精准变量施肥技术在设施园艺自动控制系统中的研究与应用

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1、托普农业物联网缔造智慧农业，开拓农业生产新局面。精准变量施肥技术在设施园艺自动控制系统中的研究与应用摘要：“温室精准变量施肥技术”是指在设施园艺自动控制系统过程中，充分考虑温室环境的微气候特性，按照作物生长规律，利用传感器技术、机电一体化技术等手段精准控制施肥过程，按照需要自动控制肥料浓度和施肥量，做到肥料最少用量、最多吸收、最大利用、最小浪费，最大程度地提高肥料的利用率，做到少投入、高回报。随着农业科技的发展，以及国家对三农的的高度重视，特别是国家2012农业国家一号文件颁发后。国家科技园、各大农业园区、农场等农业机构企业积极寻求

2、在良种培育、节本降耗、节水灌溉、农机装备、新型肥药、疫病防控、加工贮运、循环农业、海洋农业、农村民生等方面的高新技术，力求突破现存的农业技术瓶颈，真正实现现代化农业。浙江托普仪器有限公司和浙江大学合作积极响应科技兴农政策突出农业科技创新重点，研发出农业物联网智能控制系统通过通过射频识别（rfid）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备等新型技术将农业和互联网连接起来提大大提高了农业生产的工作效率和精细管理，避免了“瘦肉精”、“毒辣椒粉”、“红心鸭蛋”等问题的再次发生，保证了食品的安全和产量。目前此物联系统已在全国多家科

3、技园、示范园区、农场、科研所、院校等区域成功运行，技术稳定成熟，功能齐全。为在农业种植业、畜牧养殖业等领域的生产关键环节建立智能化控制、信息化管理的现代农业项目提供了强有力的技术支持。物联网的实施将大大提高国家推进科技创新增强农产品的步伐。农业物联网将开启农业生产腾飞的新篇章。托普农业物联网系统主要包括三个层次：感知层：采用各种传感器（如温湿度、光照、CO2、风向、风速、雨量、土壤温湿度等）获取植物的各类信息。传输层：信息通过无线网络传输系统和信息路由设备传到控制中心，各个节点可以自由配对、任意监控、互不干扰。托普农业物联网缔造智慧

4、农业，开拓农业生产新局面。应用层：根据WSN获取植物实时生长环境。图温湿度、光照参数等，收集各个节点的数据，进行存储和管理实现整个测试点的信息动态显示，并根据各类信息进行自动灌溉、施肥、喷药、降温补光等控制、对异常信息进行自动报警。加装摄像头可以对每个大棚和整个园区进行实时监控。研究背景和现状精准变量施肥技术是一个重要的领域。对于温室园艺生产来说，水肥科学控制关系到园艺产品的品质和产量，一直以来都是国内外温室经营者、种植者和研究机构关注的焦点。设施园艺自动控制系统有着自身的鲜明特点，即水肥用量大，高度依赖人工水肥环境。设施园艺自动控

5、制系统的这一特点就要求生产者对水肥的控制要精益求精，以明显地提高产品的质量，增加经济效益。国外对水肥控制技术研究的起步较早。以色列、美国、荷兰、法国等国家在这方面都有很多成果。以色列是个水资源短缺的国家，研发了很多先进的节水技术。其中，先进的微灌技术应用带动了以色列水肥灌溉的兴起，该技术在温室的优势更为明显，其基于精准变量控制的温室水肥灌溉系统对水的最高利用率可以达到95%。AMIAD公司、NETAFIM公司等是以色列知名的水肥精准变量控制技术设备供应商。基于地广人稀的自然特点和劳动力昂贵的社会现实，美国也大量应用自动化灌溉技术。目

6、前，美国是世界上微灌面积推广最大的国家。在微灌技术的基础上，美国大力发展了精准变量施肥技术，开发并大量应用了化肥—农药注入泵、文丘里化肥注入系统、40站电磁阀控制器等先进的施肥控制器。目前，美国在精准变量施肥领域处于先进水平。荷兰的花卉产业发达，相关的技术领域发展均较快。荷兰花卉温室大量应用了先进的灌溉施肥设备。荷兰PRIVA公司是世界最大的温室计算机自动控制公司之一，其已经成功开发并应用了多款先进的用于温室生产的自动控制施肥机，能够完全满足实际生产中的水、肥精准变量控制。托普农业物联网缔造智慧农业，开拓农业生产新局面。法国在肥料农

7、药混合器方面的研究也处于国际先进水平，相关的温室园艺使用的精准变量施肥产品应用得也非常普遍。相比之下，我国的温室灌溉施肥技术相对比较落后，水的利用率只有40%（马学良，1999），设施园艺自动控制系统中应用精准变量技术起步较晚。20世纪90年代以后，国家对节水灌溉施肥更加重视，各地从发达国家引进了相关的灌溉施肥设备，使得国内温室大棚等保护地生产的灌溉施肥技术有了较大发展。但是，目前，温室中普遍应用的是简单的压差式施肥器，浓度不均匀。我国自行研发的计算机控制的变量精准施肥设备大多处于实验室研究阶段，尚未有成熟的产业化产品。国家农业信息

8、化工程技术研究中心针对我国温室园艺的实际需求，开发了移动式温室精准施肥机等多款温室专用的智能施肥机，性能可靠，适应温室推广应用。移动式温室精准施肥机适用于小型温室生产基地移动式温室精准施肥机（见图1）是专门针对小型温室生产基地生产的需