设施农业栽培学生用参考课件.doc

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1、设施农业栽培学第一章概述设施农业属高投入高产出， 资金、 技术、 劳动力密集型的产业。 是利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚， 走向现代工厂化农业、环境安全型农业生产、 有机农业的必由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性， 实现农产品的反季节上市， 进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。设施农业从种类上分， 主要包括设施园艺和设施养殖两大部分。 设施养殖主要有水产养殖和畜牧养殖两大类。一、设施农业的发展历史公元前 4 世纪欧洲已有著作记述植物被种在保护地上生长；1516 世纪，英国、荷兰、法国和日本等国家就开始建造简易的温室，栽培时令蔬菜或小水果；1718 世纪，法国、

2、英国、荷兰等国家已出现玻璃温室；19 世纪初，英国学者开始大量研究温室屋面的坡度对进光量的影响以及温室加温设备问题，英国、荷兰、法国等国家出现了双屋面玻璃温室；19 世纪后期，温室栽培技术从欧洲传入美洲及世界各地，中国、日本、朝鲜等国家开始建造单屋面温室。20 世纪 60 年代。美国成功研制无土栽培技术。使温室栽培技术产生一次大变革。2005 年前后，物理植保技术的出现及其集成技术防病效果的认可和中国蔬菜对外出口频遭相关贸易国的绿色壁垒以及国内频现的食品安全问题。 在这种形势下我国农业科学家提出了环境安全型温室的概念。环境安全型温室是一种物理植保技术、 环境控制技术、生物防治技术为核心的， 能

3、够不使用农药或其他化学品就能防治植物病虫害， 并能保障植物避免恶劣气候和生理性障碍的封闭型植物养育设施。环境安全型温室主要分为物理植保型温室和环境控制型温室两大类。 前者着重于植物全生育期病虫害的物理防治设施配置。 后者则是病虫害、生理障碍、生长环境调控都加以控制的温室。物理植保型温室主要以物理植保技术集成体系为植保设施核心设计而成， 即土壤病虫害防治设计为土壤电处理模式、 地上部分的气传病害防治设置为空间电场防治模式、 飞翔类害虫的防治设置为色、 光双诱电捕杀与防虫网结合模式、 红蜘蛛等螨类为生物防治模式或称紫苏防螨模式。环境控制型温室是在物理植保型温室的基础上， 再辅以温度、光照、二氧化碳

4、浓度调控模式的温室， 这类温室不仅能确保植物生长期病虫害的无农药化防治还能够确保连阴天或极端恶劣气候条件下仍能生长或保苗保秧。生长环境辅助设施包括热风炉或土壤加温线或湿帘、空间电场发生系统、补光灯、二氧化碳增施系统，其中，空间电场发生系统除了预防气传病害以外还具有植物光合作用的调控功能，可增强植物在低光照环境中的光合作用强度。二、设施园艺的主要类型及其优缺点设施园艺按技术类别一般分为玻璃/PC（聚碳酸酯 Polycarbonate）板连栋温室（塑料连栋温室） 、日光温室、塑料大棚、小拱棚（遮阳棚）四类。 玻璃/PC 板连栋温室具有自动化、智能化、机械化程度高的特点，缺点一次性投资大，对技术和管

5、理水平要求高、能耗大。 日光温室的优点有采光性和保温性能好、取材方便、造价适中、节能效果明显，适合小型机械作业。缺点在于环境的调控能力和抗御自然灾害的能力较差。 塑料大棚安装拆卸简便，通风透光效果好，使用年限较长，棚内立柱过多，不宜进行机械化操作，防灾能力弱，一般不用它做越冬生产。 小拱棚（遮阳棚）的特点是投资少，作业方便，管理非常省事。其缺点是不宜使用各种装备设施，并且劳动强度大，抗灾能力差，增产效果不显著。主要用于种植蔬菜、瓜果和食用菌等。三、设施养殖的主要类型及其优缺点设施养殖主要有水产养殖和畜牧养殖两大类。 水产养殖按技术分类有围网养殖和网箱养殖技术。在水产养殖方面，围网养殖和网箱养殖

6、技术已经得到普遍应用。网箱养殖具有节省土地、可充分利用水域资源、设备简单、管理方便、效益高和机动灵活等优点。安徽的水产养殖较多使用的是网箱和增氧机。 在畜牧养殖方面，大型养殖场或养殖试验示范基地的养殖设施主要是开放（敞）式和有窗式，封闭式养殖主要以农户分散经营为主。四、设施农业主要材料与设备1、园艺设施建造材料玻璃/PC 板连栋温室以透明玻璃或 PC 板为覆盖材料的温室，这类温室的骨架为镀锌钢管，门窗框架、屋脊为铝合金轻型钢材；塑料连栋温室以钢架结构的为主；钢架大棚，采用钢管搭建大棚，目前普遍用连接件代替焊接技术来固定钢管；竹木大棚，用竹片或竹竿做骨架，每个骨架用水泥柱或木桩做支柱；小拱棚、遮

7、阳棚多用竹木做骨架，以塑料薄膜和稻草等其他材料简单搭盖。2、园艺设施主要设备物理植保技术装备包括温室电除雾防病促生系统、 土壤连作障碍电处理机、 臭氧病虫害防治、色光双诱电杀虫灯、防虫网；物理增产技术装备包括利用空间电场生物效应制造的空间电场光合作用促进系统、 烟气净化二氧化碳气肥机、补光灯、滴灌系统等；耕耙机械装置包括微耕机、微滴灌装置；喷雾植保机械包括机动和手动施药器具；温室设施外使用的机械装备有草苫（保温被）卷帘机、卷膜器等。3、设施养殖主要设备畜禽养殖，环境安全型畜禽舍是建设重点， 其中的防疫装备包括空间电场防疫系统、 等离子体灭菌除臭系统，而生产辅助设备土要有喂料机、喷淋设备、风机、

8、冷水帘以及粪便处理设备等，大型养牛场还配备了自动挤奶、杀菌、冷藏等设备。大型鸡、鸭、鹅饲养场还配备有自动孵化设备；水产养殖， 目前应用最普遍的是利用聚乙烯网片制作的网箱， 配备的设备主要是增氧机。五、设施建造成本与效益比较1、设施建造成本玻璃温室的投资成本在 8001000 元/平方米；PC 板温室的造价在 10001200 元/平方米；塑料连栋温室以钢架结构的为主，造价在100140 元/平方米；日光温室按建筑材料不同，造价在40120 元/平方米不等；钢管大棚造价 2540 元/平方米。竹木大棚的造价在 1015 元/平方米；小拱棚、遮阳棚造价平均5 元/平方米。2、效益比较山东省设施栽培

9、平均效益是露地栽培的5 倍以上。 日光温室纯收入 10000 元左右。 塑料大棚纯收入为 3000 元左右。六、设施农业发展的方向1、设施标准化、大型化发达国家根据当地的自然条件、 农业资源情况、 气候和栽培特点等因素， 设计适合当地条件，能充分利用太阳辐射的标准型设施、 装置及构件，实现了农业设施的系列化和标准化。 与此同时为了节省材料、降低成本，提高采光率、栽培效益及经济效益，发达国家的生产型温室不断向大型化方向发展。此外，连栋温室得到普遍推广，温室的室高在4.5 m 以上。温室空间扩大后可进行立体栽培，便于机械化作业。2、作业机械化设施内生产管理的机械化是设施农业的重要方面。发达国家已经

10、在设施农业中广泛使用小型、轻便、多功能、高性能的设施园艺耕作机械、播种育苗装置、灌溉施肥装置以及自动嫁接装置等，普遍实现了播种、育苗、定植、管理、收获、包装、运输等作业的机械化。3、设施环境监控自动化、智能化、网络化美国开发了能够辨别秧苗质量并能分拣的温室移苗作业机器人； 日本开发了可行走的耕耘施肥机器人、能在设施内完成各项作业的无人行走车， 用于组织培养作业的机器人。 柑橘和葡萄收获机器人等。目前，无线传感器网络技术、现代通信技术、智能控制技术、计算机视觉技术和空间技术等不断应用于设施农业领域， 这些技术的有机整合， 使得设施环境监控系统朝着自动化、智能化和网络化方向发展。设施管理水平不断提

11、高。4、温室覆盖材料多样化北欧国家多用玻璃，法国等南欧国家多用塑料， 美国多用聚乙烯膜双层覆盖， 日本多应用聚氯乙烯膜。总之，温室覆盖材料呈多样化特点，且材料的保温、透光、遮阳、光谱选择性能渐趋完善。5、生产体系专业化、产业化、国际化在设施农业发达的国家，设施农业生产完全走专业化、产业化、国际化发展道路。这主要体现在：温室围绕市场需要生产， 温室产品的商品化率非常高。 采用规范有序的市场经营模式，以市场为导向和生产的拉力源，形成完整的体系。种苗专用，栽培产品多样化与特色化。设施农业生产迈入国际化的市场体系。形成健全的市场销售体系。6、农业生产工厂化美国、法国、日本等一些发达国家对工厂化农业给予

12、了高度的关注，一直在研究“工厂化农业”成套技术。目前，荷兰、奥地利、英国、挪威、伊朗、希腊、利比亚、美国和日本等国家均建有植物工厂，利用植物工厂主要生产莴、番茄、菠菜、药材和牧草等。需要指出的是，对于工厂化农业，以下 2 个问题亟待解决：营养液及养殖用水的净化处理及重复利用。解决思路是建立循环水系统，实现封闭式内循环生产。降低设施、设备成本及能量消耗。第二章设施栽培人工补光技术光照是影响作物生长的重要环境因素之一。温室栽培时，由于受覆盖物透光率的影响，普通玻璃的透光率一般为9092，塑料薄膜的透光率只有8590，温室内的自然光照条件要比露地差。另外，在冬季和早春季节，日照时问短，温室的光照度较

13、弱；南方地区在阴雨连绵的季节里， 温室内的光照度仅为 2000 Lx 左右。 光照不足， 影响作物的光合作用，导致作物生长受抑，从而严重影响作物的生长。 人工补光是提高作物对光照的需求， 采用人工光源改善温室的光照条件， 调节对作物的光照。 人工补光是提高温室生产水平的一项新技术，对温室产业的发展有着重要的意义。一、作物对光能的利用生理辐射，指在辐射光谱中，能被植物叶片吸收光能而进行光合作用的那部分辐射。不同的补光光源，其生理辐射特性不同。在光源的可见光光谱380 nm760 nm 中，植物吸收的光能约占生理辐射光能的6065。其中，主要是波长为610 nm720 nm 的红、橙光辐射，植物吸

