CN103749066B - 一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，本发明中，在基于负水头方式的供液系统中增加了用于对多孔陶瓷盘周围基质进行淋洗的滴灌管，本领域技术人员可以理解，通过使用本发明提供的供液系统，用户能够实现对基质的淋洗，从而保证基质中的水分和营养液成分处于平衡状态。另一方面，还可以通过控制装置控制滴灌管上电磁阀的开闭，降低了淋洗操作的复杂度。

Description

一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术领域，尤其涉及一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统。

背景技术

目前，无土栽培已广泛用于种植各种果蔬和花卉。世界各国对商业性的无土栽培主要以基质栽培为主，基质栽培具有性能稳定、设备简单、节水、省肥、水肥利用效率高、高产优质、防止连作障碍、不易传染根系病害、减少环境污染等一系列优点，可以看出基质栽培具有良好的发展前景。

自发明基质营养液栽培技术开始，国内外温室内对供给营养液的基质栽培决策主要采用三种方式：一种方式是采用定时器按照固定的时间间隔向基质内供给既定量的营养液，但是这种决策供液方式既没有考虑到植物在一天中对营养液的不同需求量，也没有考虑到植物处于不同生育期时对营养液需求量的变化，因此既会导致对植物在早晚时间段供液量过多，午间营养液消耗高峰期供液量不足，又会导致植物在苗期供液量过多，座果期供液量较少；另一种方式是根据累积光照达到一定值时便向基质内供给营养液，这种决策供液方式的缺点是只考虑到光照对植物地上环境的影响，即在一天中植物对营养液的不同需求量，而没有顾及到植物根系随着其生长进程对基质中的水分和养分需求量的增加；还有一种决策供液方式是根据Penmann公式决策供给营养液，这种方式采用的公式中参数较多，测定方法繁琐、测定仪器数量多且价格昂贵。

为了克服以上各种决策方式存在的缺陷，则需要提出一种既能根据植物自身所处生育期，又能兼顾到外界环境条件对植物耗液量的影响进行决策控制供液量和供液时间的方式。如果基于发明专利申请号为200510123974.X的负水头灌溉系统进行决策供液就可达到及时、精确供液决策的目的。

在实现本发明的过程中，本申请发明人发现，在植物生长过程中，植物吸收基质中营养液的养分，并且有些元素在基质中缓慢氧化，致使这些营养液中某些化合物或离子数量及比例，浓度、酸碱度和溶解氧含量等随之改变；营养液中存有根系在代谢过程中的分泌物和脱落、死亡的根表皮细胞，这样会使微生物进行繁殖而改变了营养液的性质。而现有的负水头供水系统无法解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，能够保证植物所吸收的营养液的品质。

本发明中提供了一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，包括：

负水头供水装置、储液桶、集气瓶、多个多孔陶瓷盘、第一滴灌管、控制装置，其中所述控制装置与所述负水头供水装置连接，用于控制负水头供水装置，所述储液桶分别通过第一管道和第二管道对应的与所述负水头供水装置和所述集气瓶连接，所述集气瓶还通过供液管道与所述多个多孔陶瓷盘连接，所述多个多孔陶瓷盘用于向第一栽培行供应营养液；

所述第一滴灌管与所述第一管道联通，用于对第一栽培航中的基质进行淋洗；

所述控制装置，与所述第一滴灌管上的电磁阀连接，用于控制所述电磁阀的开闭。

优选的，所述第一管道上还设置有流量计，用于记录负水头供水装置向所述第一管道中注入的营养液体积；

所述储液桶上设置有控水阀，且所述控水阀在检测到输液桶中的水位达到预设值时，自动关闭所述储液桶的进水口；

所述控制装置还与所述流量计相连，用于在所述控水阀关闭所述储液桶进水口时，计算注入所述储液桶的营养液体积W；

所述控制装置还用于根据所述体积W确定用于淋洗基质的营养液的体积α·W，并在所述控水阀关闭后，开启所述电磁阀，并控制负水头供水装置通过所述第一管道向所述第一滴灌管注入体积为α·W的营养液。

