CN103503621A - 一种营养液施肥装置及营养液灌溉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种营养液施肥装置及营养液灌溉方法，施肥装置包括5个母液罐、1个配液罐、管路、地下水动力泵、营养液泵和开关阀门组成；其中5个母液罐中分别装有铁盐和微量元素、四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢钾、七水硫酸镁。具体灌溉方法为:预测出未来一天温室作物对氮、磷、钾、钙、镁元素的日需求量，利用预测结果，计算出各母液的需求量，配制营养液，然后依据基质含水量进行灌溉的启动和关闭。本发明操作简单，价格低廉，可应用于营养液施肥和营养液灌溉。

Description

一种营养液施肥装置及营养液灌溉方法

技术领域

本发明涉及无土栽培领域，具体涉及营养液施肥技术。

背景技术

与传统的土壤栽培方式相比，无土栽培的优点在于既可以生产廉价的无公害、绿色食品满足人们的生活需求，又能提高水肥利用效率。我国无土栽培面积增加很快，但目前与之相关设备的研究不多。目前我国温室生产中采用的施肥装置大多为国外进口，其价格昂贵，操作复杂，需要对生产者进行专门的培训。例如荷兰公司PRIVA温室施肥装置，每套价格约为28万元。我国目前设施生产的现状为小户型、零散经营，大规模的现代化温室所占比例很小。因此国外施肥系统如此高的价格很难适应我国国情。鉴于此，设计一套价格低廉适合我国国情的施肥装置迫在眉睫。

目前关于温室作物营养液管理方法的研究，主要有发明专利“一种确定温室作物日需肥量的方法”(专利号：20110000839.1)，该发明专利利用天气预报的最高、最低温度预测未来一天的日平均温度，并以此计算有效积温，通过有效积温来预测未来一天的温室作物日需肥量。但该发明并没有提出相应的施肥装置。鉴于此本发明在此基础上，构建了一种基于作物养分吸收模型的简易施肥装置。

发明内容

针对目前生产中营养液施肥装置存在的成本高，运行管理复杂的不足，本发明依据发明专利“一种确定温室作物日需肥量的方法”(专利号：20110000839.1)确定的温室作物日需肥量，设计了一种简易的营养液施肥装置。

本发明的目的在于设计一种简易的营养液施肥装置及其管理方法。具体技术方案如下：

一种营养液施肥装置，其特征在于：包括盛放有铁盐及微量元素的铁盐及微量元素母液罐(1)、盛放有四水硝酸钙的四水硝酸钙母液罐(2)、盛放有硝酸钾的硝酸钾母液罐(3)、盛放有磷素二氢钾的磷素二氢钾母液罐(4)、盛放有七水硫酸镁的七水硫酸镁母液罐(5)、管路、5个开关阀门、配液罐(11)、地下水泵(12)和营养液动力泵(13)；所述的五个母液罐悬挂于配液罐(11)的上方，并分别通过管路与配液罐(11)相连通，各管路中分别设有开关阀门位于母液罐和配液罐之间；配液罐(11)通过管路分别与地下水泵(12)和营养液动力泵(13)相连；营养液动力泵(13)通过管路通到植物栽培区(14)。

所述液罐采用盛水100kg的圆桶，桶直径0.6m，高度为0.4m，悬挂于高度为1.2m的横杆上，在桶边缘标记桶容量的刻度，桶底部有与配液罐通过带阀门的管道相连。配液罐直径为2m，高度为1.5m，边缘标记刻度。

所述的母液罐和配液罐标记有刻度；所述植物栽培区的植物可以为黄瓜，栽培区可以为温室内。

一种利用所述的营养液施肥装置进行营养液灌溉的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，用户输入黄瓜的总株数和温室内温度信息，利用发明专利“一种确定温室作物日需肥量的方法”中提供的方法计算出氮、磷、钾、钙、镁元素的需求量；具体方法为：

有效积温的计算：首先依据天气预报预测未来一天的日平均温度，计算出未来一天的有效积温,具体过程如下:

利用温室系统采集的温度资料，计算日平均温度，对于未来一天的日平均温度，利用天气预报的日最高、最低温度得到；将日平均温度减去界限温度；然后进行累加，得到温室作物的有效积温；而对未来一天的日平均温度，则依据天气预报的日最高、最低温度来计算；其具体计算公式如下：

