中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势.pdf

年 月 第 卷 第 期 李 红 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 研 究 现 状 与 发 展 趋 势 李 红 汤 攀 陈 超 张 志 洋 夏 华 猛 江 苏 大 学 国 家 水 泵 及 系 统 工 程 技 术 研 究 中 心 江 苏 镇 江 收 稿 日 期 修 回 日 期 网 络 出 版 时 间 网 络 出 版 地 址 基 金 项 目 江 苏 省 农 业 科 技 自 主 创 新 资 金 资 助 项 目 江 苏 省 高 等 学 校 自 然 科 学 研 究 面 上 项 目 第 一 作 者 简 介 李 红 女 江 苏 兴 化 人 研 究 员 博 士 生 导 师 通 信 作 者 主 要 从 事 节 水 灌 溉 技 术 及 设 备 开 发 研 究 第 二 作 者 简 介 汤 攀 男 湖 南 常 德 人 助 理 研 究 员 博 士 主 要 从 事 节 水 灌 溉 技 术 及 设 备 开 发 研 究 摘 要 为 了 促 进 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 的 研 究 开 发 及 推 广 应 用 总 结 分 析 了 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 科 研 生 产 及 实 际 应 用 中 存 在 的 问 题 概 述 了 施 肥 设 备 的 发 展 现 状 重 点 阐 述 分 析 了 文 丘 里 施 肥 器 压 差 施 肥 罐 比 例 施 肥 泵 柱 塞 泵 及 固 体 肥 料 溶 解 施 肥 装 置 等 常 用 施 肥 设 备 的 技 术 特 点 研 究 进 展 和 存 在 问 题 等 在 此 基 础 上 基 于 绿 色 农 业 发 展 理 念 和 农 业 物 联 网 的 发 展 需 要 指 出 施 肥 设 备 的 发 展 亟 需 结 合 作 物 区 域 种 植 特 点 综 合 施 策 创 新 发 展 多 种 先 进 施 肥 装 备 及 技 术 建 立 节 水 节 肥 技 术 综 合 管 理 体 系 重 点 研 究 管 路 中 水 肥 流 动 规 律 优 化 设 计 方 法 产 品 研 发 与 标 准 化 灌 水 施 肥 制 度 与 智 能 水 肥 一 体 化 系 统 实 现 施 肥 设 备 的 多 功 能 低 能 耗 及 精 准 化 水 肥 一 体 化 系 统 的 信 息 化 与 智 能 化 切 实 有 效 提 高 水 肥 利 用 率 关 键 词 施 肥 设 备 水 肥 一 体 化 文 丘 里 施 肥 器 压 差 施 肥 罐 比 例 施 肥 泵 中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 李 红 汤 攀 陈 超 等 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 研 究 现 状 与 发 展 趋 势 排 灌 机 械 工 程 学 报 第 期 李 红 等 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 研 究 现 状 与 发 展 趋 势 水 是 作 物 生 存 之 源 是 农 业 生 产 发 展 的 必 要 条 件 而 肥 料 是 作 物 增 产 高 产 的 重 要 保 障 之 一 在 中 国 农 业 中 占 据 重 要 地 位 长 期 以 来 肥 料 的 不 合 理 施 用 对 自 然 生 态 环 境 造 成 了 严 重 的 破 坏 如 土 壤 肥 力 破 坏 土 壤 污 染 面 源 污 染 等 严 重 影 响 了 农 业 的 可 持 续 发 展 中 国 是 肥 料 的 生 产 大 国 同 时 也 是 肥 料 消 费 大 国 由 于 施 肥 技 术 和 肥 料 生 产 等 多 方 面 的 原 因 导 致 中 国 的 肥 料 利 用 率 长 期 处 于 较 低 水 平 氮 肥 为 磷 肥 为 钾 肥 为 均 远 低 于 美 国 与 以 色 列 等 发 达 国 家 的 肥 料 利 用 率 减 少 化 肥 使 用 量 合 理 施 肥 提 高 化 肥 利 用 率 已 成 为 中 国 农 业 可 持 续 发 展 和 保 障 粮 食 安 全 的 重 要 问 题 近 些 年 来 为 了 解 