高效农业节水示范园潮汐式灌溉工程项目立项申报建议书

高效农业节水示范园潮汐式灌溉工程项目立项申报建议书内容摘要：

化管理、青少年的科技知识普及教育等进行示范应用 ,挖掘农业灌溉科技展示功能 ,充分体现现代都市型灌溉农业的科学内涵。 提高花卉的产量和质量安全水平 ,降低生产成本 ,提高劳动生产力 ,提高联栋温室花卉生产的经济效益。 建成为一个真正实现农业灌溉信息化、自动化、节能化的现代化农业灌溉技术示范基地和青少年科普教育培训基地。 (三 )设计原则 配合项目区内农业产业结构调整和设施化建设 ,大力发展高效农业节水灌溉技术措施 ,推动项目区水资源的可持续利用。 以水资 源状况为约束条件 ,充分利用项目区现有水源及水利设施 ,因地制宜地发展高效农业节水 ,尤其是高效益、高产出的花卉产品 ,使企业和农民增产增收。 高效农业节水灌溉工程与农艺节水、管理节水措施相结合 ,切实做到综合节水 ,提高水的利用率。 充分体现集中展示、突出效果、做出样板的原则。 二、工程设计方案 (一 )潮汐式灌溉系统的结构与原理 潮汐式灌溉系统基本组成及工作原理如图 1 所示。 系统主要由潮汐灌溉栽培床、营养液循环系统营养液池、循环水泵、管路等、控制系统和栽培容器定植篮等部分组成。 工作原理是将具有 网状盆底的栽培容器置于潮汐灌溉栽培床上 ,营养液从营养液池被专用循环水泵抽出送至栽培床 ,将栽培床淹没 20~30 mm的深度。 10~15 min 后 ,营养液因毛细作用而上升至栽培容器中基质的表面 ,此时将营养液排出 ,使其再度流回营养液池中 ,营养液还可在其他栽培床需水时再行抽出。 该系统具有省水省肥、控制精确和工作效率高等特点。 (二 )潮汐灌溉栽培床的设计 栽培床床面材料的加工工艺选择 潮汐灌溉栽培床床面材料的选择主要从耐腐蚀、耐高温、耐高湿、耐强光以及使用年限 等方面进行考虑。 由国情出发 ,以聚乙烯为主要原料 ,采用滚塑加工工艺制作 ,不仅解决了大型模具制作难和成本高的问题 ,节省了原材料 ,节约了成本 ,同时也满足了潮汐灌溉专用苗床复杂的制作工艺。 栽培床床面结构设计 潮汐灌溉栽培床为分段拼接式栽培床。 栽培床床面分为 3 段 ,分别为供水段、循环中间段和回水段 ,如图 2 所示俯视图。 栽培床回水段尾部设有两个下凹的池形结构作为营养液回流池 ,池形结构的底面还装有营养液回流阀 ,池形结构的上方覆盖有栅状过滤网壳。 循环中间段用于连接供水 段与回水段。 供水段与供水管道相连接 ,用于供给营养液和水。 在床面上分布有纵向和横向的营养液流动沟槽 ,纵向营养液流动沟槽在床面两端均通过横向的宽深沟槽汇聚为一体 ,并导入营养液回流池。 纵向营养液流动沟槽宽 15 mm 左右 ,深 15 mm。 横向营养液流动沟槽宽 20 mm 左右 ,深 30 mm。 这些沟槽结构与潮汐灌溉的营养液频繁流动和灌排相适应 ,可保证营养液排干迅速 ,避免栽培床局部积液导致的作物长势不均现象 ,同时避免病虫害传播。 大面积潮汐灌溉栽培床床面拼接方式的确定 考虑到潮汐灌溉的不同规模对于栽培床的要求 ,本项目采用整体式栽培床和分段拼装式栽培床两类产品 ,后者在栽培规模较大时使用 ,拼装后的床身长度在 5 m 以上。 主要特点 :工艺制作简单化 ,不需要开发大型模具 ,极大地节省原材料和加工时间 ,造价降低。 安装及拆卸方便 ,可根据场地的需要自行安排苗床的长度 ,适用于不同的种植规模。 更适用于生产实际 ,有利于形成产业化。 图 3 组合的潮汐式栽培床 (三 )潮汐式灌溉系统营养液循环系统 潮汐式灌溉系统营养液循环系统由 联栋温室栽培床、营养液池、供液管道系统和回流管道组成。 栽培床盛装营养液 ,给作物提供营养和水分 ,并为作物根系生长创造良好的根际环境。 营养液池是储存和供应栽培床营养液的容器 ,母液罐、酸罐、碱罐和清水罐中的溶液在电磁阀门的控制下流入营养液池 ,母液至少由两个罐组成一个盛放硝酸钙母液 ,一个盛放其他营养母液。 供液系统将贮液池的营养液输送到栽培床以供作物需求。 回流系统则将栽培床内的营养液回流至营养液池 ,从而形成一个循环系统。 营养液的供液方式分别由水泵、供液主管、支管、出水龙头与滴头或喷头组成。 