精準農業(yè)各項技術經(jīng)過多年的革新與發(fā)展,但是其各項技術的發(fā)展并非齊頭并進。尤其是在當前以節(jié)水灌溉技術(滴灌技術)為基礎的農業(yè)規(guī)模化運作模式下,精準追肥環(huán)節(jié)各項技術成果卻主要集中在對作物養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分的監(jiān)測、施肥量與產量及土壤養(yǎng)分分布相關性、水肥一體化管理等方面的研究。而在精準追肥環(huán)節(jié),大田滴灌施肥裝備領域,至今沒有很好的技術方案來解決當前滴灌施肥環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的各類技術難題。精準農業(yè)某項技術裝備的短板終將會影響精準農業(yè)各項技術在當前農業(yè)規(guī)�；\作條件下,集約化管理與操控的實現(xiàn)。目前滴灌施肥環(huán)節(jié)使用的技術裝備依然為壓差式施肥罐。該設備自滴灌技術引入我國以來一直沿用至今。但隨著精準施肥技術不斷發(fā)展的需要,多年來眾多學者對滴灌施肥養(yǎng)分信息的監(jiān)測獲取、信息傳輸、數(shù)據(jù)分析與決策都做了大量的研究,并形成了眾多的理論成果。但是由于當前滴灌施肥執(zhí)行設備,即傳統(tǒng)的壓差式施肥罐只能人為粗放式的操作,所以無法將施肥決策形成的推薦結論通過信息技術得以傳輸,更無法通過自動化控制技術得以表達。這就使得滴灌施肥執(zhí)行環(huán)節(jié)的技術裝備研究與開發(fā)變成了急待解決的問題。而當前滴灌施肥環(huán)節(jié)所存在的問題有:(1)施肥量無法根據(jù)輪灌區(qū)和作物需求精確可控;(2)注肥濃度前高后低,注肥均勻度低,受壓差與流量影響大;(3)受注肥均勻度的影響,注肥時間無法控制;(4)施肥環(huán)節(jié)完全由人為操作,無法實現(xiàn)自動化控制。本研究綜合應用信息技術、機電一體化控制、系統(tǒng)分析集成、營養(yǎng)診斷、大田試驗對比等技術思想和方法,設計可實現(xiàn)滴灌施肥量精確可控、整體注肥均勻、施肥時間可控的滴灌精量控制施肥裝置,并在此基礎上運用信息技術,研究開發(fā)了滴灌精量施肥控制系統(tǒng),包括對該裝置的現(xiàn)場控制與遠程控制功能。本文通過對現(xiàn)有裝置的分析研究,開發(fā)設計了符合當前滴灌施肥需要的滴灌施肥裝置,并實現(xiàn)了自動化控制。通過對裝置控制系統(tǒng)監(jiān)測、配肥能力研究分析以及施肥模式研究,完成了從裝置設計構想到大田實際運行的各項工作。并形成了以下成果:1、圍繞當前滴灌施肥環(huán)節(jié)所存在的問題提出了滴灌精量控制施肥裝置設計思路與原理,同時對現(xiàn)有裝置的施肥特點加以分析,保留其優(yōu)點改進其缺陷。針對當前施肥量無法精確可控提出了配肥機構的研究設計方案;以及針對注肥均勻度低提出了定量且少量多次的注肥機構研究設計方案。完成了滴灌精量控制施肥裝置的設計與裝配。同時對研制完成的裝置進行了配肥精度與配肥均勻度的試驗研究,驗證了該裝置優(yōu)越的施肥性能。2、以自主研發(fā)完成的滴灌精量控制施肥裝置為研究對象,通過明確基于SPAD營養(yǎng)診斷的滴灌棉花不同生育時期最佳施氮量、單次灌水時間與輪灌區(qū)面積,研究精量施肥裝置不同規(guī)格配肥盤單位時間配肥量,確定滴灌精準施肥裝置在不同灌溉條件與棉花不同生育時期的配肥能力。為配肥系統(tǒng)機構的改進與參數(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。3、開發(fā)了基于PLC的滴灌精量控制施肥裝置現(xiàn)場控制系統(tǒng)及遠程控制系統(tǒng)。提出了滴灌精量控制施肥系統(tǒng)現(xiàn)場控制技術方案與遠程控制技術方案�，F(xiàn)場控制采用文本顯示器顯示各項設備運行參數(shù),以及通過手動錄入的形式,輸入施肥環(huán)節(jié)各項參數(shù)來操控裝置精準施肥。并對步進電機和直線電機的驅動模式進行了設計與研究。通過編程與軟件開發(fā)實現(xiàn)對施肥裝置的遠程控制。4、在滴灌棉田對兩種裝置(精量控制施肥與傳統(tǒng)壓差式施肥裝置)在棉花不同生育時期以及不同灌水時段開展施肥試驗,通過對兩種施肥方式情況下土壤中氮素分布、棉花氮素利用率和棉花產量進行試驗分析,以證明精量控制施肥方式較為優(yōu)越的施肥可控性和施肥效果,同時探明滴灌精量控制施肥裝置依據(jù)棉花不同生育時期根系特點的最佳施肥模式。通過對裝置的設計研究與驅動設備的選型研究,完成了滴灌精量控制施肥裝置的完全自主研發(fā),通過對該裝置基于PLC的現(xiàn)場控制器與與基于GSM的遠程控制系統(tǒng)的研發(fā)實現(xiàn)了該裝置自動化精量施肥,完成了滴灌施肥的精量化、自動化以及施肥時間的可控,顯著提高了滴灌施肥環(huán)節(jié)的注肥均勻度。通過對該系統(tǒng)配肥能力的研究,確定了棉花盛蕾期、花期、盛花期、鈴期生育時期的最佳施氮量分別為:63.03kg/hm2、64.19 kg/hm2、60.09 kg/hm2、62.84 kg/hm2,為滴灌棉花不同生育時期變量施肥提供理論依據(jù)。并通過研究表明單位時間施氮量與滴頭流量qd無關,僅與單井出水量Q和特定棉花生育時期的施氮量Nd有關。最后得出了滴灌精量控制施肥裝置的配肥改進方案。通過自主研發(fā)的施肥裝置與傳統(tǒng)壓差式施肥裝置滴灌棉田施肥效果對比試驗,以棉花產量為基準,得出了滴灌精量控制施肥裝置在棉花各生育時期的最佳施肥時段。滴灌精量控制施肥系統(tǒng)的研究與開發(fā),并最終形成了產品,填補了滴灌大田施肥環(huán)節(jié)無自動化控制施肥系統(tǒng)的技術裝備空白。提高了滴灌施肥的可控性和注肥均勻性。
【學位單位】：石河子大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：S224.2;S562

【參考文獻】

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本文編號：2824550