决 施 肥 过 度 和 有 效 提 高 肥 料 利 用 率 的 问 题 同 时 实 现 节 水 灌 溉 目 标 水 肥 一 体 化 技 术 得 到 了 重 视 和 发 展 年 中 央 一 号 文 件 明 确 指 出 要 大 规 模 实 施 农 业 节 水 工 程 与 此 同 时 还 要 加 大 水 肥 一 体 化 等 先 进 农 艺 节 水 技 术 的 推 广 力 度 年 发 布 的 国 家 节 水 行 动 方 案 分 工 方 案 指 出 要 大 力 推 进 水 肥 一 体 化 技 术 每 年 发 展 水 肥 一 体 化 面 积 万 万 亩 由 于 中 国 地 域 广 阔 种 植 的 作 物 种 类 多 栽 培 方 式 多 样 栽 培 季 节 差 异 大 田 间 配 套 设 施 条 件 不 同 管 理 水 平 高 低 不 同 因 此 无 论 从 国 家 政 策 要 求 还 是 国 内 实 际 市 场 需 求 研 发 适 合 中 国 国 情 的 水 肥 一 体 化 装 备 非 常 必 要 这 对 于 大 力 推 进 中 国 农 业 现 代 化 发 展 具 有 重 要 意 义 目 前 精 确 灌 溉 与 施 肥 是 农 业 发 展 的 主 要 方 向 而 水 肥 一 体 化 系 统 实 现 精 量 施 肥 的 关 键 在 于 施 肥 设 备 因 此 文 中 对 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 科 研 生 产 及 实 际 应 用 中 存 在 的 问 题 加 以 总 结 分 析 提 出 需 重 点 研 究 的 问 题 以 期 为 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 的 发 展 提 供 参 考 施 肥 设 备 国 内 外 研 究 现 状 水 肥 一 体 化 是 将 施 肥 技 术 与 灌 溉 技 术 相 结 合 的 一 项 新 技 术 是 精 确 施 肥 与 精 确 灌 溉 相 结 合 的 产 物 在 灌 溉 技 术 中 占 有 重 要 地 位 水 肥 一 体 化 技 术 利 用 灌 溉 系 统 将 肥 料 溶 解 在 水 中 同 时 进 行 灌 溉 与 施 肥 适 时 适 量 地 满 足 农 作 物 对 水 分 和 养 分 的 需 求 与 传 统 的 施 肥 方 式 相 比 采 用 水 肥 一 体 化 技 术 施 肥 具 有 众 多 优 点 如 大 幅 减 少 肥 料 使 用 量 减 少 养 分 流 失 及 降 低 面 源 污 染 灵 活 调 控 以 满 足 不 同 区 域 或 作 物 对 肥 料 的 需 求 提 高 作 物 产 量 和 品 质 以 及 降 低 生 产 成 本 施 肥 设 备 根 据 其 自 身 特 征 及 灌 溉 施 肥 要 求 安 装 在 首 部 或 灌 水 器 前 端 是 水 肥 一 体 化 系 统 的 关 键 设 备 其 性 能 的 优 劣 直 接 影 响 着 灌 溉 与 施 肥 的 质 量 目 前 常 用 的 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 有 文 丘 里 施 肥 器 比 例 施 肥 泵 全 自 动 注 肥 设 备 压 差 施 肥 罐 等 按 照 施 肥 控 制 方 式 可 分 为 类 一 类 为 定 量 施 肥 即 只 能 控 制 施 肥 总 量 施 肥 浓 度 则 随 着 施 肥 时 间 递 减 另 一 类 为 定 比 例 施 肥 即 施 肥 过 程 中 施 肥 浓 度 保 持 不 变 该 类 型 施 肥 设 备 既 可 控 制 施 肥 总 量 又 可 根 据 作 物 需 求 控 制 施 肥 比 例 随 着 农 业 自 动 化 与 智 能 化 的 发 展 定 比 例 施 肥 设 备 正 在 逐 渐 取 代 定 量 施 肥 设 备 文 丘 里 施 肥 器 文 丘 里 施 肥 器 一 般 与 灌 溉 进 口 处 的 阀 门 并 联 安 装 水 流 通 过 文 丘 里 管 的 时 候 利 用 渐 缩 管 处 产 生 的 压 差 将 液 态 肥 料 从 敞 口 的 肥 料 罐 吸 入 管 网 中 通 过 匹 配 不 同 口 径 的 吸 肥 管 可 以 调 节 注 入 肥 料 的 浓 度 其 特 点 是 造 价 低 廉 使 用 方 便 无 须 电 力 但 是 其 压 力 损 失 较 大 多 用 于 灌 溉 面 积 较 小 的 区 域 中 国 对 文 丘 