本发明涉及无土栽培技术领域，尤其涉及一种鱼菜共生水肥处理系统及方法。
背景技术：
随着人口不断增长，资源能源不断减少，生态环境压力就越来越紧迫，传统耕地农业面临巨大压力和诸多问题。
无土栽培和水肥一体化是一种有效破解传统农业发展困境的手段，鱼菜共生模式结合了循环水养殖和无土栽培技术，利用水处理技术将养殖废水资源化，再将其利用为无土栽培营养液栽培蔬菜，具有显著生态、高效、可持续性特点。无土栽培循环的营养来自养殖废水经生化反应处理形成离子态营养盐，构成和比例单一来自鱼类饵料的配方，所以该模式下要着重鱼、菜的种养比例以及品种搭配，且营养液的补施肥整体需求小但要求精准。
由于鱼、菜由水循环相互连通，故单纯无土栽培的水肥管理技术方法由于没考虑鱼的养殖水质诸多限制，营养液原液配方和水肥管理技术要明显不同，目前单纯无土栽培水肥一体机虽已实现节肥灌溉和按配方混液施肥，但能根据植株长势和环境在线反馈，智能精准施肥还没有把肥力效益发挥到最大，尤其鱼菜共生模式下水肥管理技术处于空白。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的鱼菜共生模式循环水应用于无土栽培时营养元素不足，肥料配方结构不适合植物灌溉的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种鱼菜共生水肥处理系统，包括原液储存装置、压力混合装置、缓施装置、喷施装置和控制装置，所述原液储存装置通过第一管道与所述压力混合装置的进料口连接，所述第一管道上设有电磁阀，所述缓施装置和喷施装置分别通过管路与所述压力混合装置的两个出料口连接，所述管路上设有第一比例阀，所述电磁阀和所述第一比例阀均与所述控制装置连接。
其中，还包括水质检测装置，所述水质检测装置包括检测室和设置于所述检测室内的多参数水质传感器，所述多参数水质传感器与所述控制装置连接，所述检测室的入水口与所述缓施装置连接，所述检测室的出水口通过第二管道与所述喷施装置连接，所述第二管道上靠近所述喷施装置的一端设有第二比例阀，且所述第二比例阀与所述检测室之间的所述第二管道上设有排污阀。
其中，所述缓施装置包括循环水管路，所述循环水管路中设有流量检测器，且所述循环水管路的进水端口处设有过滤网，所述流量检测器与所述控制装置连接。
其中，所述喷施装置包括喷雾混合室，所述喷雾混合室内设有增压泵，所述增压泵通过雾化外接口与外界连通。
其中，所述原液储存装置包括振动板和多个储存罐，所述振动板上设有多个孔，每个所述储存罐对应一个所述孔并固定在所述孔中，所述储存罐的顶部设有加料口，所述第一管道包括汇流管和多根支管，每根所述支管的一端与其对应的所述储存罐底部的出料口连接，另一端与所述汇流管连接，所述汇流管与所述压力混合装置连接，每根所述支管上均设有一个所述电磁阀。
其中，所述压力混合装置包括混合室，所述混合室内设有增压器。
其中，还包括空气环境检测装置和植株长势检测装置，所述空气环境检测装置和所述植株长势检测装置均与所述控制装置连接，且所述空气环境检测装置包括植株生长环境传感器和靠近所述储存罐设置的温湿度传感器。
其中，还包括箱体，所述原液储存装置、所述压力混合装置、所述缓施装置和所述喷施装置均设置于所述箱体内，所述控制装置设置于所述箱体外壁上，且所述控制装置上方设有遮挡板，所述遮挡板一端固定于所述箱体上，另一端水平向外伸出。
本发明还提供了一种鱼菜共生水肥处理方法，包括以下步骤：
s1，控制装置根据用户输入品种和种植时间形成鱼菜共生模式下标准营养液施肥配方，再根据水质检测装置分析采集的无土栽培循环水样、植株长势检测装置分析植株长势和空气环境检测装置分析空气环境参数得到的结果对标准营养液施肥配方进行综合修正，根据作物生长阶段和补充营养液元素类型确定施肥方式；