优选的，所述控水阀为液位控水阀。

优选的，所述α的取值使得对基质淋洗后排出的废液体积W_废液在（α·W+W）中的占比在25%±ε的范围内，所述ε不大于2%。

优选的，该系统还包括：液位传感器，所述液位传感器安装在所述储液桶中且与所述控制装置相连，用以检测所述储液桶的液位；

所述控制装置还用于，在判断所述液位传感器检测到的液位低于预设值时，控制负水头供水装置向所述储液桶注入营养液。

优选的，该系统还包括：第二供水装置、第三管道和至少一个第二滴灌管，每一个第二滴灌管用于向一个第二栽培行供应营养液，所述第二供水装置与所述第三管道相连，所述第三管道与所述第二滴灌管相连通，所述控制装置还用于在供水周期到达时，控制第二供水装置通过所述第三管道和各个第二滴灌管向对应的第二栽培行供应体积为W+α·W的营养液。

优选的，该系统还包括废液收集槽，用于收集对基质淋洗产生的废液。

优选的，所述废液收集槽的内表面的底面采用坡面设计，且在坡面的底部设置有一个开口。

优选的，该系统还包括：栽培槽，所述栽培槽设置于栽培行内，所述栽培槽的底部设置有至少一个孔洞，所述多个多孔陶瓷盘或第二滴灌管具体用于向对应栽培行内的栽培槽供应营养液。

优选的，所述栽培槽采用倒三角设计，或者采用碗状设计。

本发明中，在基于负水头的供液系统中增加了用于对多孔陶瓷盘上的基质进行淋洗的滴灌管，本领域技术人员可以理解，通过使用本发明提供的供液系统，用户能够实现对基质的淋洗，从而保证基质中的营养液成分。另一方面，还可以通过控制装置还控制滴灌管的电磁阀，降低了淋洗操作的复杂度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例一提供了一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，如图1所示，该供液系统包括：

负水头供水装置1、储液桶2、集气瓶3、多个多孔陶瓷盘4、第一滴灌管5、控制装置6，其中控制装置6与负水头供水装置1连接，用于控制负水头供水装置1，储液桶2分别通过第一管道7和第二管道8对应的与负水头供水装置1和集气瓶3连接，集气瓶3还通过供液管道9与多个多孔陶瓷盘4连接，多个多孔陶瓷盘4用于向第一栽培行供应营养液；

其中，第一滴灌管5与第一管道7联通，用于对多个多孔陶瓷盘4的基质进行淋洗；

控制装置6，还与第一滴灌管5上的电磁阀10连接，用于控制电磁阀10的开启。

上述的负水头供水装置1、储液桶2、集气瓶3、数个多孔陶瓷盘4以及相互的连接关系与现有技术中的负水头供液系统一致，在此不再赘述。

本发明中，在基于负水头的供液系统中增加了用于对多孔陶瓷盘周围基质进行淋洗的滴灌管，本领域技术人员可以理解，通过使用本发明提供的供液系统，用户能够实现对基质的淋洗，从而保证基质中的水分和营养液成分处于平衡状态。另一方面，还可以通过控制装置控制滴灌管的电磁阀，降低了淋洗操作的复杂度。

优选的，基于上述实施例一，本发明实施例二提供的供液系统中，在第一管道7上还设置有如图1所示的流量计11，用于记录负水头供水装置1向第一管道7中注入的营养液的体积；

储液桶2上设置有控水阀12，且控水阀12在检测到输液桶中的水位达到预设值时，自动关闭储液桶2的进水口。

控制装置6还与流量计11相连，用于在控水阀12关闭储液桶2的进水口时，计算注入储液桶2的营养液的体积W；

控制装置6还用于根据所述体积W确定用于淋洗基质的营养液的体积α·W，并在控水阀12关闭后，开启电磁阀10，控制负水头供水装置1通过第一管道7向第一滴灌管5注入体积为α·W的营养液。

