水肥一体化模式下不同水肥套餐对蜜柚产量、品质及经济效益的影响

通过2020—2022年定位试验,研究水肥一体化条件下不同水肥套餐对蜜柚产量、品质及经济效益等的影响,为探索和实践蜜柚水肥一体化施肥模式提供依据。对平和蜜柚高低产园分别设置4种处理方式:(1)TF(常规施肥)、(2)30%WF(30%水肥套餐)、(3)50%WF(50%水肥套餐)、(4)70%WF(70%水肥套餐)。2020—2022年定位试验结果表明:水溶肥套餐不同程度减量施肥对蜜柚产量影响差异显著,高低产园年平均产量影响均为:70%W>50%WF>TF>30%WF;高产园50%WF、70%WF处理比TF处理年平均增产率分别为12.43%、24.67;低产园50%WF、70%WF处理比TF处理年平均增产率分别为15.05%、26.80%;高、低产园蜜柚年平均产量均以70%WF处理最高(高产园67845.5 kg/hm^(2)、低产园53495.5 kg/hm^(2)),低产园增产幅度大于高产园;高、低产园中年平均次果率均以70%WF效果最佳(高产园5.71%、低产园4.67%)。高、低产园不同水溶肥套餐施肥处理对蜜柚果肉粒化率无显著影响,但对单果重、果肉重影响较为显著;且不同水溶肥套餐施肥处理蜜柚裂果率年际变异大;70%水溶肥套餐施肥明显改善了蜜柚基本农艺性状,提高单果重,降低裂果率。2021、2021年高、低产园中4种处理可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸度增减幅度不大,各处理间差异不显著;70%水溶肥套餐蜜柚各品质指标均为最佳。高产园50%WF、70%WF处理年平均最终净收益较TF处理分别增收30.58%、47.79%。年平均产投比以70%WF处理最高(4.29∶1),较TF处理高1.31倍。低产园50%WF、70%WF处理年平均最终净收益较TF处理分别增收40.41%、59.67%。年平均产投比以70%WF处理最高(3.63∶1),比TF处理高1.17倍;高、低产园中均以70%水溶肥套餐处理经济效益最高,低产园经济效益增幅大于高产园。水肥一体化模式下不同水肥套餐减量施肥具有提高蜜柚产量、经济效益和改善品质等效果,且在高低产园中蜜柚施用70%WF处理对提高蜜柚产量、经济效益和改善品质等效果最好,为最佳施肥处理,推荐应用。

智能传感技术在水肥一体系统中的应用研究

以进一步提升水肥一体机系统的作业效率为目标,选取智能传感的监测技术,针对整机的监测控制与信号处理展开应用设计研究。考虑水肥一体机过程作业肥液融合的均匀性及系统各模块之间的协同性功能实现,结合微分补偿的传感数据算法处理方法,进行智能传感的水肥一体机架构布局,并匹配可执行的软件控制程序及硬件实施结构,进行实地传感应用监测与灌施控制作业试验。结果表明:水肥一体机系统的数据监测准确率可达95.25%,系统故障率相对降低3.79%,监测数据准确及时,能够确保系统各环节指令得到有效的调整与反馈,进而保证灌施土壤的含水稳定率相对提升7.87%,对于作物的稳定生长与产量提升有重要的参考价值。

主路式水肥一体机施肥系统的设计与试验

针对现阶段水肥一体化设备存在施肥不均、自动化程度不高及滞后性严重的问题,根据现代化农业节水省肥和减少环境污染的灌溉要求,设计了一款可实现自动混肥、施肥、节水灌溉的主路式水肥一体化施肥机。根据液肥的EC和pH值调节过程的特点,开发了以SIEMENS S7-1200为核心的液肥控制系统硬件,并结合MatLab设计了以模糊PID为控制器的液肥EC和pH值控制系统。为验证施肥机在实际应用中的精确性和鲁棒性,设计了施肥系统动态调节性能试验,结果表明:在施肥阶段,模糊PID控制系统具有较短的稳态时间和较小的超调量,相比于PID控制系统,对EC和pH值进行调节的稳态时间分别减少了37.7%和52.1%,稳态超调量分别降低了1.2%和2.2%,可实现对混肥溶液进行迅速有效的调节,满足现代农业实际生产需要。