每日有效积温：D(i+1)=Tmean(i+1)－Tb；

D(i+1)为第i+1天的日有效积温；Tb为界限温度；

Tmean(i+1)为第i+1天日平均温度；

如果今天是第i天，第i+1天的日平均温度通过天气预报得到的最高温度和最低温度求的。

Tmean(i+1)=0.8×Tmax+0.2×Tmin；

Tmax、Tmin分别为天气预报得到的日最高、最低温度；

未来1天的有效积温GDD(i+1)=GDD(i)+D(i+1)；

GDD(i+1)、GDD(i)分别为第i+1、i天的有效积温；

利用下面公式计算未来一天温室作物对氮、磷、钾、钙、镁元素的单株需求量：

$Q\left(i\right)=a+\frac{b}{(1+e^{\frac{c-\mathrm{GDD}\left(i\right)}{d}})}---\left(1\right)$

$Q(i+1)=a+\frac{b}{1+e^{\frac{c-\mathrm{GDD}(i+1)}{d}}}---\left(2\right)$

N(i+1)=Q(i+1)-Q(i)    (3)

Q(i+1)、Q(i)分别为第i+1、i天作物对某种元素的吸收量(mg/plant)，

N(i+1)为第i+1天的每日单株需肥量(mg/plant)；

将每日单株需肥量转换为种植区总需肥量：

F(i+1)=N(i+1)×n；    (4)；

F(i+1)为种植区总需肥量，n为种植区总株数；

步骤二，依据所述氮、磷、钾、钙、镁元素的需求量求出对四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢钾、七水硫酸镁的需求量，然后除以营养元素罐中肥料的浓度，进而得到各营养元素罐各肥料的需求量；具体计算公式如下：

硝酸钙母液需求量A=a×1.85/b,a为发明专利计算出的钙元素的需求量，b为母液中硝酸钙的浓度；

磷酸二氢钾母液需求量B=c×3.53/d，c为发明专利计算出的磷元素的需求量，d为母液中磷酸二氢钾的浓度；

硫酸镁母液需求量C=e×5/f，e为发明专利计算出的镁元素的需求量，f为母液中硫酸镁的浓度；

硝酸钾母液需求量D=(g-B×d)×3.51/h，h为母液中硝酸钾的浓度；

步骤三，启动开关阀门，将各母液罐中的母液按需求量注入到配液罐中，然后加水至配液罐最大容量；

步骤四，营养液配制完成后，依据栽培区基质水分含量进行灌溉控制：当基质相对含水量低于70%，启动水泵，将配制好的营养液泵入温室栽培区；当基质相对水分含量高于90%时，关闭水泵，等待下一次灌溉。

本发明具有有益效果。本发明提出了一种简易的温室装置及其管理方法，本发明的解决了目前温室生产中国外施肥装置价格昂贵，不适合我国国情的不足，与国外产品相比，具有价格低廉、易于操作的优点。

图1为本发明的装置结构示意图。

图中：1.铁盐及微量元素母液罐罐；2.四水硝酸钙母液罐；3.硝酸钾母液罐；4.磷素二氢钾母液罐；5.七水硫酸镁母液罐。6-10开关阀门；11.配液罐；12.地下水泵；13.营养液动力泵；14.温室及栽培区。

具体实施方式

下面以温室栽培黄瓜营养液栽培为例，详细介绍本发明的一种简易的营养液施肥装置及其方法。本发明的装置如图1所示。在某个温室中种植黄瓜1000株，2007年2月1日发芽。因篇幅所限，本发明依据2月1日-2月7日的环境信息和2月8日的天气预报(最高温度20℃，最低温度6℃)，求出2月8日温室黄瓜的需肥量和管理方法。营养液中各母液的浓度均为1摩尔每升。

步骤1：各肥料需求量的确定.