里 施 肥 器 的 研 究 早 期 主 要 是 对 其 水 力 性 能 参 数 等 进 行 理 论 推 导 例 如 封 俊 等 李 百 军 等 结 合 伯 努 利 方 程 以 及 连 续 性 方 程 推 导 了 文 丘 里 施 肥 器 的 临 界 流 量 喉 管 压 力 吸 肥 量 等 参 数 的 计 算 公 式 此 后 范 兴 科 等 针 对 液 体 在 文 丘 里 施 肥 器 中 能 量 转 化 关 系 进 行 了 理 论 推 导 与 试 验 研 究 这 些 理 论 公 式 对 于 文 丘 里 施 肥 器 的 结 构 设 计 具 有 一 定 的 理 论 指 导 意 义 此 后 国 内 外 学 者 开 始 转 向 文 丘 里 施 肥 器 结 构 参 数 的 试 验 研 究 孟 一 斌 韩 启 彪 等 和 严 海 军 等 对 文 丘 里 施 肥 器 的 吸 肥 性 能 进 行 了 详 细 的 试 验 研 究 这 些 研 究 都 为 文 丘 里 施 肥 器 的 实 际 应 用 提 供 了 一 定 的 指 导 但 无 法 指 导 文 丘 里 施 肥 器 的 设 计 王 淼 孙 艳 琦 严 海 军 排 灌 机 械 工 程 学 报 第 卷 等 孔 令 阳 使 用 模 拟 软 件 对 文 丘 里 施 肥 器 的 结 构 参 数 能 态 转 化 以 及 水 力 性 能 等 方 面 进 行 了 系 统 研 究 等 采 用 方 法 分 析 了 结 构 参 数 喉 部 长 度 喉 部 直 径 吸 肥 口 直 径 对 吸 肥 量 的 影 响 刘 永 华 等 在 综 合 考 虑 施 肥 设 备 及 管 路 系 统 的 沿 程 损 失 与 局 部 损 失 的 基 础 上 采 用 方 法 对 智 能 施 肥 机 的 文 丘 里 结 构 参 数 进 行 了 优 化 并 最 终 使 智 能 施 肥 机 的 吸 肥 量 提 高 了 等 应 用 研 究 了 文 丘 里 施 肥 器 结 构 参 数 对 压 差 损 失 的 影 响 规 律 程 千 等 采 用 数 值 模 拟 的 方 法 探 讨 了 空 化 影 响 施 肥 器 性 能 的 原 因 在 文 丘 里 施 肥 器 的 新 产 品 研 发 方 面 金 永 奎 等 研 制 开 发 出 了 种 新 型 的 文 丘 里 施 肥 器 为 了 弥 补 文 丘 里 施 肥 器 的 自 动 控 制 装 置 的 不 足 李 加 念 等 基 于 脉 宽 调 制 技 术 研 制 开 发 出 了 一 套 变 量 的 文 丘 里 施 肥 设 备 郑 彩 霞 等 发 明 了 一 种 改 进 型 文 丘 里 施 肥 器 其 喉 部 设 置 有 手 拧 螺 丝 手 拧 螺 丝 的 下 端 设 置 有 金 属 螺 纹 槽 使 得 文 丘 里 施 肥 器 喉 部 过 流 面 积 可 调 从 而 灵 活 调 节 吸 肥 量 穆 永 航 等 设 计 了 一 种 新 型 复 合 式 文 丘 里 施 肥 器 与 单 体 文 丘 里 施 肥 器 相 比 较 具 有 吸 肥 量 大 的 特 点 张 建 阔 等 为 降 低 文 丘 里 施 肥 器 的 吸 肥 临 界 进 口 压 力 设 计 了 一 种 双 吸 肥 口 文 丘 里 施 肥 器 此 外 有 学 者 指 出 文 丘 里 施 肥 器 的 制 造 材 料 也 会 对 其 水 力 性 能 产 生 影 响 王 海 涛 等 选 用 了 国 内 外 种 不 同 材 质 的 文 丘 里 施 肥 器 对 其 压 力 能 耗 吸 肥 效 率 以 及 振 动 与 空 化 等 综 合 性 能 开 展 了 测 试 研 究 并 指 出 收 缩 率 较 小 材 质 的 施 肥 器 制 造 偏 差 小 且 吸 肥 性 能 好 国 内 外 学 者 对 文 丘 里 施 肥 器 进 行 了 大 量 研 究 这 些 研 究 涵 盖 了 文 丘 里 施 肥 器 的 结 构 设 计 内 部 流 动 以 及 工 程 应 用 等 方 面 从 而 基 本 掌 握 了 文 丘 里 施 肥 器 的 设 计 方 法 但 目 前 中 国 研 发 制 造 的 文 丘 里 施 肥 器 的 性 能 质 量 与 国 外 尚 有 一 定 差 距 例 如 存 在 倒 吸 现 象 压 力 损 失 高 以 及 使 用 寿 命 短 等 这 一 方 面 需 要 从 结 构 设 计 着 手 另 一 方 面 也 要 从 文 丘 里 施 肥 器 的 材 料 以 及 制 造 工 艺 等 方 面 加 以 研 究 改 进 从 而 有 