系 統(tǒng) 研 究 方 法 單 一 自 動 化 程 度 低 值 控 制 精 度 穩(wěn) 定 性 差 且 通 用 性 低 多 處 于 試 驗 調(diào) 試 及 小 范 圍 應(yīng) 用 階 段 無 法 完 全 滿 足 大 田 滴 灌 施 肥 精 準(zhǔn) 控 制 的 要 求 壓 差 施 肥 罐 壓 差 施 肥 罐 主 要 由 肥 料 罐 節(jié) 流 閥 門 以 及 連 接 管 組 成 通 過 在 罐 體 間 形 成 壓 差 利 用 水 流 將 罐 中 的 肥 液 壓 入 灌 溉 管 網(wǎng) 中 其 特 點 是 加 工 制 造 簡 單 使 用 方 便 可 適 用 于 大 田 灌 溉 但 肥 液 的 濃 度 會 隨 施 第 期 李 紅 等 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 研 究 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展 趨 勢 肥 時 間 而 變 化 無 法 控 制 施 肥 濃 度 不 利 于 精 確 施 肥 且 罐 體 容 積 有 限 需 要 多 次 添 加 肥 液 壓 差 施 肥 罐 的 主 要 特 征 是 肥 液 濃 度 隨 時 間 推 進(jìn) 而 不 斷 衰 減 而 施 肥 罐 內(nèi) 肥 液 濃 度 衰 減 規(guī) 律 可 由 阿 莫 斯 泰 奇 公 式 計 算 該 公 式 認(rèn) 為 當(dāng) 約 等 于 倍 罐 容 量 的 水 流 經(jīng) 罐 內(nèi) 后 已 有 的 肥 液 隨 水 進(jìn) 入 灌 溉 系 統(tǒng) 封 俊 等 將 文 丘 里 施 肥 器 與 壓 差 施 肥 罐 相 結(jié) 合 并 從 理 論 上 推 導(dǎo) 了 肥 液 濃 度 衰 減 的 計 算 公 式 鄧 蘭 生 等 研 究 發(fā) 現(xiàn) 對 于 液 體 肥 料 直 接 影 響 施 肥 時 間 的 因 素 是 流 量 而 不 是 壓 差 對 于 固 體 肥 料 施 肥 時 間 的 重 要 影 響 因 素 是 流 量 和 肥 料 的 溶 解 速 度 等 和 孟 一 斌 等 對 壓 差 施 肥 罐 的 出 口 肥 液 濃 度 動 態(tài) 變 化 進(jìn) 行 了 試 驗 研 究 并 通 過 試 驗 數(shù) 據(jù) 回 歸 分 析 得 到 了 肥 液 濃 度 隨 時 間 和 壓 差 施 肥 量 的 變 化 關(guān) 系 式 以 及 施 肥 結(jié) 束 時 間 與 上 述 因 素 的 關(guān) 系 式 韓 啟 彪 也 采 用 相 同 的 研 究 方 法 得 到 了 類 似 的 計 算 公 式 然 而 這 些 計 算 公 式 都 是 在 特 定 的 壓 差 施 肥 罐 和 肥 料 下 獲 得 的 故 缺 乏 一 定 的 通 用 性 韓 啟 彪 等 使 用 技 術(shù) 對 施 肥 罐 肥 液 濃 度 衰 減 規(guī) 律 進(jìn) 行 了 模 擬 研 究 為 壓 差 施 肥 罐 濃 度 衰 減 規(guī) 律 的 研 究 提 供 了 新 的 思 路 為 了 克 服 壓 差 施 肥 罐 濃 度 變 化 的 缺 陷 鄢 一 新 等 通 過 在 壓 差 施 肥 罐 中 增 加 柔 性 防 水 薄 膜 設(shè) 計 了 一 種 差 壓 隔 膜 式 施 肥 設(shè) 備 施 肥 罐 中 柔 性 薄 膜 起 分 隔 水 和 肥 的 作 用 從 而 保 持 施 肥 罐 中 肥 液 濃 度 不 變 韓 啟 彪 等 發(fā) 明 了 一 種 輕 小 型 半 自 動 滴 灌 壓 差 施 肥 車 其 通 過 控 制 器 電 磁 閥 以 及 流 量 濃 度 傳 感 器 對 壓 差 施 肥 罐 的 出 口 肥 液 濃 度 實 現(xiàn) 調(diào) 控 目 前 中 國 已 