一种温室种植水肥一体化集群灌溉系统及其灌溉方法与流程

本发明涉及温室水肥灌溉技术领域，更具体地，涉及一种温室种植水肥一体化集群灌溉系统及其灌溉方法。

背景技术：

我国是化肥生产和使用大国，也是水资源高度紧缺的国家。以蔬菜等附加值较高的园艺作物水肥利用率较低，过量施肥、过量灌溉更是比较普遍，导致农业生产成本逐步增加，农业生态环境不断恶化，蔬菜产品安全受到威胁。

当前，我国温室的经营主体普遍存在种植作物品种、种植区划、种植温室栋数都较多的现象。在水肥灌溉过程中，需要根据实际灌溉需求实时调节水肥浓度，如申请号为CN201310552907.4的中国发明专利公开了一种精量灌溉施肥系统。

参见图1所示，该系统设置混合罐8，原液罐3中的营养液被引入到混合罐8中，在原液罐3与混合罐8之间依次设置pH计5、EC计6以及双向阀门7，检测输送到混合罐8中的营养液的浓度是否满足要求，不符合要求的营养液经双向阀门7排出，另作处理，符合要求的营养液经双向阀门7进入混合罐8中，然后经水泵10进入灌溉控制器执行灌溉作业。

该灌溉施肥系统可以准确检测并控制进行灌溉作业的水肥浓度，但水肥浓度的调节还需要其他辅助设施的配合才能完成，并且，当需要变换灌溉的水肥浓度时，后续的灌溉作业必须停止，等混合罐8中的营养液浓度符合要求时，才能重新开始灌溉作业。

同时，当种植面积较大、作物品种较多时，目前的一些自动化水肥一体化设备也难以适应大面积、多种不同种植作物的灌溉需求。并且，价格昂贵，一般经营者难以承受配置多台设备的高成本。

技术实现要素：

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种自动灌溉施肥、且实现多种植区域、多作物品种的温室种植水肥灌溉系统及灌溉方法。

根据本发明的一个方面，提供一种温室种植水肥灌溉系统，其包括：引入肥料液和/或清水以实时制备并输出具有特定EC值和pH值的混合肥料液的肥料制备供给子系统，以及控制所述肥料制备供给子系统输出的混合肥料液进入特定种植区域的灌溉控制子系统。

肥料制备供给子系统根据作物的灌溉条件，能够实时调整制备得到具特定EC值和pH值的混合肥料液，以满足大面积作物种植或不同作物间的不同灌溉需求，调节方式灵活、易于实现。

根据本发明的一个方面，提供一种温室种植水肥灌溉方法，其具体的灌溉方法如下：

S1、分别通过肥料液输入管路和清水输入管路将肥料和/或清水引入混液罐(9)中，得到混合肥料液；

S2、根据EC计(13)和pH计(14)检测到的混合肥料液的EC值和pH值与设定值进行比较的结果，调节引入混液罐(9)中的肥料和/或水的量，从而调节混合肥料液的EC值和pH值达到设定值；

S3、通过肥料液输出管路将混液罐(9)中达到设定值的混合肥料液输出至灌溉控制子系统；

S4、通过控制灌溉电磁阀的开启/闭合状态，控制混合肥料液进入肥料转移子系统，灌溉一种作物的种植区域；

S5、完成一种作物的灌溉后，调整混液罐(9)中混合肥料液的EC值和pH值，切换输灌线路，重复步骤S4，灌溉另一作物的种植区域。

根据不同作物、不同灌溉条件，在不停止肥料制备供给子系统制备混合肥料液的情况下，切换肥料转移子系统中进行灌溉作业的输灌线路，从而连续执行不同种植区域、不同作物的灌溉作业。

本发明的有益效果如下：

(1)肥料制备供给子系统设置EC计和pH计，对混合肥料液的EC值和pH值进行监测，根据作物的灌溉需求配制适宜的混合肥料液；

(2)灌溉控制子系统设置多个灌溉电磁阀，便于切换灌溉管线，避免肥料制备供给子系统的频繁启停造成混合肥料液浓度的波动，从而影响作物生长；

(3)肥料转移子系统的输灌线路设置多个输灌装置，把相同EC值和pH值的肥料液逐次转移到相同灌溉条件的种植区域，最大限度减少肥料液浓度(EC值和pH值)的波动，有效提高肥料利用率、提高种植收益。

(4)肥料转移子系统设置多条输灌线路，通过切换不同的输灌装置或输灌线路，用一套灌溉系统装置即可实现多品种、多种植区划、多温室种植栋数的水肥灌溉，操作简单、水肥一体化设备投资极大降低，实用性强；

