苹果水肥一体化系统设计与应用

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0819

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (7): 122-128.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0819

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苹果水肥一体化系统设计与应用

王薇¹^,²(), 陈恩典¹(), 黄乾¹^,², 夏海波¹^,²

¹ 山东省水利科学研究院，济南 250013
² 山东省水资源与水环境重点实验室，济南 250013

收稿日期:2022-07-19 修回日期:2022-11-15 出版日期:2023-03-05 发布日期:2023-03-15
通讯作者: 陈恩典，男，1979年出生，山东嘉祥县人，高级工程师，硕士，主要从事水利工程施工、监理、检测应用技术、建设管理模式等研究。通信地址：250013 山东省济南市历下区历山路125号山东省水利科学研究院，E-mail：7028661@qq.com。
作者简介:
王薇，女，1980年出生，山东微山人，工程师，博士研究生，主要从事农业水土资源利用、农业节水方面的研究。通信地址：250013 山东省济南市历下区历山路125号，E-mail：wang1980wei@163.com。
基金资助:
山东省水利科学研究院自选课题项目“山东省苹果园水肥一体化技术应用研究”(SDSKYZX202110); 2022年度山东省重点研发计划项目“大型喷灌装备关键技术研发与应用”(2022CXGC020707)

Design and Application of Automatic Water and Fertilizer Integration System for Apple

WANG Wei¹^,²(), CHEN Endian¹(), HUANG Qian¹^,², XIA Haibo¹^,²

¹ Water Resources Research Institute of Shandong Province, Jinan 250013
² Shandong Provincial Key Laboratory of Water Resources and Water Environment, Jinan 250013

Received:2022-07-19 Revised:2022-11-15 Online:2023-03-05 Published:2023-03-15

摘要/Abstract

摘要：

在综合利用计算机科学、地理信息科学、面向服务科学等多学科理论、方法和技术的基础上，以物联网、云计算、人工智能和自动控制理论为指导，设计泵房控制终端、田间控制终端、气象站监测终端、墒情监测终端，建立基于气象的水肥一体智能灌溉模型，构建水肥一体智能灌溉云服务系统。依据土壤墒情和气象要素灌溉决策技术的数学模型，形成灌溉方案，通过智慧灌溉水肥一体化系统将方案下发到水肥一体化设备，从而实现灌溉和施肥从科学决策到精准执行全链条的管理。通过应用实例探究其应用效果，并对云服务技术嵌入水肥一体灌溉设备的效果进行了分析评价。实例表明，应用水肥一体智能灌溉设备可达到节水36.36%、节肥26.17%、增产16.67%、苹果优质果比例提升13%，具有极大的推广应用价值。

关键词: 水肥一体化, 苹果, 全自动, 系统设计, 应用

Abstract:

Guided by the theories of the Internet of Things, cloud computing, artificial intelligence and auto-control, we comprehensively utilized the methods and technologies of computer, geographic information and service-oriented sciences, to design a control terminal system, which included pump room control terminal, field control terminal, weather station monitoring terminal and moisture monitoring terminal, and constructed an intelligent irrigation cloud service system based on weather. The irrigation scheme would be generated according to the mathematical model of irrigation decision-making based on soil moisture and meteorological elements, and the intelligent irrigation cloud service system would distribute it to the water fertilizer integration equipment, thus realizing the whole chain management of irrigation and fertilization from scientific decision-making to accurate implementation. The result shows that the intelligent irrigation equipment with integrated water and fertilizer can achieve 36.36% water-saving rate, 26.17% fertilizer saving rate, 16.67% yield increasing rate and 13% increase in the proportion of high-quality apples, which has great popularization and application value.

Key words: integrated system of water and fertilizer, apple, fully automatic, system design, application

王薇, 陈恩典, 黄乾, 夏海波. 苹果水肥一体化系统设计与应用[J]. 中国农学通报, 2023, 39(7): 122-128.

WANG Wei, CHEN Endian, HUANG Qian, XIA Haibo. Design and Application of Automatic Water and Fertilizer Integration System for Apple[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(7): 122-128.

图/表 9

图1. 苹果全自动水肥一体化技术系统结构图

图2. 泵房控制终端结构图

图3. 田间控制终端结构图

图4. 小型气象站结构图

图5. 土壤墒情监测站结构图

图6. 智慧灌溉水肥一体化系统架构图

图7. 示范区水肥一体智能灌溉云服务系统登录界面

处理	灌溉方式	优质果比例/%	年产量/(kg/hm²)	均价/(元/kg)	增产率/%	年增收/(元/hm²)
水肥一体化	滴灌	75	4.518×10⁴	6	16.67	7.5×10⁴
对照	常规漫灌	62	3.765×10⁴	5.2

表1. 苹果全自动水肥一体化滴灌工程与传统地面灌溉工程苹果品质产量对比

处理	灌溉方式	年灌溉定额/(m³/hm²)	节水率/%	年施肥量/(kg/hm²)	节肥率/%
水肥一体化	滴灌	1680	36.36	1650	26.17
对照	常规漫灌	2640		2235

表2. 苹果全自动水肥一体化滴灌工程与传统地面灌溉工程效益分析

参考文献 27

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