棉花半自動(dòng)式膜下滴灌種植技術(shù)操作規(guī)程

牛靖冉，王建江，吳晨濤，王春霞，謝 峰

1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆石河子 832000 2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)148團(tuán)水管站，新疆石河子 832000

本標(biāo)準(zhǔn)適用于新疆棉花自動(dòng)化膜下滴灌棉花種植。

1 自動(dòng)化控制原理

這套系統(tǒng)由水源啟閉控制裝置、首部過(guò)濾施肥系統(tǒng)清洗以及流量控制裝置、安全控件、系統(tǒng)中央控制器及發(fā)射接收裝置、田間灌溉電磁閥及傳感器、田間解壓器（簡(jiǎn)稱RTU）等組成[1]。整個(gè)系統(tǒng)依靠集中操作的監(jiān)控方式，其中也存在離散分部工作，通過(guò)收集田間土壤水分的消耗、作物耗水方式等資料并傳送給系統(tǒng)主控制器[2]，系統(tǒng)主控制器中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)棉花需水規(guī)律和生長(zhǎng)情況制定符合水利學(xué)要求的輪灌計(jì)劃[1]，并將該計(jì)劃轉(zhuǎn)換成控制指令發(fā)送到對(duì)應(yīng)的田間控制站，田間控制站接收到指令后控制對(duì)應(yīng)電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉[3]，從而實(shí)現(xiàn)灌溉計(jì)劃。這是一種對(duì)于作物的生長(zhǎng)更為精準(zhǔn)的灌溉方式。

自動(dòng)化膜下滴灌共具有三種模式，除了具備智能化控制之外，還具備與人工結(jié)合和全人工控制模式。

自動(dòng)化與人工結(jié)合模式：此模式依照氣候條件、農(nóng)田土質(zhì)含水量等因素采取人工控制灌溉，使用者能參照數(shù)據(jù)分析結(jié)果用智能終端達(dá)到自動(dòng)化控制灌溉[4]。

全人工控制，此方法是自動(dòng)化系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)使用的。運(yùn)用人工方法來(lái)控制灌溉，來(lái)保證農(nóng)田的用水需求。

1.1 術(shù)語(yǔ)及定義

1.1.1 傳感器

包括水位、壓力、流量、土壤墑情、溫度、濕度等。這些設(shè)備負(fù)責(zé)將實(shí)際的量轉(zhuǎn)化為容易處理的電子信號(hào)。

1.1.2 自動(dòng)氣象站

監(jiān)測(cè)采集田間氣象資料。

1.1.3 現(xiàn)場(chǎng)顯示型送變儀

將傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行16Bit/的A/D轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示[5]。

1.1.4 中央控制站

中央監(jiān)控站由中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、GSM/GPRS模塊、Internet 連接設(shè)備和相應(yīng)的軟件構(gòu)成。它通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)與田間控制站進(jìn)行信息交換，對(duì)田間采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給管理者提供決策信息，然后根據(jù)決策指令對(duì)首部泵站與田間控制站發(fā)出工作指令[6]。

1.1.5 田間控制站

田間控制站主要是通過(guò)田間設(shè)備對(duì)土壤墑情、氣象等數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)的采集及整理。向中央控制站提供灌溉決策依據(jù)，中央控制站根據(jù)信息對(duì)電磁閥發(fā)出灌溉指令。

1.1.6 電磁閥

電磁閥是負(fù)責(zé)執(zhí)行灌水指令的末端設(shè)備。該設(shè)備對(duì)于自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)十分重要，所以電磁閥的成本及使用效果對(duì)于自動(dòng)化設(shè)備的整體使用效果十分重要[7]。

1.1.7 栽培模式

種植模式常用一膜三管六行模式，膜寬為2.2 m。植株距滴灌帶10 cm，膜間60 cm。一個(gè)出水樁控制的面積為57 m×35 m。

1.1.8 傳感器的埋設(shè)

一個(gè)出水樁控制的區(qū)域要埋設(shè)1 組傳感器，埋設(shè)位置為該區(qū)域中心滴頭下方，埋設(shè)深度為20 cm、40 cm、60 cm。

1.1.9 灌溉制度的確定

自動(dòng)化灌水指令由人工設(shè)置的灌水閾值確定，所以灌溉制度的確定主要依據(jù)灌水閾值的確定，各生育期合適的灌水閾值如表1。

表1 各生育期土壤閾值

由于自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)灌水定額小，平均每次的灌水定額為14.81 m3/666.7m2，灌水周期短，為4 d，即提高灌水的頻率15次[8]，減少單次灌水量，生育期灌水量為222.15 m3/666.7m2。也只有自動(dòng)化灌溉可以保證較高的灌水頻率，較傳統(tǒng)滴灌（灌水周期為6～7 d，灌水頻率為9～11 次，平均灌水定額為22.2 m3/666.7m2，灌水量為244.2 m3/666.7m2）能夠更好的為棉花提供適宜的水分環(huán)境，更有利于作物生長(zhǎng)。