通过这种方式，一方面能够实现对灌溉过程以及淋洗过程的自动控制，另一方面由于能够根据实际注入储液桶中的营养液体积确定淋洗基质所需要营养液的体积，增加了灌溉及淋洗过程的自动化程度和灵活性。

优选的，上述实施例一和二中需要尽量减小储液桶2的表面积，采用200cm²即可，并且控水阀12选用体积为6.4×6.8×8.3cm的基于浮球阀原理的液位控水阀。

这样能够增加控水阀的灵敏度，从而使控制装置6获取到的体积W更为准确。

优选的，上述实施例二中，所述α的取值使得对基质淋洗后排出的废液体积W_废液在（α·W+W）中的占比在25%±ε的范围内，所述ε不大于2%。本申请发明人通过大量的实验和统计发现，当对基质淋洗后排出的废液体积W_废液在（α·W+W）中的占比为25%左右时，能够在保证较好的淋洗效果的同时，减少用于淋洗的营养液的浪费。

优选的，上述实施例二提供的供液系统还包括：液位传感器，安装在储液桶2中且与控制装置6相连，用以检测储液桶2的液位；

控制装置6还用于，在判断液位传感器检测到的液位低于预设值时，控制负水头供水装置1通过第一管道7向储液桶2注入营养液。

实际应用中，根据不同类型的液位传感器，可将液位传感器放置在储液桶内底部，或液面，或液面上方等。

优选的，在储液桶内底部放置液位传感器。

本发明优选的实施例中，控制装置在测得储液桶内液位低于预设值1cm时，就开启负水头供水装置通过第一管道向储液桶内供液；每次供液后，均有淋洗过程。

实际应用中，不同的植物种类需要吸收营养液的体积不尽相同，同一种植物在一天中不同时段需要吸收营养液的体积也有所不同（比如在中午时段需要吸收的营养液较多，在早上或者下午时需要吸收的营养液较少），同一种植物在不同生长阶段所需要吸收的营养液体积也不相同（比如苗期需要的营养液小于花期），在此基础上，本发明优选的实施例中，通过液位传感器测得储液桶内下降的高度，控制装置控制负水头供水装置的开闭，进而调整每天的供液次数，保证所栽培的植物及时得到适量的营养液供应，从而保证植物健康生长。

优选的，基于上述实施例二，本发明实施例三中，如图1所示，还可以包括：第二供水装置13、第三管道14和至少一个第二滴灌管15，每一个第二滴灌管15用于向一个第二栽培行供应营养液，第二供水装置13与第三管道14相连，第三管道14与第二滴灌管15相连通，控制装置6还用于在供水周期到达时，控制第二供水装置13通过第三管道14和各个第二滴灌管15向对应的第二栽培行供应体积为W+α·W的营养液。

实际应用中，由于负水头供液系统的购置成本较高，且不便于维护，本发明优选的实施例中，仅使用一套负水头供液系统对一组栽培行供应营养液，对于其他组栽培行，仍采用滴灌形式进行供水，同时，对其他组栽培行中每组的供液体积与对负水头供液系统的栽培行的供液体积（包括灌溉用营养液和淋洗用营养液）是一致的，这样在降低成本和方便维护系统的同时，达到了（与使用负水头供液系统的多孔陶瓷盘）相同的灌溉和淋洗效果。

实际应用中，控制装置可以通过控制第二控水装置的开启时间控制第二供水装置向第二滴灌管内注入的营养液的体积，或者在第二滴灌管上设置一个流量计控制注入第二滴灌管内的营养液的体积，具体通过何种方式并不是本发明所关注的重点，在此也不再详细说明。

优选的，上述任一实施例中，还包括废液收集槽16，用于收集对基质淋洗产生的废液。

需要指出的是，在上述的实施例一中，废液收集槽可以为1个，用于收集对第一栽培行淋洗产生的废液，在上述的实施例三中，废液收集槽可以为1个或多个，分别用于收集对各个栽培行淋洗所产生的废液。