效 提 高 国 产 文 丘 里 施 肥 器 的 综 合 性 能 智 能 施 肥 机 另 一 种 采 用 文 丘 里 结 构 的 施 肥 器 为 目 前 市 场 上 较 为 先 进 的 智 能 施 肥 机 该 类 型 智 能 施 肥 机 可 以 通 过 值 及 流 量 监 控 装 置 在 可 编 程 控 制 器 控 制 下 通 过 机 器 上 的 一 组 文 丘 里 施 肥 器 准 确 地 把 肥 料 养 分 或 其 他 物 质 注 入 灌 溉 主 管 网 中 用 户 可 通 过 物 联 网 进 行 可 视 化 监 测 及 控 制 与 此 同 时 该 类 型 智 能 施 肥 机 也 可 与 气 象 站 土 壤 温 湿 度 蒸 发 量 降 雨 量 和 太 阳 辐 射 等 传 感 器 相 连 接 实 现 全 自 动 智 能 调 节 和 控 制 灌 溉 施 肥 但 该 类 型 智 能 施 肥 机 造 价 昂 贵 不 适 用 于 一 般 用 户 王 海 涛 等 探 究 了 施 肥 机 不 同 管 路 布 置 方 式 对 文 丘 里 施 肥 器 在 吸 肥 性 能 与 可 支 配 通 道 数 量 的 影 响 发 现 旁 路 吸 肥 式 可 同 时 支 配 个 高 效 吸 肥 的 通 道 数 量 吸 肥 通 道 与 旁 路 吸 肥 式 管 路 的 组 合 形 式 可 推 荐 作 为 施 肥 机 管 路 优 化 布 置 的 首 选 方 式 吴 松 等 采 用 西 门 子 系 列 作 为 控 制 器 基 于 设 计 了 个 通 过 管 路 连 接 到 灌 溉 系 统 的 施 肥 机 通 过 控 制 肥 水 的 浓 度 和 进 入 灌 溉 管 道 的 肥 水 量 来 实 现 自 动 施 肥 付 强 等 采 用 计 数 器 数 字 滤 波 电 路 以 及 单 片 机 设 计 了 种 替 代 简 单 液 位 浮 子 的 实 用 智 能 液 位 开 关 发 现 利 用 该 方 法 也 可 以 根 据 不 同 工 况 设 定 不 同 参 数 滤 除 干 扰 信 号 提 高 智 能 液 位 开 关 适 用 性 房 俊 龙 等 采 用 传 感 器 技 术 自 动 控 制 技 术 信 息 采 集 与 处 理 技 术 开 发 出 了 通 用 嵌 入 式 可 编 程 软 件 实 现 灌 溉 施 肥 从 传 统 模 式 到 智 能 模 式 的 相 互 切 换 邓 晓 栋 等 基 于 设 计 了 一 种 水 肥 一 体 化 智 能 灌 溉 系 统 用 户 在 服 务 器 端 通 过 组 态 王 软 件 控 制 水 池 肥 料 池 或 者 混 合 池 电 磁 阀 的 打 开 进 而 灌 溉 与 施 肥 江 新 兰 等 设 计 了 基 于 两 线 解 码 技 术 和 云 计 算 的 设 施 农 业 水 肥 一 体 化 智 能 云 灌 溉 系 统 该 系 统 利 用 传 感 器 实 时 采 集 作 物 生 长 环 境 参 数 并 将 其 传 输 和 存 储 于 数 据 管 理 云 平 台 利 用 云 集 群 的 计 算 和 分 析 能 力 确 定 作 物 生 长 的 水 肥 需 求 和 灌 溉 施 肥 制 度 实 现 水 肥 一 体 化 的 智 能 控 制 国 内 学 者 开 展 了 大 量 关 于 设 施 农 业 滴 灌 施 肥 控 制 系 统 的 研 究 多 采 用 单 片 机 控 制 原 理 结 合 硬 件 装 置 和 软 件 系 统 实 现 滴 灌 施 肥 作 业 的 精 准 控 制 和 同 步 实 施 集 成 多 种 自 动 化 智 能 控 制 施 肥 决 策 系 统 及 配 套 施 肥 设 备 保 证 作 业 过 程 中 可 精 准 控 制 施 肥 量 灌 溉 水 量 和 施 肥 浓 度 等 但 所 开 发 的 控 制 系 统 研 究 方 法 单 一 自 动 化 程 度 低 值 控 制 精 度 稳 定 性 差 且 通 用 性 低 多 处 于 试 验 调 试 及 小 范 围 应 用 阶 段 无 法 完 全 满 足 大 田 滴 灌 施 肥 精 准 控 制 的 要 求 压 差 施 肥 罐 压 差 施 肥 罐 主 要 由 肥 料 罐 节 流 阀 门 以 及 连 接 管 组 成 通 过 在 罐 体 间 形 成 压 差 利 用 水 流 将 罐 中 的 肥 液 压 入 灌 溉 管 网 中 其 特 点 是 加 工 制 造 简 单 使 用 方 便 可 适 用 于 大 田 灌 溉 但 肥 液 的 浓 度 会 随 施 第 期 李 红 等 