1.1.10 施肥量的確定

按尿素[CO(NH2)2]和速溶磷酸甲胺[KH2PO4.NH4H2PO4]按2：1 的比例通過(guò)比例施肥機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化隨水施肥，生育期的總施肥量為556 kg/hm2。

對(duì)棉花滴灌施肥的方法

氮肥的滴施

氮肥在棉花生育期隨水滴施尿素371 kg/hm2，各生育期施肥量詳見(jiàn)表2。

表2 棉花各生育期施肥量

1.1.11 施肥的技術(shù)要求

（1）滴灌施肥必須要具備優(yōu)質(zhì)的土壤，包括物理性能較好，孔隙豐富，土壤透氣性強(qiáng)，這樣是為了水肥充分融合后均勻的滲向橫向及縱向20～30 cm 處，形成淺類似于圓錐狀的濕潤(rùn)帶。所以高產(chǎn)和培肥相結(jié)合[9]，可以施用有機(jī)肥，從而有效改善土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)于形成良好的土壤物理性能有積極的作用。

（2）棉花的不同生育階段對(duì)肥料需求不同，依據(jù)測(cè)土配方及棉花的需肥規(guī)律，在各生育期設(shè)定合理的施肥量，并可根據(jù)需要補(bǔ)充的中微量元素，提高施肥精度，充分發(fā)揮滴灌施肥技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[9]。

（3）肥料放入施肥罐后經(jīng)過(guò)充分溶解隨水施肥。為了減小土壤對(duì)肥料的固定，施肥前應(yīng)先滴水0.5～1.0 h,然后滴入充分溶解的肥料，并在停水前0.5～1.0 h停止施肥。

（4）新疆土壤多呈堿性，這就要求滴灌肥料為中性或酸性肥料，以減少水及土壤中堿性物質(zhì)對(duì)肥效的影響[10]。

（5）滴灌肥料必須水溶性好（≥99.5%），含雜質(zhì)及有害離子少，防止滴頭堵塞造成的棉田肥水不勻及肥效降低[9]。

2 主要設(shè)備操作規(guī)程

2.1 過(guò)濾器操作規(guī)程

（1）同時(shí)打開(kāi)每個(gè)砂石+網(wǎng)式過(guò)濾器的進(jìn)水閥，關(guān)閉反沖洗，關(guān)閉施肥灌的進(jìn)出水閥，確定具備運(yùn)行條件后開(kāi)啟水泵[11]，過(guò)濾器開(kāi)始運(yùn)行，正常運(yùn)行后定時(shí)巡檢，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)停機(jī)排除。

（2）當(dāng)某個(gè)砂石過(guò)濾器進(jìn)出水壓力表壓差超過(guò)0.07 Mpa 時(shí)，說(shuō)明此砂石過(guò)濾器污物較多，需反沖洗閥進(jìn)行反沖洗[12]，操作為：關(guān)閉灌進(jìn)水閥，打開(kāi)灌反洗閥，待水質(zhì)清潔后，恢復(fù)至運(yùn)行狀態(tài)。

（3）當(dāng)網(wǎng)式過(guò)濾器進(jìn)出水壓力表超過(guò)0.07 Mpa時(shí)，說(shuō)明網(wǎng)式過(guò)濾器已臟，此時(shí)應(yīng)抽水網(wǎng)式過(guò)網(wǎng)芯。用清水清除網(wǎng)上雜質(zhì)，清除干凈后裝土，所有網(wǎng)式過(guò)濾器逐個(gè)清除[13]。

（4）施肥：先滴清水1 h，打開(kāi)施肥灌進(jìn)肥口，倒入可溶性肥料，加肥量不得超過(guò)罐容積的三分之二，打開(kāi)進(jìn)水閥注滿水，關(guān)閉進(jìn)肥料口，浸泡10 min，打開(kāi)施肥灌出水閥，調(diào)整節(jié)流閥，使肥料灌進(jìn)，出水管壓力表差為0.06～0.08 Mpa。施肥開(kāi)始，待肥料施完后，再次加肥，肥料施夠后，滴清水至規(guī)定的清罐時(shí)間。

