一種魚菜共生水肥處理系統及方法與流程

2024-03-26 12:39:05

本發明涉及無土栽培技術領域，尤其涉及一種魚菜共生水肥處理系統及方法。

背景技術：

隨著人口不斷增長，資源能源不斷減少，生態環境壓力就越來越緊迫，傳統耕地農業面臨巨大壓力和諸多問題。

無土栽培和水肥一體化是一種有效破解傳統農業發展困境的手段，魚菜共生模式結合了循環水養殖和無土栽培技術，利用水處理技術將養殖廢水資源化，再將其利用為無土栽培營養液栽培蔬菜，具有顯著生態、高效、可持續性特點。無土栽培循環的營養來自養殖廢水經生化反應處理形成離子態營養鹽，構成和比例單一來自魚類餌料的配方，所以該模式下要著重魚、菜的種養比例以及品種搭配，且營養液的補施肥整體需求小但要求精準。

由於魚、菜由水循環相互連通，故單純無土栽培的水肥管理技術方法由於沒考慮魚的養殖水質諸多限制，營養液原液配方和水肥管理技術要明顯不同，目前單純無土栽培水肥一體機雖已實現節肥灌溉和按配方混液施肥，但能根據植株長勢和環境在線反饋，智能精準施肥還沒有把肥力效益發揮到最大，尤其魚菜共生模式下水肥管理技術處於空白。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是解決現有的魚菜共生模式循環水應用於無土栽培時營養元素不足，肥料配方結構不適合植物灌溉的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種魚菜共生水肥處理系統，包括原液儲存裝置、壓力混合裝置、緩施裝置、噴施裝置和控制裝置，所述原液儲存裝置通過第一管道與所述壓力混合裝置的進料口連接，所述第一管道上設有電磁閥，所述緩施裝置和噴施裝置分別通過管路與所述壓力混合裝置的兩個出料口連接，所述管路上設有第一比例閥，所述電磁閥和所述第一比例閥均與所述控制裝置連接。

其中，還包括水質檢測裝置，所述水質檢測裝置包括檢測室和設置於所述檢測室內的多參數水質傳感器，所述多參數水質傳感器與所述控制裝置連接，所述檢測室的入水口與所述緩施裝置連接，所述檢測室的出水口通過第二管道與所述噴施裝置連接，所述第二管道上靠近所述噴施裝置的一端設有第二比例閥，且所述第二比例閥與所述檢測室之間的所述第二管道上設有排汙閥。

其中，所述緩施裝置包括循環水管路，所述循環水管路中設有流量檢測器，且所述循環水管路的進水埠處設有過濾網，所述流量檢測器與所述控制裝置連接。

其中，所述噴施裝置包括噴霧混合室，所述噴霧混合室內設有增壓泵，所述增壓泵通過霧化外接口與外界連通。

其中，所述原液儲存裝置包括振動板和多個儲存罐，所述振動板上設有多個孔，每個所述儲存罐對應一個所述孔並固定在所述孔中，所述儲存罐的頂部設有加料口，所述第一管道包括匯流管和多根支管，每根所述支管的一端與其對應的所述儲存罐底部的出料口連接，另一端與所述匯流管連接，所述匯流管與所述壓力混合裝置連接，每根所述支管上均設有一個所述電磁閥。

其中，所述壓力混合裝置包括混合室，所述混合室內設有增壓器。

其中，還包括空氣環境檢測裝置和植株長勢檢測裝置，所述空氣環境檢測裝置和所述植株長勢檢測裝置均與所述控制裝置連接，且所述空氣環境檢測裝置包括植株生長環境傳感器和靠近所述儲存罐設置的溫溼度傳感器。

其中，還包括箱體，所述原液儲存裝置、所述壓力混合裝置、所述緩施裝置和所述噴施裝置均設置於所述箱體內，所述控制裝置設置於所述箱體外壁上，且所述控制裝置上方設有遮擋板，所述遮擋板一端固定於所述箱體上，另一端水平向外伸出。