14、收的光能约占生理辐射光能的 55左右。红、橙光的光合作用最强，具有最大的光谱活性，用富含红、橙光的光源进行人工补光，在适宜的光照时数下，会使植物的发育显著加速，引起植物较早开花、结实。其次是波长为400 nm510 nm的蓝、 紫光辐射， 植物吸收的光能约占生理辐射光能的8左右。蓝、紫光具有特殊的生理作用，对于植物的化学成分有较强的影响，用富于蓝、紫光的光源进行人工补光，可延迟植物开花，使以获取营养器官为目的的植物充分生长。植物对波长为 510610 nm 的黄、绿光辐射，吸收的光能很少。所以，通常把波长范围在610720 nm 和 400510 nm 两波段的辐射能称为有效生理辐射能，而不同

15、波段有效生理辐射能占可见光波段总辐射能的比例则称为有效生理辐射比率，通过这些指标来评价人工补光的效果。二、人工补光光源及其生理辐射特性用于温室人工补光的光源，必须具备一般植物（特别是栽培植物）必需的光谱成分（光质）和一定的功率（光量） ，且应经济耐用、使用方便。目前，用于温室人工补光的光源根据其使用及性能，大致可分为三类。普通光源新型光源专用光源1、普通光源（1）白炽灯依靠高温钨丝发射连续光谱。 其辐射光谱大部分是红外线， 红外辐射的能量可达总能量的 8090，而红、橙光部分约占总辐射的1020，蓝、紫光部分所占比例很少，几乎不含紫外线。因此，白炽灯的生理辐射量很少，能被植物吸收进行光合作用的

16、光能更少，仅占全部辐射光能的 10左右。而白炽灯所辐射的大量红外线转化为热能，会使温室内的温度和植物的体温升高。（2）荧光灯灯管内壁覆盖了一层荧光物质，由紫外线激发荧光物质而发光。根据荧光物质的不同，有蓝光荧光灯、绿光荧光灯、红光荧光灯、白光荧光灯、日光荧光灯以及卤素粉荧光灯和稀土元素粉荧光灯等。 可根据栽培植物所需的光质选择相应的荧光灯。 荧光灯的光谱成分中无红外线，其光谱能量分布红、橙光占 4445，绿、黄光占 39，蓝、紫光占 16。生理辐射量所占比例较大，能被植物吸收的光能约占辐射光能的7580，是较适于植物补充光照的人工补光光源，目前使用较为普遍。2、新型光源 高压钠灯光谱能量分布红

17、、橙光占 3940，绿、黄光占 5152，蓝、紫光占 9。因含有较多的红、橙光，补光效率较高，适宜于温室叶菜类作物的补光。 日色镝灯又称生物效应灯，是新型的金属卤化物放电灯。其光谱能量分布为红、橙光占2223，绿、黄光占 3839，蓝、紫光占 3839。日色镝灯虽蓝、紫光比红、橙光强，但光谱能量分布近似日光，具有光效高、显色性好、寿命长等特点，是较理想的人工补光光源。3、专用光源这类光源是专为植物光照而开发的。 如华东电子股份公司生产的植物生长灯， 这种灯的生理辐射能的分布和配比较合理，其红、橙光的有效生理辐射能占 58，蓝、紫光的有效生理辐射能占 32，有效生理辐射能比率高达90。园艺灯其光

18、谱成分主要是波长为610720 nm 的红、橙光辐射和波长为400510 nm 的蓝、 紫光辐射。 由于该园艺灯的光谱能量分布曲线和植物叶绿素光合作用的光谱特性曲线很相似，所以该灯的光能利用率和光合效应均较高。三、人工补光光源的配置与应用温室人工补光光源的配置，应以既可使光强、光质能满足作物生长的要求，确保补光均匀，又要尽可能地降低温室补光成本为原则。 因为提高补光强度，虽可使光合作用速率提高， 但与此同时温室补光的成本也会增加。 所以， 在实施温室人工补光中， 补光光源的配置很重要，要精心设计，合理配置。 白炽灯的功率配置要根据各种作物所需的照度与各种功率白炽灯的照度来确定。 一般每平方米栽

19、培面积上需配置的功率数为 0.501.20 Kw左右。 荧光灯的功率配置荧光灯光能的生理效应要比白炽灯高得多， 每 m2 栽培面积上所需配置的功率数比白炽灯低。低压日光荧光灯，一般每m2 栽培面积上需配置的功率数为0.380.91 Kw左右。低压白光荧光灯，每 m2 需配置的功率数为 0.280.68 Kw左右；低压软白光荧光灯，每 m2 需配置的功率数为 0.400.98 Kw左右；低压红光荧光灯，每 m2 需配置的功率数为 0.431.04 Kw左右；低压蓝光荧光灯，每 m2 需配置的功率数为 0.601.43Kw左右。 高压钠灯的功率配置对于管状钠灯，在合理布置的情况下，每 m2 栽培面

20、积上需配置的功率数为 0.050.06Kw 。 日色镝灯的功率配置在满足净补光强度大干 2000 Lx的要求，且合理布置的情况下，每m2 栽培面积上需配置的功率数为 0.0680.070 Kw 。2、光源的安装布置 白炽灯的安装高度应距离植株一定高度，因白炽灯辐射的大量红外线要转化为热能， 在温度较高时，可能使植物局部过热。 为避免植株过热， 白炽灯的悬挂高度一般为距离植株40 cm （不低于30cm） 。 荧光灯的安装高度应距离植株510 cm，可沿植株行间配置。 高压钠灯的安装高度与植株的垂直距离保持1 m 较合适。为确保作物的补光强度，应将灯尽可能地布置在作物行间的正上方。 日色镝灯的安

21、装高度应与植株的垂直距离保持1.2 m ， 以使光强分布均匀。 应将灯布置在作物的上方。钠灯与镝灯的比较钠灯（220 V、400 W 圆管形高压钠灯）在距照射面垂直距离为1.0m 时，光照分布较均匀，布置钠灯时，灯与作物垂直距离为1.0 m较合适。在水平距离 2.1 m内，均能满足净补光强度大于 2 000 lx 的要求，但钠灯的正下方光强最弱，故应将更多的灯布置在走道的正上方。每平方米需要用灯数为0.126盏。镝灯（220 V、400 W 反射型垂直点镝灯）在距照射面垂直距离为1.2 m 时，光强分布较均匀，布置镝灯时，灯与作物垂直距离应为1.2 m 较合适。在水平距离 1.8 m 内，均能

22、满足净补光强度大于 2 000 lx 的要求根据光强在照射面上的分布，正下方光照强，一般不布置在走道的正上方，每平方米需要用灯数为0.171 盏。钠灯和镝灯都是发光效率和有效光合成效率较高的光源， 适用于温室蔬菜作物 （特别是叶菜类）的补光。与荧光灯、白炽灯等光源比较，单位面积内需要的灯数较少，不会造成温室内遮荫过多。在育苗时，可达到较高的补光效率。两灯相比，在相同功率下，钠灯所产生的光照强度总体上比镝灯强。 钠灯的一次性投入成本低， 遮荫少， 且要达到相同的补光强度，钠灯单位面积使用的灯数也少，从而补光能耗低。钠灯与镝灯对作物光合作用的影响而言， 在相同光照强度下，钠灯比镝灯略好，但净光合速

23、率 Pn 的值相差不大。从光谱特征来看，钠灯含有较多的红橙光和较少的蓝绿光，而镝灯为仿日光色，在长期依靠人工光源补光的情况下， 镝灯可能更有利于作物的生长， 两者各有优缺点，可根据需要选择。四、LED 技术及其在设施农业中的应用荧光灯的发光效率在最近20 年内上升了 50，但与高压钠灯相比还是比较低的，与金属卤化灯基本相等。但是，无论是荧光灯，还是目前发光效率较高的高压钠灯，其能耗都较高，主要原因是目前使用的人工光源中红外和远红外光的比例较大， 有相当多的能量以热效应方式传递到环境中。1、LED 技术LED（1ight emitting diode，发光二极管）是利用半导体PN 结或类似结构把

24、电能转换成光能的器件。带有空穴的 P 型材料通常是掺入族元素的硅，带有电子的 N 型材料通常是掺入族元素的硅。P 区与 N 区之间的边界即是 PN 结。2、LED 光源的优点与白炽灯、荧光灯和高压钠灯等人工光源相比，LED 具有显著优点： 直流低压供电小功率彩色 LED 的正向电压通常为 1.5 V2.8 V， 大功率 LED 的正向电压通常为 3 V4V，远小于安全电压。 节能钠灯和金属卤化物灯是气体放电发光灯， 靠加热升温使金属元素蒸气放电而发光。 LED是固体发光光源，不需要加热就能发光，是一种冷光源，因此，其减少了消耗在加热上的电量。 单色光源，发光效率高。LED 可发射单色光，其半波

25、宽大多为20 nm，可以精确地为植物提供所需要的光谱，而不浪费电能发出黄光、绿光等植物不需要的光谱。 体积小、应用灵活，推广空间大。 环保。LED 是固体发光光源，不含汞等有害物质，在安装使用中不会造成污染，其废弃物也可以回收。LED 光源是环保的绿色光源。 寿命长。LED 是固体光源，内部不存在松动部分，没有玻璃、灯丝等易损和易烧部件，机械强度大，耐振动，耐冲击，寿命可达50000 h 以上。荧光灯、高压钠灯使用寿命约12000 h3、温室补光 LED 光源类型及结构常用的 LED 温室补光光源主要有两种形式，一种是垂直照射的点光源式，一种是穿插于植株之间进行侧面照射的带光源式。目前， LE

26、D 光源用于温室人工补光尚处于试验阶段。（1）点光源式点光源式是较早得到开发和应用的 LED 温室补光光源，可以根据不同气候条件、不同作物类型以及生长的不同阶段，调整LED 补光光源的光照度和光质。其安装方式多为在温室顶部已有骨架基础上加装条状 LED 供电装置，也可以独立安装LED 光源的支撑结构和供电装置，LED 点光源从供电装置中引出，垂直向下照射植物。每个 LED 点光源由数个 LED 灯珠组成，根据组装要求不同，外形可以为方形或圆形。根据作物种类不同，红色 LED 点光源和蓝色 LED 点光源间隔布置，叶菜类作物可以考虑设置红蓝光照度比（R/B）为（79） ：1，因为红光对茎伸长有促

27、进作用，也可起到增加产量的作用；果菜类作物 R/B 比可设置为（510） ：1。LED 点光源一般悬挂于植株上方进行补光，光源系统常处于固定状态，高度不易调节，对于达到一定高度的果菜类作物补光较为适宜。（2）带光源式带光源式 LED 温室补光系统是在点光源基础上开发起来的光源系统，其显著特征是高度可以调节，可以根据不同作物需求及不同生长阶段进行光源的高度、光照度和光质调节。带式 LED 光源结构相对简单，克服了点光源式LED 组件多、安装复杂的弊端，夏季不用时还可置于天沟下侧，避免对通风降温以及栽培操作的影响： 由于高度可以调节，可根据作物大小近距离照射作物，光能损失小，效率高：带式光源还可置

