设施大棚沙培蔬菜水肥一体化系统设计

引言

蔬菜是城乡居民生活必不可少的重要农产品，保障蔬菜供给是重大的民生问题。近年来，设施蔬菜产业取得了快速发展，对解决蔬菜周年均衡供应、促进农民增收、提升农业资源高效利用等方面具有重要意义。随着设施蔬菜连作年限增加，特别是水肥管理不科学，导致设施蔬菜土壤连作障碍越来越重。水肥管理是设施蔬菜种植技术中的关键环节，但很多农户在设施蔬菜种植过程中管理粗放，导致设施内病虫害加重、作物徒长、成本增加、效益下降。

无土栽培是近几十年来发展起来的一种作物栽培的新技术。无土栽培技术可人工创造良好的根际环境以取代土壤环境，有效防止土壤连作病害及土壤盐分积累造成的生理障碍，充分满足作物对矿质营养、水分、气体等环境条件的需要。沙培是以沙子为基质的一种无土栽培方式。沙培具有通透性强、易采收、清洁、少病害等特征。而且由于沙子的比热容较小，升温快，降温也快，保证地温的同时，能产生较大温差，因此，以沙子为基质栽培的果蔬具有口感好、少病害、产量高等优势，深受消费者的青睐。但是沙子的保水能力较差、肥效低，与传统的土壤栽培有较大差异，因此，为了保证设施大棚沙培蔬菜得到合理、可靠、稳定的灌水和施肥，需要对设施大棚沙培蔬菜水肥一体化灌溉系统进行专门的设计。本文以位于浙江省平湖农业经济开发区农创园沙培蔬菜设施大棚项目区进行设计。

1 总体设计

1.1 系统结构

沙培蔬菜水肥一体化灌溉系统主要采用水肥一体化技术与物联网控制技术相接合，由灌溉系统、施肥系统和自动化控制系统三部分组成。灌溉系统主要由水源工程、首部枢纽、田间灌溉管网及灌水器构成；施肥系统主要由控制器、肥料灌、施肥器、传感器以及混合罐、混合泵等组成；自动化控制系统主要有两线解码控制技术、解码器、电磁阀等组成。

1.2 工作流程及原理

上位机管控系统→水源→量测装置（水表、压力表）→过滤器装置（进排气装置）→施肥机→干管（地埋PVC 管）→支管→灌水电磁阀→地面PE 管→滴灌灌水器。

2 设计滴灌系统参数的确定

2.1 灌溉设计保证率

根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB -2018）：经济效益较高的作物，灌溉设计保证率应取85%～95%中较大值，蔬菜沙培水肥一体化灌溉设计保证率取值为95%。

图1 滴灌带（管）铺设方式示意图蔬菜：一膜四管五行，行距25cm×株距25cm

2.2 种植模式

沙培蔬菜种植采用固定式栽培槽种植，种植槽宽度为1.2m，耕作道路0.6m，蔬菜种植株行距为0.25×0.25m，灌溉方式采用一膜四管五行，种植模式如图1。

2.3 灌溉水利用系数

规范《微灌工程技术规范》（GB/T-2009）规定：对于滴灌水利用系数不应低于0.9、微喷灌、涌泉灌不应低于0.85。

2.4 设计作物耗水强度Ea

规范《微灌工程技术规范》（GB/T-2009）规定：设计作物耗水强度应由当地试验资料确定，无资料时可通过计算下表1 选取。

表1 设计作物耗水强度 单位：mm/d注：干旱地区宜取上限值作物 葡萄、树、瓜类粮、棉、油等植物蔬菜(保护地)蔬菜(露地)冷季型草暖季型草滴灌 3—7 4—7 2—4 4—7 — —微喷灌 4—8 — — 5—8 5—8 3—5

项目区为蔬菜保护地且位于湿润地区，设计作物耗水强度取中间值3mm。

2.5 设计灌水均匀系数Cu

规范《微灌工程技术规范》（GB/T-2009）规定：微灌系统灌水小区灌水器设计允许流量偏差率应满足[qv]≤20%。

2.6 设计湿润层深度

蔬菜沙培水肥一体化由于沙子铺设厚度为0.15m，设计湿润层深度取0.15m。

2.7 沙培土壤特性指标

沙子的容重按照为1.6g/cm3，田间持水量为8%（重量比），适宜土壤含水率上限θmax取田间持水量的95%，下限θmin取65%。

3 灌溉制度确定

3.1 最大净灌水定额

式中：mmax，最大净灌水定额，mm；γ，土壤容重，1.6g/cm3；h，计划湿润土层深度，0.15m；ρ，设计土壤湿润比，0.9；θmax，θmin-适宜土壤含水率上下限，占干土重量的百分比。上下限一般取田间持水量（重量比） 的65～90%，田间持水量为25%。经计算mmax=5.2mm。

3.2 设计灌水周期

式中：Tmax，最大灌水周期，天；Ia，作物设计供水强度，Ia=3mm/d。经计算Tmax=1.7d，设计灌水周期T 取1d。

文章来源：《灌溉排水学报》 网址: http://www.ggpsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0121/487.html