本發明還提供了一種魚菜共生水肥處理方法，包括以下步驟：

s1，控制裝置根據用戶輸入品種和種植時間形成魚菜共生模式下標準營養液施肥配方，再根據水質檢測裝置分析採集的無土栽培循環水樣、植株長勢檢測裝置分析植株長勢和空氣環境檢測裝置分析空氣環境參數得到的結果對標準營養液施肥配方進行綜合修正，根據作物生長階段和補充營養液元素類型確定施肥方式；

s2，當確定進行管道注射施肥方式時，修正後的施肥配方所選定的營養液原液的其中一種營養液原液由儲存罐定量自流到第一管道中，再流入壓力混合裝置內增壓，控制器根據循環水管路中的流量傳感器檢測進入循環水管路的無土栽培循環水的實時流量，通過比例閥控制壓力混合裝置中的營養液原液按匹配速率通入循環水管路中，循環水管路中的營養液原液與無土栽培循環水形成混合營養液，混合營養液流出對植物根系施肥，待壓力混合裝置中營養液原液流空後，按照上述方式將下一種營養液原液的補充入無土栽培循環水，直到選定的所有營養液原液逐一緩施完畢，最後調節無土栽培循環水酸鹼度維持在中性；

當選擇進行葉面霧化噴施方式時，修正後施肥配方所選定的營養液原液由儲存罐定量同時自流到第一管道中，再流入壓力混合裝置內增壓和混合，控制裝置根據噴霧混合室的無土栽培循環水的進水流量，通過比例閥控制壓力混合裝置中混合完成的營養液原液按匹配速率施入噴霧混合室中，與無土栽培循環水進行混合稀釋形成混合營養液，同時調節混合營養液酸鹼度維持在中性，噴霧混合室中的增壓泵將霧化的混合營養液壓出，通過霧化外接口對植物葉面背面施肥。

其中，水質檢測裝置按循環水管路循環每周期取一次，靜置測量5-10分鐘再通過排汙閥排出或流入噴霧混合裝置再利用，空氣環境檢測裝置每10分鐘檢測一次，溫度過低時觸發振動板振動儲存罐避免營養液原液沉澱，植株長勢檢測裝置每天檢測一次；修正後施肥配方如有鈣、鎂肥，要避開含硫酸鹽和磷酸鹽營養液原液同時混肥或施肥，如相互衝突推後12-24小時補施鈣、鎂肥。

(三)有益效果

本發明的上述技術方案具有如下優點：本發明魚菜共生水肥處理系統的緩施裝置和噴施裝置中均通入無土栽培循環水，原液儲存裝置中的營養液經過壓力混合裝置的增壓後流入緩施裝置和噴施裝置，對原本的無土栽培循環水進行二次肥料補充，以滿足植物生長所需大量元素和微量元素在混合營養液中的含量要求，控制裝置對電磁閥和第一比例閥的控制，實現調節原液儲存裝置中營養液通入緩施裝置和噴施裝的流量，同時緩施裝置用於管道注射施肥方式，噴施裝置用於葉面霧化噴射施肥方式，由此本發明在作物生長初期和成熟期只啟動緩施裝置施肥，旺盛期同時啟動緩施裝置和噴施裝置，補充大量元素營養液啟動緩施裝置，補充微量元素營養液啟動噴施裝置，本發明注重成本控制，多功能開發設計，利用控制裝置通過電磁閥和第一比例閥計算得到原液儲存裝置向壓力混合裝置、壓力混合裝置向緩施裝置和噴施裝置的流量參數，在魚菜共生模式下形成標準營養液施肥配方，再依植株品種、長勢和水質、空氣環境參數對配方進行綜合修正，並根據作物生長階段和補充營養液元素類型確定施肥方式，實現精準高效施肥、補肥，具有高效利用肥料，顯著提高蔬菜產量和質量，縮短蔬菜生長時間，降低用工強度等特點，達到了智能精準水肥管理和調節，對目前無土栽培水肥一體化管理向實時反饋，精準修正和更高效調節有啟發作用，對未來設施精準農業和魚菜共生產業有促進作用，滿足了節約增效、生態環保發展的要求。

除了上面所描述的本發明解決的技術問題、構成的技術方案的技術特徵以及有這些技術方案的技術特徵所帶來的優點之外，本發明的其他技術特徵及這些技術特徵帶來的優點，將結合附圖作出進一步說明。

附圖說明

圖1是本發明實施例魚菜共生水肥處理系統的結構示意圖。

圖中：1：原液儲存裝置；2：壓力混合裝置；3：緩施裝置；4：噴施裝置；5：控制裝置；6：第一管道；7：電磁閥；8：第一比例閥；9：水質檢測裝置；10：第二管道；11：第二比例閥；12：排汙閥；13：植株長勢檢測裝置；14：空氣環境檢測裝置；15：箱體；101：振動板；102：儲存罐；103：加料口；201：混合室；202：增壓器；301：循環水管路；302：流量檢測器；303：過濾網；401：噴霧混合室；402：增壓泵；403：霧化外接口；601：匯流管；602：支管；901：檢測室；902：多參數水質傳感器；1401：植株生長環境傳感器；1402：溫溼度傳感器；1501：遮擋板。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」、「多根」、「多組」的含義是兩個或兩個以上，「若干個」、「若干根」、「若干組」的含義是一個或一個以上。

