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棉花膜下滴灌自动化控制技术的应用
  发布者:lfjs 发布时间:2019/2/12 阅读:111

棉花膜下滴灌自动化控制技术是农业现代化的一项新型实用技术,是集约经营高投入、高产出,实现农业现代化的必经之路,是我团在原膜下滴灌应用技术的基础上,运用现代自动化控制技术、信息产业技术,结合田间土壤测水测肥自动监测系统、植保监测系统和气象信息监测系统,为我团现代化大农业的服务。自动化灌溉技术的应用,提高了农场植棉技术的科技含量,具有前瞻性和指导性,它必将促进农场生产力的大发展。148团是兵团科技示范团场,在植棉技术日趋发展的今天,为了建设新型团场,解放生产力,发展生产力,增加职工收入,从2006年开始,我团开展了自动化控制技术在膜下滴灌中的探索性应用。特别是2007~2008年,随着自动化应用技术日趋成熟,效果明显,起到了示范作用。

1 自动化控制技术示范项目概况

2006~2007年我团自筹资金200万元,在原二营11连19#、20#、24#、25#、26#条田的194.13hm2的耕地上,实施了棉花膜下自动化控制技术。在总结已建设的大田膜下滴灌系统的基础上,将目前滴灌中使用的支辅管轮灌方式和大直径支管轮灌方式进行优化结合。实行长短支管轮灌方式,并在此基础上添加田间传感装置和首部电脑自动控制系统。每667m2投入约260元,通过2年的使用,证明该技术是一项投资合理、效益明显、节约人力、管理科学的新型实用技术。它具有以下三个方面的特点:(1)系统水力学设计与农业措施应用协调。充分体现了长短支管轮灌方式与农业措施应用协调和灌水管理方便的优点。(2)系统灌溉设备选择合理。通过紧密结合当地土壤、作物种植模式等现况,对已建滴灌系统进行改造,做到科学使用各种灌溉设备,大力降低了自控的投入。(3)首部自控设备选择合理。首部控制配置立式离心泵、自吸式自动化过滤器、超声波电磁流量计、压力变送器、变频柜、灌溉操作控制触摸屏,通过这些设备的合理搭配,一是最大限度地降低工程投入,提高系统的安全运行。二是充分发挥系统和自控设备的整体性能。三是为实现灌溉自动化控制设备的地块高产打下基础。

2 自动化控制应用效果

2.1 增大了田间系统管理定额 实施长短支管轮灌后人均管理面积由原来的支辅管轮灌人均管理面积3hm2增加到20hm2,系统操作人员由4人减少为现在的1人。

2.2 提高了灌水均匀度 通过首部系统对田间电磁阀发出指令,按设计轮灌秩序进行灌溉,彻底解决了原滴灌采用人工控制球阀进行灌溉,不能严格按照设计轮灌,经常因人为开启球阀延长轮灌时间,造成轮灌周期得不到有效控制,棉田因灌水不均匀而达不到最好的节水、增产效果。而自控系统杜绝了人工开启阀门的随意性,使灌溉时间得以保证,灌溉水量得到有效控制,水、肥均匀。

2.3 效果明显 采用自控系统灌溉,一是时间控制,二是水量控制,三是反馈控制。时间控制是按预定好的时间灌溉;水量控制是按设计的配水量放水或灌水;反馈控制是根据灌区内湿度感受器的反应及作物生长、土壤情况和气象趋势将信号传导给控制操作台来灌水,使灌溉时间得以保证,灌水量得到有效控制。

2.4 工程投入性减少 长短支管轮灌与支辅管轮灌比较,没有大小球阀、符管及铁丝管件现象,管件没有跑、冒、滴、漏现象。出地桩的距离由支辅管轮灌的110m增加到 250m,在原支辅管轮灌的基础上加宽了140m,节约了大量的支管、符管、出地桩和球阀。田间控制简单、实用。

