專利名稱：一種營養(yǎng)液補充和調整的設備與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無土栽培領域中一種營養(yǎng)液補充和調整的設備與方法，特別涉
及一種基于營養(yǎng)液電導率EC和酸堿度pH在線監(jiān)測、能對營養(yǎng)液進行實時補充
和調整的設備與方法。
背景技術：
在現(xiàn)代設施農業(yè)飛速發(fā)展的進程中，無土栽培的種植方式越來越得到廣泛 地應用。目前，美國、日本等國家的設施栽培基本普及營養(yǎng)液無土栽培技術； 歐盟也明確規(guī)定，進入21世紀，所有歐盟國家的園藝作物要全部實現(xiàn)無土栽培。
無論是蔬菜還是花卉的無土栽培，營養(yǎng)液的調整和補充是營養(yǎng)液管理的關 鍵技術，營養(yǎng)液的供給直接影響到作物的生長狀況和健康狀況，從而影響到產
量和產 質。
另外，無土栽培中的水培相對于基質栽培，對營養(yǎng)液管理的要求又要高， 因為水培植物是直接生長在營養(yǎng)液中的，少了基質這一"緩沖層"。因此，在水栽 培過程中實時地對營養(yǎng)液進行監(jiān)控和調節(jié)尤為重要。
目前，有關營養(yǎng)液補充和調整存在兩種極端現(xiàn)象人工和全自動。以荷蘭
PRIVA公司和以色列ELDAR公司為代表的營養(yǎng)液全自動調控技術和設備，完全 實現(xiàn)了營養(yǎng)液的在線檢測和實時控制，保證營養(yǎng)液的性質穩(wěn)定和系統(tǒng)運行可靠， 但技術復雜、設備昂貴。而目前我國實際生產中廣泛采用的是人工調整和補充 營養(yǎng)液的方式定期或不定期地用EC和pH計來檢測營養(yǎng)液，然后人工補充肥料或調節(jié)酸堿度；當發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液不夠時才去補充。這樣的結果是 很難保證營養(yǎng)液的性質穩(wěn)定和系統(tǒng)的可靠運行。
因此，實際生產迫切需要一種技術和設備簡單、價格低廉、運行穩(wěn)定可靠 的營養(yǎng)液調整和補充方法與設備。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對水培過程中由于植物對營養(yǎng)液中養(yǎng)分的不斷吸收和利
用而引起的營養(yǎng)液EC和pH的變化，以及營養(yǎng)液總量的不斷減少，提供一種適 用于基質栽培過程中營養(yǎng)液調整和補充的設備與方法。
所述營養(yǎng)液補充和調整的設備，供水電磁閥2和電子水表3通過供水管路4 安裝在水源1和營養(yǎng)液池9之間；混液泵5、 EC傳感器6、 pH傳感器7和液位 傳感器8安裝在營養(yǎng)液池9內；母液罐12安裝在營養(yǎng)液池9旁邊，計量泵IO、 供肥電磁閥11通過供肥管路安裝在母液罐12和營養(yǎng)液池9之間；控制設備13 用來對供水電磁閥2、電子水表3、混液泵5、 EC傳感器6、 pH傳感器7、液位 傳感器8、計量泵IO、供肥電磁閥ll進行數(shù)據(jù)監(jiān)測、計算和開閉。
所述營養(yǎng)液補充和調整的方法，根據(jù)水源水質和實際采用的營養(yǎng)液配方、 肥料，通過對營養(yǎng)液的儲量、EC值和pH值變化的實時監(jiān)控，采取相應的補肥、 補酸、補水措施，來實現(xiàn)無土栽培過程中營養(yǎng)液的補充和調整，以保證營養(yǎng)液 的正常供給。
所述方法的補充方案包括如下步驟
1)先根據(jù)無土栽培對水質的要求和選用植物的營養(yǎng)需求選擇水源水質、確 定營養(yǎng)液配方，并根據(jù)配方來選用肥料種類；再用100倍母液對選擇的實際水 源進行滴定試驗，并用硝酸或磷酸調整pH值，以得到營養(yǎng)液的EC和pH值隨 加入100倍母液量、酸液量的變化曲線；2) 將步驟l)選用的肥料按配方配制成營養(yǎng)液后，加入營養(yǎng)液池9進行栽 培，隨著栽培的進行，營養(yǎng)液被植物不斷地吸收，營養(yǎng)液池9中的液位不斷下