首先利用发明专利“一种确定温室作物日需肥量的方法”确定的计算机依据输入的作物信息和环境信息计算出2月8日整个种植区温室黄瓜对氮、磷、钾、钙、镁元素的需求量(分别为1200g、110g、140g、62g0和410g)。各肥料的母液量分别为氮、磷、钾、钙、镁各元素的需求量分别为硝酸钙150毫升、硫酸镁170毫升、磷酸二氢钾40毫升，硝酸钾40毫升，铁盐和微量元素20毫升。

步骤2：打开各营养液罐阀门，分别从营养液母液罐中放出硝酸钙150毫升、硫酸镁170毫升、磷酸二氢钾40毫升，硝酸钾40毫升至配液罐中，然后加水混合至4500升。

步骤3：采用基质水分测量仪测定基质水分，当温室黄瓜植株根部相对含水量低于70%，水泵启动，开始浇灌营养液，当基质相对含水量高于90%时，水泵停止工作，等待下一次灌溉。

Claims (4)

1.一种营养液施肥装置，其特征在于：包括盛放有铁盐及微量元素的铁盐及微量元素母液罐(1)、盛放有四水硝酸钙的四水硝酸钙母液罐(2)、盛放有硝酸钾的硝酸钾母液罐(3)、盛放有磷素二氢钾的磷素二氢钾母液罐(4)、盛放有七水硫酸镁的七水硫酸镁母液罐(5)、管路、5个开关阀门、配液罐(11)、地下水泵(12)和营养液动力泵(13)；所述的五个母液罐悬挂于配液罐(11)的上方，并分别通过管路与配液罐(11)相连通，各管路中分别设有开关阀门位于母液罐和配液罐之间；配液罐(11)通过管路分别与地下水泵(12)和营养液动力泵(13)相连；营养液动力泵(13)通过管路通到植物栽培区(14)。

2.如权利要求1所述的一种营养液施肥装置，其特征在于：所述的母液罐和配液罐标记有刻度；所述植物栽培区的植物可以为黄瓜，栽培区可以为温室内。

3.一种利用如权利要求1所述的营养液施肥装置进行营养液灌溉的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，用户输入黄瓜的总株数和温室内温度信息，利用发明专利“一种确定温室作物日需肥量的方法”中提供的方法计算出氮、磷、钾、钙、镁元素的需求量；具体方法为：

有效积温的计算：首先依据天气预报预测未来一天的日平均温度，计算出未来一天的有效积温；

利用下面公式计算未来一天温室作物对氮、磷、钾、钙、镁元素的单株需求量：

$Q\left(i\right)=a+\frac{b}{(1+e^{\frac{c-\mathrm{GDD}\left(i\right)}{d}})}---\left(1\right)$

$Q(i+1)=a+\frac{b}{1+e^{\frac{c-\mathrm{GDD}(i+1)}{d}}}---\left(2\right)$

N(i+1)=Q(i+1)-Q(i)    (3)

Q(i+1)、Q(i)分别为第i+1、i天作物对某种元素的吸收量(mg/plant)，N(i+1)为第i+1天的每日单株需肥量(mg/plant)；

将单株需求量乘以总株数，即可求得未来一天中各元素的总需求量；

步骤二，依据所述氮、磷、钾、钙、镁元素的需求量求出对四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢钾、七水硫酸镁的需求量，然后除以营养元素罐中肥料的浓度，进而得到各营养元素罐各肥料的需求量；具体计算公式如下：

硝酸钙母液需求量A=a×1.85/b,a为发明专利计算出的钙元素的需求量，b为母液中硝酸钙的浓度；

磷酸二氢钾母液需求量B=c×3.53/d，c为发明专利计算出的磷元素的需求量，d为母液中磷酸二氢钾的浓度；

硫酸镁母液需求量C=e×5/f，e为发明专利计算出的镁元素的需求量，f为母液中硫酸镁的浓度；

硝酸钾母液需求量D=(g-B×d)×3.51/h，h为母液中硝酸钾的浓度；

步骤三，启动开关阀门，将各母液罐中的母液按需求量注入到配液罐中，然后加水至配液罐最大容量；

步骤四，营养液配制完成后，依据栽培区基质水分含量进行灌溉控制：当基质相对含水量低于70%，启动水泵，将配制好的营养液泵入温室栽培区；当基质相对水分含量高于90%时，关闭水泵，等待下一次灌溉。

4.如权利要求3所述的一种营养液灌溉的方法，其特征在于：所述的栽培区基质水分含量采用基质含水量测定仪测定。

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