s2，当确定进行管道注射施肥方式时，修正后的施肥配方所选定的营养液原液的其中一种营养液原液由储存罐定量自流到第一管道中，再流入压力混合装置内增压，控制器根据循环水管路中的流量传感器检测进入循环水管路的无土栽培循环水的实时流量，通过比例阀控制压力混合装置中的营养液原液按匹配速率通入循环水管路中，循环水管路中的营养液原液与无土栽培循环水形成混合营养液，混合营养液流出对植物根系施肥，待压力混合装置中营养液原液流空后，按照上述方式将下一种营养液原液的补充入无土栽培循环水，直到选定的所有营养液原液逐一缓施完毕，最后调节无土栽培循环水酸碱度维持在中性；
当选择进行叶面雾化喷施方式时，修正后施肥配方所选定的营养液原液由储存罐定量同时自流到第一管道中，再流入压力混合装置内增压和混合，控制装置根据喷雾混合室的无土栽培循环水的进水流量，通过比例阀控制压力混合装置中混合完成的营养液原液按匹配速率施入喷雾混合室中，与无土栽培循环水进行混合稀释形成混合营养液，同时调节混合营养液酸碱度维持在中性，喷雾混合室中的增压泵将雾化的混合营养液压出，通过雾化外接口对植物叶面背面施肥。
其中，水质检测装置按循环水管路循环每周期取一次，静置测量5-10分钟再通过排污阀排出或流入喷雾混合装置再利用，空气环境检测装置每10分钟检测一次，温度过低时触发振动板振动储存罐避免营养液原液沉淀，植株长势检测装置每天检测一次；修正后施肥配方如有钙、镁肥，要避开含硫酸盐和磷酸盐营养液原液同时混肥或施肥，如相互冲突推后12-24小时补施钙、镁肥。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明鱼菜共生水肥处理系统的缓施装置和喷施装置中均通入无土栽培循环水，原液储存装置中的营养液经过压力混合装置的增压后流入缓施装置和喷施装置，对原本的无土栽培循环水进行二次肥料补充，以满足植物生长所需大量元素和微量元素在混合营养液中的含量要求，控制装置对电磁阀和第一比例阀的控制，实现调节原液储存装置中营养液通入缓施装置和喷施装的流量，同时缓施装置用于管道注射施肥方式，喷施装置用于叶面雾化喷射施肥方式，由此本发明在作物生长初期和成熟期只启动缓施装置施肥，旺盛期同时启动缓施装置和喷施装置，补充大量元素营养液启动缓施装置，补充微量元素营养液启动喷施装置，本发明注重成本控制，多功能开发设计，利用控制装置通过电磁阀和第一比例阀计算得到原液储存装置向压力混合装置、压力混合装置向缓施装置和喷施装置的流量参数，在鱼菜共生模式下形成标准营养液施肥配方，再依植株品种、长势和水质、空气环境参数对配方进行综合修正，并根据作物生长阶段和补充营养液元素类型确定施肥方式，实现精准高效施肥、补肥，具有高效利用肥料，显著提高蔬菜产量和质量，缩短蔬菜生长时间，降低用工强度等特点，达到了智能精准水肥管理和调节，对目前无土栽培水肥一体化管理向实时反馈，精准修正和更高效调节有启发作用，对未来设施精准农业和鱼菜共生产业有促进作用，满足了节约增效、生态环保发展的要求。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例鱼菜共生水肥处理系统的结构示意图。
图中：1：原液储存装置；2：压力混合装置；3：缓施装置；4：喷施装置；5：控制装置；6：第一管道；7：电磁阀；8：第一比例阀；9：水质检测装置；10：第二管道；11：第二比例阀；12：排污阀；13：植株长势检测装置；14：空气环境检测装置；15：箱体；101：振动板；102：储存罐；103：加料口；201：混合室；202：增压器；301：循环水管路；302：流量检测器；303：过滤网；401：喷雾混合室；402：增压泵；403：雾化外接口；601：汇流管；602：支管；901：检测室；902：多参数水质传感器；1401：植株生长环境传感器；1402：温湿度传感器；1501：遮挡板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
