大棚食用菌种植与自控微喷技术研究

徐红梅

（滕州市水务局，山东 滕州 277500）

随着农业产业结构调整的不断深入，发展大棚菜、大棚食用菌己成为滕州农业经济的主要支柱产业。香菇作为绿色食品，以其丰富的营养价值和珍贵的药用价值，赢得了各消费阶层的喜爱，市场行情日益走俏。目前，滕州市香菇种植基地已发展到10余处，温室大棚200多个，总占地面积16.4 hm2，从业人员1200余人，经济效益显著，开发前景良好。但是，由于人工洒水，劳动强度大，灌溉用水浪费较多，而缺水或洒水不均的现象时有发生，香菇生长所需的湿度、温度得不到充分满足，影响了香菇的产量、品质和外观形象，严重制约了香菇种植业进程和规模化发展。

2005年，枣庄市水务局承担了枣庄市科委下达的《大棚食用菌自控微喷技术研究》项目。系统运行几年来，通过跟踪观测、对比分析，表明：电子传感自控微喷灌系统，在香菇种植温室大棚中实用性强，投资少，见效快，经济效益显著，适合大面积推广。现将该系统从技术和经济两方面介绍如下：

1 自控方案的确定

1.1 试区概况

试区位于滕州市南沙河镇东北部，济枣公路西侧，属南沙河镇南池村，参与研究实验的食用菌大棚共4个，总占地面积0.43hm2。单温室棚长59 m，宽8 m，容纳菌棒11000个，实验前香菇年产量8600余公斤，总产值38700元，纯利润约9380元。

1.2 自控方案选择原则

针对香茹的规模种植，区域化经营，拟定了单井四温室自动控制系统，充分利用时空分布轮回微喷灌，以提高水源工程的利用率，降低造价，便于管理。

1.3 单棚自控方案

根据香菇的生长发育特点，按棚内气温划分为：小于 4℃、4℃～8℃、8℃～25℃、 大于 25℃ 4个温度控制区间，在这4个温度控制区间内香菇生长需水量不同。这就要求微喷灌系统，严格按照香菇生长发育的要求确定启喷和停喷。通过进一步总结香菇种植户经验，制订单棚控制方式方案如下：

（1）气温低于4℃时,香菇基本处于休眠状态，不需要经常喷水，该温控区自控系统设计为休眠状态。管理人员视情况不同灵活掌握。

（2）棚内气温 4℃～8℃时,香菇生长较慢，菌棒水分散失较少，要求环境湿度较低，一般24h喷水1～2次。该温控区自控系统设计为：双历时电路控制。即：间隔历时 12～24h，一次喷水历时2～3min。

（3）棚内气温 8℃～25℃时,香菇生长很快，菌棒水分散失量较大，这时环境空气湿度必须保持在80%以上，才能保证香菇正常生长。该温控区自控系统设计为：环境空气湿度传感器提供起喷信号，一次喷水历时2～3min。

（4）棚内气温大于25℃时,需要大量通风以降低气温，这时香菇生长不是很快，但由于气温高,菌棒水分散失量很大，棚内环境空气湿度无法保证相对稳定，必须频繁喷水，其作用一是补充水分，二是配合通风降低棚内气温。该温控区自控系统设计为：双历时电路控制，即：间隔历时 15min至 1h，一次喷水 10～30s。

2 系统组成及工作原理

本自控微喷灌系统由电子传感综合控制系统、继电设备和安全保护装置、水源和提水设备、管网和微喷设备等4部分组成。

2.1 电子传感综合控制系统

2.1.1 测控流程

电子传感综合控制部分是温室自控系统的测控核心，测控流程是：通过温度传感器中的三组温感电路，使集成电路判别出大棚温室内环境温度，所属的温度控制区间（小于 4℃ 、4℃～ 8℃、8℃～25℃、大于 25℃），并与相应的温度控制区间的微喷灌控制方式电路联通，从而输出相应于该温控区的需灌信号。大棚温室间扫描以每秒一次的频率依次搜索。轮灌系统内多个单棚温室，有时会以不同或相同的微喷灌控制方式，近于同时输出需灌信号，当扫描信号与某一温室的需灌信号相遇时，扫描信号被锁定，供水机泵和该温室的电磁阀会同时启动喷灌，喷灌历时过后，扫描信号继续搜索，就这样，在轮灌系统内多个单棚温室之间以不同或相同的控制方式轮回喷灌。

2.1.2 传感器研制

根据实际控制的需要，研制了空气湿度、温度两种传感器和具有 1s、30s、15min、2h 4种信号输出的电子时钟电路。

（1）湿度传感器，是本控制系统中利用率最高、最活跃的部件，湿度感应核心部件，采用了北京宝力马传感技术有限公司生产的S302H5湿度变送模块。利用分析集成电路的模拟开关功能，组成变送电路，根据环境湿度在80%RH时，S302H5湿度变送模块输出的电位信号，做出定量临界判断，输出相应的高（低）电位。

S302H5湿度变送模块有关技术指标为：

①测量范围：0～100%RH;②测量精度：≤ 5%RH;③消耗电流：<1.5mA；④信号输出：0.38～3.68V与0～100%RH线性对应;⑤时间常数:5s;⑥供电电源:5V DC5%;⑦使用环境:0～+50℃;⑧储存环境：-20～+50℃（非凝结）;⑨连接端口：4针插座（2.0mm间距）;⑩敏感元件：S108高分子湿敏电容器。

