棉花半自动式膜下滴灌种植技术操作规程

牛靖冉，王建江，吴晨涛，王春霞，谢 峰

1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子 832000 2.新疆生产建设兵团148团水管站，新疆石河子 832000

本标准适用于新疆棉花自动化膜下滴灌棉花种植。

1 自动化控制原理

这套系统由水源启闭控制装置、首部过滤施肥系统清洗以及流量控制装置、安全控件、系统中央控制器及发射接收装置、田间灌溉电磁阀及传感器、田间解压器（简称RTU）等组成[1]。整个系统依靠集中操作的监控方式，其中也存在离散分部工作，通过收集田间土壤水分的消耗、作物耗水方式等资料并传送给系统主控制器[2]，系统主控制器中央监控计算机根据棉花需水规律和生长情况制定符合水利学要求的轮灌计划[1]，并将该计划转换成控制指令发送到对应的田间控制站，田间控制站接收到指令后控制对应电磁阀的开启和关闭[3]，从而实现灌溉计划。这是一种对于作物的生长更为精准的灌溉方式。

自动化膜下滴灌共具有三种模式，除了具备智能化控制之外，还具备与人工结合和全人工控制模式。

自动化与人工结合模式：此模式依照气候条件、农田土质含水量等因素采取人工控制灌溉，使用者能参照数据分析结果用智能终端达到自动化控制灌溉[4]。

全人工控制，此方法是自动化系统或设备发生故障时使用的。运用人工方法来控制灌溉，来保证农田的用水需求。

1.1 术语及定义

1.1.1 传感器

包括水位、压力、流量、土壤墒情、温度、湿度等。这些设备负责将实际的量转化为容易处理的电子信号。

1.1.2 自动气象站

监测采集田间气象资料。

1.1.3 现场显示型送变仪

将传感器采集的信号进行16Bit/的A/D转换，并将数据进行现场显示[5]。

1.1.4 中央控制站

中央监控站由中央监控计算机、GSM/GPRS模块、Internet 连接设备和相应的软件构成。它通过传输网络与田间控制站进行信息交换，对田间采集数据进行分析，给管理者提供决策信息，然后根据决策指令对首部泵站与田间控制站发出工作指令[6]。

1.1.5 田间控制站

田间控制站主要是通过田间设备对土壤墒情、气象等数据进行定时的采集及整理。向中央控制站提供灌溉决策依据，中央控制站根据信息对电磁阀发出灌溉指令。

1.1.6 电磁阀

电磁阀是负责执行灌水指令的末端设备。该设备对于自动化灌溉系统十分重要，所以电磁阀的成本及使用效果对于自动化设备的整体使用效果十分重要[7]。

1.1.7 栽培模式

种植模式常用一膜三管六行模式，膜宽为2.2 m。植株距滴灌带10 cm，膜间60 cm。一个出水桩控制的面积为57 m×35 m。

1.1.8 传感器的埋设

一个出水桩控制的区域要埋设1 组传感器，埋设位置为该区域中心滴头下方，埋设深度为20 cm、40 cm、60 cm。

1.1.9 灌溉制度的确定

自动化灌水指令由人工设置的灌水阈值确定，所以灌溉制度的确定主要依据灌水阈值的确定，各生育期合适的灌水阈值如表1。

表1 各生育期土壤阈值

由于自动化灌溉系统设计灌水定额小，平均每次的灌水定额为14.81 m3/666.7m2，灌水周期短，为4 d，即提高灌水的频率15次[8]，减少单次灌水量，生育期灌水量为222.15 m3/666.7m2。也只有自动化灌溉可以保证较高的灌水频率，较传统滴灌（灌水周期为6～7 d，灌水频率为9～11 次，平均灌水定额为22.2 m3/666.7m2，灌水量为244.2 m3/666.7m2）能够更好的为棉花提供适宜的水分环境，更有利于作物生长。

1.1.10 施肥量的确定

按尿素[CO(NH2)2]和速溶磷酸甲胺[KH2PO4.NH4H2PO4]按2：1 的比例通过比例施肥机进行自动化随水施肥，生育期的总施肥量为556 kg/hm2。

对棉花滴灌施肥的方法

氮肥的滴施

氮肥在棉花生育期随水滴施尿素371 kg/hm2，各生育期施肥量详见表2。

表2 棉花各生育期施肥量

1.1.11 施肥的技术要求

（1）滴灌施肥必须要具备优质的土壤，包括物理性能较好，孔隙丰富，土壤透气性强，这样是为了水肥充分融合后均匀的渗向横向及纵向20～30 cm 处，形成浅类似于圆锥状的湿润带。所以高产和培肥相结合[9]，可以施用有机肥，从而有效改善土壤结构，对于形成良好的土壤物理性能有积极的作用。

