温室智能装备系列之七十二钵杯育苗手持水肥高效调节装置的开发

背景

育苗是设施蔬菜高效生产的一个关键环节，是工厂化规模化生产的必需条件，正确采用优良种子育出壮苗，是关系蔬菜种植效益的前提，也是大型基地获得高产、优质、高效益产品的保障，是必须跨越的技术屏障（张志军，2011）。目前，生产中常用的育苗方式为穴盘育苗和钵体育苗，这两种育苗方式具有成本较低，省工、省力，便于机械化生产，效率高、节省能源，种子和育苗场地便于规范化管理、适宜远距离运输和机械化移栽等优点（徐海，2014）。钵杯育苗具有方便集中管理，预防病虫害和挑选移栽方便的优势，不伤根，不伤苗，越来越多的得到推广和应用。钵杯育苗每棵苗在相对独立的土壤中生长，其肥水利用相对比较孤立，在调节和控制上需要根据苗期生长的需要进行精确调节。传统的人工水壶喷淋或天车喷淋不太适合其精准度的要求。如何采用辅助机械实现精准控制，同时提高工作效率是一个值得探索的问题。

手持水肥装置的应用操作非常灵活，可根据需要灵活布放，通过在钵杯或花盆中放置水肥传感器监测其土壤基质的水分含量，根据水分含量进行智能决策，能实现无人值守条件下的水肥高效调节，该装置的开发大幅度提高水肥投施的精度，实现钵体育苗长势一致，提高水肥利用效率。

设计

脚踏开关发出信号发送给控制器，可读取当前水肥传感器的参数，并计算距离饱和阈值的差量，根据差量控制电磁阀和水泵工作，补充所需的水肥。主管的末端有手持的把柄，可以手持将侧管对准面的根部插入后放置进去，实现侧管和秧苗根部的贴紧，确保侧管漏水滴点能滴入每个钵杯中。主管可通过手抓左右移动，如图1 所示，使得每个钵杯中的滴水点都能在根部的中心区域，提高水肥利用效率。

侧管的末端用弹性塑料密封，起到密封和防止滴漏的同时，也可以随意拆卸，方便对侧管内壁的清洗，如图2所示侧管的红色堵头能够拆卸，侧管和主管采用PVC快速固化胶粘接，利用溶解剂能方便地拿下来替换，以便适应不同钵杯尺寸育苗使用，提高设备的通用性。

土壤水分传感器和土壤溶液离子浓度传感器在线实时获取土壤当前参数，并将传感器信号发送给控制器进行土壤状态的决策，土壤水肥饱和阈值设计为上下限，当进入触发区间并接近上边界后停止补充水肥溶液，当蒸发流失的水肥量接近下边界后，开始补充水肥量。

通过控制器的设置可以实现土壤水肥阈值从10%到90%的灵活调节，调节精度为0.1%，肥料溶液可以采用压力泵供给，也可以采用水箱预先储存肥料溶液，利用高度差进行定量施肥灌溉。能够实现播种育苗时的定量灌水，也可在苗期放置在钵杯上实现无人模式下的水肥自动定量供给。或者在苗期施肥时可以根据需要对钵杯里的待移栽进行施肥和灌水，也可根据需要进行根部施药。

该装置采用模块插槽的方式设计其信号采集，通过高低电平输出方式实现各路独立控制，可扩展EC值和PH传感器接口，可对每个钵杯进行单独检测，基于内部时钟进行自动计时，可根据星期、时、分进行分时控制，实现施肥控制的多种选择模式。

应用

经过装置在育苗床和地面育苗栽培中进行测试，可对PVC钵杯、花盆等进行施肥作业，适合设施集中化育苗作业，也可与温室施肥机、施药机配套使用，实现已有设备的系统化利用。

在北京市农林科学院植物保护所温室进行了测试和应用，能快速完成阵列钵杯育苗的水肥快速精准投入，可一次完成25 盘秧苗的水肥精确补给。图3是其在田间试验图。每分钟可完成200 个以上的钵杯的水肥快速投入。根据钵杯水肥的精准度要求，可以改为每个钵杯单独一个水肥传感器，一个注肥头，实现单个钵杯“定量施肥，按需按时”的控制要求，在实际生产中，其成本相对低廉，并可高精度实现钵杯之间差异施肥，移动作业的需要，在劳动力缺乏、植株对水肥敏感的作物育苗中，该装置大有用武之地。

*院创新能力建设项目；果类蔬菜产业技术体系北京市创新团队支持