在线检测系统由检测池、离子选 择电极、电导电极和温度传感器组成 ,检测池中用隔板将不同的传感器隔开以防止相互干扰。 工控即控制所有的阀门以及加热棒 ,系统在控制软件的支持下通过各种传感器检测到各种信号 ,经过阻抗变换和放大得到相应的电压信号 ,由数据采集卡送到微机进行处理 ,根据控制算法产生控制信号输出 ,经驱动电路驱动执行机构 ,完成营养液的加温以及各种离子浓度的控制。 (四 )计算机智能操作控制系统 计算机智能操作控制系统由软件程序来控制水流和营养配比。 整套系统是由 软件、硬件、传输设备、传感器、环境控制、灌溉控制及营养控制组成。 该系统通过 PLC 可编程控制器精确控制水和肥液的比例 ,以实现精确控制营养液浓度的目的。 其工作原理是 :控制器通过采集电子水表信号计算出水流量 ,通过程序判断实际的水流是否达到设定量 ,当灌溉水量达到设定值时就自动切断电磁阀 ,从而实现自动控制灌溉水量。 营养液池安装有液位传感器 ,通过测量水位电阻的变化来自动检测水位。 当营养液用尽时 ,电阻值就会很大 ,传感器检测到阻值变化信号后传送给控制器 ,控制器驱动报警器发出报警声音 ,并切断进水口的电磁阀 ,自动停止工作。 为了能检测 pH值和 EC值 ,系统设计的传感器接口可以采集 传感器模拟量 ,并将数值显示在液晶上 ,通过人机交互界面 ,可以随时查看系统工作时的 pH 值和EC 值 ,并且数据可以自动保存 ,可以查看历史数据文档。 外接的光照传感器和水分传感器信号采集到控制器中 ,可以作为施肥灌溉程序的参考值。 (五 )灌溉水源消毒系统 灌溉水源消毒系统主要通过采用多段处理工艺 ,前级采用砂滤法去除营养液中的组织老化残留物、浮游物 ,提高营养液的透明度 ,后级采用 UVOH 技术进行终端处理 ,利用真空紫外线 (VacuumUV)和短波紫外线 (UVC)两类波长高能级 UV的相互协同作用 ,产生高级氧化物 羟基自由基 OH,实现快速、高效、广谱灭菌 ,净化营养液中的有机、无机污染物。 营养液循环再利用系统核心装置首段为砂率段 ,可减轻后级处理负荷 ,中段利用波长为 225nm~275nm 的紫外线对微生物具有强烈杀灭的作用 ,对原水中的微生物进行杀灭。 末段导入羟基自由基 OH 进行最终杀菌。 其特点是 :杀菌速度快 ,不改变水的物理、化学性质 ,不增加水的嗅味 ,不产生对人体有害的卤代甲烷化合物 ,无副作用。 水处理筒体采用进口优质不锈钢 ,可满足 的工作压力 ,具有防锈、强度高、无金属离子污染、设备表面易于清洁等优点。 耗能低 ,连续使用寿命可达 3000 小时以上 ,并配有可靠的镇流装备。 模块化电控装置 ,功能齐全 ,定时标准 ,与水处理筒体采用一体化设计 ,具有安装方便 ,操作简单 ,安全可靠 ,便于维护的特点。 (六 )水源增氧装置 充足的氧气供给是维持植物根系正常生长和生理功能的重要条件。 营养液栽培的作物根系有一部分暴露在潮湿的空气中 ,形成所生根 ,直接从空气中吸氧。 然而水培作物大部分根系主要在营养液中 ,尤其是新生根系主要分布在根底部 ,仍处在供氧困难状态 ,长期供氧不足 ,导致根系生长不良 ,影响作物产量 ,长 期浸在缺氧营养液中的根也容易腐烂。 不同作物对根系缺氧的敏感程度亦不相同 ,但对于要求 NFT 能提供充足氧的营养液是一致的。 为此 ,课题组对提高营养液中溶氧量的有关方面进行了探索 ,以改善营养液栽培的条件。 一般地 ,在营养液栽培中维持溶解氧的浓度在 4~5mg/L 水平以上 (相当于在 15~27℃时营养液中溶解氧的浓度维持在饱和溶解度 50%左右 ),大多数的植物都能够正常生长。 根据以上要求 ,课题组经过大量前期调查 ,决定采用一种先进的微纳米气泡发生装置。 该装置位于地上母液罐旁边 ,其管路通到地下营养液池中。 一般情况下 ,气泡 越小溶氧性越强 ,而气泡小到 50μ m 以下其物理、化学性质都将发生根本性变化。 微纳米气泡发生装置与其它方法比较的优势在于 : 气泡小、溶氧率高、上升速度慢、水中停留长 (3~5 小时 )泵内加压。 设备体积小 ,仅为原系统的 1/10。 成本低 ,主要有发生装置、陆用。