水资源高效利用工程技术在设施栽培上的应用

【前言】水资源高效利用工程技术在设施栽培上的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。分期建设的奥克泉水库是凡尔凡克斯县的主要水源，由于政府自1979年实施了利用循环水增加水库储蓄水量项目，后期工程没有继续建设就基本满足了当地的用水需求，从而节约了大量工程投资；在加利福尼亚州圣地亚哥，由于实施了水的再净化工程，每年可增加20亿立方米的重复...

水资源高效利用是国民经济发展过程中必须去面对的一个重要问题。21世纪水资源将成为困扰全球发展的主要问题。王巧丽(2003)等指出我国淡水总量多。但人均占有仅为世界的1／4，排在世界109位。农业利用水资源占到用水总量的80％，渠系水利用系数仅为0.4，水浪费相当严重。同时水资源污染问题，使得原本缺乏的水资源雪上加霜，1993年全国每年排废污水355亿立方米。循环利用作为高效利用水资源的重要手段，其推广应用势在必行。现代设施农业生产过程中，合理的采用高效节水的工程技术，对实现高效设施生产具有重要作用。

背景

水资源的高效利用涉及较多的交叉领域，现代设施的水资源高效利用重点是灌溉技术的研究、推广应用和技术培训等环节，同时也需要研究水土资源的合理利用。农业种植结构的调整、用水管理体制的改革、水价政策的制定和生态环境保护等领域。(金东日等，2009)从农艺到工程技术覆盖面很广。国外节水灌溉比较发达的国家，根据各自的国情，综合考虑社会、经济、资源、环境和技术因素，采取适合本国特点的农业高效用水措施。

史忠海等研究指出以色列是一个水少地少的国家，能用的灌溉面积为22万公顷，水资源严重紧缺。由于农业用水比例占到62％，因此重点发展现代工程技术用来提高水资源利用率。从1975年到1995年，农田单位面积用水量减少36.8％，但产量增加了12倍，水的高效益利用非常明显，最终实现92％的农产品自给。水的循环利用具有巨大的社会经济效益，不仅在一定程度上减少对淡水资源的需求，

而且间接地增加了可利用的水资源量。在发达国家，建设的地下水补给工程项目已经有很多成功经验，很大程度上节省了水库等地表水利工程的建设。在美国维吉尼亚州，

分期建设的奥克泉水库是凡尔凡克斯县的主要水源，由于政府自1979年实施了利用循环水增加水库储蓄水量项目，后期工程没有继续建设就基本满足了当地的用水需求，从而节约了大量工程投资；在加利福尼亚州圣地亚哥，由于实施了水的再净化工程，每年可增加20亿立方米的重复循环用水，减轻了政府面临的水危机压力。

我国的设施农业发展迅速，人均水资源短缺。水资源的循环利用就显得更为紧迫。净化后的废水重新使用。整个过程是一个利用物理、生物和化学方法将污染物从水体中除去的过程。在国外多数地区，废水一般进行两级处理，初级污水处理是指使用机械或物理的处理系统进行废水处理，二级处理指使用生物、化学过程进行的水处理：有时为满足更高水质标准的需要，要在二级处理的基础上进行第三级处理，其目的主要是除去残留在水体中的化学物质和溶解的固体物质，经过三级处理后的污水，基本上可以满足于非直接饮用水的所有目的，包括补充地表水库和地下水层等。

设施水资源的循环利用主要包括供水、回收、过滤、消毒、加肥、检测、再供水的循环过程。工作原理图如图1所示。

集水池可建设在温室的角落，上面覆盖盖子后不影响盆栽种植，供水系统可用水泵产生稳定的输水压力，通过滴灌带、潮汐灌溉、喷头等方式到达植物根部，作物根部没有吸收的营养液等杂物就通过管路回收，经过三层过滤，根据需要进行臭氧、紫外等杀毒除菌和补充养分后，经检测合格重新进入管道进入集水池备用。基于无线控制技术的节水和循环系统