降，當液位下降到高度為0.4 0.6m時，液位傳感器8發(fā)出補水補肥指令；
3) 控制設備13首先計算出營養(yǎng)液池9所需補充的營養(yǎng)液總量，營養(yǎng)液池9 的長度和寬度已知，需補充液位高度即可計算得到，然后再根據(jù)步驟l)繪制的 關系曲線，計算得到所需添加的母液量、酸液量；
4) 控制系統(tǒng)將供水管上的供水電磁閥2打開給營養(yǎng)液池供水，電子水表3 記錄供水量，同時，供肥電磁閥11和計量泵10開始工作，將母液和酸液注入 到營養(yǎng)液池9中，此時，營養(yǎng)液池9中的混液泵5也開始工作，將母液和酸液 與水混合均勻；
5) 當計量泵10將所需母液和酸液全部注入營養(yǎng)液池9后，計量呆10和供 肥電磁閥ll關閉；
6) 當電子水表計量到的供水量達到所需補水量時，供水電磁閥2關閉，停 止補水；
7) 混液泵5在所有電磁閥關閉后，再運行30 50min后停止工作，至此， 營養(yǎng)液的補充結束。
其中調整方案為在步驟7)中，營養(yǎng)液補充結束后，營養(yǎng)液池9中的EC傳 感器6和pH傳感器7對營養(yǎng)液的EC和pH開始進行實時檢測，當EC偏離 2 3.5mS/cm或pH偏離5.8 6.2的值時，傳感器會發(fā)出補肥、補酸指令，而后控 制設備13計算營養(yǎng)液池9中的剩余營養(yǎng)液總量，并得到所需添加的母液量、酸 液量，并通過對供水電磁閥2、電子水表3、混液泵5、計量泵IO、供肥電磁閥 11實施監(jiān)測、調控以完成營養(yǎng)液EC和pH值的調整。
所述水源為井水、自來水、河水、湖水、雨水中的一種；所述水質為硬或軟水。
所述營養(yǎng)液配方為霍格蘭一阿農配方、日本山崎配方、日本園試配方中的一種。
所述肥料主要包括硝酸鉀、硫酸鉀、磷酸二氫鉀、硝酸銨、硝酸鈣、硫酸 鎂以及螯合鐵、硫酸銅、硫酸錳、硫酸鋅、鉬酸銨、硼酸六種微肥。
所述營養(yǎng)液池長度為2 15m，寬度為1 10m，液位高度為1 1.5m。 本發(fā)明的有益效果為
1) 本發(fā)明對水培過程中營養(yǎng)液的儲量、EC值和pH值都進行了實時檢測， 并實現(xiàn)了相應的調節(jié)和控制，保證了整個水培過程中植物對營養(yǎng)液的正常需求；
2) 本發(fā)明中所涉及的硬件系統(tǒng)相對國外的相關設備簡單，成本低，而且效 果好，具有價廉、物美、實用的優(yōu)點；
3) 對營養(yǎng)液的整個監(jiān)控、調整過程，都是自動控制，無需繁瑣的人工操作， 大大地節(jié)省了勞動力。


圖1為設備組成圖2為EC值與添加母液量的關系曲線； 圖3為pH值與添加硝酸量的關系曲線。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明設備主要由水源l、供水電磁閥2、電子水表3、供水 管路4、混液泵5、 EC傳感器6、 pH傳感器7、液位傳感器8、營養(yǎng)液池9、計 量泵IO、供肥電磁闊ll、母液罐12、控制設備13組成。供水電磁閥2和電子 水表3通過供水管路4安裝在水源1和營養(yǎng)液池9之間，通過供水電磁閥2的 打開、關閉動作實現(xiàn)往營養(yǎng)液池9的供水與否，同時電子水表3對流過的水量進行計量；混液泵5、 EC傳感器6、 pH傳感器7和液位傳感器8安裝在營養(yǎng)液 池9內，開啟混液泵5，可以實現(xiàn)對流入營養(yǎng)液池9的各種肥料的混合均勻，EC 傳感器6、pH傳感器7用來監(jiān)測營養(yǎng)液池9中營養(yǎng)液的EC和pH值的動態(tài)變化， 液位傳感器8用來監(jiān)測營養(yǎng)液池9中營養(yǎng)液液位的動態(tài)變化；母液罐12安裝在 營養(yǎng)液池9旁邊，計量泵10、供肥電磁閥11通過供肥管路安裝在母液罐12和 營養(yǎng)液池9之間，開啟計量泵10和供肥電磁閥11，可以將定量的母液供給營養(yǎng) 液池9;控制設備13用來對供水電磁閥2、電子水表3、混液泵5、 EC傳感器6、 pH傳感器7、液位傳感器8、計量泵IO、供肥電磁閥ll設備進行數(shù)據(jù)監(jiān)測、計 算和開閉。