28、于作物冠层下部，形成穿插照射，避免从上部照射时冠层叶片对下部植株的遮挡。五、LED 与太阳能光伏结合研究应用前景1、LED 对电源的需求及其与太阳能光伏结合的可行性（1）LED 对电源的需求LED 光源是一个电光转换系统，其电光转换过程从供电部分开始，依次包括原始电源、电源管理与变换、传感与控制、驱动器等部分。原始电源是 LED 工作的必要条件。LED 是一种电流驱动的低电压单向导电器件，为保证 LED 正常工作，必须满足 LED 的基本工作条件：低压直流电、单个 LED 灯珠的门限电压 1.5 V3.5 V、 正向电流 20 mA。 单个 LED 不能满足植物对光照度的要求， 需要对多个 L

29、ED进行串、并联，并将供电电压控制在6 V24 V之间。为避免 LED 的驱动电流超过最大允许电流， 影响其可靠性， 同时也为了获得预期的光照度，保证各个 LED 亮度和色度的一致性， 需要采用恒定电流驱动方式。 驱动 LED 需要低压直流电，而目前的市政供电均为200 V 或 380 V 交流电源。因此，LED 供电需先将交流电通过逆变器转换成直流电，再通过降压器将电压降到适宜的低压才能使用。 在逆变过程中，电能的损失率为 10%20%，如果再加上线路本身的损失，电能利用率将大大降低。为最大限度地提高 LED 的节能效率，寻求与LED 匹配的驱动电能也日益受到广泛关注。（2）太阳能光伏发电独

30、立太阳能光伏发电系统（Photovoltaic Power Generating System，简称 PV 系统）主要由太阳能电池组件、蓄电池组、控制器和直流负载等部件组成， 太阳能光伏发电的核心部件是太阳能电池，太阳能电池单体的工作电压为 0.45 V0.5 V，工作电流为 20 mA/cm225mA/cm2，一般不能单独作为电源使用。经过电池单体的串、 并联而成的太阳能电池组件就足以满足负载所要求的输入功率。 太阳能电池输出的直流电能， 一部分可以直接供给对应的负载， 另一部分则可储存在蓄电池组里， 以备阴雨天或其他特殊情况下使用， 控制器使整个系统的能量传输始终处于最佳匹配状态。（3）L

31、ED 与太阳能光伏结合的可行性太阳能光伏发电通过半导体材料将光能转换为电能，LED 照明则通过半导体材料将电能转换为可见光来实现照明，二者都通过半导体材料来实现能量的转换。太阳能电池输出直流电，而 LED 需要直流驱动，光伏输出的直流电无需经过逆变，直接供给 LED，不会产生逆变过程中的能耗损失。蓄电池和控制器使得光伏系统的直流电输出更具有稳定性， 能更好地满足 LED 的需求。这些特性使太阳能光伏发电和半导体照明可以更好地结合， 尤其在无动力能源地区， 有望实现无需架设电缆的电能自给。 节能和清洁能源的利用是世界各国的发展趋势， 太阳能是取之不尽的清洁能源，LED 作为新型节能光源，与太阳能

32、光伏的结合是可行的，也是今后 LED发展的重要趋势和方向之一。2、LED 与太阳能光伏结合的设计思路太阳能光伏发电系统的设计思路： 先根据负载所需电量并结合当地的气候条件计算出太阳能电池容量， 并选取当地太阳能电池方阵的最佳倾角， 最后根据系统性能要求选配控制器。在设计太阳能光伏发电系统的过程中，涉及的因素很多，如太阳能辐射强度、气候、安装地点等，系统的相关技术条件又涉及到负载性质、蓄电池的容量、太阳辐射强度、太阳能方阵倾角和强度因子等。第三章、传感器的选择及其系统设计一、传感器及检测系统的要求设施农业中要控制的对象具有很高的分散性和复杂性， 四季气候环境差异很大， 使用对象的经济承受能力不高

33、， 农户文化程度和使用维护水平较低， 因此必须在满足性能要求的前提下尽量降低成本，以提高性价比。所以传感器和检测系统的性能必须符合以下要求：1、稳定性与耐用性要好设施农业是一个连续性的生产过程， 检测系统所处的环境比工业更恶劣， 如高温、高湿等，再加上农业生产人员的科技素质普遍较低， 使用过程中容易误操作， 因此一定要选择和设计稳定性与耐用性好的传感器和检测系统。2、适应性与适用性要强设施农业的实质是调节和控制作物生长环境， 是通过一个闭环系统来实现的。 因此传感器的性能都应该与控制系统相适应，尤其是传感器的长距离布点、传感器灵敏度的一致性、传感器的响应时间等，这样才能使系统真正做到快速反应和

34、调控环境的高效工作。3、性价比要高设施农业涉及面积大，对检测系统的潜在用量巨大，但是我国区农业生产力水平较低，对农业设施的投入非常有限， 因此必须在保证性能的同时尽量降低成本， 以适应当地实际情况，否则难于推广使用。二、环境检测因素及传感器的选择设施农业中需要检测的环境因素主要有温度、湿度、CO2 浓度、光照度、土壤温度和含水量等，每一种环境因素都要有对应的传感器对其进行数据检测。1、温度传感器温度是作物生长发育最重要的因素之一， 直接影响作物光合作用、 呼吸作用、细胞壁渗透性、水分和矿物质养分的吸收、蒸腾、酶活性和蛋白质凝聚等。大多数作物生长的温度变幅较窄，一般介于 1540，低于或高于这个

35、限度，农作物生长速率则减缓。目前用于检测温度的有模拟温度传感器、 智能温度传感器、虚拟温度传感器等。由于模拟温度传感器功能单一（仅测量温度） 、测量误差小、响应速度和传输速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单，是目前在国内外应用最为普遍的一种集成温度传感器。 另外模拟温度传感器价格低廉， 使用简单，特别适合在温室大棚等设施农业中使用。较常用的有AD590、DS18B20、LM35 系列等。2、湿度传感器湿度也是影响作物生长的主要因素， 因此目前设施农业的检测中， 空气湿度也是主要参数之一。目前使用的湿度传感器， 主要有电阻式和电容式2 种

36、。其基本形式都是在基片上涂覆感湿材料形成感湿膜， 空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后， 元件的阻抗、介质常数等发生很大的变化，从而对湿度进行检测。电容式湿敏元件具有响应速度快、体积小、线性度好、性能稳定等特点口，特别是近几年出现的集成湿度传感器，因其具有精度高、线性好、互换性强等诸多优点，在设施农业中得到快速而广泛的应用，如集成湿度传感器IH3605 等。3、CO2 浓度传感器CO2 是作物光合作用的主要原料，其含量直接影响作物的生长。利用传感器实时检测室内 CO2 浓度，并根据植物生长发育进行CO2 施肥，可有效提高设施农业生产效率。目前市场上 CO2 浓度传感器有电化学型、热导型、红外光吸收型

37、等，而最适应于设施农业的是红外光吸收型，因其具有测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强等特点，如 8002W、GS-160、MG811、VC1008T 系列。4、光照度传感器光照是植物进行光合作用不可缺少的条件，在设施农业中采用光照传感器来检测光照度，进而控制光照强度和光照时间，调节植物的生长发育过程。光照传感器有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏晶体管、光电池等，目前设施农业温室大棚环境检测用的光照度传感器大多为硅光电池和光敏二极管， 而光敏二极管较硅光电池有工作稳定性强、 光照特性曲线为线性等许多优点，更适合在设施农业中使用。5、土壤温度传感器土壤温度对作物根系的生长有重

38、要的作用， 因此， 也是设施农业环境检测的主要参数之一。目前，设施农业中根部温度的检测传感器较多， 但应用广泛的是具有耐腐蚀和防潮性能较好的电阻式温度传感器，如PTWD-3A、ST-22等。该类传感器具有价格低廉、性能稳定、市场供应便利、易于安装、更换，比较适合设施农业生产。6、土壤水分传感器测定土壤含水量，对实施精准农业、节水灌溉和提高农业生产效率有重要的意义。 目前采用的传感器多种多样，有陶瓷水分传感器、电解质水分传感器、高分子传感器、压阻水分传感器、光敏水分传感器、微波法水分传感器、电容式水分传感器、电阻式土壤含水量传感器等。使用较多的是压阻水分传感器和电阻式土壤含水量传感器， 如 3.

39、2MPX 系列， sintek-4等。三、设施农业环境测控系统设计1、测控系统硬件设计环境测控系统的硬件设计方案框图如图1 所示，主要由单片机、数据采集模块、数据转换电路、报警装置、执行机构、主控计算机等组成。其核心是单片机芯片组，作为系统各种参数的处理和控制器，完成各种数据的处理和控制任务，同时将处理后的数据传送给主机。实际应用时可根据被测控参数点的个数和控制的要求来决定单片机的数目。整个系统的工作原理：首先在单片机内设定温度、湿度、CO2 浓度、光照度、土壤温度、土壤水分等环境因素的上下限值和报警值， 并予以保存，各种传感器实时检测到的参数值送到单片机后与其设定值进行比较， 判断是否在设定

40、的上下限值范围内， 如在则表示环境可满足作物正常生长，如不在则由单片机控制驱动相关执行机构开始工作，如加热、换风、喷水等，直到环境参数达到正常的范围内为止。当检测到的参数值超出了设定的报警值时，主控机会控制报警装置报警， 系统可能有故障或环境参数严重不足的情况， 提醒管理人员要采取相应措施确保系统正常工作，使作物生长环境处于正常状态。图1 测控系统硬件设计框图（1）多路开关在多路数据传送过程中， 能够根据需要将其中任意一路选出来的电路， 叫做数据选择器，也称多路选择器或多路开关。（2）前置放大器把信号放大至功率放大器所能接受的输入范围。3）A/D 转换器模数转换器即 A/D 转换器，通常是指一

41、个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。 由于数字信号本身不具有实际意义， 仅仅表示一个相对大小。 故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准， 比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。 而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小（4）光电隔离器光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。 目前它已成为种类最多、 用途最广的光电器件之一。 光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED） ，使之发出一定波长的光，

42、被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。（5）单片机微型的电脑，如有 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多。 它是一种在线式实时控制计算机， 在线式就是现场控制， 需要的是有较强的抗干扰能力， 较低的成本， 这也是和离线式计算机的 （比如家用 PC）的主要区别（6）温室环境信息采集器2、测控系统软件设计测控系统软件工作过程是首先对各部分进行初始化， 通过键盘完成系统各个运行参数的设定，之后系统就进入正常工作状态。 主程序对整个系统进行实时监控， 即系统自动采集