(5)灌溉系统结构简单，并且根据灌溉条件能够灵活改变灌溉系统的结构。

附图说明

图1为现有技术的一种精量灌溉施肥系统的示意图；

图2为根据本发明实施例中温室种植水肥灌溉系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图2所示，一种温室种植水肥灌溉系统，包括肥料制备供给子系统和灌溉控制子系统。肥料制备供给子系统通过分别引入肥料液和/或清水，实时制备具有不同EC值和pH值的混合肥料液，调节方式灵活，适用性强；灌溉控制子系统控制肥料制备供给子系统制备的混合肥料液进入指定的种植区域或灌溉区域执行灌溉作业，能够准确的实施对特定种植区域或作物的灌溉。

肥料制备供给子系统包括肥料液输入管路、清水输入管路和肥料液输出管路，肥料液输入管路和清水输入管路分别与肥料液输出管路相连，肥料液输入管路与肥料液输出管路之间设置肥料液检测反馈调节管路。

肥料液输入管路包括母液罐1和文丘里吸肥管6，文丘里吸肥管6连接至肥料液输出管路，肥料液输入管路的母液罐1和文丘里吸肥管6之间依次设有Y型过滤器2、浮子流量计3、肥料流量调节阀4和肥料液通断电磁阀5。

Y型过滤器过滤肥料液输入管路中流经的肥料液，以防止肥料液流经肥料液输入管路时发生阻塞。浮子流量计3计量肥料液输入管路中流经的肥料液的流量大小，以实时监控肥料液的用量大小。肥料流量调节阀4调节肥料液输入管路中肥料液的流量大小。肥料液通断电磁阀5通过控制其开启/关闭的时间，以调节流经肥料液输入管路中肥料液的量的大小，文丘里吸肥管6将母液罐1中的肥料液吸出，以制备不同浓度的混合肥料液。

肥料制备供给子系统包含至少一套肥料液输入管路，多套肥料液输入管路并列设置。根据灌溉的种植区域的大小、肥料液的需求及灌溉条件，合理设置一套或多套肥料液输入管路。

清水输入管路依次设有输入水源流量调节阀7和输入水源上液位计8。输入水源流量调节阀7调节输入清水的量，输入水源上液位计8用以计量输入的清水源的流量大小。

肥料液输出管路包括混液罐9、混液罐下液位计10和肥料液输出泵11。肥料液输入管路的文丘里吸肥管6和清水出入管路的输入水源上液位计8均与肥料液输出管路的混液罐9相连接。

混液罐下液位计10分别与混液罐9的输出端和肥料液输出泵11相连。

文丘里吸肥管6将母液罐1中的肥料液吸入到混液罐9中，同时，清水输入管路中输入清水源到混液罐9中，将肥料液和清水混合，从而配制得到一定浓度的混合肥料液。

混液罐下液位计10用以实时监测混液罐9中混合肥料液的存量，根据存量的多少调节文丘里吸肥管6和/或水源流量调节阀7，从而调节引入混液罐中的肥料液和/或清水的量。肥料液输出泵11将混液罐9中的混合肥料液输出，输送至灌溉控制子系统。

肥料液检测反馈调节管路包括压力表12、EC计13和pH计14。EC计13和pH计14依次连接至混液罐9；文丘里吸肥管6的输入端与肥料液输出泵11的输出端通过管线连接，并形成回路，在该回路上设置压力表12。

EC计13和pH计14用于检测混液罐9中混合肥料液的EC值和pH值，并将测定值与设定的EC值和pH值进行比较，根据比较的结果，调节肥料液通断电磁阀5和/或水源流量调节阀7，从而调节引入混液罐9中的肥料液和/或清水的量，制备得到特定EC值和pH值的混合肥料液。肥料液输出管路中多余或残存的混合肥料液，通过回路进行回收，重新收集到混液罐9中，避免造成浪费或影响下一作物的灌溉条件。压力表12用以监测该回路中的管道压力，进而控制引入混液罐9中肥料液的流量情况。

灌溉控制子系统包括肥料液输出流量计15和灌溉电磁阀，肥料液输出流量计15的一端连接肥料液输出泵11，另一端连接灌溉电磁阀。肥料液输出流量计15用于计量混液罐9中输出的混合肥料液的流量大小；灌溉电磁阀用于控制灌溉控制子系统的开启/闭合状态，从而控制混液罐9中输出的混合肥料液的流量大小。

肥料转移子系统包括输灌线路，输灌线路上设有输灌装置，输灌装置包括肥料罐，肥料罐的输入端设有肥料罐上液位计，输出端设有肥料罐下液位计，肥料罐下液位计的一端连接灌溉泵。