如圖1所示，本發明實施例提供的魚菜共生水肥處理系統，包括原液儲存裝置1、壓力混合裝置2、緩施裝置3、噴施裝置4和控制裝置5，原液儲存裝置1通過第一管道6與壓力混合裝置2的進料口連接，第一管道6上設有電磁閥7，緩施裝置3和噴施裝置4分別通過管路與壓力混合裝置2的兩個出料口連接，管路上設有第一比例閥8，電磁閥7和第一比例閥8均與控制裝置5連接。

本發明魚菜共生水肥處理系統的緩施裝置和噴施裝置中均通入無土栽培循環水，原液儲存裝置中的營養液經過壓力混合裝置的增壓後流入緩施裝置和噴施裝置，對原本的無土栽培循環水進行二次肥料補充，以滿足植物生長所需大量元素和微量元素在混合營養液中的含量要求，控制裝置對電磁閥和第一比例閥的控制，實現調節原液儲存裝置中營養液通入緩施裝置和噴施裝的流量，同時緩施裝置用於管道注射施肥方式，噴施裝置用於葉面霧化噴射施肥方式，由此本發明在作物生長初期和成熟期只啟動緩施裝置施肥，旺盛期同時啟動緩施裝置和噴施裝置，補充大量元素營養液啟動緩施裝置，補充微量元素營養液啟動噴施裝置，本發明注重成本控制，多功能開發設計，利用控制裝置通過電磁閥和第一比例閥計算得到原液儲存裝置向壓力混合裝置、壓力混合裝置向緩施裝置和噴施裝置的流量參數，在魚菜共生模式下形成標準營養液施肥配方，再依植株品種、長勢和水質、空氣環境參數對配方進行綜合修正，並根據作物生長階段和補充營養液元素類型確定施肥方式，實現精準高效施肥、補肥，具有高效利用肥料，顯著提高蔬菜產量和質量，縮短蔬菜生長時間，降低用工強度等特點，達到了智能精準水肥管理和調節，對目前無土栽培水肥一體化管理向實時反饋，精準修正和更高效調節有啟發作用，對未來設施精準農業和魚菜共生產業有促進作用，滿足了節約增效、生態環保發展的要求。

其中，本發明魚菜共生水肥處理系統還包括水質檢測裝置9，水質檢測裝置9包括檢測室901和設置於檢測室901內的多參數水質傳感器902，多參數水質傳感器902與控制裝置5連接，檢測室901的入水口與緩施裝置3連接，檢測室901的出水口通過第二管道10與噴施裝置4連接，第二管道10上靠近噴施裝置4的一端設有第二比例閥11，且第二比例閥11與檢測室901之間的第二管道10上設有排汙閥12。水質檢測裝置通過裝有電磁閥的入水口從緩施裝置中取無土栽培循環水的水樣，水樣經過檢測後經出水口通過第二管道上的排水閥排掉，或者通過第二比例閥輸入噴施裝置再利用，檢測室內部裝有多參數水質傳感器，檢測水樣溶解氧、溫度、電導率、硬度、酸鹼度、液位等參數，確認水樣中所缺的營養元素或者對植物栽培產生幹擾的元素，並將信息傳遞至控制裝置進行分析整合。

具體的，緩施裝置3包括循環水管路301，循環水管路301中設有流量檢測器302，且循環水管路301的進水埠處設有過濾網303，流量檢測器302與控制裝置5連接。通過循環水管路將無土栽培循環水引入，循環水管路的進水端安裝有過濾網和流量傳感器，過濾網阻擋循環水中的顆粒雜物，通過定時開排汙設備反衝掉顆粒雜物，流量傳感器採集無土栽培循環水的流量參數，管路上設有營養液母液注射孔連接壓力混合裝置，原液儲存裝置中的營養液母液通過第一管道流入壓力混合裝置，壓力混合裝置通過出料口之一與循環水管路連接，使營養液原液與無土栽培循環水混合，循環水管路的出水端對外連接營養液循環水管道排送混合營養液。