43、来自各测控点温度、湿度、CO2 浓度、光照度、土壤温度、土壤水分等环境因素的值，根据传感器的特性由单片机控制多路采集信号的分时切入，将其值与设定的各参数值进行比较，通过输出控制处理程序决定是否启动执行机构，同时由显示模块显示被测控点的环境因素。当系统运行中出现了异常时， 如传感器、放大器等部件故障及环境参数超限报警等情况， 系统将进入相应的中断处理程序。第四章设施农业浅层地热源节能技术设施农业作为一项高效农业，近30 年来，取得了长足的发展，但其对能源的依赖已经成为制约行业发展的主要瓶颈，以大型连栋温室为例，每公顷年耗煤量在我国华北地区达700 t到1800 t， 东北地区甚至高达1800 t

44、到3000 t， 能源消耗约占其运行总成本的3050。国外研究表明，每生产10 kg 黄瓜要消耗 5 L 汽油，比粮食生产消耗能量高50%60%，且化石燃料（煤、油等）采暖还会产生大量的CO、SO2、CO2、NOx 等有害气体，对环境造成污染。一、普通加温系统组成1、热源通常，热源采用燃气热水锅炉或蒸汽热水锅炉。（1）燃气热水锅炉如韩国斯达锅炉生产的燃气热水锅炉（型号：CHSO-95/70） ，水容量 750 L，出水温度95，回水温度 75。优点：a、性价比高，经济实用；b、炉体设计优化，受热面积大，热效率高，升温快，供应热水充足，配置优质名牌燃烧器，燃料燃烧充分，污污染，噪音低；c、选用电

45、脑自控式控制盘，功能完善，安全可靠。设有低水位和过热保护装置，一旦出现异常，自动停止运行；d、外观造型新颖，喷涂色泽明快、幽雅。整体布置紧凑、占地面积少，安装方便。（2）电热水锅炉采用韩国斯达锅炉广州分公司生产的电热水锅炉（型号：CWDZO.72-95/70-D） 。特点：a、采用优质电器元件和电热元件，可避免人身触电和设备漏电、过载、短电等危险，确保安全；b、机电一体，便于安装和配线； c、电做为热煤，无污染、无噪音、热效率高达98%；d、采用先进的电脑锅炉控制器，具有可靠性能，自动化程度高，使用方便，操作简单，功能丰富，控制灵活等优点；e、具有超温、过热、缺水等多重保护。2、供暖系统形式设

46、计基本参数设置温室加热系统采用机械双管循环热水供暖型式，散热器为适合于温室热水加热的光管，热水供暖方式与热风供暖相比，有温度场分布均匀、升温平稳、不易伤害作物等特点。系统有热水锅炉、分水缸、回水缸、混合组、供回水管道、散热管道等组成。温室加热系统采用机械双管循环热水供暖型式， 散热器为适合于温室热水加热的光管， 热水供暖方式与热风供暖相比，有温度场分布均匀、升温平稳、不易伤害作物等特点。系统有热水锅炉、分水缸、回水缸、混合组、供回水管道、散热管道等组成。设计基本参数设置项目冬季室外设计温度室内设定温度风速温室覆盖物传热系数墙面传热系数室温空气渗漏系数主供水管温度回水温度最大供回水温差指标-5

47、204 m/s3.3 W/m23.4 W/m21.0次 /hour957025系统为单级调温控制， 即锅炉供来的热水先由主进水管供给温室区主供水管道。 各温室又有混合组进一步控制管道水温，以保证温室维持最佳的温度。3、输送管网一级输送管网指从热源首部到温室的供、回水总管及配件、3050 mm 的超细玻璃棉和铝皮隔热保温材料等。二级输送管网包括温室内每个加热独立控制区内的供回水管道及混合组。 混合组由德国进口 Honeywell 四通混合阀、 循环泵、 碟阀、 温度传感器等组成。 必要时可进行隔绝式循环，不受主输送管道的水温变化的影响。4、散热器主要散热管道采用 502.2 mm 高频焊接钢管，

48、呈长U 形布置，用软管与二级输送管网连接，可移动性强，可根据实际需要进行布置，每跨9.6 米布置 6 根。5、温室加热混合组加热混合组在玻璃温室每个小区有一组加热系统，混合组由四通电动混合阀、循环泵、管道水温传感器、 管道温度计、 压力表组成。 也是通过改变热水与回水比例来控制管道水温，最终来调节温度。加热混合组控制箱的控制方式有手动及自动2 种，工作原理同温度控制箱。二、浅层地能热泵技术1、地能热泵工作原理地能热泵是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量 “取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热

49、量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。地热应用分类地源热泵（GSHP）（通常32）应用中低温热田（150）直接的工用与民用高温热田（150 ）直接用于热田发电GWHP深井回灌水源热泵GCHP埋管式土壤源热泵SWHP地表水源热泵SCW单井换热换井2、浅层地能节能效应浅层地能是一项新型节能技术，与锅炉（电、化石燃料）供热系统相比其制热系数高，比燃料锅炉节省 50以上的能量，节能优势极为明显。浅层地能供冷（暖）与传统供冷（暖）方式的比较项项目目能源供暖设备加热过程特点传统供冷（暖）方式传统供冷（暖）方式煤油或燃油、天然气锅炉 +铸铁（钢散热器）1000 燃烧产物加热7080 低

50、温水浅层低能供冷（暖）方式浅层低能供冷（暖）方式浅层低温地热源+少量电热泵 +风机盘管地下 10多低温水用热泵提升至5060 能源效率对环境影响60%90%污染严重（烟尘、CO、SO2、CO2、NOx ）制冷设备建筑辅助设施分体空调或制冷机组+冷却塔大锅炉房、烟囱、煤场、灰场或地下油库、防天然气泄漏设施投资采暖运行成本（供暖 +供热）总投资100%电采暖 4050 元/（m 季） ；燃油或天然气4050 元（/ m 季） ； 煤油 2030 元（/ m季）制冷期间耗水量冷却塔耗水 120 吨/万m2没有水消耗222节能 50%75%使用区域零污染供暖制冷一体化设备小机房（供暖面积的0.5%1%

51、 ） ，打浅水井（一般 100 m ）供暖（冷）总投资为传统方式80%供暖运行费 2030 元/（m2季）三、浅层地能热泵系统的主要类型浅层地能利用技术是 20 世纪伴随热泵技术的发展而产生的。以大地浅层地表储存的能量作为热泵系统的冷热源， 按照介质相对于土壤是否封闭进行划分， 其能量采集方式有如下主要形式。1、闭式循环的浅层地能采集系统闭式循环的浅层地能采集系统是指介质在封闭式土壤换热装置中循环流动， 介质通过换热装置与浅层土壤发生热交换与传递， 将浅层地能连续地输送到热泵系统， 为热泵系统提供冷热源。换热装置主要有水平埋管、螺旋地埋管和垂直埋管三种形式。（1）水平埋管浅层地能热泵系统（Ho

52、rizontal ground-coupled heat pump system）水平埋管浅层地能热泵系统优点是安装费用比垂直式埋管系统低， 应用广泛， 使用者易于掌握；其缺点是占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。（2）螺旋形埋管浅层地能热泵系统（spiral ground-coil heat pump system）螺旋形埋管浅层地能热泵系统是水平环路的一个变种。 其优点是比其他形式的水平环路占地少，安装费用相对较低。但缺点是所需管子较长，泵的功率要求较大，管路系统容易在填埋时损害。（3）垂直埋管浅层地能热泵系统（Vertical borehole ground-coupled he

53、at pump system）垂直埋管浅层地能热泵系统是较小的土地占用， 管路及水泵用电少， 其缺点是钻井费用较高。 水平埋管与垂直埋管两种方式都归属于地下耦合热泵系统， 也称埋管式土壤源热泵系统，还有另外一个术语称地下热交换器地源热泵系统（ Ground heat exchanger） 。这一系统主要通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水） 作为热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。2、提取转移地下水的浅层地能采集系统主要有双井抽灌和一井抽多井回灌两种形式。在富含地下水地区的地质条件下，采用打井技术， 从一口取水井中以抽取地下水的方式获

54、取地下水中的低位能量， 并将释放能量以后的地下水回灌到另外一口或多口井的采集方式。优点是非常经济，占地面积小；其缺点是长期运行时， 抽水井携带泥沙并排向回灌井，当移出的泥沙达到一定积累时， 造成抽水井内局部疏松和塌陷， 引起地面沉降，抽水井与回水井布置在不同的水质、水系时，出现在新旧水源地之间、工业和农用水之间时，两井水混合，造成地下水交叉污染，并破坏地下水的平衡。3、半封闭循环浅层地能采集及单井抽灌热泵利用潜水泵将地下水抽取上来， 通过井口间壁式换热的方式， 将介质水中的低位能量交换给热泵系统， 释放能量后的水又回到同一口井内。 其主要特点是解决了双井抽灌中泥沙和水系交叉污染的问题。五、我国

55、浅层地能热泵技术在设施农业上的应用研究2006 年，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，对浅层地能在温室中的利用方式进行了深入研究，构建了600 m2 的浅层地能环境调控试验温室，同时，针对浅层地能这种低品味能源，提出了“地面一冠层”散热方式，降低了温室的能耗。中国农业大学把浅层地能与日光温室相结合，采用双井抽灌技术对日光温室进行冬季加温，取得了良好的效果。北京农业机械研究所研究了在生态餐厅 （9504 m2） 中使用地源热泵系统进行冬夏季环境调节的经济可行性，结果表明，使用地源热泵每年的运行费用比使用普通空调可节省费用29.04 万元，节省 30.35。河南农业大学的王吉庆博士用水源热

56、泵对温室进行加温，试验结果表明，试验用水源热泵的实际制热系数为 3.31， 与燃煤锅炉加温的荷兰玻璃温室相比， 试验温室采用水源热泵加温可节能 46.5。从我国国情出发，一段时间内，化石燃料仍将是我国温室供暖的主要热量来源，大部分地区还将采用燃煤锅炉作为温室热源设备。 从环境保护的角度出发， 可提高锅炉技术，减少环境污染。利用地热资源、工业余热可以有效降低温室成本，但是受条件限制。蓄电锅炉、太阳能和地源热泵技术适用范围广，极具发展前景。从热媒来看，热水、水蒸气、热风作为温室供暖热媒，各有其特点。采用热水作为热媒，温室内温度较为稳定、空间分布均匀， 采用水蒸汽、 热风作为热媒， 则温室内空气升温