經(jīng) 能 夠 生 產(chǎn) 各 種 規(guī) 格 的 壓 差 施 肥 罐 但 出 口 肥 液 濃 度 隨 時 間 衰 減 的 問 題 至 今 尚 無 較 好 的 解 決 方 法 因 此 隨 著 農(nóng) 業(yè) 現(xiàn) 代 化 的 發(fā) 展 精 確 變 量 施 肥 已 成 為 當(dāng) 下 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 的 主 要 趨 勢 之 一 國 內(nèi) 已 有 學(xué) 者 開 始 呼 吁 逐 步 淘 汰 壓 差 施 肥 罐 進(jìn) 而 采 用 施 肥 濃 度 恒 定 且 可 調(diào) 的 施 肥 設(shè) 備 比 例 施 肥 泵 比 例 施 肥 泵 是 一 種 先 進(jìn) 的 水 肥 一 體 化 施 肥 裝 備 其 通 過 水 壓 驅(qū) 動 內(nèi) 部 吸 液 活 塞 的 運 動 來 向 管 網(wǎng) 中 定 比 地 添 加 肥 液 與 其 他 施 肥 設(shè) 備 相 比 比 例 施 肥 泵 的 施 肥 精 度 高 且 注 入 比 例 可 在 一 定 范 圍 內(nèi) 進(jìn) 行 調(diào) 節(jié) 圖 為 比 例 施 肥 泵 工 作 過 程 示 意 圖 比 例 施 肥 泵 直 接 安 裝 在 水 管 上 由 管 路 中 水 流 驅(qū) 動 比 例 施 肥 泵 工 作 在 帶 壓 水 流 的 驅(qū) 動 下 驅(qū) 動 活 塞 進(jìn) 行 往 復(fù) 運 動 帶 動 吸 液 活 塞 吸 液 活 塞 按 比 例 定 量 吸 入 肥 液 再 與 作 為 動 力 的 水 混 合 隨 后 被 輸 送 到 下 游 吸 入 的 肥 液 始 終 同 進(jìn) 入 比 例 施 肥 泵 水 的 體 積 成 比 例 從 而 實 現(xiàn) 肥 液 與 水 的 成 比 例 混 合 如 圖 所 示 水 從 進(jìn) 口 進(jìn) 入 泵 內(nèi) 在 驅(qū) 動 活 塞 下 表 面 形 成 較 大 的 作 用 力 推 動 驅(qū) 動 活 塞 上 行 當(dāng) 驅(qū) 動 活 塞 向 上 運 動 到 行 程 末 端 時 換 向 機 構(gòu) 通 過 改 變 液 體 流 道 使 液 體 進(jìn) 入 驅(qū) 動 活 塞 上 表 面 從 而 使 驅(qū) 動 活 塞 上 表 面 所 受 到 的 作 用 力 大 于 下 表 面 所 受 到 的 作 用 力 迫 使 驅(qū) 動 活 塞 向 下 運 動 當(dāng) 驅(qū) 動 活 塞 向 下 運 動 到 行 程 末 端 時 換 向 機 構(gòu) 通 過 改 變 液 體 流 道 使 驅(qū) 動 活 塞 進(jìn) 入 下 一 往 復(fù) 運 動 圖 比 例 施 肥 泵 工 作 原 理 示 意 圖 法 國 公 司 早 在 年 就 開 發(fā) 出 了 比 例 施 肥 泵 此 后 經(jīng) 過 不 斷 發(fā) 展 目 前 已 經(jīng) 開 發(fā) 出 了 比 例 施 肥 泵 的 系 列 產(chǎn) 品 以 滿 足 不 同 應(yīng) 用 場 合 的 需 求 但 有 關(guān) 比 例 施 肥 泵 的 技 術(shù) 研 究 都 屬 于 保 密 內(nèi) 容 無 公 開 的 研 究 資 料 中 國 在 施 肥 泵 方 面 的 研 究 較 晚 李 百 軍 等 與 趙 立 新 等 都 從 原 理 及 試 驗 上 初 步 研 制 過 水 動 比 例 施 肥 泵 但 這 些 都 沒 有 形 成 產(chǎn) 品 高 本 虎 等 徐 茂 云 等 在 九 五 十 五 期 間 相 繼 申 請 了 關(guān) 于 活 塞 式 水 力 驅(qū) 動 比 例 施 肥 泵 的 專 利 王 建 東 等 在 其 基 礎(chǔ) 