为了解决设施环境下的布线和施工成本，可根据温室实际用水的具体需求，采用通讯协议，实现无线灌溉控制，满足节水和循环高效利用的需求。该系统实现了监控中心与采集控制节点的无线通信，监控中心工控机上运行的水资源控制系统软件对采集控制节点进行灌溉控制并实现现场传感器数据的采集。节水主要是基于土壤水分传感器实现动态控制调节用水。系统的循环主要是采用臭氧方式对回收循环的营养液进行消毒，避免水循环使用时的交叉感染。

监控中心可采用Windows操作系统的工控机或计算机均可。采用串口连接一个具有RS232接口的无线模块，通过该模块与下层的采集控制节点(土壤水分传感器、臭氧空气量传感器、pH值传感器、EC值传感器、电子脉冲水表)进行无线通信。其上运行的灌溉自动化控制软件使用组态软件开发。组态软件的远程部署技术使开发大型工程变得容易，智能图形技术使开发出的图形操作界面更加直观友好。组态软件具有Modbus协议接口，可以方便与研究的抄表系统集成，完成系统的快速开发部署。灌溉自动化软件具有数据采集、数据处理、数据和设备控制的功能。

系统主要通过四个功能模块实现水资源的高效利用。如图2所示。

无线通讯模块：用来远程监测用水情况，实现数据的稳定传输，可消除因为电缆带来的温室作业不方便和各采集点的传感器移动不方便。

水量和混合液浓度监测：对每个温室用水量进行独立计费，动态显示用户的累计用水量，使温室用水情况一目了然：使用EC和pH值传感器实现循环营养液的物理特性的监测。

循环节水消毒：采用臭氧方式对回收循环的溶液进行消毒后再使用，可设定臭氧量，保证用量合适。

作物栽培床监测模块：主要通过土壤水分传感器监测是否需要水分，以便决定最佳的灌溉时间。

软件还具有其他辅助功能。查询和统计分析功能：运用图表的方式增强了数据的分析能力，使用各种图形来增强数据的表现力和直观性；灌溉自动控制功能；根据采集的传感器数据或者灌水时间表自动控制润门的开关，实现自动灌溉。

应用

在温室以及水资源高效利用方面寿光菜博会展示温室取得了很好的成绩。在杨凌农业节水新技术示范区，节水农业模式也做了大量的探索。在该示范区的核心园区建设了一批较好的水资源循环高效利用的种植方式，取得较好的展示作用。

高效节水的工程技术有多种模式，可以借助土壤水分传感器在“省水”方面做文章，也可采用潮汐灌溉等循环技术以及臭氧、紫外消毒等在“循环水”方面下功夫，还可在远程无线传输方式、控制方式实现“动态水”方面找思路。对于可移动的盆栽(图3)可以实现分时段、分片区移动式集中管理，无线土壤水分传感器采集终端和盆栽的移动管理有机结合起来，实现定时定量定浓度的施肥浇水。采用PVC的管路建设立体的栽培架子。通过营养液的循环实现水肥的持续准确供应(图4、图5)。也可采用泡沫作为基质来固定作物根部(图6～图8)，实现不同角度的空间栽培，泡沫在水中长期不损坏，而且质量轻，易于栽种。同时根据需要设计不同的造型，实现组合立体栽培，可以在起到观赏作用的同时，有效的提高资源利用效率。营养液的状况采用pH酸碱度传感器、EC值传感器实现动态监控。

目前的应用处于展示阶段，随着市场的完善和技术的不断成熟，相信水资源高效利用的实际应用发展潜力非常巨大。

结束语

水的高效利用已有很多地方的进行多种发展模式的探索。设施生产目前有高产出但投入非常高以致亏损的现象．如何缓解投入产出的矛盾，采用高效的工程新技术，在栽培环节下功夫做文章是“大有可为，可有大为”，有很广泛的市场发展前景。