57、快， 节省能量。 根据热媒性质，选择合适的散热器，进行合理的布置，有利于为植物提供一个良好的生长环境， 提高生产效益。第五章设施农业与沼气利用结合技术一、沼气基本知识1、什么是沼气？甲烷（CH4）占55%70%，二氧化碳占25%40%，有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。可燃气体：5100大卡/立方米原煤：5000大卡/千克碳：6800大卡/千克煤气：30004000大卡/千克液化气：12000大卡/千克天然气：9310大卡/千克2、沼气来源自然条件下：沼泽地、湖泊天然气煤矿瓦斯厌氧发酵农村沼气工业沼气沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳。我们常见从水沟、污泥塘里冒出来的气泡一般就是沼气。3、沼

58、气发酵的基本原理1）厌氧发酵发酵微生物以粪便为食物，消化代谢产生气体即沼气。2）沼气发酵微生物的来源土壤、湖泊、沼泽、牛羊的肠胃、池塘污泥、粪水坑、下水道、垃圾堆等。3）沼气发酵微生物的食物来源粪便（人、牛羊、鸡等各种动物）秸秆（水稻、玉米、麦草）杂草污水4、沼气发酵的基本条件沼气发酵菌种沼气发酵菌种的食物适合沼气发酵菌种生活的场所专家设计的各种沼气发酵装置适宜沼气发酵菌种生活的环境，如：温度、pH、发酵浓度、持续的搅拌五大菌群各种发酵性细菌玉米秸发酵时的发酵性细菌食氢产甲烷菌甲烷八叠球菌甲烷丝菌二、沼液的成分和作用沼液的养分含量：沼液中富含氨基酸、蛋白质、维生素、微量元素，是动物的“生命一号

59、”，植物的“脑白金”；沼液中，已经测出各类赤霉素、生长素、糖类、核酸以及抗生素等，这些物质都是综合利用的物质基础；氮、磷、钾的回收率高达90%以上。沼液中的养分是速效性养分，这是因为，发酵物长期浸泡水中，一些可溶性养分自固相转入液相，提高了速效养分；一个10 M3沼气池年提供的沼气肥，相当于硫酸铵50 kg，过磷酸钙40 kg，氮化钾15 kg；1、沼液的成份沼液中养分含量变化范围（%）样品样品沼液沼液全氮全氮0.030.08全磷全磷0.020.07全钾全钾0.051.40性质性质速效沼液中的有机物含量种类种类B B12121111蛋白质蛋白质纤维素酶纤维素酶 生长素生长素 赤霉素赤霉素8.0

60、22mg/L3.510mg/L9.36.421.437.65浓度mg/kgmg/kg活力单位 活力单位沼液中的氨基酸含量氨基酸种类氨基酸种类含量（含量（mg/L)mg/L)天冬氨酸苏氨酸丝氨酸甘氨酸谷氨酸丙氨酸半胱氨酸12.305.425.618.0714.016.5626.79氨基酸种类氨基酸种类缬氨酸蛋氨酸异亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸色氨酸天冬氨酰、侣氨酰胺含量（含量（mg/L)mg/L)12.704.057.161.2412.037.10356.03沼液中的金属离子含量离子种类离子种类磷镁硫硅钠铁铜锌含量含量含量含量43.00 mg/L97.00 mg/L14.30 mg/L37.40 mg/

61、L26.20 mg/L1.41 g/L36.80 g/L28.03 g/L离子种类离子种类锶镉钼镍铝钡砷含量含量含量含量107.00 g/L8.90 g/L4.20 g/L8.50 g/L2.830 g/L50.20 g/L3.06 g/L沼气肥与敞口池粪水在作物上的肥效比较产量（公斤产量（公斤/ /亩）亩）沼气池粪水沼气池粪水水稻水稻玉米玉米小麦小麦棉花棉花油菜油菜318.2278.0250.077.3129.2敞口池粪水敞口池粪水298.8255.2195.366.8116.8比对照池增产比对照池增产公斤公斤 / /亩亩19.422.854.710.512.4%6.58.915.217.5

62、10.6作物作物试验次数试验次数189292252、沼液的作用沼气发酵料液中新产生的可溶性物主要有分子量不等的有机物及各种离子，它们是调节作物生长，肥效和抗病虫灾的物质基础。有机物中有各类氨基酸、维生物、蛋白质，赤霉素、生长素、糖类、核酸等也有抗生素；这类物质中不少是属于“生理活性物质”，它们对作物生长发育，对种子发芽到开花结实，均参与活动并起调控作用。3、沼液在设施栽培中的应用（1）沼液浸种沼液浸种就是利用沼液中的所含的“生理活性物质”、“营养成分”以及相对稳定的温度对种子播种前的处理。它优于单纯的“温汤浸种”、“药物浸种”。浸种方法简单，易操作，成本低，具有出芽率高，幼苗生长旺盛，能防治某

63、些病虫害，作物增产等优点。浸种的技术要点使用上年生产的新种良种。对种子进行筛选，浸种前选择晴朗天气，把种子晒席上，薄薄摊开。对种子进行翻晒12天，每天约6小时。对沼液应使用正常运转至少个月以上，料口有盖的，应提前几天打开盖，以使出料间的硫化氢气散逸。出料间的浮渣和杂物清理干净。浸种操作沼液浸种注意事项浸种时间不能过长，否则会使种子水解过度，影响其发芽率。种子浸泡后，一定要沥干，再用清水洗净，晾干种子表面水分后才可催芽或播种。清理出料间液面浮渣时，应注意安全。若在容器中浸种时， 沼液应取自正常发酵产气沼气池出料间的中层沼液，并且随取随用，不宜久放。各地和各家各户的实际情况不相同，采用沼液浸种时，

64、应先进行试验，在掌握方法后逐步扩大应用。（2）沼液施肥沼液宜作为追肥。可采用叶面喷施，田间开沟施或浇施；为收到更好效果，注意在作物的各关键时期之前施用。由于沼液中养分相对百分含量较低，因此要达到合理、适用、经济的最佳效果，应与化肥配合使用。沼液叶面喷洒施肥作用是调节作物生长代谢，提供营养，抑制某些病虫害。由于沼液中营养成分相以富集，是一种速效水肥，用于果树叶面施肥，收效快，利用率高。一般喷施后24小时内，叶片可吸收喷施时的80%左右，从而能及时补充果树生长对养分的需要。纯沼液喷施 果树喷施纯沼液的杀虫效果比稀释液好。喷施纯沼液对急需营养的果树还能提供比较丰富的养分，因此对长势较差、树龄较长、座

65、果的树等均应喷施纯沼液。利用沼液种植无公害蔬菜质优、价高、成本低利用沼液种植草莓，长势好，病虫少，果多质优价高喷施沼肥注意事项：须用正常产气三个月以上的沼气池的沼液。喷施时不要在中午气温高时进行，以防灼烧叶片。叶喷施要尽可能施于叶背，因叶面角质层厚，而叶背布满了小气孔，易于吸收。喷施量要根据树势等情况确定。（3）沼液防治病虫害沼液对15种作物中的近30种病害、19种作物中的19种虫害有一定的防治效果。如沼液对蔬菜蚜虫及黄瓜、番茄、茄子和辣椒的白粉病、霜霉病、灰霉病等防治效果均较好。从沼气发酵的多样性特点看，沼液能够防治的病虫害可能还有很多。可以预计，随着工作的不断深入和扩展，沼液防治病虫害的种

66、类和数量将继续增加。1）沼液灭蚜蔬菜蚜虫：喷洒沼液混合液，比例为沼液14 kg、煤油2.5 g，洗衣粉5 g。亩喷施30 kg，连续喷洒2天。葡萄蚜虫：纯沼液农药（如乐果）配比：1000：12000：12）防治红蜘蛛沼液加杀虫脒按一定浓度配合后，对红蜘蛛的杀灭效果比单独使用沼液和杀虫脒的效果要好。沼液与杀虫脒的配合使用的效果配比配比杀虫脒加入的浓度杀虫脒加入的浓度红蜘蛛杀灭率（红蜘蛛杀灭率（%）成虫成虫沼液加杀虫脒沼液加杀虫脒沼液加杀虫脒沼液加杀虫脒清水加杀虫脒清水加杀虫脒清水加杀虫脒清水加杀虫脒1/20001/10001/20001/100096.197.672.485.2卵卵1001004

67、7.659.93）沼液、沼渣防治西瓜枯萎病西瓜枯萎病是一种顽固性土壤传播的真菌尖孢镰刀菌西瓜专化型引起的西瓜栽培一大土传病害，其分布广、传播快，几乎全国各地均有。致病菌厚垣孢子在土中存活期可达10年以上，侵染植株维管束会造成西瓜整株枯萎死亡，危害十分严重，并且单纯的药剂很难防治，只能采用非葫芦科轮作710年才能见效。施用沼渣和沼液有促进西瓜生长发育、防治枯萎病、增加产量、提高甜度、改善品质等作用，可谓是一举多得。具体防治方法具体防治方法: : 每亩用20002500千克的沼肥作基肥，施用后翻耕。当沼肥与土壤的混合比例为1：5时，防病效果最佳。 用沼液进行浸种，浸种时间为8小时，沼液用水稀释50

68、倍。如果沼液过多，用水稀释20倍时，西瓜种子的发芽率会降低。 在生育期分34次用沼液喷施西瓜叶面，沼液用水稀释1050倍。 西瓜枯萎病发病后，用沼液灌根，可抑制枯萎病的进一步发展。 连续使用，随着使用年份的增加，效果越好4）沼液防治果树病虫害利用沼液防治果树虫害，没有农药污染和抗性等问题，效果与许多现在使用的农药相当或更好，对各种害虫的杀灭率均在94以上。在果树生长周期内喷施两次沼液，对红、黄蜘蛛的杀灭率为98.5%，对矢尖蜥的杀灭率为95.1 %，对蚜虫的杀灭率为94.7，对清虫的杀灭率为99.8%。具体防治方法具体防治方法: : 选用正常使用、出料口加盖的沼气池中的沼液。 沼液取自出料间的

69、中层，并用纱布或较密的纱窗布过滤后使用。 取出的沼液应随用随取，存放时间一般不能超过1小时。 在整个果树生长期内均可喷施沼液。喷施时，应对茎秆、叶片的正反面都喷施，用量以刚开始滴水为度，以纯沼液喷施为好。喷施时间:气温高于25时，宜在下午5时以后喷施；气温低于25时，可以在露水干后全天喷施。气温太高时，可兑入少量水（不宜超过20） ，以防止沼液蒸发过快而降低药效。用沼液喷施果树时，加入10002000倍氧化乐果，或10003000倍灭扫利，杀虫杀卵效果更好，杀灭率可以达到100，而且药效可以持续到30天以上。三、沼渣在设施栽培中的应用沼渣，是人畜粪便等有机物质经沼气池厌氧发酵产生沼气后的底层物