（2）温度传感器，实质上是温度传感组合电路。该电路使用DC+5V5%电源，分析集成电路是4051-3-8模拟芯片，温度传感是由三组精密电位器（3296/100K）和温感电阻（-20K/0℃～60℃）组成。通过调试三组温度传感器，使分析集成电路分别在 4℃ 、8℃、25℃时产生临界电位，当温室内环境温度分别处于小于4℃ 、4℃～8℃、8℃～25℃、大于 25℃这 4个温度控制区间时，三组温度传感电路将组成4种不同组合，分析电路会相应产生出4种不同的输出，根据输出的不同信号，确定不同的喷灌方式。

温度传感器有关技术指标为：①测量范围：-50～+120℃;②测量精度：≤ 0.5℃;③自身功耗： 0.75mW/℃;④基本电阻：-10K/22℃;⑤时间常数:12s;⑥线性系数:0.15%。

2.1.3 电子时钟电路

由两部分构成：一是时钟产生电路，该电路使用DC+5V5%电源，由石英晶振器和5369/60Hz时钟发生电路以及外围元件组成，输出标准1/60s信号。二是信号分级处理，该电路以1/60s为输入信号，使用10进制电流单路分配器组合群体，逐级降频，从而产生出1s、30s、15min、2h 4种时钟信号，为各历时电路提供了单位指标，为轮灌系统内各温室之间需灌信号的搜索提供了动态依据。

2.2 继电设备和安全保护装置

继电设备是用来执行电子传感综合控制系统的指令、驱动提水设备和各温室内电磁阀实施喷灌的装置。水泵磁力开关采用的是CJX2-0910/220V/50Hz交流接触器，二次电源来自综合控制仪。安全保护有两部分：一是继电保护，由热继电器和漏电保护断路器组成，当供电电路发生单相运行、三相不均超标、漏电和电流过热等现象时，它将通过二次继电电路执行停机，不至于造成水泵和其它设备的损坏。二是管网保护，管网设计正常工作压力为4kg/cm2，当管网压力高于4.5 kg/cm2或低于3.5 kg/cm2时，则表明：管网已经出现故障，不能继续运行。本系统采用电接点压力表控制继电电路，实行高、低限压运行，超出上述压力范围二次继电电路将执行停机。

2.3 水源和提水设备

本自控微喷灌系统，所用水源为地下水，提水设备为潜水电泵，流量8.4m3/h、扬程38m、配套动力 2.2kW。站首设有逆止阀、闸阀、水表、过滤器、电接点压力表等，确保在水质、水量、计量和管道安全等方面均能满足单温室和灌区管网轮回喷灌的要求。

2.4 管网布设和微喷设备

按着经济实用原则，管材采用PE管，属悬挂式微喷灌系统。干管和分干，直径40mm，均沿温室宽度方向布设，悬挂固定于棚顶，正常工作压力为4kg/cm2。支管，直径20mm，沿温室长方向布设，每温室4道，间距2m。喷头为全圆折射式，射程1.3m，流量60L/h。毛管直径4mm、管长 20cm，以套管固定安装在支管上，间距2m。每温室分干管首安装一个电磁阀和一个小型过滤器。电磁阀用来配合自控仪执行分干自动开关，实现多温室自动轮灌。小型过滤器用于进一步提高水质，以减少喷头毛管的堵塞。

3 经济效益分析

3.1 投资费用

本项目投资21502.9元，主要包括：新打机井1眼，购置机泵1套，铺设和安装干支管道1100m，安装微喷头480只，单井四温室轮灌温湿度传感综合自动控制系统1套。

3.2 年运行费

该项费用包括：动力费、工程维修费、管理费等。据一年来的运行分析计算，年用电费26.88元；工程维修费，按20年折旧课题总投资（21502.9元）的 80%计算为860.12元；管理费主要是维修工时，用工22个，日工资按15元计算，为330元。综上所述，年运行费共计1217元。

3.3 效益计算

通过对香菇养种植户的跟踪调查，在不影响原棚生产的基础上，从增产、节水、节能和省工等方面对比，据实测数据分析计算列入表1。

3.4 经济分析

本项目研究于2005年当年投入使用并发挥效益，确定2005年为经济分析的基准年，经济计算期取n=15年，根据上文有关数据，采用动态法，进行了分析计算。有关经济分析指标见表2和表3。

表1 自控微喷工程增产节耗效益计算表

表2 自控微喷工程投资、年运行费和年效益表

表3 自控微喷工程经济效益分析表

4 结 语

该研究项目投入运行几年来，通过跟踪观察和收集有关技术经济数据，通过经济分析计算，效益非常显著。该研究只对所涉及的单井四温室系统，进行了经济效益分析计算。由于规模较小，系统中水源工程、主控设备等共用设施投资，占总投资的比重较大，因此这套系统还有相当可观的效益没能得到充分发挥。参考本文第二部分内容，从不影响香菇的正常生长的角度，根据种植户的经验，合理调配时空，单井多温室自控轮灌微喷系统最佳配比为1∶20，这表明：在温室低于25℃时，自控轮喷系统排队时间有可能最长为：40～60min；高于 25℃时，排队时间最长为：200～600s；这个时间不会影响香菇的正常生长。

菌棒注水工序，用工量较大，历时较长，水量浪费较多，增加了消耗影响了产量。自动化测控补水系统，有待进一步继续研究探讨。