大田水肥一体化混肥器设计与试验研究

由于当前市场上没有既适合大田大面积灌溉、混肥精度又高的水肥一体化系统,故在旁路式结构设计中增加静态混合器替换主管道,以提高混肥均匀性为重点进行研究,对混肥部件进行了优化改进。利用混合器自身结构,在不需要外接能源的条件下,使得水肥充分混合,不仅能够满足大面积灌溉要求,而且可以保证混肥精度。基于流体力学及CFD基本原理,通过Fluent软件分析水肥混合过程中SK型静态混合器混合单元数,以及长径比对水肥混合性能和压降的影响,以此找出混合器的最佳结构参数,并对其结构做了改进,设计出了开沟式静态混合器。

云控制水肥药械智能监控平台的设计与实现

随着我国农业现代化水平的提高,以水肥药械为核心的现代农业服务体系成为未来行业发展的方向。为此,采用B/S结构模式,使用Django框架,选用MySQL数据库,设计并实现了一种云控制水肥药械智能监控平台。平台拥有完善的机构、数据交互、用户和权限等管理功能,可实现水肥药械的数字化管理;嵌入了基于Bi-LSTM与LightGBM融合的参考作物蒸散量预测方法,可实现对作物灌溉的实时预测;增加了作物施肥计算公式以及施肥用药数据库,可为用户对肥、药的施用提供科学的参考依据。实际运行及性能测试结果表明:平台的架构和模块设计合理,功能较全面和灵活,可有效满足设施园区对于水肥药械的管理需求,推动现代化农业发展。

基于数值分析法的水肥一体机设计研究

以进一步提升水肥一体机的智能性、数字性作业为目标,针对整机的灌施精准性要求展开设计。充分考虑水肥一体机的运用特点和结构组成,结合水肥的参数融合关系,建立用于水肥一体机准确控制作业的状态方程模型,设计以数值分析处理函数为核心的软件控制模块,搭建同步动作实施的硬件执行平台。展开多作物的灌施作业试验,结果表明:基于数值分析方法的水肥一体机系统架构设计合理,数值分析算法融入有效,整机试验的数值计算准确率可达98.00%以上;水肥混合均匀有度,整体管路灌施顺畅,灌施指令准确率可达99.00%以上,整机灌施效率较高,充分验证了数值分析方法应用的正确性与优越性,可以促进类似农机装备与高等数学多维度融合。

设施土壤健康与水肥精准管理技术及应用

截至2022年,我国设施蔬菜栽培面积已达5000多万亩,设施蔬菜栽培发展迅速。受低温弱光等逆境环境与蔬菜本身特性影响,设施蔬菜根系发育浅、吸收能力弱,但设施蔬菜生长速度快、短时间内水肥需求量大,因此其对水肥供应要求也高。一、研发背景与思路水肥一体化技术的发展改变了传统大水漫灌的方式,节水节肥潜力大。但由于缺乏精准的技术参数和受传统种植经验的影响,水肥一体化应用中灌溉施肥过量的现象较为普遍,导致硝态氮.

基于模型参考自适应的水肥一体化控制系统设计

针对水肥混合过程中水肥EC值精准控制的问题,设计一个基于模型参考自适应的水肥一体化决策和控制系统。建立母液动态调控模型,并通过该模型设计模型参考自适应控制器。仿真试验结果显示,模型参考自适应控制相较于模糊PID控制,在跟踪试验中超调量降低1.2%,调整时间减少12.6 s,阶跃试验中超调量降低14.4%,调整时间减少超过2 s,抗干扰能力优于模糊PID控制。通过3种方式进行田间试验,对比模糊PID控制和人工灌溉方式,采用模型参考自适应控制能够使番茄株高分别提高15.7%和35.6%,茎粗分别增长11.1%和18.6%,产量分别提升23.3%和48.1%,结果表明,模型参考自适应控制优于模糊PID控制和人工灌溉方式,从而验证模型参考自适应控制的有效性,为精准施肥灌溉提供技术支持。