上 進(jìn) 行 了 進(jìn) 一 步 的 修 改 制 造 出 施 肥 泵 樣 品 并 進(jìn) 行 了 試 驗 測 試 為 了 研 究 國 外 水 力 驅(qū) 動 比 例 施 肥 泵 的 水 力 性 能 并 借 鑒 其 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 方 面 的 先 進(jìn) 經(jīng) 驗 韓 啟 彪 等 對 市 場 上 應(yīng) 用 較 為 廣 泛 的 一 些 典 型 產(chǎn) 品 進(jìn) 行 了 性 能 測 試 根 據(jù) 試 驗 結(jié) 果 給 出 了 典 型 產(chǎn) 品 的 工 作 壓 差 和 流 量 關(guān) 系 以 及 工 作 壓 差 的 合 理 控 制 范 圍 等 參 數(shù) 趙 友 俊 在 參 考 國 外 同 類 型 產(chǎn) 品 的 基 礎(chǔ) 上 設(shè) 計 了 一 種 水 力 驅(qū) 動 式 比 例 施 肥 泵 認(rèn) 為 其 性 能 可 以 達(dá) 到 國 外 同 類 產(chǎn) 品 的 水 平 楊 大 森 等 對 國 內(nèi) 外 同 類 型 及 相 同 參 數(shù) 的 比 例 施 肥 泵 進(jìn) 行 了 對 比 分 析 試 驗 指 出 國 內(nèi) 產(chǎn) 品 的 肥 液 注 入 精 度 以 及 同 壓 差 下 進(jìn) 口 流 量 不 如 國 排 灌 機 械 工 程 學(xué) 報 第 卷 外 產(chǎn) 品 另 外 還 采 用 高 速 攝 影 技 術(shù) 拍 攝 了 不 同 工 作 壓 差 下 比 例 施 肥 泵 驅(qū) 動 活 塞 的 運 動 過 程 并 分 析 了 運 動 規(guī) 律 駱 志 文 等 對 種 比 例 施 肥 泵 的 水 力 性 能 進(jìn) 行 了 試 驗 提 出 比 例 施 肥 泵 驅(qū) 動 腔 和 抽 液 腔 的 容 積 效 率 計 算 公 式 湯 攀 等 在 比 例 施 肥 泵 運 行 機 理 分 析 的 基 礎(chǔ) 上 采 用 流 固 耦 合 動 網(wǎng) 格 技 術(shù) 進(jìn) 行 數(shù) 值 模 擬 分 析 其 內(nèi) 部 流 動 以 及 活 塞 受 力 駱 志 文 等 研 究 了 比 例 施 肥 泵 進(jìn) 出 口 進(jìn) 口 腔 驅(qū) 動 腔 進(jìn) 水 閥 口 出 水 閥 口 直 徑 以 及 換 向 彈 簧 的 剛 度 對 比 例 施 肥 泵 的 水 力 性 能 的 影 響 目 前 國 內(nèi) 對 比 例 施 肥 泵 的 研 究 已 逐 漸 增 多 但 是 依 然 缺 乏 自 主 的 設(shè) 計 方 法 和 優(yōu) 秀 產(chǎn) 品 國 內(nèi) 市 場 主 要 被 法 國 以 色 列 和 美 國 等 國 外 公 司 的 產(chǎn) 品 所 占 據(jù) 總 體 而 言 雖 然 不 同 學(xué) 者 針 對 不 同 應(yīng) 用 場 合 開 發(fā) 出 了 相 應(yīng) 的 施 肥 設(shè) 備 但 比 例 施 肥 泵 仍 然 是 較 通 用 的 施 肥 設(shè) 備 而 目 前 仍 缺 乏 對 比 例 施 肥 泵 深 入 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 理 論 研 究 比 例 施 肥 泵 關(guān) 鍵 水 力 尺 寸 對 進(jìn) 口 流 量 注 入 流 量 和 注 肥 精 度 等 水 力 性 能 的 影 響 比 例 施 肥 泵 設(shè) 計 方 法 等 都 有 待 進(jìn) 一 步 研 究 柱 塞 泵 及 其 他 類 型 泵 嚴(yán) 海 軍 等 針 對 圓 形 噴 灌 機 實 際 應(yīng) 用 和 作 物 的 