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 研 究 现 状 与 发 展 趋 势 肥 时 间 而 变 化 无 法 控 制 施 肥 浓 度 不 利 于 精 确 施 肥 且 罐 体 容 积 有 限 需 要 多 次 添 加 肥 液 压 差 施 肥 罐 的 主 要 特 征 是 肥 液 浓 度 随 时 间 推 进 而 不 断 衰 减 而 施 肥 罐 内 肥 液 浓 度 衰 减 规 律 可 由 阿 莫 斯 泰 奇 公 式 计 算 该 公 式 认 为 当 约 等 于 倍 罐 容 量 的 水 流 经 罐 内 后 已 有 的 肥 液 随 水 进 入 灌 溉 系 统 封 俊 等 将 文 丘 里 施 肥 器 与 压 差 施 肥 罐 相 结 合 并 从 理 论 上 推 导 了 肥 液 浓 度 衰 减 的 计 算 公 式 邓 兰 生 等 研 究 发 现 对 于 液 体 肥 料 直 接 影 响 施 肥 时 间 的 因 素 是 流 量 而 不 是 压 差 对 于 固 体 肥 料 施 肥 时 间 的 重 要 影 响 因 素 是 流 量 和 肥 料 的 溶 解 速 度 等 和 孟 一 斌 等 对 压 差 施 肥 罐 的 出 口 肥 液 浓 度 动 态 变 化 进 行 了 试 验 研 究 并 通 过 试 验 数 据 回 归 分 析 得 到 了 肥 液 浓 度 随 时 间 和 压 差 施 肥 量 的 变 化 关 系 式 以 及 施 肥 结 束 时 间 与 上 述 因 素 的 关 系 式 韩 启 彪 也 采 用 相 同 的 研 究 方 法 得 到 了 类 似 的 计 算 公 式 然 而 这 些 计 算 公 式 都 是 在 特 定 的 压 差 施 肥 罐 和 肥 料 下 获 得 的 故 缺 乏 一 定 的 通 用 性 韩 启 彪 等 使 用 技 术 对 施 肥 罐 肥 液 浓 度 衰 减 规 律 进 行 了 模 拟 研 究 为 压 差 施 肥 罐 浓 度 衰 减 规 律 的 研 究 提 供 了 新 的 思 路 为 了 克 服 压 差 施 肥 罐 浓 度 变 化 的 缺 陷 鄢 一 新 等 通 过 在 压 差 施 肥 罐 中 增 加 柔 性 防 水 薄 膜 设 计 了 一 种 差 压 隔 膜 式 施 肥 设 备 施 肥 罐 中 柔 性 薄 膜 起 分 隔 水 和 肥 的 作 用 从 而 保 持 施 肥 罐 中 肥 液 浓 度 不 变 韩 启 彪 等 发 明 了 一 种 轻 小 型 半 自 动 滴 灌 压 差 施 肥 车 其 通 过 控 制 器 电 磁 阀 以 及 流 量 浓 度 传 感 器 对 压 差 施 肥 罐 的 出 口 肥 液 浓 度 实 现 调 控 目 前 中 国 已 经 能 够 生 产 各 种 规 格 的 压 差 施 肥 罐 但 出 口 肥 液 浓 度 随 时 间 衰 减 的 问 题 至 今 尚 无 较 好 的 解 决 方 法 因 此 随 着 农 业 现 代 化 的 发 展 精 确 变 量 施 肥 已 成 为 当 下 农 业 发 展 的 主 要 趋 势 之 一 国 内 已 有 学 者 开 始 呼 吁 逐 步 淘 汰 压 差 施 肥 罐 进 而 采 用 施 肥 浓 度 恒 定 且 可 调 的 施 肥 设 备 比 例 施 肥 泵 比 例 施 肥 泵 是 一 种 先 进 的 水 肥 一 体 化 施 肥 装 备 其 通 过 水 压 驱 动 内 部 吸 液 活 塞 的 运 动 来 向 管 网 中 定 比 地 添 加 肥 液 与 其 他 施 肥 设 备 相 比 比 例 施 肥 泵 的 施 肥 精 度 高 且 注 入 比 例 可 在 一 定 范 围 内 进 行 调 节 图 为 比 例 施 肥 泵 工 作 过 程 示 意 图 比 例 施 肥 泵 直 接 安 装 在 水 管 上 由 管 路 中 水 流 驱 动 比 例 施 肥 泵 工 作 在 带 压 水 流 的 驱 动 下 驱 动 活 塞 进 行 往 复 运 动 带 动 吸 液 活 塞 吸 液 活 塞 按 比 例 定 量 吸 入 肥 液 再 与 作 为 动 力 的 水 混 合 随 后 被 输 送 到 下 游 吸 入 的 肥 液 始 终 同 进 入 比 例 施 肥 泵 水 的 体 积 成 比 例 从 而 实 现 肥 液 与 水 的 成 比 例 混 合 如 图 所 示 水 从 进 口 进 入 泵 内 在 驱 动 活 塞 下 表 面 形 成 较 大 的 作 用 力 推 动 驱 动 活 塞 上 行 当 驱 动 活 塞 向 上 运 动 