水肥一体化施肥技术在玉米栽培中的应用效果

水肥一体化施肥技术融合了灌溉和施肥技术。目前,水肥一体化滴灌技术常被用于作物栽培中,它可以充分借助于压力系统(或地形落差)将可溶性肥料结合土壤养分含量及作物需肥规律等配置成适宜肥液,同灌溉水于可控管道系统中进行融合之后,定量、定时且均匀的对作物根系生长发育区域进行浸润,为作物生长提供水肥供应,保证作物对水分、养分的良好吸收与高效利用[1]。本试验证明了水肥一体化施肥技术在玉米栽培应用中的可行性,进一步确定适宜的水肥耦合参数。

水肥调控对马铃薯块茎品质及水肥利用效率的影响

以陕北地区普遍种植的马铃薯品种‘希森6号’为供试材料,设置3个灌水量为W1(100%ET c)、W2(80%ET c)、W3(60%ET c),3个施肥水平N-P_(2)O_(5)-K_(2)O分别为F1(240-120-300 kg·hm^(-2))、F2(180-90-225 kg·hm^(-2))、F3(120-60-150 kg·hm^(-2)),以60%ET c和不施肥处理为对照,共10个处理。结果表明,水肥调控对马铃薯块茎产量、品质及水肥利用效率有显著的影响。马铃薯产量和水分利用效率随着施肥量的增加而增加,F1处理更有利于马铃薯生长,但F1处理肥料偏生产力明显低于F2和F3处理,F1处理的平均肥料偏生产力比F2和F3处理低23.51%和26.72%;淀粉含量随着灌水量的增加而先减后增;维生素C含量随着施肥量的增加而增加,随着灌水量的增多而减少;可溶性糖含量随着灌水量或施肥量的增加均呈抛物线趋势。运用隶属函数法评价马铃薯品质及水肥利用效率表明,处理W1F2排名第一,因此推荐灌水量为100%ET c,施肥量为180-90-225(N-P_(2)O_(5)-K_(2)O)kg·hm^(-2)是陕北地区马铃薯优质高产的最佳灌水施肥组合。

盐碱地肥沃耕层构建水肥盐综合调控机理与技术研究进展

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,我国历来高度重视盐碱地的改良和利用工作,但目前盐碱区淡水资源短缺严重制约了盐碱地的改良利用。如何在水资源约束下,优化调控土壤水肥盐动态是当前盐碱地可持续利用中亟待解决的关键科学问题。近年来,大量研究利用有机培肥、耕作、节水灌溉、田间覆盖、咸水利用等农艺措施,在盐碱地建立“控盐、保肥、保水”的肥沃耕作层,显著改变了水肥盐在土壤-植物-大气连续体中的运移过程,实现了盐碱地质量和产能快速提升,上述内容也日益成为盐碱地改良利用中的重要研究方向。本文系统总结了盐碱地改良和肥沃耕层构建等方面的研究进展,并针对盐碱地肥沃耕层构建下土壤水肥盐综合调控及其与植物生长的协同关系等进行了展望,以期为盐碱地可持续改良利用提供参考。

水肥耦合对黄花菜生长发育及产量的影响

【目的】研究水肥耦合对黄花菜生长发育及产量的影响。【方法】以黄花菜为研究对象,设置滴灌次数和施肥量二因素试验,研究水肥耦合对黄花菜生长发育及产量的影响。【结果】滴水量相同情况下,不同滴水次数处理黄花菜产量差异显著,Ⅳ、Ⅴ处理黄花菜农艺性状最佳,产量最大为5983.96~6000 kg/hm^(2);施肥时间相同、施肥量不同情况下,S-Ⅳ、S-Ⅴ处理黄花菜的薹高、花蕾数及花蕾等农艺性状表现最佳。【结论】黄花菜在整个生育期应滴水8~10次,施肥525~600 kg/hm^(2)。