（2）棉花的不同生育阶段对肥料需求不同，依据测土配方及棉花的需肥规律，在各生育期设定合理的施肥量，并可根据需要补充的中微量元素，提高施肥精度，充分发挥滴灌施肥技术的优势[9]。

（3）肥料放入施肥罐后经过充分溶解随水施肥。为了减小土壤对肥料的固定，施肥前应先滴水0.5～1.0 h,然后滴入充分溶解的肥料，并在停水前0.5～1.0 h停止施肥。

（4）新疆土壤多呈碱性，这就要求滴灌肥料为中性或酸性肥料，以减少水及土壤中碱性物质对肥效的影响[10]。

（5）滴灌肥料必须水溶性好（≥99.5%），含杂质及有害离子少，防止滴头堵塞造成的棉田肥水不匀及肥效降低[9]。

2 主要设备操作规程

2.1 过滤器操作规程

（1）同时打开每个砂石+网式过滤器的进水阀，关闭反冲洗，关闭施肥灌的进出水阀，确定具备运行条件后开启水泵[11]，过滤器开始运行，正常运行后定时巡检，发现故障及时停机排除。

（2）当某个砂石过滤器进出水压力表压差超过0.07 Mpa 时，说明此砂石过滤器污物较多，需反冲洗阀进行反冲洗[12]，操作为：关闭灌进水阀，打开灌反洗阀，待水质清洁后，恢复至运行状态。

（3）当网式过滤器进出水压力表超过0.07 Mpa时，说明网式过滤器已脏，此时应抽水网式过网芯。用清水清除网上杂质，清除干净后装土，所有网式过滤器逐个清除[13]。

（4）施肥：先滴清水1 h，打开施肥灌进肥口，倒入可溶性肥料，加肥量不得超过罐容积的三分之二，打开进水阀注满水，关闭进肥料口，浸泡10 min，打开施肥灌出水阀，调整节流阀，使肥料灌进，出水管压力表差为0.06～0.08 Mpa。施肥开始，待肥料施完后，再次加肥，肥料施够后，滴清水至规定的清罐时间。

2.2 水泵操作规程

（1）自动运行前，用手搬动进水阀手柄，刻度指向满刻度，搬动第一台泵出水阀手柄，刻度指向二分之一，其余出水阀搬至全开状态。

（2）检查水位、水泵、电机是否正常，过滤器各需要打开或关闭的阀门是否打开或者关闭，滴灌地操作人员是否准备就绪。

（3）具备开泵条件后，将电控柜内各自动空气开关合上，自动主令开关搬至自动运行位置，即开始自动启动水泵。

（4)打开变频工作柜，观察变频启动情况。

（5）压力正常后，将第一台水阀搬至满刻度，运行中各水泵45KW 点击运行点击流量不得超过80A，如有超过，通过调整水泵出水阀手柄来控制。

（6）手动运行：将水泵出水阀全关，进水阀全开，将手/自动开关扭向手动，按动第一台泵的手动开关启动泵机，待电机正常运转后，缓慢开启水泵出水阀，观察电机电流表，电流不得超过80 A，运转正常后，依次启动其他水泵，直至满足压力要求，运行中必须保证电机电流不超过80 A，如超过，通过调整水泵出水阀手柄来控制。

（7）自动运行关闭：将手/自动开关扭向中间位置，水泵会自动停止运行。

（8）手动运行关闭：在手动运行状态下，先依次关闭各水泵出水阀，将电机工作电流降至最低，然后按下每台水泵的停止按钮，水泵手动运行停止。

3 自动化灌溉注意事项

（1）在安装电磁阀之前，必须先进行管道排污，等排污结束后再安装电磁阀，严禁通过电磁阀排污，否则会造成电磁阀堵塞。

（2）泵启动前，必须先启动分布在不同分干管上的支管的电磁阀，进行灌溉[14]。

（3）灌溉时间到达前，必须提前关闭水泵；若要继续灌溉必须提前2 min启动新的轮灌组或者单个电磁阀，否则全部电磁阀门关闭后，会造成管道压力增大甚至出现管爆。

（4）轮灌组因遵循专为本地设计的灌溉运行表进行操作，同一地块不得同时启动两个以上支管电磁阀门，否则压力会不均衡，支管管道压力下降，达不到滴灌带额定滴水流量，造成灌溉出水不均匀，影响作物生长。

（5）农户不得擅自打开电磁阀手动开关，因管道或者电磁阀维护需要打开或者关闭电磁阀手动开关，问题排除后必须恢复电磁阀开关自动状态，否则系统将无法控制电磁阀。

（6）农户不得随意拆卸电磁阀门上的电磁头，如在拆卸过程中，丢掉电磁头中任何部件，则电磁阀将无法手动控制，更无法自动控制。

（7）控制计算机仅为自动化灌溉服务，不得随意进行任何与此无关的操作，更不得通过移动存储设备往计算机内复制无关文件，否则可能造成病毒发作，影响自动化操作，甚至造成计算机瘫痪。