施 肥 特 點 設(shè) 計 了 一 臺 雙 缸 柱 塞 式 注 肥 泵 包 括 液 力 端 傳 動 端 柱 塞 密 封 及 配 套 動 力 等 并 指 出 改 變 柱 塞 行 程 和 電 源 頻 率 可 以 有 效 調(diào) 節(jié) 注 肥 泵 的 注 肥 流 量 在 此 基 礎(chǔ) 上 嚴(yán) 海 軍 等 又 以 注 射 噴 嘴 的 孔 口 直 徑 安 裝 位 置 以 及 注 肥 泵 的 電 源 頻 率 為 試 驗 因 素 對 圓 形 噴 灌 機 應(yīng) 用 該 施 肥 設(shè) 備 時 的 噴 灌 施 肥 均 勻 性 進(jìn) 行 了 試 驗 研 究 美 國 公 司 也 開 發(fā) 出 了 相 同 的 設(shè) 備 該 施 肥 設(shè) 備 主 要 由 攪 拌 器 肥 液 桶 及 柱 塞 泵 組 成 該 類 型 施 肥 設(shè) 備 主 要 配 套 平 移 式 噴 灌 機 及 圓 形 噴 灌 機 等 大 型 噴 灌 機 使 用 其 他 應(yīng) 用 于 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 的 泵 類 型 主 要 包 括 離 心 泵 隔 膜 泵 及 蠕 動 泵 等 但 其 應(yīng) 用 范 圍 較 小 固 體 肥 料 溶 解 施 肥 裝 置 張 志 洋 等 設(shè) 計 了 種 固 體 肥 料 溶 解 混 施 的 水 肥 一 體 化 裝 置 一 種 是 自 流 式 溶 解 施 肥 裝 置 裝 置 主 要 由 直 流 水 泵 流 量 傳 感 器 進(jìn) 水 管 混 肥 桶 濾 網(wǎng) 桶 加 肥 裝 置 出 口 管 和 排 污 管 個 部 件 組 成 如 圖 所 示 工 作 時 將 固 體 肥 料 填 入 加 肥 裝 置 中 肥 料 均 勻 地 落 入 濾 網(wǎng) 桶 中 濾 網(wǎng) 桶 起 到 過 濾 固 體 肥 料 中 不 溶 于 水 的 雜 質(zhì) 的 作 用 同 時 直 流 水 泵 從 水 源 往 混 肥 桶 中 注 水 進(jìn) 水 管 偏 心 安 裝 在 混 肥 桶 外 壁 進(jìn) 水 可 切 向 沖 擊 混 肥 桶 中 的 肥 液 推 動 肥 液 旋 轉(zhuǎn) 加 速 混 肥 桶 中 固 體 肥 料 的 溶 解 速 度 當(dāng) 混 肥 桶 中 的 肥 液 上 升 到 出 口 管 位 置 時 肥 液 從 出 口 管 中 流 出 流 量 傳 感 器 用 于 檢 測 裝 置 的 進(jìn) 口 流 量 裝 置 工 作 完 成 后 混 肥 桶 中 殘 余 肥 液 從 排 污 管 排 出 在 此 基 礎(chǔ) 上 張 志 洋 等 以 濾 網(wǎng) 桶 直 徑 濾 網(wǎng) 桶 網(wǎng) 孔 數(shù) 濾 網(wǎng) 桶 安 裝 高 度 進(jìn) 口 水 流 量 加 肥 速 度 和 加 肥 方 式 為 試 驗 因 素 對 裝 置 運 行 時 的 性 能 主 要 表 現(xiàn) 為 出 口 肥 液 濃 度 均 勻 性 進(jìn) 行 了 試 驗 研 究 此 外 夏 華 猛 等 又 在 此 基 礎(chǔ) 上 搭 建 了 控 制 系 統(tǒng) 采 用 微 控 制 器 作 為 控 制 核 心 對 出 口 肥 液 的 質(zhì) 量 濃 度 實 時 檢 測 采 用 脈 寬 調(diào) 節(jié) 固 體 肥 料 添 加 速 度 構(gòu) 建 閉 環(huán) 控 制 回 路 提 高 了 裝 置 的 施 肥 均 勻 性 該 裝 置 主 要 應(yīng) 用 于 灌 溉 系 統(tǒng) 末 端 結(jié) 構(gòu) 簡 單 操 作 方 便 能 夠 直 接 施 用 固 體 肥 料 可 有 效 降 低 水 肥 一 體 化 使 用 成 本 但 施 肥 量 不 大 施 肥 面 積 小 且 其 