如图1所示，本发明实施例提供的鱼菜共生水肥处理系统，包括原液储存装置1、压力混合装置2、缓施装置3、喷施装置4和控制装置5，原液储存装置1通过第一管道6与压力混合装置2的进料口连接，第一管道6上设有电磁阀7，缓施装置3和喷施装置4分别通过管路与压力混合装置2的两个出料口连接，管路上设有第一比例阀8，电磁阀7和第一比例阀8均与控制装置5连接。
本发明鱼菜共生水肥处理系统的缓施装置和喷施装置中均通入无土栽培循环水，原液储存装置中的营养液经过压力混合装置的增压后流入缓施装置和喷施装置，对原本的无土栽培循环水进行二次肥料补充，以满足植物生长所需大量元素和微量元素在混合营养液中的含量要求，控制装置对电磁阀和第一比例阀的控制，实现调节原液储存装置中营养液通入缓施装置和喷施装的流量，同时缓施装置用于管道注射施肥方式，喷施装置用于叶面雾化喷射施肥方式，由此本发明在作物生长初期和成熟期只启动缓施装置施肥，旺盛期同时启动缓施装置和喷施装置，补充大量元素营养液启动缓施装置，补充微量元素营养液启动喷施装置，本发明注重成本控制，多功能开发设计，利用控制装置通过电磁阀和第一比例阀计算得到原液储存装置向压力混合装置、压力混合装置向缓施装置和喷施装置的流量参数，在鱼菜共生模式下形成标准营养液施肥配方，再依植株品种、长势和水质、空气环境参数对配方进行综合修正，并根据作物生长阶段和补充营养液元素类型确定施肥方式，实现精准高效施肥、补肥，具有高效利用肥料，显著提高蔬菜产量和质量，缩短蔬菜生长时间，降低用工强度等特点，达到了智能精准水肥管理和调节，对目前无土栽培水肥一体化管理向实时反馈，精准修正和更高效调节有启发作用，对未来设施精准农业和鱼菜共生产业有促进作用，满足了节约增效、生态环保发展的要求。
其中，本发明鱼菜共生水肥处理系统还包括水质检测装置9，水质检测装置9包括检测室901和设置于检测室901内的多参数水质传感器902，多参数水质传感器902与控制装置5连接，检测室901的入水口与缓施装置3连接，检测室901的出水口通过第二管道10与喷施装置4连接，第二管道10上靠近喷施装置4的一端设有第二比例阀11，且第二比例阀11与检测室901之间的第二管道10上设有排污阀12。水质检测装置通过装有电磁阀的入水口从缓施装置中取无土栽培循环水的水样，水样经过检测后经出水口通过第二管道上的排水阀排掉，或者通过第二比例阀输入喷施装置再利用，检测室内部装有多参数水质传感器，检测水样溶解氧、温度、电导率、硬度、酸碱度、液位等参数，确认水样中所缺的营养元素或者对植物栽培产生干扰的元素，并将信息传递至控制装置进行分析整合。
具体的，缓施装置3包括循环水管路301，循环水管路301中设有流量检测器302，且循环水管路301的进水端口处设有过滤网303，流量检测器302与控制装置5连接。通过循环水管路将无土栽培循环水引入，循环水管路的进水端安装有过滤网和流量传感器，过滤网阻挡循环水中的颗粒杂物，通过定时开排污设备反冲掉颗粒杂物，流量传感器采集无土栽培循环水的流量参数，管路上设有营养液母液注射孔连接压力混合装置，原液储存装置中的营养液母液通过第一管道流入压力混合装置，压力混合装置通过出料口之一与循环水管路连接，使营养液原液与无土栽培循环水混合，循环水管路的出水端对外连接营养液循环水管道排送混合营养液。