70、质。含有较全面的养分元素和丰富的有机物质，具有速缓兼备的肥效特点。风干后沼渣中主要养分含量（%）肥料沼渣有机质3050腐值酸1020全氮（N） 全磷（P2O5）全钾（K2O）0.82.00.41.20.62.0从上表计算得出：1000 kg（湿重）沼渣，可给土壤补充氮素34 kg、磷1.252.5 kg、钾24 kg。沼渣中营养成本较丰富，尤其是腐植酸含量很高，达到10%20%。由于腐植酸对改良土壤有重要作用。因此沼渣的土壤改良功效明显。沼渣是在厌氧条件下形成的，比通常的堆沤肥营养成分保留的要好的多。评价有机肥价值，除营养元素外，改良土壤的基质有机碳的含量也是一重要指标。沼渣中腐植酸、半纤维素

71、、纤维素、木质素均较堆沤肥高。纤维素、木质素可以松土，腐值酸有利于土壤微生物活动和土壤团粒结构的形成1）优质肥料从沼气池底部直接取出的沼渣，固体含量在10%左右。一般情况下做底肥用。果树施于基坑内，作物直接施于土壤中，亩施用量10002000 kg；以禽畜、人粪便为发酵原料的沼气池年可提供渣（干物质计）为370 kg500 kg，若换算为干物质浓度为15%的沼渣量为25003400 kg，可为3亩土地作基肥使用。连续施用两年后土壤有机质及氮素含量的变化情况有机质处理对照沼渣1000kg/亩沼渣3000kg/亩沼渣6000kg/亩硫铵78.3kg/亩试验前1.591.611.571.911.99

72、试验后1.691.922.062.431.83增加（ % ）0.100.310.470.43-0.16试验前0.0860.0840.0760.0920.096氮素（% ）试验后0.0880.0920.1130.1230.095增加（ % ）0.0020.0080.0370.031-0.001施化肥土壤有机质会下降，因此化肥与有机质要配合使用。沼渣对当地作物增产效果作物水稻玉米棉花沼渣用量（kg/亩)150015001500产量（kg/亩）沼渣区435.95333.7583.3对照399.45308.8577.15Kg/亩36.524.96.15增产%9.18.37.9沼渣作为一种优质有机肥，具

73、有明显的增产作用。2）可提高保护地作物的抗盐能力施用有机肥形成的腐殖质土壤，其土壤的阳离子代换量高，从而缓解了土壤盐类的积累对作物造成的危害，使作物在这种土壤中能承受较高的盐类浓度而不受害。四、日光温室与沼气利用2、沼气利用在日光温室中的作用（1）沼气补光、增温、补充二氧化碳增温增光，主要通过点燃沼气灯、沼气灶来解决，燃烧时间为凌晨5:308:30。增供二氧化碳，靠燃烧沼气，时间安排在凌晨6:008:00放风前30分钟停止燃烧沼气。大棚内按每50米设置一盏沼气灯或每11米设置一台沼气灶。点燃沼气灯、沼气灶应在凌晨气温较低时进行。如蔬菜的地上部分干重中有45%是碳素，是由作物在光合作用时吸收空气

74、中二氧化碳而得来的。作物生长最适宜的二氧化碳浓度是0.1%，而空气中二氧化碳含量是0.03%，日光温室里作物在光合作用旺盛期只有0.02%的二氧化碳，远远满足不了作物生长的需要，所以要提高日光温室作物的产量和品质，在日光温室里燃烧沼气，提高室温和增施二氧化碳气肥是一项关键的技术措施。冬春在塑料大棚内点燃脱硫后的沼气，每燃烧1m3沼气可产生0.975 m3的CO2。CO2作为气肥，能有效的促使蔬菜增产，提高品质。常见蔬菜适宜的二氧化碳浓度蔬菜种类蔬菜种类黄瓜、西葫芦，青椒番茄、茄子韭菜、菠菜等叶菜苗期苗期/ /（毫克（毫克 / /千克）千克）600900600900生长期生长期 / /（毫克（毫

75、克 / /千克）千克）120015001000120015002500施沼气二氧化碳对蔬菜生长的作用COCO2 2浓度浓度 / /（微升（微升 / /升）升）20030020030080011008001100芹菜芹菜株高株高 / /厘米厘米44.966.8单株重单株重 / /克克7.812.51888.64014.3黄瓜黄瓜单株叶面积单株叶面积/ /厘米厘米2 2干叶比重干叶比重 （克（克/ / /厘米厘米2 2）0.019750.02575增施沼气CO2对提高黄瓜产量的作用时时段段处处理理施沼气施沼气COCO2 2对对照照差差值值增增值（值（ %）产产量量121973448566早早期期产

76、产值值32401762147884产产量量68625215164731总总产产产产值值38995724317530增施沼气CO2对黄瓜、番茄品质的影响项项目目种种类类黄黄瓜瓜番番茄茄14.6521.03维生素（维生素（ mg/110gmg/110g ）增施对照12.5616.49增加%16.221.4可溶性糖（可溶性糖（mg/110gmg/110g ）增施1.812.26对照1.592.10增加%13.87.6（2）沼气灯诱虫沼气灯灯光的波长在3001000纳米，许多害虫对于30400纳米的紫外光线有较大的趋光性。 夏、 秋季节， 正是各种害虫发生的高峰期，利用沼气灯灯光诱蛾， 用其养鱼、 养

77、鸡、养鸭，可以一举多得。沼气灯应吊在距地面或水面8090厘米处要求沼气灯与沼气池相距30米以内时，用直径10毫米的塑料管作沼气输气管，超过30米时应适当增大输气管的管径。也可以在沼气输气管中加入少许水，产生气液局部障碍，使沼气灯灯光产生忽闪现象，增强诱蛾效果。诱虫喂鸡、鸭法在沼气灯下放置一只盛水的大盆，水面上滴入少许食用油，当害虫大量拥来时，落入水中被水面浮油粘住翅膀死亡，以供鸡、鸭采食。诱虫喂鱼法离鱼塘岸2米处，用3根竹竿做成简易三角架，诱蛾时间应根据害虫前半夜多于后半夜的规律，掌握在天黑至午夜12：00为宜。（3）可提供优质肥料沼渣、沼液可通过土壤施肥和叶面施肥的方法来提高土壤有机质含量和

78、提供大量的必需元素，促进叶片生长和果实发育，对改善土壤结构、实现绿色、无公害生产有着重要的意义。固体（生物）有机复合肥工艺流程示意图：微量元素及活性剂沼渣粉碎混配造粒二次烘干计量包装液体（生物）有机复合肥工艺流程示意图：微量元素及活性剂沼液预处理分离络合混配计量包装成品罐（4）有效、安全防治病虫害沼液加杀虫脒按一定浓度配合后，对红蜘蛛的杀灭效果比单独使用沼液和杀虫脒的效果要好。沼液和沼渣可防治西瓜枯萎病，效果与许多现在使用的农药相当或更好。同时，利用沼液沼渣防治果树病虫害，没有农药污染和抗性等问题，符合有机、绿色、无公害食品生产的要求。五、沼气发酵的综合利用1、沼气作为生活能源2、沼气发电3、

79、沼渣种植食用菌4、沼渣加工成饲料1、沼气作为生活能源2、沼气发电3、种植食用菌选用正常产气并大换料后3个月的沼气池，取出沼渣晾干，捣研碎过粗筛后备用。新鲜麦草或稻草铡成30cm长小段备用。桔杆与沼渣配比为1:2。可作为栽培蘑菇的培养料。4、沼渣可加工饲料沼气不仅能燃烧， 而且沼液、 沼渣用在畜禽养殖的饲料添加剂，其增产效果和经济效益显著。第六章 设施农业介质消毒技术设施农业的栽培介质以土壤、基质等同体介质为主， 同时还有少量的营养液栽培。其中栽培过程使用的同体介质用量大，重复使用过程残留的病原菌和虫卵较多，消毒难度大， 是设施农业资源有效利用和保护环境的关键问题之一。固体介质的消毒方法主要分为

80、物理消毒和药剂消毒两大类，与其对应的介质消毒设备也主要有物理消毒设备和药剂消毒设备。一、物理消毒即用物理方法实现杀灭介质中的病原菌。物理方法运用比较成熟，如欧美和日韩等国所常用的蒸汽或热水进行介质消毒的设备均采用该原理，消毒效率高、效果明显、无污染。1、蒸汽消毒通过导管把高压蒸汽锅炉产生的高温蒸汽（80以上） 送到覆盖有保温膜的介质中，使介质温度升高，以达到消除介质中病虫害的目的。蒸汽消毒的方法应用较早，如20世纪50年代英国就有较详细的蒸汽消毒数据。目前，国外也有较成熟的设备。例如，荷兰VISSER移动式高温蒸汽介质消毒机，该设备每小时可产生60800 kg高温蒸汽，将介质装入专用消毒车上，

81、将耐高温薄膜覆盖在介质表面，通入高温蒸汽进行消毒；设备效率较高，但加热时间长，能源消耗大；蒸汽输出过程中的热传导性、穿透性及对生物酶的杀伤性大大下降，消毒性能降低。我国浙江大学蒋焕煜、 王俊也提出了设施园艺移动式介质蒸汽消毒系统，该系统利用蒸汽锅炉通过蒸汽管和移动小车的蒸汽入口连接，移动小车起着基质运载工具和消毒容器的作用，高温高压蒸汽通过蒸汽管通入移动消毒小车，对介质进行高温蒸汽消毒。采用蒸汽消毒的主要缺点是蒸汽不易到达介质深层，对20 cm以下土层消毒不彻底。另外，高压蒸汽锅炉设备比较复杂，操作也较繁琐。2、热水消毒将普通常压热水锅炉产生的8095热水通过开孔灌注到介质中进行消毒。为增强保

82、温效果，此法在介质表面铺盖保温覆盖膜，可使30 cm深处的介质温度达到50以上，从而杀灭介质中病虫害。热水消毒在日韩已有成熟的应用。2000年，日本农林水产省开始以国家辅助项目的形式，建立了为期3年的“利用热水进行设施园艺生产土壤管理与栽培研究项目”。根据热水消毒法的原理，热水消毒设备主要由常压热水锅炉和洒水设备构成，热水锅炉提供8095的消毒用热水，洒水装置将来自锅炉的热水均匀地灌注到待消毒土壤中。热水消毒法使用的锅炉为常压锅炉，以燃油为燃料， 锅炉由鼓风助燃装置、燃烧炉体、管式热水换热器、水泵、出水温度控制装置等组成，分固定式、牵引式、车载式和自走式几种型式。3、太阳能消毒在待消毒介质中灌