这样可以避免淋洗过程中对对地面的污染。

优选的，废液收集槽16的内表面的底面采用坡面设计（纵向），且在坡面的底部设置有一个开口。

这样能够在打开该开口后，使废液收集槽中的废液自动流出。

优选的，该坡面的坡度为2%。

优选的，上述任一实施例提供的供液系统中，还可以包括栽培槽，所述多个多孔陶瓷盘具体用于向第一栽培行内的栽培槽供应营养液，第二滴灌管具体用于向第二栽培行内的栽培槽供应营养液，且在各个栽培槽的底部设置有至少一个孔洞。

通过这种方式，不同于现有技术中的栽培槽，本发明优选的实施例中，在栽培槽的底部设置有至少一个孔洞，这样就能够使淋洗产生的废液通过孔洞排出。

优选的，所述栽培槽采用倒三角设计，或者采用碗状设计。

这样便于对基质淋洗产生的废液排出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，其特征在于，包括：

负水头供水装置、储液桶、集气瓶、多个多孔陶瓷盘、第一滴灌管、控制装置，其中所述控制装置与所述负水头供水装置连接，用于控制负水头供水装置，所述储液桶分别通过第一管道和第二管道对应地与所述负水头供水装置和所述集气瓶连接，所述集气瓶还通过供液管道与所述多个多孔陶瓷盘连接，所述多个多孔陶瓷盘用于向第一栽培行供应营养液；

所述第一滴灌管与所述第一管道联通，用于对第一栽培行中的基质进行淋洗；

所述控制装置与所述第一滴灌管上的电磁阀连接，用于控制所述电磁阀的开闭；

所述第一管道上还设置有流量计，用于记录负水头供水装置向所述第一管道中注入的营养液体积；

所述储液桶上设置有控水阀，且所述控水阀在检测到输液桶中的水位达到预设值时，自动关闭所述储液桶的进水口；

所述控制装置还与所述流量计相连，用于在所述控水阀关闭所述储液桶进水口时，计算注入所述储液桶的营养液体积W；

所述控制装置还用于根据所述营养液体积W确定用于淋洗基质的营养液的体积α·W，并在所述控水阀关闭后，开启所述电磁阀，并控制负水头供水装置通过所述第一管道向所述第一滴灌管注入体积为α·W的营养液；

所述α的取值使得对基质淋洗后排出的废液体积W_废液在(α·W+W)中的占比在25％±ε的范围内，所述ε不大于2％。

2.如权利要求1所述的基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，其特征在于，所述控水阀为液位控水阀。

3.如权利要求1所述的基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，其特征在于，还包括：液位传感器，所述液位传感器安装在所述储液桶中且与所述控制装置相连，用以检测所述储液桶的液位；

所述控制装置还用于，在判断所述液位传感器检测到的液位低于预设值时，控制负水头供水装置向所述储液桶注入营养液。

4.如权利要求1所述的基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，其特征在于，还包括：第二供水装置、第三管道和至少一个第二滴灌管，每一个第二滴灌管用于向一个第二栽培行供应营养液，所述第二供水装置与所述第三管道相连，所述第三管道与所述第二滴灌管相连通，所述控制装置还用于在供水周期到达时，控制第二供水装置通过所述第三管道和各个第二滴灌管向对应的第二栽培行供应体积为W+α·W的营养液。

5.如权利要求1所述的基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，其特征在于，还包括废液收集槽，用于收集对基质淋洗产生的废液。

6.如权利要求5所述的基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，其特征在于，所述废液收集槽的内表面的底面采用坡面设计，且在坡面的底部设置有一个开口。

7.如权利要求6所述的基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，其特征在于，还包括：栽培槽，所述栽培槽设置于栽培行内，所述栽培槽的底部设置有至少一个孔洞，所述多个多孔陶瓷盘或第二滴灌管具体用于向对应栽培行内的栽培槽供应营养液。

8.如权利要求7所述的基于负水头的基质栽培营养液供给控制系统，其特征在于，所述栽培槽采用倒三角设计，或者采用碗状设计。