其中，喷施装置4包括喷雾混合室401，喷雾混合室401内设有增压泵402，增压泵402通过雾化外接口403与外界连通。喷雾混合室内设有小型增压泵及管路，可对外输出雾化营养液，另设一个安装比例阀的复合接口，可以进水也可以排水，本实施例中第二管道与复合接口连接。
进一步的，原液储存装置1包括振动板101和多个储存罐102，振动板101上设有多个孔，每个储存罐对应一个孔并固定在孔中，储存罐102的顶部设有加料口103，第一管道6包括汇流管601和多根支管602，每根支管602的一端与其对应的储存罐102底部的出料口连接，每根支管602的另一端与汇流管601连接，汇流管601与压力混合装置2连接，每根支管602上均设有一个电磁阀7。本发明中原液储存装置设置有大、小两种规格圆柱体营养液原液储存罐12个，即大、小规格各6个，储存罐底1/3处均穿过振动板对应的圆形过孔，每个储存罐上均有顶部的加料口和底部的出料口，将植物生长所需大量元素营养液母液从加料口加进大规格营养液原液储存罐中，微量元素营养液母液和弱酸、碱中和剂均通过加料口加进小规格营养液原液储存罐中，每个出料口连接的支管上均安装电磁阀，电磁阀的出口端不固定嵌入汇流管的卡槽内。振动板可在温度过低时触发振动储存罐，避免营养液沉淀，影响水肥处理工作。
其中，压力混合装置2包括混合室201，混合室201内设有增压器202。压力混合室安装有增压器，压力混合室的进料口连接汇流管的出口，并设有2个出料口分别连接两个管道，一处通向循环水管路，一处通向喷雾混合室。压力混合装置将营养液母液增压输入至循环水管路或喷雾混合室中，防止因局部压力差导致无土栽培循环水回灌入储存罐。
另外，本发明鱼菜共生水肥处理系统还包括空气环境检测装置14和植株长势检测装置13，空气环境检测装置14和植株长势检测装置13均与控制装置5连接，且空气环境检测装置14包括植株生长环境传感器1401和靠近储存罐102设置的温湿度传感器1402。空气环境检测装置的温湿度传感器检测储存罐周围温度和湿度状况，植株生长环境传感器检测植株生长环境温度、湿度、光照、二氧化碳，植株长势检测装置为cmos图像传感器，采集植株株高和叶片照片；空气环境检测装置和植株长势检测装置通过外接线端子盒与控制装置连接，以将检测信息传递至控制装置分析整合。
其中，本发明鱼菜共生水肥处理系统还包括箱体15，原液储存装置1、压力混合装置2、缓施装置3和喷施装置4均设置于箱体15内，控制装置5设置于箱体15外壁上，且控制装置5上方设有遮挡板1501，遮挡板1501一端固定于箱体15上，遮挡板1501另一端水平向外伸出。箱体上设置遮挡板、用户按键、接线端子排、显示屏和外部设备接线盒，控制装置接受输入参数和汇入的各种检测传感器信号，进行计算决策并输出各电磁阀、比例阀控制信号。通过用户键盘区下部接线端子排输入控制装置；同时设计有遮挡板保护显示屏免受水滴滴溅和阳光照射，显示屏可实时显示各种交互信息。
本发明还提供了鱼菜共生水肥处理方法，包括以下步骤：
s1，控制装置根据用户输入品种和种植时间形成鱼菜共生模式下标准营养液施肥配方，再根据水质检测装置分析采集的无土栽培循环水样、植株长势检测装置分析植株长势和空气环境检测装置分析空气环境参数得到的结果对标准营养液施肥配方进行综合修正，根据作物生长阶段和补充营养液元素类型确定施肥方式；
施肥方式包括管道注射施肥和叶面雾化喷射施，即作物生长初期和成熟期只采用管道注射施肥方式，旺盛期同时采用管道注射施肥和叶面雾化喷设施肥方式；补充大量元素营养液采用管道注射施肥方式，补充微量元素营养液采用叶面雾化喷射施肥方式；
