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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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)。

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。

保水剂和蒸腾抑制剂对玉米生长和水肥耦合的影响

保水剂和蒸腾抑制剂的应用对玉米高效生产发挥着重要作用。为探究保水剂和蒸腾抑制剂对玉米生长和土壤水肥耦合的影响,在内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗河南乡小石砭村进行田间试验。试验共设置4个处理,分别为灌水定额为30 mm并且施加保水剂(C1)、灌水定额为37.5 mm并且施加保水剂(C2)、灌水定额为45 mm并且施加蒸腾抑制剂(C3)和灌水定额为45 mm并且不施加试剂(CK)。结果表明:①保水剂和蒸腾抑制剂能有效提升土壤保水能力,与CK相比,C1、C2和C3处理下玉米生育期平均土壤含水率分别提升6.61%、11.94%和4.05%。②保水剂和蒸腾抑制剂能有效提升玉米株高,其中拔节期玉米株高提升率最高,C1、C2和C3较CK分别提升9.40%、17.45%和6.04%。③玉米的茎粗随着生育期的推进呈现出先快速增长后缓慢增长再略微减小的趋势,快速增长期为拔节期,拔节期相比于苗期茎粗平均增长率为60.21%。④保水剂的施加可以增加土壤肥力和土壤水肥之间的协同关系,C2相比于CK土壤全氮、有效磷、速效钾、缓效钾和有机质含量分别增加37.57%、82.76%、88.66%、1.31%和37.83%;土壤水肥耦合度和耦合协调度分别增加77.74%和52.79%。综上所述,施加保水剂和蒸腾抑制剂可有效改善土壤水分状况,促进玉米生长发育,较不施加任何试剂的处理有明显优势。

水肥一体研究的热点问题和可视化分析

水肥一体化近年来在农业施肥领域得到快速发展,是目前提高农作物肥效的重要途径。采用文献计量学方法,对水肥一体相关文献进行分析。利用中国CNKI数据库,选取2010-2023年的文献为研究对象,通过对中国知网核心数据库中216篇与“水肥一体”相关中文文献的文献数量、年代分布、期刊分布、发文机构分布、著者信息、研究内容及热点等进行客观、系统地分析,得出结果:自2010-2023年来,国内共发表水肥一体相关文章216篇,数据库内中国最早关于水肥一体方面的文献发表于2010年,发表的文章数量随着年份的增长呈波动式上升;就发表的论文、作者、发文机构等方面而言,有关“水肥一体”的论文主要发表在农业农林学等相关专业刊物上;水肥一体的发文机构是以中国的北京市、山东省、宁夏回族自治区的高等院校和科研院所等机构为重点,其具有雄厚的农业研究实力和较强的学术影响力;研究水肥一体这一领域的核心作者目前尚未形成稳定的群体且数量较少;从研究内容上看,目前中国的水肥一体技术研究重点集中在产量、物联网、控制系统以及滴灌等领域。结果可以客观地反映2010-2023年国内水肥一体相关课题的研究动态,为该领域的研究人员提供数据参考。

智慧时代园林植物水肥资源利用效率的提升路径研究

随着智慧时代的到来,云计算、大数据技术为园林植物生长信息的分析和利用提供了新方法,为园林植物种植和管理提供了强大助力。水肥管理是园林植物种植过程中的关键环节,如何利用前沿技术提升园林植物水肥资源效率,是园林产业升级面临的现实问题之一。首先分析智慧时代的技术特征,其次分析园林植物种类和水肥需求特性,最后根据传统园林植物水肥利用效率提升模式存在的不足,提出水肥利用效率的提升路径,以期为先进技术更好地赋能园林植物水肥管理提供参考。

盐碱地水肥耦合对基质栽培番茄生长与产量品质的影响

为探究盐碱地水肥耦合对基质栽培番茄生长的影响,设置3组灌溉水平W1(268 mm),W2(201 mm),W3(161 mm)和3组施肥水平(N-P_(2)O_(2)-K_(2)O,kg/hm^(2))F1(260-200-220 kg/hm^(2)),F2(208-160-176 kg/hm^(2)),F3(156-120-132 kg/hm^(2)),共9组耦合处理,以无基质水肥组合作为对照组CK,基于温室大棚试验研究水肥耦合对盐碱地土壤盐分、基质栽培番茄株高茎粗、根系特征、产量与品质的影响,并构建遗传算法多目标优化模型确定盐碱地基质栽培番茄的最优水肥调控策略.结果表明:与CK相比,基质处理株高、茎粗、根系特征、水肥利用效率、产量与品质具有显著优势;基质处理土壤表层盐分含量较低,土壤剖面0~30 cm表现为积盐过程,30~60 cm表现为脱盐过程;通过AHP-CRITIC主客观组合赋权的VIKOR法对番茄产量、风味品质进行评价,处理W3F1的利益比率最小,产量与品质最佳;基于遗传算法多目标优化模型求解Pareto最优解,确定盐碱地基质栽培番茄的最佳水肥耦合策略为W3F2,研究可为盐碱地高品质果蔬的水肥科学管理提供理论依据.

高精度视觉感应技术在水肥一体机中的应用

以农田水肥智能化管理为研究对象,构建了一种高精度视觉感应式水肥一体机。采用高精度视觉感应技术获取作物生长状态参数图像,基于超像素图像分割技术,对复杂的作物生长状态图像特征向量进行提取,采用模糊聚类算法对图像进行分割处理,根据目标图像的像素值统计结果进行生长状态预测,并结合环境参数信息,构建灌溉过程土壤电导率EC和pH预测模型。测试结果表明:水肥一体机控制系统能够有效预测作物对水肥需求,提高了灌溉过程混肥精度,可节约灌溉用水量、提升生产效率、降低人工成本。

不同灌水定额对南瓜水肥耦合效应的综合评价

为研究不同灌水定额及不同施肥梯度下南瓜生长、产量、水肥利用效率的响应,设置了3个不同灌水定额和不同有机肥施肥量下的双因素试验,同时结合主成分分析法进行多重目标的综合评价,从而提出西北旱区适宜的水肥耦合调控方案。通过综合评价发现在所有处理中F2W3综合评分最优。因此,推荐F2W3(灌水量:525kg/hm^(2);施肥量:4800~450kg/hm^(2))作为西北旱区南瓜高效生产的水肥管理方案,试验结果可为西北旱区水肥高效利用和绿色生产提供技术和理论参考。

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。

烟台市水肥一体化技术推广工作开展情况、应用效果、存在的问题及对策

水肥一体化技术具有显著的节本、增效、绿色、环保的优势,但受技术、经济、认识等因素的限制,该技术在大面积推广应用中还存在很多问题。本文就烟台市水肥一体化技术推广情况、存在问题进行阐述并提出相应的对策,对于提高农业水肥资源利用效率、转变农业用水方式、缓解水资源供需矛盾、减少化肥用量、实现绿色发展具有重要意义。