摘 要 針對(duì)廣西農(nóng)業(yè)灌溉、施肥的需求和挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)一種水肥一體化系統(tǒng)，并詳細(xì)闡述其安裝實(shí)踐。該系統(tǒng)結(jié)合了智能數(shù)據(jù)采集與控制、精準(zhǔn)灌溉與施肥技術(shù)，旨在提高水資源利用率，減少環(huán)境污染，并推動(dòng)廣西農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。

關(guān)鍵詞 水肥一體化；智能化；精準(zhǔn)化；安裝實(shí)踐；農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化；廣西

中圖分類號(hào)：S224.4；TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.22.024

廣西作為我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)區(qū)域，其農(nóng)業(yè)發(fā)展的持續(xù)性和效率直接影響地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生保障。然而，在廣西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的灌溉和施肥方式不僅效率低下，還可能導(dǎo)致資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。在此背景下，水肥一體化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其結(jié)合了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，旨在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉和智能施肥，從而優(yōu)化資源配置，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，同時(shí)降低環(huán)境負(fù)荷。這一系統(tǒng)的引入，對(duì)于廣西乃至全國(guó)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷進(jìn)步，水肥一體化系統(tǒng)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。如何根據(jù)廣西特定的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和作物需求，合理設(shè)計(jì)與安裝水肥一體化系統(tǒng)，仍是一個(gè)值得深入探討的問(wèn)題。

1 廣西農(nóng)業(yè)水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

廣西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多樣性要求水肥一體化系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的作物生長(zhǎng)周期和水分需求。例如，水稻田需要持續(xù)的水層管理，而果園則需要在果樹關(guān)鍵生長(zhǎng)期進(jìn)行精確的灌溉。此外，由于廣西水資源分布不均，水肥一體化系統(tǒng)需要能夠在水資源有限的情況下進(jìn)行優(yōu)化分配。考慮到土壤肥力的差異，水肥一體化系統(tǒng)需要能夠根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和作物需求智能調(diào)整施肥種類和用量，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的均衡供應(yīng)。為滿足上述需求，應(yīng)根據(jù)土壤濕度數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)水肥一體化系統(tǒng)，確保其智能調(diào)整灌溉量和灌溉頻率，從而促進(jìn)作物正常生長(zhǎng)；可以根據(jù)土壤養(yǎng)分分析數(shù)據(jù)和作物生長(zhǎng)階段，精確控制肥料的種類、比例、施用量。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

水肥一體化系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)等，具體如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器（濕度傳感器、土壤養(yǎng)分傳感器、溫度傳感器等）實(shí)時(shí)采集土壤和環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂破?。中央控制器采用高性能的微處理器，可快速處理收集到的?shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法或模型生成灌溉和施肥指令[1]。

灌溉系統(tǒng)根據(jù)指令通過(guò)電磁閥控制不同區(qū)域的灌溉，采用滴灌、微噴等節(jié)水灌溉技術(shù)，確保水分均勻分布到作物根部。

施肥系統(tǒng)則通過(guò)精確的計(jì)量泵控制肥料的施用量，通過(guò)混合裝置確保不同肥料的均勻混合，并通過(guò)與灌溉系統(tǒng)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)水肥一體化。

1.3 關(guān)鍵設(shè)備選擇

設(shè)計(jì)水肥一體化系統(tǒng)，各關(guān)鍵設(shè)備的選擇要充分考慮自然條件、實(shí)際需求等。例如，濕度傳感器選用電阻式或電容式傳感器，其測(cè)量精度應(yīng)在±2%，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；土壤養(yǎng)分傳感器則選用能夠同時(shí)檢測(cè)多種營(yíng)養(yǎng)元素（氮、磷、鉀等）的復(fù)合型傳感器；溫度傳感器選用數(shù)字溫度傳感器，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度[2]；中央控制器采用高性能的微處理器，處理速度應(yīng)能滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和指令下發(fā)的需求；電磁閥應(yīng)選擇耐腐蝕、密封性好的產(chǎn)品，以確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；計(jì)量泵應(yīng)選擇高精度、可調(diào)流量的型號(hào)；混合裝置可選擇罐式混肥器，應(yīng)具備均勻混合多種肥料的功能。關(guān)鍵設(shè)備的具體參數(shù)如表1所示。

1.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

水肥一體化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、灌溉和施肥控制模塊及故障診斷與報(bào)警模塊（見(jiàn)圖2）。

數(shù)據(jù)采集模塊將通過(guò)各種傳感器接口實(shí)時(shí)獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，并采用數(shù)據(jù)融合算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和校正。數(shù)據(jù)處理模塊將根據(jù)預(yù)設(shè)的作物生長(zhǎng)模型、土壤濕度和養(yǎng)分模型等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，生成具體的灌溉和施肥計(jì)劃。灌溉和施肥控制模塊將根據(jù)土壤濕度數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報(bào)智能調(diào)整灌溉策略，確保作物在不同生長(zhǎng)階段的水分需求得到滿足，同時(shí)依據(jù)土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)和作物養(yǎng)分需求模型，精確控制肥料的種類、施用量。故障診斷與報(bào)警模塊將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)傳感器故障、電磁閥堵塞或計(jì)量泵失靈等異常情況，將立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將故障信息發(fā)送給管理人員，以便及時(shí)進(jìn)行處理。

