水资源高效利用工程技术在设施栽培上的应用

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1、水资源高效利用工程技术在设施栽培上的应用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，使得原木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，

2、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FI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，农田单位血积用水量减少36.8%,但产量

3、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

4、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屮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，包括补充地表水带和地下水层等。设施水资源的循环利用主要包括供水、回收、过滤、消毒、力口肥、检测、再供水的循环

5、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

6、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、电了脉冲水表）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岀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

7、集成，完成系统的快速开发部署。灌溉口动化软件具有数据采集、数据处理、数据发布和设备控制的功能。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pll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