到 行 程 末 端 时 换 向 机 构 通 过 改 变 液 体 流 道 使 液 体 进 入 驱 动 活 塞 上 表 面 从 而 使 驱 动 活 塞 上 表 面 所 受 到 的 作 用 力 大 于 下 表 面 所 受 到 的 作 用 力 迫 使 驱 动 活 塞 向 下 运 动 当 驱 动 活 塞 向 下 运 动 到 行 程 末 端 时 换 向 机 构 通 过 改 变 液 体 流 道 使 驱 动 活 塞 进 入 下 一 往 复 运 动 图 比 例 施 肥 泵 工 作 原 理 示 意 图 法 国 公 司 早 在 年 就 开 发 出 了 比 例 施 肥 泵 此 后 经 过 不 断 发 展 目 前 已 经 开 发 出 了 比 例 施 肥 泵 的 系 列 产 品 以 满 足 不 同 应 用 场 合 的 需 求 但 有 关 比 例 施 肥 泵 的 技 术 研 究 都 属 于 保 密 内 容 无 公 开 的 研 究 资 料 中 国 在 施 肥 泵 方 面 的 研 究 较 晚 李 百 军 等 与 赵 立 新 等 都 从 原 理 及 试 验 上 初 步 研 制 过 水 动 比 例 施 肥 泵 但 这 些 都 没 有 形 成 产 品 高 本 虎 等 徐 茂 云 等 在 九 五 十 五 期 间 相 继 申 请 了 关 于 活 塞 式 水 力 驱 动 比 例 施 肥 泵 的 专 利 王 建 东 等 在 其 基 础 上 进 行 了 进 一 步 的 修 改 制 造 出 施 肥 泵 样 品 并 进 行 了 试 验 测 试 为 了 研 究 国 外 水 力 驱 动 比 例 施 肥 泵 的 水 力 性 能 并 借 鉴 其 结 构 设 计 方 面 的 先 进 经 验 韩 启 彪 等 对 市 场 上 应 用 较 为 广 泛 的 一 些 典 型 产 品 进 行 了 性 能 测 试 根 据 试 验 结 果 给 出 了 典 型 产 品 的 工 作 压 差 和 流 量 关 系 以 及 工 作 压 差 的 合 理 控 制 范 围 等 参 数 赵 友 俊 在 参 考 国 外 同 类 型 产 品 的 基 础 上 设 计 了 一 种 水 力 驱 动 式 比 例 施 肥 泵 认 为 其 性 能 可 以 达 到 国 外 同 类 产 品 的 水 平 杨 大 森 等 对 国 内 外 同 类 型 及 相 同 参 数 的 比 例 施 肥 泵 进 行 了 对 比 分 析 试 验 指 出 国 内 产 品 的 肥 液 注 入 精 度 以 及 同 压 差 下 进 口 流 量 不 如 国 排 灌 机 械 工 程 学 报 第 卷 外 产 品 另 外 还 采 用 高 速 摄 影 技 术 拍 摄 了 不 同 工 作 压 差 下 比 例 施 肥 泵 驱 动 活 塞 的 运 动 过 程 并 分 析 了 运 动 规 律 骆 志 文 等 对 种 比 例 施 肥 泵 的 水 力 性 能 进 行 了 试 验 提 出 比 例 施 肥 泵 驱 动 腔 和 抽 液 腔 的 容 积 效 率 计 算 公 式 汤 攀 等 在 比 例 施 肥 泵 运 行 机 理 分 析 的 基 础 上 采 用 流 固 耦 合 动 网 格 技 术 进 行 数 值 模 拟 分 析 其 内 部 流 动 以 及 活 塞 受 力 骆 志 文 等 研 究 了 比 例 施 肥 泵 进 出 口 进 口 腔 驱 动 腔 进 水 阀 口 出 水 阀 口 直 径 以 及 换 向 弹 簧 的 刚 度 对 比 例 施 肥 泵 的 水 力 性 能 的 影 响 目 前 国 内 对 比 例 施 肥 泵 的 研 究 已 逐 渐 增 多 但 是 依 然 缺 乏 自 主 的 设 计 方 法 和 优 秀 产 品 国 内 市 场 主 要 被 法 国 以 色 列 和 美 国 等 国 外 公 司 的 产 品 所 占 据 总 体 而 言 虽 然 不 同 学 者 针 对 不 同 应 用 场 合 开 发 出 了 相 应 的 施 肥 设 备 但 比 例 施 肥 泵 仍 然 是 较 通 用 的 施 肥 设 备 而 目 前 仍 缺 乏 对 比 例 施 肥 泵 深 入 系 统 的 基 础 理 论 研 究 比 例 施 肥 泵 关 键 水 力 尺 寸 对 进 口 流 量 注 入 流 量 和 注 肥 精 度 等 水 力 性 能 的 影 响 比 例 施 肥 泵 设 计 方 法 等 都 有 待 进 一 步 研 究 柱 塞 泵 及 其 他 类 型 泵 严 海 军 等 针 对 圆 形 喷 灌 机 实 际 应 用 和 作 物 的 施 肥 特 点 设 计 了 一 台 双 缸 柱 塞 式 