肥料罐的下端设有肥料转移泵，肥料转移泵的一端连接肥料灌溉管路，肥料灌溉管路连接下一输灌装置。

在一个实施例中，当浇灌作物A的种植区域时，肥料液输出泵11将混液罐9中混合均匀的混合肥料液抽出，经开启的灌溉电磁阀22A输入到肥料转移子系统的一条输灌线路，由这条输灌线路的输灌装置对作物A进行灌溉作业。

混合肥料液经灌溉电磁阀22A引入到肥料罐19中，肥料罐19上连接的肥料罐上液位计16和肥料罐下液位计17分别用于对肥料罐19中的混合肥料液的液位进行监测。肥料罐19的混合肥料液经灌溉泵18输出，对作物A的种植区域23进行滴灌。

当作物A的种植区域23灌溉完毕后，关闭灌溉泵18，打开肥料转移泵20，将肥料罐19中的混合肥料液输送至肥料灌溉管路21中，混合肥料液经肥料灌溉管路21输送至下一输灌装置。在将混合肥料液引入下一输灌装置的过程中，不需要停止肥料制备供给子系统的运作。

肥料灌溉管路21连接肥料罐19A1，肥料罐19A1的输入端设有肥料罐上液位计16A1、输出端设有肥料罐下液位计17A1，肥料罐19A1上还连接有灌溉泵18A1和肥料转移泵20A1，肥料转移泵20A1的一端连接肥料灌溉管路21A1，肥料灌溉管路21A1连接下一输灌装置。

根据作物A种植区域的大小或多少，可以设置多个输灌装置，依次对相应种植区域进行滴灌作业，直至覆盖作物A的全部种植区域。

肥料转移子系统包含至少一条输灌线路。肥料转移子系统的多条输灌线路并列设置，分别布置到不同的种植区域或灌溉区域，切换不同的输灌线路，对不同的种植区域或不同的作物执行灌溉作业。

每条输灌线路对应设置灌溉电磁阀，便于切换不同输灌线路，同时，在切换不同输灌线路时，不需要停止肥料制备供给子系统的运作。

本发明还提供一种温室种植水肥灌溉方法，其具体灌溉方式为：

S1、分别通过肥料液输入管路和清水输入管路将肥料和/或清水引入混液罐9中，得到混合肥料液；

S2、根据EC计13和pH计14检测到的混合肥料液的EC值和pH值与设定值进行比较的结果，调节引入混液罐9中的肥料和/或水的量，从而调节混合肥料液的EC值和pH值达到设定值；

S3、通过肥料液输出管路将混液罐9中达到设定值的混合肥料液输出至灌溉控制子系统；

S4、通过控制灌溉电磁阀的开启/闭合状态，控制混合肥料液进入肥料转移子系统，灌溉一种作物的种植区域；

S5、完成一种作物的灌溉后，调整混液罐9中混合肥料液的EC值和pH值，切换输灌线路，重复步骤S4，灌溉另一作物的种植区域。

根据肥料制备供给子系统中的EC计和pH计，对混液罐9中的混合肥料液的EC值和pH值进行检测，根据测定值与设定值的比较情况，调节引入混液罐9中肥料液和/或清水的量，制备具有特定EC值和pH值的混合肥料液，对特定种植区域或作物进行灌溉。调节方式灵活、简便，可根据灌溉条件实时调节变动混合肥料液的EC值和pH值。

灌溉电磁阀控制输入肥料转移子系统的混合肥料液。肥料转移子系统设置至少一条输灌线路，通过灌溉电磁阀的控制转换，方便对不同作物、不同灌溉条件的种植区域进行灌溉作业。

上述步骤S4中灌溉电磁阀控制混合肥料液进入肥料转移子系统进行灌溉的具体方式为：

S41、打开灌溉电磁阀，将EC值和pH值达到设定值的混合肥料液引入肥料转移子系统的一条输灌线路；

S42、混合肥料液进入该输灌线路的肥料罐19中，肥料罐19中的混合肥料液经灌溉泵18滴灌种植区域23中的作物，且输入肥料罐19中肥料液的流量与灌溉泵18输出肥料液的流量相等；

S43、种植区域23中的作物灌溉完毕后，关闭灌溉泵18，打开肥料转移泵20，混合肥料液经肥料转移泵20进入肥料灌溉管路21中，且输入肥料罐19中肥料液的流量与肥料转移泵20输出肥料液的流量相同；