其中，噴施裝置4包括噴霧混合室401，噴霧混合室401內設有增壓泵402，增壓泵402通過霧化外接口403與外界連通。噴霧混合室內設有小型增壓泵及管路，可對外輸出霧化營養液，另設一個安裝比例閥的複合接口，可以進水也可以排水，本實施例中第二管道與複合接口連接。

進一步的，原液儲存裝置1包括振動板101和多個儲存罐102，振動板101上設有多個孔，每個儲存罐對應一個孔並固定在孔中，儲存罐102的頂部設有加料口103，第一管道6包括匯流管601和多根支管602，每根支管602的一端與其對應的儲存罐102底部的出料口連接，每根支管602的另一端與匯流管601連接，匯流管601與壓力混合裝置2連接，每根支管602上均設有一個電磁閥7。本發明中原液儲存裝置設置有大、小兩種規格圓柱體營養液原液儲存罐12個，即大、小規格各6個，儲存罐底1/3處均穿過振動板對應的圓形過孔，每個儲存罐上均有頂部的加料口和底部的出料口，將植物生長所需大量元素營養液母液從加料口加進大規格營養液原液儲存罐中，微量元素營養液母液和弱酸、鹼中和劑均通過加料口加進小規格營養液原液儲存罐中，每個出料口連接的支管上均安裝電磁閥，電磁閥的出口端不固定嵌入匯流管的卡槽內。振動板可在溫度過低時觸發振動儲存罐，避免營養液沉澱，影響水肥處理工作。

其中，壓力混合裝置2包括混合室201，混合室201內設有增壓器202。壓力混合室安裝有增壓器，壓力混合室的進料口連接匯流管的出口，並設有2個出料口分別連接兩個管道，一處通向循環水管路，一處通向噴霧混合室。壓力混合裝置將營養液母液增壓輸入至循環水管路或噴霧混合室中，防止因局部壓力差導致無土栽培循環水回灌入儲存罐。

另外，本發明魚菜共生水肥處理系統還包括空氣環境檢測裝置14和植株長勢檢測裝置13，空氣環境檢測裝置14和植株長勢檢測裝置13均與控制裝置5連接，且空氣環境檢測裝置14包括植株生長環境傳感器1401和靠近儲存罐102設置的溫溼度傳感器1402。空氣環境檢測裝置的溫溼度傳感器檢測儲存罐周圍溫度和溼度狀況，植株生長環境傳感器檢測植株生長環境溫度、溼度、光照、二氧化碳，植株長勢檢測裝置為cmos圖像傳感器，採集植株株高和葉片照片；空氣環境檢測裝置和植株長勢檢測裝置通過外接線端子盒與控制裝置連接，以將檢測信息傳遞至控制裝置分析整合。

其中，本發明魚菜共生水肥處理系統還包括箱體15，原液儲存裝置1、壓力混合裝置2、緩施裝置3和噴施裝置4均設置於箱體15內，控制裝置5設置於箱體15外壁上，且控制裝置5上方設有遮擋板1501，遮擋板1501一端固定於箱體15上，遮擋板1501另一端水平向外伸出。箱體上設置遮擋板、用戶按鍵、接線端子排、顯示屏和外部設備接線盒，控制裝置接受輸入參數和匯入的各種檢測傳感器信號，進行計算決策並輸出各電磁閥、比例閥控制信號。通過用戶鍵盤區下部接線端子排輸入控制裝置；同時設計有遮擋板保護顯示屏免受水滴滴濺和陽光照射，顯示屏可實時顯示各種交互信息。

本發明還提供了魚菜共生水肥處理方法，包括以下步驟：

s1，控制裝置根據用戶輸入品種和種植時間形成魚菜共生模式下標準營養液施肥配方，再根據水質檢測裝置分析採集的無土栽培循環水樣、植株長勢檢測裝置分析植株長勢和空氣環境檢測裝置分析空氣環境參數得到的結果對標準營養液施肥配方進行綜合修正，根據作物生長階段和補充營養液元素類型確定施肥方式；

施肥方式包括管道注射施肥和葉面霧化噴射施，即作物生長初期和成熟期只採用管道注射施肥方式，旺盛期同時採用管道注射施肥和葉面霧化噴設施肥方式；補充大量元素營養液採用管道注射施肥方式，補充微量元素營養液採用葉面霧化噴射施肥方式；

s2，當確定進行管道注射施肥方式時，修正後的施肥配方所選定的營養液原液的其中一種營養液原液由儲存罐定量自流到第一管道中，再流入壓力混合裝置內增壓，控制器根據循環水管路中的流量傳感器檢測進入循環水管路的無土栽培循環水的實時流量，通過比例閥控制壓力混合裝置中的營養液原液按匹配速率通入循環水管路中，循環水管路中的營養液原液與無土栽培循環水形成混合營養液，混合營養液流出對植物根系施肥，待壓力混合裝置中營養液原液流空後，按照上述方式將下一種營養液原液的補充入無土栽培循環水，直到選定的所有營養液原液逐一緩施完畢，最後調節無土栽培循環水酸鹼度維持在中性；