自 動 化 和 智 能 化 水 平 有 待 進(jìn) 一 步 提 高 圖 自 流 式 溶 解 施 肥 裝 置 另 一 種 是 泵 入 式 溶 解 施 肥 裝 置 主 要 由 加 肥 裝 置 攪 拌 器 濾 網(wǎng) 桶 混 肥 腔 蓄 肥 腔 泄 流 口 供 水 泵 和 注 肥 泵 等 構(gòu) 成 如 圖 所 示 裝 置 運 行 時 固 體 肥 料 經(jīng) 過 加 肥 機 構(gòu) 后 均 勻 定 量 地 落 入 濾 網(wǎng) 桶 中 同 時 供 水 泵 向 混 肥 腔 中 注 水 至 設(shè) 定 液 位 攪 拌 器 運 行 加 快 肥 料 溶 解 速 度 肥 料 溶 解 完 成 后 電 磁 閥 打 開 混 好 的 肥 液 流 入 蓄 肥 腔 中 注 肥 泵 開 始 注 肥 當(dāng) 混 肥 腔 中 的 肥 液 全 部 流 入 蓄 肥 腔 后 電 磁 閥 關(guān) 閉 混 肥 腔 中 重 復(fù) 以 上 混 肥 工 作 通 過 控 制 進(jìn) 水 量 和 加 肥 量 即 可 調(diào) 節(jié) 施 肥 濃 度 該 裝 置 安 裝 在 灌 溉 系 統(tǒng) 首 部 施 肥 控 制 面 積 大 配 比 母 液 濃 度 范 圍 廣 且 精 確 可 調(diào) 已 實 現(xiàn) 自 動 化 運 行 但 智 能 化 程 度 尚 有 待 提 高 劉 林 等 也 開 發(fā) 了 一 種 施 用 固 體 肥 料 的 大 田 移 動 式 精 量 配 肥 灌 溉 施 肥 一 體 機 其 機 械 部 分 包 括 移 動 行 走 架 精 量 配 肥 裝 置 和 首 部 樞 紐 裝 置 其 中 移 動 行 走 架 便 于 一 體 機 在 田 間 移 動 精 量 配 肥 裝 置 用 于 肥 料 比 例 摻 混 溶 解 和 母 液 濃 度 動 態(tài) 調(diào) 控 首 部 第 期 李 紅 等 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 研 究 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展 趨 勢 樞 紐 裝 置 用 于 輸 送 灌 溉 水 和 肥 料 母 液 并 為 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 提 供 灌 溉 壓 力 該 施 肥 設(shè) 備 控 制 系 統(tǒng) 集 成 了 灌 溉 施 肥 時 間 分 配 模 型 和 母 液 濃 度 動 態(tài) 調(diào) 控 方 法 可 實 現(xiàn) 母 液 濃 度 精 準(zhǔn) 調(diào) 控 和 全 自 動 灌 溉 施 肥 圖 泵 入 式 溶 解 施 肥 裝 置 未 來 研 究 重 點 與 發(fā) 展 趨 勢 精 確 灌 溉 與 施 肥 是 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 的 主 要 方 向 在 國 家 大 力 發(fā) 展 可 持 續(xù) 生 態(tài) 農(nóng) 業(yè) 背 景 下 亟 需 結(jié) 合 作 物 區(qū) 域 種 植 特 點 創(chuàng) 新 發(fā) 展 多 種 先 進(jìn) 施 肥 設(shè) 備 及 技 術(shù) 建 立 節(jié) 水 節(jié) 肥 技 術(shù) 管 理 體 系 切 實 有 效 地 提 高 水 肥 利 用 率 基 于 綠 色 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 理 念 和 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 發(fā) 展 需 要 提 出 未 來 中 國 水 肥 一 體 化 施 肥 