S44、混合肥料液经肥料灌溉管路21进入下一个输灌装置，灌溉该作物所在的另一种植区域24；

重复步骤S42-S44，直至完成该作物所有种植区域的灌溉作业。

肥料转移子系统的一条输灌线路中，根据该作物的种植区域的大小或多少，设置输灌装置的数量。

完成该作物的一个种植区域的灌溉后，通过肥料转移泵和肥料灌溉管路将混合肥料液转移至下一个输灌装置。

在灌溉不同种植区域或转移肥料液时，输入肥料罐的混合肥料液的流量与肥料罐输出的混合肥料液的流量相同，从而保证灌溉作业在近似相同的工况下进行灌溉作业。

在另一个实施例中，打开灌溉电磁阀22A，将具有特定A0值的混合肥料液引入肥料罐19中，打开灌溉泵18，对作物A的种植区域23进行滴管作业。

种植区域23灌溉完成后，关闭灌溉泵18，打开肥料转移泵20，肥料管19中的混合肥料液通过肥料转移泵20和肥料灌溉管路21转移至肥料罐19A1中。开启灌溉泵18A1，对作物A的种植区域24进行滴灌。

当种植区域24灌溉完成后，关闭灌溉泵18A1，打开肥料转移泵20A1，肥料罐19A1中的混合肥料液经肥料转移泵20A1和肥料灌溉管路21A1输送至下一输灌装置，对作物A的下一种植区域进行滴灌作业，直至作物A的种植区域全部灌溉完毕。

通过设置多个输灌装置，在进行灌溉作业的时候，在不同输灌装置间进行切换，避免了单个输灌装置的输灌管路过长，而造成输灌压力小，灌溉量达不到要求的情况。

上述步骤S5中调整混合肥料液EC值和pH值、切换输灌线路的具体方法为：

S51、重复步骤S1-S3，调节混液罐9中混合肥料液的EC值和pH值至相近的另一设定值；

S52、关闭控制已完成灌溉作业的输灌线路的灌溉电磁阀，打开另一灌溉电磁阀；

S53、混液罐9中的混合肥料液进入肥料转移子系统的另一输灌线路，对另一作物的种植区域执行灌溉作业，重复步骤S4；

该作物的种植区域全部灌溉完成后，重复步骤S5，进行下一作物的灌溉作业。

在另一个实施例中，通过调节肥料液通断电磁阀5和/或输入水源流量调节阀7，从而调节引入混液罐9中的肥料液和/或清水的量，制备得到与A0值相近的具有特定B0值的另一混合肥料液。

当作物A的所有种植区域全部灌溉完毕后，关闭灌溉电磁阀22A，打开灌溉电磁阀22B，具有B0值的混合肥料液进入肥料转移子系统的另一输灌线路，重复步骤的S4，灌溉作物B所在的所有种植区域。

当作物B的种植区域全部灌溉完成后，重复步骤S5，关闭灌溉电磁阀22B，打开另一灌溉电磁阀，灌溉所需混合肥料液浓度相近的另一作物的种植区域，直至完成所有作物的灌溉作业。

根据不同作物、不同灌溉条件，切换肥料转移子系统中进行灌溉作业的输灌线路。在切换过程中，依次切换所需EC值、pH值相近的作物种植区域的输灌线路，从而使灌溉不同作物或存在不同灌溉需求时，混合肥料液的浓度变化波动最小，减少浓度的变化波动给作物的灌溉造成不良影响。

同时，通过控制不同灌溉电磁阀的开关状态，控制肥料转移子系统中不同输灌线路的灌溉状态，而不必停止肥料制备供给子系统的作业，避免了肥料制备供给子系统的频繁启停造成的灌溉肥料液浓度剧烈波动，造成减产。

一种温室种植水肥灌溉系统，设置肥料制备供给子系统、灌溉控制子系统和肥料转移子系统，肥料制备供给子系统分别设置肥料液和清水源的输入管路，可实时调节不同浓度的混合肥料液；肥料转移子系统中的输灌装置包含肥料罐，并同时设置灌溉泵和肥料转移管路，并根据实际灌溉条件，设置多个输灌装置，实施多种植区域的连续灌溉作业；肥料转移子系统根据实际灌溉需求设置多条输灌线路，实施多品种、多栋温室种植的连续灌溉作业。

一种温室种植水肥灌溉方法，肥料制备供给子系统制备具有不同EC值和pH值的混合肥料液；灌溉控制子系统控制肥料制备供给子系统制备的混合肥料液的输出管线；肥料转移管路通过切换不同的输灌装置或输灌线路，依次浇灌灌溉条件相近的种植区域或作物，将具有不同EC值和pH值的混合肥料液滴灌到不同作物的不同种植区域。在切换不同种植区域、不同作物的灌溉作业时，不需要停止肥料制备供给子系统的运作。通过同一套灌溉系统，在不停止肥料供给子系统肥料供给的情况下，切换不同的输灌装置或输灌线路，依次切换灌溉条件近似的种植区域或作物，减少混合肥料液EC值或pH值波动对作物的灌溉造成的不良影响，同时，完成多品种、多种植区划、多栋温室种植的灌溉作业。

最后，本申请仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。