基于有机替减和水肥一体化管理的怀山药氮肥减施栽培技术

基于有机替减和水肥一体化的施肥管理方式,该研究总结出一套适用于焦作地区怀山药氮肥减施栽培技术模式,主要包括怀山药需肥特性、氮肥减施原则、肥料选择、滴灌系统、施肥方式等,以期为怀山药种植提供施肥技术指导。

智慧农业下的水肥一体机精准化作业研究

针对我国农业水资源和化肥资源的利用率较低的问题,在智慧农业下对水肥一体机的精准化作业进行了研究。水肥一体机的主要组成包括控制系统、监测系统、灌溉施肥系统、网络传输系统和数据中心。将粒子群算法与PID控制算法结合,对粒子群-模糊PID控制器进行设计,并对水肥溶液的EC值和pH值进行控制,提高了水肥一体机的控制精度,减少了控制时间。为了验证水肥一体机的性能,进行了数据采集准确性分析试验和精准化作业控制试验,结果表明:数据采集较为准确,且可以精准地配比水肥溶液,满足作物的灌溉要求。

基于模糊策略的水肥一体机控制可行性分析

为进一步提高我国农业水肥一体机的综合作业效率,实现用水量与施肥量的混合浓度最优配置,以模糊策略为设计基点,针对整机控制展开可行性分析研究。以整机作业架构组成为基础,考虑灌溉施肥同步过程的水肥动态平衡,搭建正确的模糊策略模型,进行系统的软件设计与硬件匹配。通过升级型水肥一体机实施灌施作业的效果验证,结果表明:基于模糊策略的水肥一体机控制系统整体试验过程顺畅,灌施的肥液均匀度可相对提升8.77%,系统对于各监测参数的响应度与稳定性均保持在90%以上,验证了设计的可行性;试验中节水率和肥料利用率分别较模糊策略应用前提升至91.70%和93.15%,整体灌施效率良好,说明了此模糊策略应用设计的优越性。研究结果对于实现水肥一体装备的智能控制水平向纵深提升具有很好的参考价值。

果园水肥药与防霜冻一体化系统装置的设计

针对我国果园生产中存在的水资料浪费、过度施肥、不科学施药、霜冻危害等问题,面向果园管理的水肥药节约省力需求,设计了一种果园水肥药与防霜冻一体化装置。以现有的果园灌溉系统为基础,构建水肥药、防霜冻和灌溉融合应用模式,实现了滴灌施肥、喷灌施药和防霜冻等果园农事功能。装置具有人工控制、定时定量、模型控制等多种控制方式,减少了设施设备成本,提高了果园现有设备的综合利用率,可精准控制水、肥、药的使用量,节约了农业资源。

多功能水肥一体化定额灌溉施肥机的研制

多功能水肥一体化定额灌溉机是农业生产中实现节水灌溉、施肥、施药等生长管理过程的专用一体化设备,具有水肥一体化的灌溉施肥施药等多种功能。根据土壤墒情和作物生长不同阶段的水肥需求,对作物定额灌溉和施肥,减少水分和肥料的使用过多浪费或过少影响作物生长的问题,可极大提高节水施肥灌溉效率。产品采用模块化组装,用户可根据需要自行更换肥料输入装置和供水水泵,或者是用户可使用已有的水泵,系统可根据用户的水泵流量自动调整肥液浓度。具有较好的通用性。