83、水， 并在介质表面覆盖透明塑料薄膜，通过温室效应吸收太阳能辐射热，产生较高的温度进行消毒处理。7月份，气温达35以上时，土壤温度升至5060，可杀死介质中各种病菌。太阳能消毒安全环保、操作简单，节约能源，土壤中有用微生物死亡少。太阳能消毒不均匀，时间长，且受天气制约。另外，该方法使20 cm以内土层的温度可达到消灭大部分病虫害的温度50。但20 cm深度以下土层的温度不高，对深层介质的消毒不彻底。4、冷冻消毒此法适用于少量的育苗基质。在低温冰箱中用-20冷冻12天。一般可杀死杂草种子和病菌。其缺点是难于大规模推广，能源消耗大。5、微波消毒采用微波消毒土壤的方法具有卫生、方便、高效率、处理后无污

84、染等优点，很早就有国外学者进行试验研究；但是由于技术水平、成本等因素的限制，一直未能得到推广使用。6、臭氧消毒臭氧是一种高效消毒剂，对细菌、病菌、真菌、霉菌芽胞、病毒等微生物都具有极强的杀灭力。由于臭氧为弥漫气体，消毒无死角，故消毒杀菌效果好。同时，臭氧在高温下能迅速分解，形成氧气，故不存在二次污染问题。臭氧的化学性质极为活泼，它在游离时的能量在瞬间产生强力的氧化作用，进行杀菌、消毒、解毒工作。臭氧极易溶解于水，溶在水中具有更强的杀菌能力，是氯气的 6003000倍，能迅速将细菌和病毒杀灭。细菌、病毒与臭氧结合后会改变分子结构或能量转移， 导致细菌病毒死亡，不再形成新病菌，能有效去除各种细菌、

85、病毒、异味及新家具油漆释放的有毒气体（甲醛、苯等） ，大气中适量的臭氧对人体的健康是非常有益的。 同理，臭氧也能分解抽烟产生的尼古丁， 防止二手烟对他人的伤害， 可以分解农药的毒性， 也可以消除煤气和燃煤产生的二氧化硫的毒性，臭氧还能消除一些辐射对人体的伤害。国家农业信息化工程技术研究中心研发的臭氧发生器， 以空气中的氧气为原料， 在高频、高压下放电产生臭氧达到消毒、杀菌、灭虫卵的目的，具有能耗低、寿命长、安装简便、操作维护方便、体积小等特点。该机可用于温室大棚中消毒、杀菌、灭虫卵，无土栽培和水培蔬菜营养液消毒、除味，蔬菜水果保鲜、防霉等场合。也可利用臭氧水对土壤进行消毒和或对水体进行消毒灭菌

86、等。二、药剂消毒设施农业所使用的消毒药剂种类较多，常用的消毒药剂有以下几种。1、溴甲烷荷兰温室中大部分采用溴甲烷进行消毒。 溴甲烷常温下为气态， 作为消毒用的溴甲烷贮藏在特制钢瓶中、经加压液化成液体。它对病原菌、线虫和许多虫卵具有很好的杀灭作用。一般将介质堆成一堆， 然后在堆体的不同高度用施药的塑料管插入介质中施入溴甲烷， 施入所需用量后立即用塑料薄膜覆盖，密闭35 d，去掉薄膜晒 710 d 后即可用。2、氯化苦三氯硝基甲烷是一种对病虫害有较好杀灭效果的药物， 消毒时将介质堆放成 30 cm 厚， 然后在介质上每隔 3040 cm 距离打一个深约 1015 cm 的小孔，每孔注入 510 m

87、L 氯化苦，覆膜保持 12 d 后，晒大约45 天即可使用。其它还有用甲醛、高锰酸钾、漂白剂等，一般能达到良好的消毒效果。药剂消毒的关键问题是环保问题， 如果使用不当，容易造成污染，不符合绿色农业发展要求。 例如， 溴甲烷对大气臭氧有破坏作用， 目前普遍用氯化苦代替溴甲烷作土壤熏蒸剂。药剂消毒的另一关键问题需要技术先进的施药设备作保障。 这类设备在日本、 美国、 以色列、西班牙等国家应用较广， 特别是日本应用技术成熟、 施药设备先进，日本每年有 8 600t 氯化苦用于农业上。国内施药设备发展滞后， 消毒施药主要由人工完成， 存在着劳动强度大和施药者的安全和健康隐患等问题。为此，国内近年来进行

88、了该设备的少量的研究与开发。例如，大连金梅土壤消毒设备有限公司开发的施药机械，由主机架、行走执行机构、压杆往复机构、液压泵机构、注入土壤内药剂量调整机构和药剂埋入土壤深度调节装置等构成。 该机可进行土壤开沟和消毒剂的定点释放；但缺少覆土和覆膜作业，功能不完善，机械化程度较低。甘肃张掖追肥枪有限公司生产的LYJ多功能药肥枪可以将枪尖插入地下，利用手压动力将药液直接施入地下。防治效果有了很大改善，问题是手工操作，劳动强度大，施药效率低。三、设施农业介质消毒设备的发展方向设施农业发展必须依靠机械化作业和自动化控制的不断融合。 从国内外发展趋势看， 设施栽培基质消毒设备，正逐步向作业自动化、生产效率化

89、、环境友好化、资源可持续化的方向发展。我国通过多年的研究，已建立了较好的基础，在今后的研究中，应积极研究开发消毒优势相对较好的蒸汽消毒装备。1、高度机械化设施农业介质消毒设备在国外发展速度很快。美国、以色列、荷兰、澳大利亚和日本等国家在介质消毒技术方面处于领先地位， 如美国、 荷兰和日本等发达国家的介质消毒技术已形成完整的技术体系，生产管理和作业实现了机械化，部分达到了自动化。日韩等国开发的热水消毒设备，通过对介质灌注90以上热水能很好杀灭 60 cm 土层内的病原菌，消毒效果达到 100，消毒同时可对介质进行深翻处理；以色列 CKM先进农业有限公司研制的介质消毒设备， 将介质深翻后扬起到土壤

90、处理室， 而土壤处理室是利用燃油装置对其进行加热，通过热交换对介质进行消毒。同时，能通过调节杆，控制介质扬起的深度，对不同深度的介质进行消毒。2、注重环保。无污染绿色农业是一场新的产业革命和技术革命， 是现代农业发展的一种新模式， 这必然导致设施农业中消毒设备和方法向无污染方向发展。 例如， 国外常将使用热水和蒸汽作为首选消毒媒介。另外，不断改进太阳能、暴晒等传统消毒方法，解决消毒不彻底，受天气、季节等因素影响的问题。3、高新技术的运用通过对消毒方法的改进能够更好地节约能源并达到更好的消毒效果。通过计算机控制消毒媒介的用量和作业温度以及介质的消毒深度等， 目前部分国家生产的消毒设备已能实现部分

91、智能化。第七章设施农业节水灌溉监测控制系统一、滴灌系统概述滴灌系利用专门灌溉设备以间断或连续的水滴或细流的形式缓慢地将水灌到部分土壤表面和作物根区的灌水方式，直接向作物施水的设备称为灌水器，其流量不大于12 L/h。滴灌系统是由水源工程、首部枢纽、输配水管道和灌水器组成的灌溉系统。（1）滴灌系统的组成滴灌系统一般由水源工程、 首部枢纽、 输配水管网、 灌水器及控制、 量测和保护装置等组成。236475891水流方向126水源工程与首部枢纽输配水管网与灌水器1.地下水(1.地表水） 2.潜水泵(2.离心泵） 3.施肥罐 4.过滤器 5.主干管6.分干管 7.支(辅)管 8.毛管 9.灌水器（图中

92、量测、控制、保护等设备、仪表未示，可参考相关章节文字和附图）图1-1 滴灌工程系统组成示意图压力滴箭补偿系统水源工程水源工程为从水源取水进行滴灌而修建的拦水、引水、蓄水、提水、输水和沉淀工程，以及相应的输配电工程。首部枢纽首部枢纽包括动力机、水泵、施肥（药）装置、水质净化设施和安全保护及量测控制设备。输配水管网输配水管网输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的有压水流按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器，沿水流方向依次为干管、支管、毛管及所需的连接管件和控制、调节设备。毛管是滴灌系统中最末一级管道，直接为灌水器提供水量。支管是向毛管供水的管道，在这一环节中，有时仅布设支管，有时增设多条与支管平行

93、的辅助支管（简称辅管） ，每条辅管上布置多条毛管。可通过辅管向毛管供水。干管是将首部枢纽与各支管连接起来的管道， 起输水作用。 由于滴灌系统的大小及管网布置不同，组成管网的级数也有所不同。灌水器灌水器是直接向作物施水的设备， 是滴灌系统中最关键的部件， 其作用是把末级管道中的压力水流均匀而稳定地分配到田间土壤，满足作物对水分的需要，还可随水施肥施药。二、滴灌工程的几种分类1、按灌水器在田间的布设形式分为地下滴灌和地表滴灌2、按照系统首部设施及输配水管道固定形式分为固定式、半固定式、全移动式3、按系统工作压力来源分为加压式和自压式4.按种植作物可分为粮食经济作物滴灌、瓜果蔬菜滴灌和经济林、生态林

94、滴灌随着水资源供需矛盾的日益加剧， 各国都十分重视发展节水农业。 发达国家普遍采用喷灌、微灌等先进的节水灌溉技术， 并使之与农业综合技术措施相结合， 逐步以此代替传统的土渠输水和地面灌溉。这不仅达到了节水目的，使灌溉水利用系数提高到 0.80.9，也大幅提高了农作物产量。在现有灌溉技术基础上， 以作物实际需水为依据， 以信息技术为手段，应用先进的自动化控制技术实施精确灌溉，能够显著提高灌溉精准度， 便于实施合理的灌溉制度， 提高水的利用率。智能自动化控制灌溉能够提高农业灌溉管理水平， 改变人为操作的随意性， 同时自动化控制灌溉能够减少灌溉用工，降低管理成本，显著提高效益。二、便携式土壤信息监测

95、系统在传统农业生产中，生产者往往忽视了土壤各项参数的重要性，对灌溉、施肥和农田管理都充满了盲目性。造成大量资源的浪费、土壤退化，影响农作物的生长发育，阻碍了农业生产经济效益的提高。根据 TDR 原理，设计一种集成式传感器系统， 实现对土壤温度、含水量和电导率三个参数的实时检测。并通过土壤智能管理分析系统， 综合利用测量仪器所测定的土壤信息， 用以指导农业生产过程，提高作物的产量和质量。TDR 测试方法中，沿信号通路传输高速信号边沿，并观察其反射信号。反射能够说明信号通路的阻抗以及阻抗变化时信号延时的变化。Time Delay reflectometry 或 Time Domainreflect