管道注射施肥的緩施過程是將每種選定的營養液原液混合入無土栽培循環水中進行施放，隨著循環水管路中無土栽培循環水連續不斷地大量的流出的同時，壓力混合裝置中的營養液原液混於無土栽培循環水流向植株，壓力混合裝置中的營養液原液流盡，另一種營養液原液再次進入壓力混合裝置，依照此方式進行下一輪緩施，即單次施肥的混合營養液中只含有一種選定的營養液原液，避免了多種營養液同時放入無土栽培循環水中形成混合營養液時，個別元素或離子容易發生幹擾衝突形成沉澱，導致肥料營養元素補充失效的問題，同時對於魚菜共生的無土栽培模式下的植物而言，生長過程中多數情況可能僅需要某種含有特定元素的營養液，因此管道注射施肥方式能夠有效提高施肥效率，節約施肥成本。

當選擇進行葉面霧化噴施方式時，修正後施肥配方所選定的營養液原液由儲存罐定量同時自流到第一管道中，再流入壓力混合裝置內增壓和混合，控制裝置根據噴霧混合室的無土栽培循環水的進水流量，通過比例閥控制壓力混合裝置中混合完成的營養液原液按匹配速率施入噴霧混合室中，與無土栽培循環水進行混合稀釋形成混合營養液，同時調節混合營養液酸鹼度維持在中性；噴霧混合室中的增壓泵將霧化的混合營養液壓出，通過霧化外接口對植物葉面背面施肥。

其中，水質檢測裝置按循環水管路循環每周期取一次，靜置測量5-10分鐘再通過排汙閥排出或流入噴霧混合裝置再利用，空氣環境檢測裝置每10分鐘檢測一次，溫度過低時觸發振動板振動儲存罐避免營養液原液沉澱，植株長勢檢測裝置每天檢測一次；修正後施肥配方如有鈣、鎂肥，要避開含硫酸鹽和磷酸鹽營養液原液同時混肥或施肥，如相互衝突推後12-24小時補施鈣、鎂肥。由於鈣、鎂離子的硫酸鹽、磷酸鹽沉澱，故修正後施肥配方如有鈣、鎂肥，要避開含硫酸鹽和磷酸鹽營養液原液同時混肥或施肥，如相互衝突推後12-24小時補施鈣、鎂肥。

綜上所述，本發明魚菜共生水肥處理系統的緩施裝置和噴施裝置中均通入無土栽培循環水，原液儲存裝置中的營養液經過壓力混合裝置的增壓後流入緩施裝置和噴施裝置，對原本的無土栽培循環水進行二次肥料補充，以滿足植物生長所需大量元素和微量元素在混合營養液中的含量要求，控制裝置對電磁閥和第一比例閥的控制，實現調節原液儲存裝置中營養液通入緩施裝置和噴施裝的流量，同時緩施裝置用於管道注射施肥方式，噴施裝置用於葉面霧化噴射施肥方式，由此本發明在作物生長初期和成熟期只啟動緩施裝置施肥，旺盛期同時啟動緩施裝置和噴施裝置，補充大量元素營養液啟動緩施裝置，補充微量元素營養液啟動噴施裝置，本發明注重成本控制，多功能開發設計，利用控制裝置通過電磁閥和第一比例閥計算得到原液儲存裝置向壓力混合裝置、壓力混合裝置向緩施裝置和噴施裝置的流量參數，在魚菜共生模式下形成標準營養液施肥配方，再依植株品種、長勢和水質、空氣環境參數對配方進行綜合修正，並根據作物生長階段和補充營養液元素類型確定施肥方式，實現精準高效施肥、補肥，具有高效利用肥料，顯著提高蔬菜產量和質量，縮短蔬菜生長時間，降低用工強度等特點，達到了智能精準水肥管理和調節，對目前無土栽培水肥一體化管理向實時反饋，精準修正和更高效調節有啟發作用，對未來設施精準農業和魚菜共生產業有促進作用，滿足了節約增效、生態環保發展的要求。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。