注 肥 泵 包 括 液 力 端 传 动 端 柱 塞 密 封 及 配 套 动 力 等 并 指 出 改 变 柱 塞 行 程 和 电 源 频 率 可 以 有 效 调 节 注 肥 泵 的 注 肥 流 量 在 此 基 础 上 严 海 军 等 又 以 注 射 喷 嘴 的 孔 口 直 径 安 装 位 置 以 及 注 肥 泵 的 电 源 频 率 为 试 验 因 素 对 圆 形 喷 灌 机 应 用 该 施 肥 设 备 时 的 喷 灌 施 肥 均 匀 性 进 行 了 试 验 研 究 美 国 公 司 也 开 发 出 了 相 同 的 设 备 该 施 肥 设 备 主 要 由 搅 拌 器 肥 液 桶 及 柱 塞 泵 组 成 该 类 型 施 肥 设 备 主 要 配 套 平 移 式 喷 灌 机 及 圆 形 喷 灌 机 等 大 型 喷 灌 机 使 用 其 他 应 用 于 水 肥 一 体 化 系 统 的 泵 类 型 主 要 包 括 离 心 泵 隔 膜 泵 及 蠕 动 泵 等 但 其 应 用 范 围 较 小 固 体 肥 料 溶 解 施 肥 装 置 张 志 洋 等 设 计 了 种 固 体 肥 料 溶 解 混 施 的 水 肥 一 体 化 装 置 一 种 是 自 流 式 溶 解 施 肥 装 置 装 置 主 要 由 直 流 水 泵 流 量 传 感 器 进 水 管 混 肥 桶 滤 网 桶 加 肥 装 置 出 口 管 和 排 污 管 个 部 件 组 成 如 图 所 示 工 作 时 将 固 体 肥 料 填 入 加 肥 装 置 中 肥 料 均 匀 地 落 入 滤 网 桶 中 滤 网 桶 起 到 过 滤 固 体 肥 料 中 不 溶 于 水 的 杂 质 的 作 用 同 时 直 流 水 泵 从 水 源 往 混 肥 桶 中 注 水 进 水 管 偏 心 安 装 在 混 肥 桶 外 壁 进 水 可 切 向 冲 击 混 肥 桶 中 的 肥 液 推 动 肥 液 旋 转 加 速 混 肥 桶 中 固 体 肥 料 的 溶 解 速 度 当 混 肥 桶 中 的 肥 液 上 升 到 出 口 管 位 置 时 肥 液 从 出 口 管 中 流 出 流 量 传 感 器 用 于 检 测 装 置 的 进 口 流 量 装 置 工 作 完 成 后 混 肥 桶 中 残 余 肥 液 从 排 污 管 排 出 在 此 基 础 上 张 志 洋 等 以 滤 网 桶 直 径 滤 网 桶 网 孔 数 滤 网 桶 安 装 高 度 进 口 水 流 量 加 肥 速 度 和 加 肥 方 式 为 试 验 因 素 对 装 置 运 行 时 的 性 能 主 要 表 现 为 出 口 肥 液 浓 度 均 匀 性 进 行 了 试 验 研 究 此 外 夏 华 猛 等 又 在 此 基 础 上 搭 建 了 控 制 系 统 采 用 微 控 制 器 作 为 控 制 核 心 对 出 口 肥 液 的 质 量 浓 度 实 时 检 测 采 用 脉 宽 调 节 固 体 肥 料 添 加 速 度 构 建 闭 环 控 制 回 路 提 高 了 装 置 的 施 肥 均 匀 性 该 装 置 主 要 应 用 于 灌 溉 系 统 末 端 结 构 简 单 操 作 方 便 能 够 直 接 施 用 固 体 肥 料 可 有 效 降 低 水 肥 一 体 化 使 用 成 本 但 施 肥 量 不 大 施 肥 面 积 小 且 其 自 动 化 和 智 能 化 水 平 有 待 进 一 步 提 高 图 自 流 式 溶 解 施 肥 装 置 另 一 种 是 泵 入 式 溶 解 施 肥 装 置 主 要 由 加 肥 装 置 搅 拌 器 滤 网 桶 混 肥 腔 蓄 肥 腔 泄 流 口 供 水 泵 和 注 肥 泵 等 构 成 如 图 所 示 装 置 运 行 时 固 体 肥 料 经 过 加 肥 机 构 后 均 匀 定 量 地 落 入 滤 网 桶 中 同 时 供 水 泵 向 混 肥 腔 中 注 水 至 设 定 液 位 搅 拌 器 运 行 加 快 肥 料 溶 解 速 度 肥 料 溶 解 完 成 后 电 磁 阀 打 开 混 好 的 肥 液 流 入 蓄 肥 腔 中 注 肥 泵 开 始 注 肥 当 混 肥 腔 中 的 肥 液 全 部 流 入 蓄 肥 腔 后 电 磁 阀 关 闭 混 肥 腔 中 重 复 以 上 混 肥 工 作 通 过 控 制 进 水 量 和 加 肥 量 即 可 调 节 施 肥 浓 度 该 装 置 安 装 在 灌 溉 系 统 首 部 施 肥 控 制 面 积 大 配 比 母 液 浓 度 范 围 广 且 精 确 可 调 已 实 现 自 动 化 运 行 但 智 能 化 程 度 尚 有 待 