96、ometry。两者的缩写都是 TDR，翻译过来分别是时间延迟反射和时域反射。 使用时域反射最为经典的仪器是美国土壤水分公司的trase 。 研究土壤三参数信息智能检测方法以TDR 原理为基础，研究电磁信号与土壤温度、含水量、电导率转换关系，并据此计算出上述各参数。 研制集成式土壤三参数测量仪；以多传感器技术为基础，结合土壤三参数测量方法与温度、土壤电导率和含水量三者之间的修正算法， 利用电子技术和计算机技术， 实现对土壤温度、含水量和电导率的正确检测。 通过数据通讯技术和数据库技术，实现土壤参数的综合获取、管理和分析，并提供历史数据的查询、对比分析等数据功能。采取理论与实际相结合的多种方法，首

97、先基于传感器集成技术，通过理论推导形成研究的切入点，利用 TDR 原理进行半开、无限大土壤介质的含水量和土壤电导率检测，以烘干法和 GBT 6908-2005为标准进行含水量和电导率的校准， 再利用温度与电导率的关系给出温度校正后的电导率， 最后通过物理学和数学方法计算出土壤的重要参数信息， 进行实际应用检测方法的正确性和准确性检测。国家农业信息化工程技术研究中心研制和开发了拥有自主知识产权的土壤三参数测量方法和仪器， 它克服了传统单一测量方法和仪器的局限， 进行参数测量的同时进行计算修正，减少了土壤类型、温度、盐度等对测量的影响，测量更加准确，适应性更加广泛。通过对土壤温度、含水量和电导率的

98、监测，结合数据分析系统，便于用户掌握土壤品质、参数的变化情况。降低生产者对作物生长管理的盲目性，提高土地资源的利用效率和灌溉、旋肥、管理的精确度，为农业生产管理提供决策依据。Hydra 土壤三参数测量探头，可实现对土壤含水量、电导率和温度的快速准确测量，探头长约 12.4 cm，直径约为 4.2 cm；探头对介电常数的测量范围为165，精度1.5或0.2； 对土壤水分的测量范围为0饱和， 测量精度3Vol典型； 对电导率的测量范围为 020dSm，优于20 或0.002 dSm。土壤温度测量范围-1060，精度0.6。二、无线自动监测控制系统农业信息数据传输具有以下特点： 需要数据采集或监控的

99、网点多、 要求传输的数据量不大且要求设备成本低、数据传输可靠性高、安全性高、设备体积很小、不便放置较大的充电电池或者电源模块、用电池供电、地形复杂、监测点多、需要较大的网络覆盖等。另外，现有移动网络有覆盖盲区， 使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统， 效果差或成本太高。因此，要选择一种合适的传输标准，实现并得到最好性价比的无线传输系统。bee 是 IEEE 802.15.4 协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞， 由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息， 也就是说蜜蜂

100、依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee 就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee 是目前众多无线传感器网络技术中的一种主要技术，它是种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。它主要应用于近距离的无线连接。Zigbee 技术以其设备成本低、组网简单、节点布置灵活、数据传输安全可靠、电池寿命长等独特的优势， 在现代设施农业中展现出广阔的应用前景。 在农业环境测控系统中引入无线网络，可大大提高控制系统的可扩展性和可维护性

101、， 降低设备维护的成本，从而使整个控制系统得到优化。大田灌溉无线自动监测控制系统的目的是通过Zigbee无线传感器网络实现对农田的测控区域的温湿度等模拟信号和脉冲信号传感器信号的采集测量， 并能对现场灌溉电磁阀等设备进行远距离无线控制， 同时将所采集的传感器信息和电磁阀状态信息在监控终端实时地显示出来。1、系统构成ZigBee 网络拓扑结构定义了三种ZigBee 设备对象，分别是 ZigBee 协调器（Co-ordinator） 、ZigBee 路由器（Router）和终端设备（End Device） 。 ZigBee 网络根据应用的需要可以组织成星型网络、树状网络，也可以是网状网络。在网状结

102、构中，所有终端节点设备都与中心设备网络协调器通信。 系统包括三部分：数据采集控制终端（End Device） 、中心设备（Co-ordinator） 、网络路由设备（Router） 。（1）中心设备的具体功能 负责整个系统网络的初始化，确定 Zigbee 网络的 ID 号和操作的物理信道并统筹短地址分配，还提供数据路由和安全管理等服务。 通过串口与上位机监控终端进行数据通讯。 通过系统监控终端的采集控制界面，可以对正在请求增加的子节点做出判断，允许或者禁止其加入；也可以删除已加入到网络中的子节点。 对已经加入的各个子节点进行实时监控，如果某一子节点出现工作异常的状况，如子节点的电压过低等，则中

103、心设备发出相应的报警信息，显示在上位机监控终端的相应界面中。 可选择不同编号的子节点进行数据监测，并对其他控制的被控设备进行控制。 可根据需要完成子机的相应功能。（2）数据采集控制终端的具体功能 完成采集所接入的模拟、 脉冲信号传感器信息的读取发送功能， 同时能够接受中心设备的控制命令完成对现场电磁阀的控制功能。 定时联络采集控制终端子节点每隔一段时间向中心设备发送一个正常存在命令帧， 用以确定该子节点机还处于中心设备的监控范围内。 子节点机低电压报警如果子节点电压低于正常的工作电压时，则向中心设备发出请求更换电池的信号。 子节点丢失报警如果子节点机脱离中心设备监控范围并且超过一定时间，则中心

104、设备就认为子节点已经丢失，中心节点就会发出报警，通知相关人员进行处理，确保重要设备的正常工作。 自动唤醒自动测量所需环境参数可通过实时时钟设定测量时间，完成在一定时间间隔内的数据采集和测量。 数据保存和备份可通过内部大容量存储器对所采集的数据进行保存，以便主机或其他设备对其读取。（3）网络路由设备的功能网络路由设备在完成数据采集控制终端（End-Device）模块的相应功能的同时，在网络中实现路由中继的作用，实现Zigbee 网络的多跳功能。2、系统人机界面系统输入设置界面可以设置控制设备的参数， 定义各类传感器。 程序设置界面可根据实际需要选择相应的控制方式， 如采用轮灌方式达到灌溉的目的。

105、 在逻辑条件设置界面实现逻辑条件的设置，可根据自己选择的条件成分和控制对象进行设定。在报警设置界面可以实现对报警的输出号码以及报警时间的设置， 并可设置报警范围和是否报警。实时数据显示界面可以显示灌溉程序的实时工作状况，传感器信息和程序保护信息，还有控制设备的一些信息。 手动操作界面可以实现最原始的控制方式： 包括手动暂停和手动运行。三、智能射频卡节水管理系统智能射频卡（简称射频卡或RF 卡）将射频识别技术和IC 卡技术结合起来，将具有微处理器及大容量存储器的集成电路芯片和天线封装于塑料基片之中，以无线方式传送数据。RF 卡在读写时处于非接触操作状态，可避免由于接触不良所造成的读写错误等误操作

106、，同时可避免灰尘、油污等外部恶劣环境对读写卡的影响。磁卡是利用磁性载体记录英文与数字信息， 用来标识身份或其它用途的卡片。 读写器的构成是一个物理外壳，里面固定一个磁头，有的安装了一个电磁体（叫消磁器） ，还有编码解码电路，指示灯等几个部件。IC 卡 （Integrated Circuit Card， 集成电路卡） 是继磁卡之后出现的又一种新型信息工具。是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816 标准的卡基中，做成卡片形式。广泛地应用于包括金融、交通、社保等很多领域。射频卡具有下述优良性能： 操作简单、 快捷。 RF 卡采取无线通迅方式， 使用时无方向要求， 所以使用起来十分方便。 防冲突。R

107、F 卡中存有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰， 因此终端可以同时处理多张卡片。 便于一卡多用。RF 卡中有多个分区，每个分区又各自有自己的密码， 可以将不同的分区用于不同的应用，实现一卡多用1、系统构成智能卡节水控制系统主要组成： 机房设备：主控制计算机、UPS 电源、打印机等； 专业产品：智能卡节水控制器、系统软件、智能卡、发卡机等； 设备：水表、电表、电磁阀、电源箱等。智能射频卡节水管理系统整体框图2、工作原理控制器平时处于拉闸断电状态， 水泵无法启动取水。 只有用户持卡购水并将射频卡放在控制器感应区，控制器自动读取卡中所购水量等信息并合闸启动水泵取水。在取水过程中，水表每走一单

108、位水量，控制器从剩余水量减，并在显示窗中显示。用户灌溉完毕，将射频卡再次靠近感应区， 控制器将剩余水量自动写入射频卡并拉闸断电停泵， 卡中水量可在下次使用。如果剩余水量为“0”，控制器也将自动拉闸停泵，用户必须持卡再次购水。3、系统功能 开户、售卡，向用户售水； 制作用水管理的开户卡、补卡、检查卡、设置卡等各种类功能卡； 读、写射频卡中的信息，并自动存储记录，查询用户购水记录； 控制器可存贮多条用户动态信息记录，方便管理； 控制器显示窗和状态指示灯，显示剩余水，指示传感信号、合闸、分闸、事故报警状态； 控制器具有刷卡延时停机、断相保护、防盗防破坏功能； 控制器特殊功能，如限制总取水量功能、非正

109、常原因停机用户信息自动保存并可读取功能等。四、远程手机无线灌溉控制系统远程手机无线灌溉控制系统集控制与手机无线模块为一体，实现远程的自动控制功能。针对各行业用户的使用要求和具体设备的基本情况， 为各种类似系统提供方便、 易用的远程无线控制。SIM 卡是（Subscriber Identity Module 客户识别模块）的缩写，也称为智能卡、 用户身份识别卡，GSM 数字移动电话机必须装上此卡方能使用。它在一电脑芯片上存储了数字移动电话客户的信息， 加密的密钥以及用户的电话簿等内容， 可供 GSM 网络客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。系统功能及特点： 操作简单：用户通过SM

110、S，使用手机发短信，就可完成本系统的操作。用户每次发出的控制命令，都有一条信息反馈到使用的手机上，根据反馈内容，用户便知设备的运行情况。 控制灵活：本系统有 48 路输出，用户可通过 SMS，根据具体的设备连接情况，实现一路或多路的无线控制。而且每路或多路的打开与否，都有对应的信息内容反馈。 液晶显示：全中文的液晶显示可以让用户了解系统的运行情况。如无线信号的有否、手机模块注册的成功与否、短消息控制命令的收到与否等。SMS 是一种存储和转发服务。也就是说，短消息并不是直接从发送人发送到接收人，而始终通过 SMS 中心进行转发。如果接收人处于未连接状态（可能电话已关闭） ，则消息将在接收人再次连接时发送。