白曉峰

（騎士（上海）農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司，上海 200000）

目前，中國(guó)智能化節(jié)水灌溉技術(shù)還處于初級(jí)發(fā)展階段。與節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，中國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)有水平還有待提升。在國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展要求和農(nóng)業(yè)用水緊缺的矛盾中，高效的、自動(dòng)化、智能化的節(jié)水方式應(yīng)該成為中國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展目標(biāo)。封閉式灌溉系統(tǒng)能更加高效的利用水資源，達(dá)到最優(yōu)的節(jié)水增產(chǎn)目標(biāo)，把植物學(xué)、人工智能、微電子等多種高新技術(shù)結(jié)合到節(jié)水灌溉以及回液，廢液處理技術(shù)中，按照不同作物對(duì)水的需求量進(jìn)行不同水量的灌溉，充分回收利用消毒處理后的回液進(jìn)行再灌溉，以及可以安全排放殺菌消毒后的廢液。

系統(tǒng)組成

封閉式灌溉系統(tǒng)（圖1）依次包含源水預(yù)處理系統(tǒng)，灌溉系統(tǒng)，消毒系統(tǒng)，回液處理系統(tǒng)，廢液處理系統(tǒng)。通過以上系統(tǒng)的組合控制，可以有效的去除水中病原體，實(shí)現(xiàn)按需灌溉，回收廢液進(jìn)行二次灌溉，并且直接排放經(jīng)過處理的廢液。

圖1 封閉式灌溉系統(tǒng)示意圖

源水預(yù)處理系統(tǒng)

根據(jù)灌溉水質(zhì)的差異，在灌溉水源進(jìn)入系統(tǒng)前就盡可能的減少碳酸氫根的濃度，因?yàn)樘妓釟涓鶗?huì)與水中的氫離子發(fā)生反應(yīng)，造成源水pH 上升。例如，在旁路式施肥機(jī)（沒有混合罐，肥料直接進(jìn)入系統(tǒng)）中直接加酸，此時(shí)CO2無法得到釋放，而且由于系統(tǒng)中源水罐中不停加入新的水源，碳酸氫根離子將再次形成。因此會(huì)導(dǎo)致實(shí)際灌溉至作物根部的pH 比施肥機(jī)設(shè)定的pH 偏高的現(xiàn)象。增加了源水預(yù)處理系統(tǒng)——預(yù)調(diào)酸機(jī)會(huì)釋放一定量的酸（例如35% 硝酸）到源水罐中，再通過循環(huán)水泵以及pH 傳感器，持續(xù)測(cè)量pH，并伴隨攪拌快速釋放CO2，確保灌溉水pH維持在5.8～6 的最佳狀態(tài)。從源頭調(diào)控，可以更有效的在灌溉系統(tǒng)中維持所需的pH，保障作物有效吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)中，種植者可以參考表1 三類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，從而對(duì)灌溉用水進(jìn)行預(yù)處理，達(dá)到預(yù)期灌溉目標(biāo)。

表1 不同水質(zhì)EC 與離子含量

灌溉系統(tǒng)

通過源水預(yù)處理系統(tǒng)的水，可以直接進(jìn)入灌溉系統(tǒng)。溫室生產(chǎn)中最重要的過程之一就是對(duì)水、肥用量的精準(zhǔn)調(diào)控。施肥機(jī)是灌溉系統(tǒng)的大腦，通過程序設(shè)定，文丘里吸肥器將母液注入到混肥桶中，系統(tǒng)按照設(shè)置好的工作液濃度，灌溉到指定的閥門組。例如，在番茄栽培中，可以通過系統(tǒng)設(shè)置灌溉曲線（圖2）。灌溉系統(tǒng)詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄功能，可以給種植者提供可靠的計(jì)算依據(jù)，及時(shí)調(diào)整灌溉策略，控制作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)或生殖生長(zhǎng)。每年積累的灌溉數(shù)據(jù)，可以為下一茬口的栽培計(jì)劃提供充足的實(shí)踐依據(jù)。

圖2 Ridder 系統(tǒng)中設(shè)置的灌溉曲線

消毒系統(tǒng)與回液處理系統(tǒng)相結(jié)合

傳統(tǒng)栽培中，灌溉后流出的肥水被直接排放，既浪費(fèi)又污染環(huán)境。封閉灌溉中，通過消毒系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)回液再利用，例如茄果類作物可以使用30% 左右的回液進(jìn)行重新灌溉。其中，借助低壓紫外線消毒機(jī)（圖4），回收液當(dāng)中的病原體可以被有效殺死。通常情況下，紫外線燈管的紫外線劑量為80～250 mJ/cm2，紫外線穿透率為25%。其中，紫外線劑量可以根據(jù)作物種類進(jìn)行預(yù)設(shè)，茄果類建議250 mJ/cm2，切花玫瑰建議150 mJ/cm2。

圖3 Ridder CleanLite 廢液處理裝置

圖4 Ridder VitaLite 消毒機(jī)

除了清除回液中的病原體，鈉離子的累積也不容忽視。過多的鈉離子殘留在回液中，會(huì)導(dǎo)致灌溉液的EC 升高，使肥料配比產(chǎn)生誤差，即使在合理的EC 范圍內(nèi)，也不代表實(shí)際灌溉的配方是給定的離子濃度，即到達(dá)植株根系的配方不準(zhǔn)確。除Na+機(jī)組的引入，通過將正負(fù)兩層離子選擇膜與電容性電滲析技術(shù)成功組合，盡可能去除回液中鈉及氯的同時(shí)，其他多電荷離子，包括鈣、鎂和磷酸鹽等，均被保留在回液中，實(shí)現(xiàn)高效可持續(xù)循環(huán)農(nóng)業(yè)。

廢液處理系統(tǒng)

經(jīng)過反復(fù)使用的回液，最終需要排放到地表或城市污水系統(tǒng)。但是未經(jīng)處理的廢液，可能含有有害物質(zhì)，化學(xué)藥劑和化肥殘留物，一旦隨意排放將對(duì)環(huán)境和地下水造成污染。廢液處理系統(tǒng)（圖3）可以通過廢液凈化機(jī)組，可以去除廢液中的農(nóng)藥殘留物，采用紫外線輻射和過氧化氫（濃度約35%）組合，通過加藥泵注入廢液中，有效去除廢液中的有害物質(zhì)，例如農(nóng)藥殘留吡蟲啉。經(jīng)過凈化的廢液則可以安全的排放。

應(yīng)用案例

2019 年，北京中環(huán)易達(dá)設(shè)施園藝科技有限公司開啟了國(guó)家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新園的升級(jí)改造工程。項(xiàng)目集AI 花卉工廠化種植實(shí)驗(yàn)室、花卉產(chǎn)業(yè)化場(chǎng)景示范、科研創(chuàng)新成果展示交流與轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移等多功能于一體，致力推進(jìn)花卉產(chǎn)業(yè)向自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化全產(chǎn)業(yè)鏈方向發(fā)展。展示區(qū)溫室包含多個(gè)功能性模塊，包括雨林迎賓廳、智能果菜實(shí)驗(yàn)室、DFT 葉菜自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室、花卉以及種苗研發(fā)中心。園區(qū)安裝了茄果類種植的滴灌系統(tǒng)，葉菜種植的DFT 系統(tǒng)以及盆花種植的潮汐苗床系統(tǒng)，幫助種植者節(jié)約40% 左右的水肥。