水肥耦合对娃娃菜叶球养分吸收和土壤理化性质的影响

为探明河西冷凉灌区秋茬娃娃菜节水节肥、高产高效的科学灌溉施肥制度,以‘金皇后’为试材,研究了膜下滴灌条件下3个灌溉水平:60%θ_(f)(低水,H1)、70%θ_(f)(中水,H2)、80%θ_(f)(高水,H3)和3个施肥水平:N 281-P_(2)O_(5)166-K_(2)O 383 kg·hm^(-2)(低肥,F1)、N 330-P_(2)O_(5)195-K_(2)O 450 kg·hm^(-2)(中肥,F2)、N 380-P_(2)O_(5)224-K_(2)O 518 kg·hm^(-2)(高肥,F3)组合对娃娃菜叶球养分吸收和土壤理化性质的影响。结果表明:水肥用量与娃娃菜田土壤理化性质和叶球氮磷钾吸收量关系密切,H2F2处理可在一定程度上改善娃娃菜田土壤的理化性质,维持土壤酸碱平衡,提高叶球养分含量,增加养分累积量。水肥耦合模式下,H2F2处理较H3F3处理娃娃菜叶球氮、磷、钾吸收量分别提高4.72%、3.26%、3.22%。H2F2处理水平下基于隶属函数与标准差系数权重法取得的水肥耦合效应综合得分最高,且较H3F3处理提高7.13%。综合考虑娃娃菜田土壤理化性质和叶球氮磷钾吸收量,灌水下限控制在70%θf、施肥量N 330-P_(2)O_(5)195-K_(2)O 450 kg·hm^(-2)是适合甘肃河西走廊冷凉灌区露地膜下滴灌秋茬娃娃菜最优的水肥管理模式。

有机肥替代化肥对立式深旋松耕马铃薯产量及水肥利用效率的影响

旨在研究立式深旋松耕作条件下有机肥替代部分化肥对马铃薯水肥利用和产量的影响,为实现水肥资源高效利用和绿色生产提供依据。设置全膜覆盖立式深旋松耕不施肥(VP),全膜覆盖立式深旋松耕施化肥(VPF),全膜覆盖立式深旋松耕有机肥替代60%化肥(VPO)3个处理。测定土壤含水量、叶绿素相对含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)、块茎产量,计算贮水量、阶段耗水量和水肥利用效率等。结果表明:与VP相比,VPO和VPF均提高了马铃薯群体叶面积指数(LAI)和叶片SPAD值,二者均减慢了马铃薯块茎膨大期后的LAI和叶片SPAD值降低幅度,延长了光合期。2018-2020年,VPO和VPF均降低了土壤贮水量,尤其是收获期较VP降低了6.45%~18.33%;VPO降低了花前耗水量和水分利用效率,同时增加了花后耗水量,花后耗水量较VPF和VP增加了20.61~92.74 mm。VPO降低了肥料贡献率,提高了肥料的农学效率和偏生产力,较VPF分别提高了37.66%~201.22%和117.94%~165.29%;VPO和VPF都增加了马铃薯的块茎产量和商品率,块茎产量较VP增加了10.66%~68.39%和19.35%~93.16%。因此,立式深旋松条件下有机肥替代部分化肥可延长叶片光合功能期,改变了马铃薯的耗水进程,没有降低块茎产量,同时还提高了商品率和肥料的农学效率,是资源高效和作物增产的养分管理模式。

不同耕作方式和前茬作物对冬小麦水肥利用效率及产量影响

【目的】探讨不同耕作方式和前茬作物对冬小麦土壤养分、产量及水肥利用效率的影响。【方法】设置2个主处理:旋耕(RT)和免耕(NT),2个副处理:玉米前茬(MW)和大豆前茬(SW),共4个处理,分别记为RTMW、RTSW、NTMW、NTSW,研究不同耕作方式和前茬作物对冬小麦土壤养分、水肥利用效率及产量的影响。【结果】同一前茬作物下,免耕处理土壤含水率高于旋耕处理;同一耕作方式下,玉米前茬处理土壤含水率高于大豆前茬;冬小麦季各处理有机碳量、全氮量、速效磷量、速效钾量、铵态氮量、硝态氮量均随土层深度增加而降低。0~50 cm土层,NTSW处理均有利于冬小麦麦田土壤有机碳、全氮、硝态氮量的积累,较RTMW处理分别提高了4.14%~13.54%、35.51%~54.44%、55.75%~112%;10~50cm土层,RTMW处理后茬麦田速效磷、速效钾量较高;0~50 cm土层,RTSW处理后茬麦田铵态氮量最高,较RTMW处理高13.39%~20.64%;NTSW处理穗数、穗粒数、千粒质量显著高于其他处理,且冬小麦产量也高于其他处理,较RTMW处理增产16.62%;NTSW处理水分利用效率及氮磷钾利用效率均最高。【结论】NTSW处理有利于冬小麦田的养分积累,且水肥利用效率最高,增产效果较好。