2.2 水泵操作規(guī)程

（1）自動(dòng)運(yùn)行前，用手搬動(dòng)進(jìn)水閥手柄，刻度指向滿刻度，搬動(dòng)第一臺(tái)泵出水閥手柄，刻度指向二分之一，其余出水閥搬至全開(kāi)狀態(tài)。

（2）檢查水位、水泵、電機(jī)是否正常，過(guò)濾器各需要打開(kāi)或關(guān)閉的閥門是否打開(kāi)或者關(guān)閉，滴灌地操作人員是否準(zhǔn)備就緒。

（3）具備開(kāi)泵條件后，將電控柜內(nèi)各自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)合上，自動(dòng)主令開(kāi)關(guān)搬至自動(dòng)運(yùn)行位置，即開(kāi)始自動(dòng)啟動(dòng)水泵。

（4)打開(kāi)變頻工作柜，觀察變頻啟動(dòng)情況。

（5）壓力正常后，將第一臺(tái)水閥搬至滿刻度，運(yùn)行中各水泵45KW 點(diǎn)擊運(yùn)行點(diǎn)擊流量不得超過(guò)80A，如有超過(guò)，通過(guò)調(diào)整水泵出水閥手柄來(lái)控制。

（6）手動(dòng)運(yùn)行：將水泵出水閥全關(guān)，進(jìn)水閥全開(kāi)，將手/自動(dòng)開(kāi)關(guān)扭向手動(dòng)，按動(dòng)第一臺(tái)泵的手動(dòng)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)泵機(jī)，待電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，緩慢開(kāi)啟水泵出水閥，觀察電機(jī)電流表，電流不得超過(guò)80 A，運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，依次啟動(dòng)其他水泵，直至滿足壓力要求，運(yùn)行中必須保證電機(jī)電流不超過(guò)80 A，如超過(guò)，通過(guò)調(diào)整水泵出水閥手柄來(lái)控制。

（7）自動(dòng)運(yùn)行關(guān)閉：將手/自動(dòng)開(kāi)關(guān)扭向中間位置，水泵會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行。

（8）手動(dòng)運(yùn)行關(guān)閉：在手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，先依次關(guān)閉各水泵出水閥，將電機(jī)工作電流降至最低，然后按下每臺(tái)水泵的停止按鈕，水泵手動(dòng)運(yùn)行停止。

3 自動(dòng)化灌溉注意事項(xiàng)

（1）在安裝電磁閥之前，必須先進(jìn)行管道排污，等排污結(jié)束后再安裝電磁閥，嚴(yán)禁通過(guò)電磁閥排污，否則會(huì)造成電磁閥堵塞。

（2）泵啟動(dòng)前，必須先啟動(dòng)分布在不同分干管上的支管的電磁閥，進(jìn)行灌溉[14]。

（3）灌溉時(shí)間到達(dá)前，必須提前關(guān)閉水泵；若要繼續(xù)灌溉必須提前2 min啟動(dòng)新的輪灌組或者單個(gè)電磁閥，否則全部電磁閥門關(guān)閉后，會(huì)造成管道壓力增大甚至出現(xiàn)管爆。

（4）輪灌組因遵循專為本地設(shè)計(jì)的灌溉運(yùn)行表進(jìn)行操作，同一地塊不得同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)以上支管電磁閥門，否則壓力會(huì)不均衡，支管管道壓力下降，達(dá)不到滴灌帶額定滴水流量，造成灌溉出水不均勻，影響作物生長(zhǎng)。

（5）農(nóng)戶不得擅自打開(kāi)電磁閥手動(dòng)開(kāi)關(guān)，因管道或者電磁閥維護(hù)需要打開(kāi)或者關(guān)閉電磁閥手動(dòng)開(kāi)關(guān)，問(wèn)題排除后必須恢復(fù)電磁閥開(kāi)關(guān)自動(dòng)狀態(tài)，否則系統(tǒng)將無(wú)法控制電磁閥。

（6）農(nóng)戶不得隨意拆卸電磁閥門上的電磁頭，如在拆卸過(guò)程中，丟掉電磁頭中任何部件，則電磁閥將無(wú)法手動(dòng)控制，更無(wú)法自動(dòng)控制。

（7）控制計(jì)算機(jī)僅為自動(dòng)化灌溉服務(wù)，不得隨意進(jìn)行任何與此無(wú)關(guān)的操作，更不得通過(guò)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備往計(jì)算機(jī)內(nèi)復(fù)制無(wú)關(guān)文件，否則可能造成病毒發(fā)作，影響自動(dòng)化操作，甚至造成計(jì)算機(jī)癱瘓。