提 高 刘 林 等 也 开 发 了 一 种 施 用 固 体 肥 料 的 大 田 移 动 式 精 量 配 肥 灌 溉 施 肥 一 体 机 其 机 械 部 分 包 括 移 动 行 走 架 精 量 配 肥 装 置 和 首 部 枢 纽 装 置 其 中 移 动 行 走 架 便 于 一 体 机 在 田 间 移 动 精 量 配 肥 装 置 用 于 肥 料 比 例 掺 混 溶 解 和 母 液 浓 度 动 态 调 控 首 部 第 期 李 红 等 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 研 究 现 状 与 发 展 趋 势 枢 纽 装 置 用 于 输 送 灌 溉 水 和 肥 料 母 液 并 为 水 肥 一 体 化 系 统 提 供 灌 溉 压 力 该 施 肥 设 备 控 制 系 统 集 成 了 灌 溉 施 肥 时 间 分 配 模 型 和 母 液 浓 度 动 态 调 控 方 法 可 实 现 母 液 浓 度 精 准 调 控 和 全 自 动 灌 溉 施 肥 图 泵 入 式 溶 解 施 肥 装 置 未 来 研 究 重 点 与 发 展 趋 势 精 确 灌 溉 与 施 肥 是 农 业 发 展 的 主 要 方 向 在 国 家 大 力 发 展 可 持 续 生 态 农 业 背 景 下 亟 需 结 合 作 物 区 域 种 植 特 点 创 新 发 展 多 种 先 进 施 肥 设 备 及 技 术 建 立 节 水 节 肥 技 术 管 理 体 系 切 实 有 效 地 提 高 水 肥 利 用 率 基 于 绿 色 农 业 发 展 理 念 和 农 业 物 联 网 的 发 展 需 要 提 出 未 来 中 国 水 肥 一 体 化 施 肥 设 备 的 研 究 重 点 及 发 展 趋 势 发 展 趋 势 多 功 能 低 能 耗 及 精 准 化 是 施 肥 设 备 的 发 展 趋 势 随 着 能 源 危 机 的 加 剧 国 家 将 节 约 能 源 提 到 战 略 高 度 开 发 低 能 耗 及 精 准 化 的 产 品 降 低 能 源 消 耗 提 高 水 肥 利 用 率 将 是 微 灌 技 术 与 产 品 研 发 的 一 个 重 要 趋 势 与 此 同 时 考 虑 农 药 与 水 肥 一 体 化 系 统 的 有 机 结 合 研 究 相 应 配 套 水 肥 药 装 备 开 发 出 高 效 及 多 功 能 的 水 肥 药 一 体 化 系 统 也 是 重 要 的 发 展 趋 势 信 息 化 与 智 能 化 是 水 肥 一 体 化 系 统 的 发 展 趋 势 随 着 信 息 技 术 计 算 机 智 能 控 制 技 术 机 电 一 体 化 技 术 技 术 传 感 与 检 测 技 术 等 在 节 水 灌 溉 技 术 中 更 为 广 泛 的 应 用 考 虑 将 单 一 施 肥 作 业 逐 渐 转 变 为 变 量 施 肥 作 业 开 发 设 计 多 种 关 键 部 件 结 构 实 现 多 变 量 在 线 配 肥 及 施 肥 功 能 进 一 步 提 高 施 肥 系 统 自 动 化 和 智 能 化 水 平 结 合 高 效 节 水 灌 溉 技 术 与 作 物 信 息 采 集 技 术 重 点 开 展 基 于 农 业 物 联 网 的 智 慧 精 准 灌 溉 施 肥 系 统 及 配 套 装 备 研 究 加 快 推 进 滴 灌 施 肥 及 喷 灌 施 肥 等 节 约 型 技 术 发 展 研 究 重 点 水 肥 流 动 规 律 采 用 更 有 效 的 研 究 方 法 对 文 丘 里 的 流 动 机 理 及 结 构 参 数 进 行 研 究 达 到 降 低 其 压 差 损 失 的 目 的 通 过 大 量 试 验 寻 找 不 同 种 类 肥 料 施 用 时 的 施 肥 浓 度 随 时 间 变 化 的 规 律 作 为 压 差 施 肥 应 用 推 广 的 重 要 支 撑 通 过 模 拟 与 试 验 相 结 合 的 方 法 掌 握 肥 液 进 入 田 间 后 的 流 动 过 程 总 结 出 流 动 规 律 以 进 一 步 指 导 设 备 的 施 肥 作 业 针 对 作 物 不 同 作 物 或 不 同 生 长 阶 段 对 肥 液 的 需 求 结 合 作 物 的 种 植 方 式 以 及 系 统 布 置 方 式 研 究 管 网 中 水 肥 运 移 规 律 探 索 肥 液 特 性 对 系 统 灌 水 施 肥 均 匀 性 的 影 响 优 化 设 计 方 法 加 强 水 动 比 例 施 肥 泵 的 机 理 及 设 计 方 法 的 研 究 促