s2，当确定进行管道注射施肥方式时，修正后的施肥配方所选定的营养液原液的其中一种营养液原液由储存罐定量自流到第一管道中，再流入压力混合装置内增压，控制器根据循环水管路中的流量传感器检测进入循环水管路的无土栽培循环水的实时流量，通过比例阀控制压力混合装置中的营养液原液按匹配速率通入循环水管路中，循环水管路中的营养液原液与无土栽培循环水形成混合营养液，混合营养液流出对植物根系施肥，待压力混合装置中营养液原液流空后，按照上述方式将下一种营养液原液的补充入无土栽培循环水，直到选定的所有营养液原液逐一缓施完毕，最后调节无土栽培循环水酸碱度维持在中性；
管道注射施肥的缓施过程是将每种选定的营养液原液混合入无土栽培循环水中进行施放，随着循环水管路中无土栽培循环水连续不断地大量的流出的同时，压力混合装置中的营养液原液混于无土栽培循环水流向植株，压力混合装置中的营养液原液流尽，另一种营养液原液再次进入压力混合装置，依照此方式进行下一轮缓施，即单次施肥的混合营养液中只含有一种选定的营养液原液，避免了多种营养液同时放入无土栽培循环水中形成混合营养液时，个别元素或离子容易发生干扰冲突形成沉淀，导致肥料营养元素补充失效的问题，同时对于鱼菜共生的无土栽培模式下的植物而言，生长过程中多数情况可能仅需要某种含有特定元素的营养液，因此管道注射施肥方式能够有效提高施肥效率，节约施肥成本。
当选择进行叶面雾化喷施方式时，修正后施肥配方所选定的营养液原液由储存罐定量同时自流到第一管道中，再流入压力混合装置内增压和混合，控制装置根据喷雾混合室的无土栽培循环水的进水流量，通过比例阀控制压力混合装置中混合完成的营养液原液按匹配速率施入喷雾混合室中，与无土栽培循环水进行混合稀释形成混合营养液，同时调节混合营养液酸碱度维持在中性；喷雾混合室中的增压泵将雾化的混合营养液压出，通过雾化外接口对植物叶面背面施肥。
其中，水质检测装置按循环水管路循环每周期取一次，静置测量5-10分钟再通过排污阀排出或流入喷雾混合装置再利用，空气环境检测装置每10分钟检测一次，温度过低时触发振动板振动储存罐避免营养液原液沉淀，植株长势检测装置每天检测一次；修正后施肥配方如有钙、镁肥，要避开含硫酸盐和磷酸盐营养液原液同时混肥或施肥，如相互冲突推后12-24小时补施钙、镁肥。由于钙、镁离子的硫酸盐、磷酸盐沉淀，故修正后施肥配方如有钙、镁肥，要避开含硫酸盐和磷酸盐营养液原液同时混肥或施肥，如相互冲突推后12-24小时补施钙、镁肥。
综上所述，本发明鱼菜共生水肥处理系统的缓施装置和喷施装置中均通入无土栽培循环水，原液储存装置中的营养液经过压力混合装置的增压后流入缓施装置和喷施装置，对原本的无土栽培循环水进行二次肥料补充，以满足植物生长所需大量元素和微量元素在混合营养液中的含量要求，控制装置对电磁阀和第一比例阀的控制，实现调节原液储存装置中营养液通入缓施装置和喷施装的流量，同时缓施装置用于管道注射施肥方式，喷施装置用于叶面雾化喷射施肥方式，由此本发明在作物生长初期和成熟期只启动缓施装置施肥，旺盛期同时启动缓施装置和喷施装置，补充大量元素营养液启动缓施装置，补充微量元素营养液启动喷施装置，本发明注重成本控制，多功能开发设计，利用控制装置通过电磁阀和第一比例阀计算得到原液储存装置向压力混合装置、压力混合装置向缓施装置和喷施装置的流量参数，在鱼菜共生模式下形成标准营养液施肥配方，再依植株品种、长势和水质、空气环境参数对配方进行综合修正，并根据作物生长阶段和补充营养液元素类型确定施肥方式，实现精准高效施肥、补肥，具有高效利用肥料，显著提高蔬菜产量和质量，缩短蔬菜生长时间，降低用工强度等特点，达到了智能精准水肥管理和调节，对目前无土栽培水肥一体化管理向实时反馈，精准修正和更高效调节有启发作用，对未来设施精准农业和鱼菜共生产业有促进作用，满足了节约增效、生态环保发展的要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。