設(shè) 備 的 研 究 重 點 及 發(fā) 展 趨 勢 發(fā) 展 趨 勢 多 功 能 低 能 耗 及 精 準(zhǔn) 化 是 施 肥 設(shè) 備 的 發(fā) 展 趨 勢 隨 著 能 源 危 機 的 加 劇 國 家 將 節(jié) 約 能 源 提 到 戰(zhàn) 略 高 度 開 發(fā) 低 能 耗 及 精 準(zhǔn) 化 的 產(chǎn) 品 降 低 能 源 消 耗 提 高 水 肥 利 用 率 將 是 微 灌 技 術(shù) 與 產(chǎn) 品 研 發(fā) 的 一 個 重 要 趨 勢 與 此 同 時 考 慮 農(nóng) 藥 與 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 的 有 機 結(jié) 合 研 究 相 應(yīng) 配 套 水 肥 藥 裝 備 開 發(fā) 出 高 效 及 多 功 能 的 水 肥 藥 一 體 化 系 統(tǒng) 也 是 重 要 的 發(fā) 展 趨 勢 信 息 化 與 智 能 化 是 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 趨 勢 隨 著 信 息 技 術(shù) 計 算 機 智 能 控 制 技 術(shù) 機 電 一 體 化 技 術(shù) 技 術(shù) 傳 感 與 檢 測 技 術(shù) 等 在 節(jié) 水 灌 溉 技 術(shù) 中 更 為 廣 泛 的 應(yīng) 用 考 慮 將 單 一 施 肥 作 業(yè) 逐 漸 轉(zhuǎn) 變 為 變 量 施 肥 作 業(yè) 開 發(fā) 設(shè) 計 多 種 關(guān) 鍵 部 件 結(jié) 構(gòu) 實 現(xiàn) 多 變 量 在 線 配 肥 及 施 肥 功 能 進(jìn) 一 步 提 高 施 肥 系 統(tǒng) 自 動 化 和 智 能 化 水 平 結(jié) 合 高 效 節(jié) 水 灌 溉 技 術(shù) 與 作 物 信 息 采 集 技 術(shù) 重 點 開 展 基 于 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 智 慧 精 準(zhǔn) 灌 溉 施 肥 系 統(tǒng) 及 配 套 裝 備 研 究 加 快 推 進(jìn) 滴 灌 施 肥 及 噴 灌 施 肥 等 節(jié) 約 型 技 術(shù) 發(fā) 展 研 究 重 點 水 肥 流 動 規(guī) 律 采 用 更 有 效 的 研 究 方 法 對 文 丘 里 的 流 動 機 理 及 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 進(jìn) 行 研 究 達(dá) 到 降 低 其 壓 差 損 失 的 目 的 通 過 大 量 試 驗 尋 找 不 同 種 類 肥 料 施 用 時 的 施 肥 濃 度 隨 時 間 變 化 的 規(guī) 律 作 為 壓 差 施 肥 應(yīng) 用 推 廣 的 重 要 支 撐 通 過 模 擬 與 試 驗 相 結(jié) 合 的 方 法 掌 握 肥 液 進(jìn) 入 田 間 后 的 流 動 過 程 總 結(jié) 出 流 動 規(guī) 律 以 進(jìn) 一 步 指 導(dǎo) 設(shè) 備 的 施 肥 作 業(yè) 針 對 作 物 不 同 作 物 或 不 同 生 長 階 段 對 肥 液 的 需 求 結(jié) 合 作 物 的 種 植 方 式 以 及 系 統(tǒng) 布 置 方 式 研 究 管 網(wǎng) 中 水 肥 運 移 規(guī) 律 探 索 肥 液 特 性 對 系 統(tǒng) 灌 水 施 肥 均 勻 性 的 影 響 優(yōu) 化 設(shè) 計 方 法 加 強 水 動 比 例 施 肥 泵 的 機 理 及 設(shè) 計 方 法 的 研 究 促