2 水肥一體化系統(tǒng)安裝實(shí)踐

2.1 安裝前準(zhǔn)備

在廣西，安裝農(nóng)業(yè)水肥一體化系統(tǒng)之前，詳盡的現(xiàn)場(chǎng)勘查是必不可少的環(huán)節(jié)。這一步驟需要對(duì)農(nóng)田的地形進(jìn)行細(xì)致的測(cè)量，了解地勢(shì)起伏，以便合理規(guī)劃灌溉線路的布局。土壤條件的分析包括土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤肥力等關(guān)鍵指標(biāo)的測(cè)定，這些數(shù)據(jù)將為后續(xù)的設(shè)備選型和施肥計(jì)劃制訂提供重要參考。水源情況的評(píng)估則涉及水源類型、水量、水質(zhì)及供水穩(wěn)定性等方面的考察，確保灌溉系統(tǒng)有穩(wěn)定可靠的水源供應(yīng)[3]。

考慮到廣西獨(dú)特的氣候特征，設(shè)備選型時(shí)必須特別關(guān)注其耐候性和穩(wěn)定性。所有設(shè)備均應(yīng)采用防水、防塵、防腐蝕等設(shè)計(jì)，以確保在惡劣天氣條件下仍能正常工作。在設(shè)備采購(gòu)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇那些經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量檢測(cè)、性能穩(wěn)定的知名品牌產(chǎn)品，并確保有充足的備件庫(kù)存，以便在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)更換，減少系統(tǒng)故障對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

為確保安裝過(guò)程的順利進(jìn)行，組織一支專業(yè)的施工隊(duì)伍至關(guān)重要。這支隊(duì)伍應(yīng)具備相關(guān)技術(shù)背景和豐富的安裝經(jīng)驗(yàn)，能夠熟練掌握各種安裝工具和技術(shù)，以確保系統(tǒng)的安裝質(zhì)量和效率。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備安裝與調(diào)試

在安裝灌溉系統(tǒng)時(shí)，灌溉線路和噴頭的布局是關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)地形和作物分布進(jìn)行合理規(guī)劃，確保每個(gè)噴頭都能覆蓋到相應(yīng)的作物區(qū)域，實(shí)現(xiàn)灌溉的均勻性和效率。同時(shí)，灌溉系統(tǒng)的管道和連接件應(yīng)采用耐腐蝕、耐高壓的材料制成，以確保系統(tǒng)的安全性和耐久性。施肥系統(tǒng)的安裝則需要特別注意肥料的儲(chǔ)存和輸送管道的密封性。肥料儲(chǔ)存容器應(yīng)采用防腐蝕、密封性好的材料制成，以防止肥料泄漏和受潮。輸送管道應(yīng)采用耐磨、耐腐蝕的材料制成，并確保連接緊密、無(wú)泄漏。在安裝過(guò)程中，還應(yīng)對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行全面的檢查和測(cè)試，確保其性能良好、安全可靠[4]。

設(shè)備安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行全面的調(diào)試，包括對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)試，確保其能夠準(zhǔn)確感應(yīng)土壤和環(huán)境參數(shù)；對(duì)電磁閥和計(jì)量泵進(jìn)行調(diào)試，確保其能夠精確控制水流和肥料的施用量；對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)測(cè)試，確保其能夠根據(jù)中央控制器的指令穩(wěn)定運(yùn)行。在調(diào)試過(guò)程中，還應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行記錄和分析，以便后續(xù)的優(yōu)化和調(diào)整。

2.3 系統(tǒng)集成與測(cè)試

系統(tǒng)集成是確保水肥一體化系統(tǒng)各個(gè)部分能夠協(xié)同工作的關(guān)鍵步驟。在集成過(guò)程中，應(yīng)特別注意數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)和施肥系統(tǒng)之間的接口兼容性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。同時(shí)，應(yīng)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)之間的連接進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，確保其能夠正常工作并滿足實(shí)際需求。

系統(tǒng)測(cè)試則是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的全面檢驗(yàn)。測(cè)試內(nèi)容包括傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性測(cè)試、灌溉和施肥控制的精準(zhǔn)度測(cè)試、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度測(cè)試等。為確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，應(yīng)采用專業(yè)的測(cè)試工具和方法進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析和評(píng)估[5]。同時(shí)，應(yīng)在不同環(huán)境條件下進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)試，以確保系統(tǒng)在各種情況下都能可靠運(yùn)行并滿足實(shí)際需求。

3 用戶培訓(xùn)與售后服務(wù)

為確保用戶能夠熟練掌握水肥一體化系統(tǒng)的使用方法并處理常見(jiàn)問(wèn)題，用戶培訓(xùn)是必不可少的環(huán)節(jié)。培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)包括系統(tǒng)的基本操作、日常維護(hù)、故障排除等方面，并采用多種形式進(jìn)行培訓(xùn)，如現(xiàn)場(chǎng)演示、視頻教程等，以便用戶能夠更好地理解和掌握系統(tǒng)的使用方法。同時(shí)，應(yīng)提供全面的售后服務(wù)，包括定期的系統(tǒng)檢查、故障排除、軟件更新等，以確保系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行并滿足用戶的實(shí)際需求。優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)，不僅可以提高用戶的使用體驗(yàn)和滿意度，還能進(jìn)一步增強(qiáng)用戶對(duì)系統(tǒng)的信任和依賴。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝實(shí)踐的深入研究，對(duì)廣西乃至全國(guó)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程具有積極的推動(dòng)作用。未來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷進(jìn)步和智能化技術(shù)的日益發(fā)展，水肥一體化系統(tǒng)將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更加重要的作用，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）

作者簡(jiǎn)介：藍(lán)祿（1989—），大專，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)智能水肥灌溉一體化體系、鹽堿地土壤改良水肥智能灌溉一體化體系。

*為通信作者，E-mail：328240866@qq.com。