2.5 田间输水压力大幅度提升 辅管轮灌、滴灌带选用小间距,大流量的迷宫式滴灌带16*30*2.60L/h左右,滴灌带的压力一般维持在0.50kg左右,而采用自控后,滴灌带使用的是大间距小流量的内镶式滴带16*40*1.38L/h,滴灌带压力稳定在1~1.20kg, 加快了轮灌周期,减少了深层渗漏,水、肥得到合理利用。

3 效益分析

3.1 原系统在支符辅管轮灌方式下,每667m2全期用水340m3,产量310kg,实行自控后,每667m2全期用水280m3,产量479kg,其中20#条田最高单产583kg。每667m2节水80m3,节约水费12.80元,增加单产169kg,增收726.70元。

3.2 系统未使用变频用电量是80度/h,采用变频后用电量为57.80度/h,节约电费22.20度/h,每度电按0.382元计,为8.50元,每天节约电费204元,3年可收回变频投入成本。

3.3 采用长短支管轮灌,由原来的出地桩距离110m改为现在的250m,没有辅管、球阀、管件,同时也节约了大量的支管,每667m2棉田节约管材投入成本19.43元,系统面积节省管材投入成本34 993元。

3.4 系统管理人员减少,原来需配置4人,每人每年工资6 000元,共计2.40万元,由于不需要到地里开启球阀,劳动强度减少,现只需配置1人,系统管理人员工资支出节约1.60万元。

3.5 支辅管轮灌与自控长短支管轮灌相比,降低了成本,增加了产量,增加价值419.22元/667m2。

4 自控运行管理技术要求

4.1 自控首部技术要求 (1)自动化控制,必须有首部自动灌溉器,系统水源为渠水灌溉,沉沙池容积以灌溉面积和配水量的多少而定,四级过滤网,确保水质清洁;(2)增压泵结构采用直联式单级离心泵(无联轴),四级电机转递1 480转/min,自吸性强,抗汽蚀性好。(3)过滤器选用无石英沙的网式自吸式自动过滤器,过水截面大,水头损失小,稳定性强。(4)选用超声波电磁流量计,使滴灌种植户随时了解灌水时间、流量、流速及累计水量。做到计量准确、公正、公开,透明灌溉。(5)采用变频,保证用电高峰期的电流、电压的稳定,使水泵全期按照设定的程序额定流量正常工作,保证了流量的稳定。

4.2 田间技术要求 (1)系统田间使用有线传输信号,电缆与地埋分干管同时埋于地下80cm,串联式连成,田间解码器、中断器,通过信号控制电磁阀的开关反馈信号到首部控制操作台。(2)田间电磁阀采用以色列波尔梅特100型电磁阀控制连接PEφ75长短支管轮灌,每条支管流量30m3,每个电磁阀控制1hm2,每小区灌溉10 hm2。(3)根据滴灌带的间距长度、滴头流量大小,配置稳流按扣三通,保证流量分布均匀。(4)田间土壤含水量自动监测系统。按照每轮灌组1个采集点,按不同土层埋设湿度传感器,分别是15cm、30 cm、45 cm、60 cm,每6h采集1次,动态记录和显示湿度变化,获取每个轮灌区每次灌溉后土壤含水变化曲线,以观察各个土层深度的土壤含水量,避免深层渗漏,提供科学的灌溉方式和科学依据,达到精量灌溉、科学灌溉。(5)气象信息实时监测系统。农业气象信息实时监测系统是以微型计算机技术为核心,集传感器技术、GPRS组网技术、WEB互联技术以及数据资料管理为一体的农业气象信息采集处理系统。该系统中使用了Davis Vantage Pro Plus型自动气象站,该监测系统由温度、湿度、气压、风速、风向、降雨量、太阳辐射、土壤温度/湿度、叶面温度传感器、数据采集器、RAM存储器(或存储卡)TC-7500无线调制解调器、太阳能电池板和后备电池组成。

自动化应用技术与膜下滴灌技术相结合,把自动土壤检测与全天候棉花生长影像观测相结合,实现了灌溉智能化,提高了水肥利用率。目前,自动化应用技术在我团已逐步被广大农工接受,棉花单产与总产必将有一个新的突破,将使我团农业走上稳产高产的快车道。

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