下面就一次具體的水培營養(yǎng)液補充、調整過程，對本發(fā)明進行進一步詳細 說明。
實施例1
在北京市昌平區(qū)小湯山特菜基地，進行櫻桃番茄的營養(yǎng)液栽培過程中，根 據(jù)水源水質和實際采用的營養(yǎng)液配方、肥料種類，對營養(yǎng)液的補充方案實例如
下
1)先根據(jù)無土栽培對水質的要求和櫻桃番茄對各種營養(yǎng)元素的需求，選擇 北京市昌平區(qū)小湯山特菜基地自來水、確定營養(yǎng)液配方為霍格蘭一阿農配方(硝
酸鈣710克/噸，硝酸鉀405克/噸，硫酸鉀260克/噸，硝酸銨40克/噸，硫酸鎂 150克/噸，磷酸200毫升/噸，螯合鐵16克/噸，硼酸3克/噸，硫酸錳2克/噸， 硫酸鋅0.22克/噸，硫酸銅0.08克/噸，鉬酸銨0.5克/噸)，并根據(jù)配方來選用肥 料種類；再用100倍母液對選擇的實際水源進行滴定試驗，并用硝酸或磷酸調 整pH值，以得到營養(yǎng)液的EC和pH值隨加入100倍母液量、酸液量的變化曲 線，其中圖2為按照霍格蘭一阿農配方，北京市昌平區(qū)小湯山特菜基地自來水的EC值與加入100倍母液之間的關系曲線y二-0.0071x+7.6772 (R2=0.9444);
圖3為按照霍格蘭一阿農配方，北京市昌平區(qū)小湯山特菜基地自來水的pH值與 加入100倍硝酸之間的關系曲線y=0.1758x+0.0923 (R2=0.9952);
2) 將步驟l)選用的肥料按配方配制成營養(yǎng)液后，加入營養(yǎng)液池9進行栽 培，隨著栽培的進行，營養(yǎng)液被櫻桃番茄不斷地吸收，營養(yǎng)液池9中的液位不 斷下降，栽培25天后，當液位下降到設定的最低高度0.5m時，液位傳感器8 發(fā)出補水、補肥指令；
3) 控制設備13首先計算出營養(yǎng)液池9中所需補充的營養(yǎng)液總量，然后再 根據(jù)步驟l)繪制的"EC、 pH值與加入100倍母液之間的關系曲線"，計算得到 所需添加的母液量、酸液量。營養(yǎng)液池長度為3m，寬度為1.2m，需要將營養(yǎng)液 池中的液位由0.5m補充到1.2m，那么補充的營養(yǎng)液就是2.52m3，自來水EC為 0.9mS/cm，營養(yǎng)液要求EC為2.5 mS/cm，按照圖2，需要補充母液為 2.52x(2.5-0.9)/0.1758=22.9L;自來水pH為7.2，營養(yǎng)液要求pH為6.0，按照圖 3，需要補充硝酸液為2.52x(6.0-7.2)/ (-0.0071) =0.43L;
4) 控制系統(tǒng)將供水管上的供水電磁閥2打開給營養(yǎng)液池供水，電子水表3 記錄供水量，同時，供肥電磁閥11和計量泵10開始工作，將母液和酸液注入 到營養(yǎng)液池9中，此時，營養(yǎng)液池9中的混液泵5也開始工作，將母液和酸液 與水混合均勻；
5) 當計量泵10將所需母液和酸液全部注入營養(yǎng)液池9后，計量泵10和供 肥電磁閥11關閉；
6) 當電子水表計量到的供水量達到所需補水量時，供水電磁閥2關閉，停 止補水；
7) 混液泵5在所有電磁閥關閉后，再運行50min后停止工作，至此，營養(yǎng)液的補充結束。 實施例2
在北京市昌平區(qū)小湯山特菜基地，進行櫻桃番茄的營養(yǎng)液栽培(營養(yǎng)液配 方為霍格蘭——阿農配方)過程中，根據(jù)水源水質和實際采用的營養(yǎng)液配方、 肥料種類，對營養(yǎng)液的調整方案實例如下
O步驟同實施例1;
2) 將步驟l)選用的不同肥料按配方配制成營養(yǎng)液后，加入營養(yǎng)液池9對 櫻桃番茄進行栽培，營養(yǎng)液池9中的EC傳感器和pH傳感器對營養(yǎng)液的EC和 pH進行實時檢測，當EC偏離2 3.5mS/cm或pH偏離5.8 6.2的值時，傳感器 會發(fā)出補肥、補酸指令；
3) 控制設備13首先計算出營養(yǎng)液池9中剩余的營養(yǎng)液總量，營養(yǎng)液池9 的長寬已知，根據(jù)需補充液位高度即可計算得到，然后再根據(jù)步驟1繪制的關 系曲線，計算得到所需添加的母液量、酸液量，營養(yǎng)液池長度為3m，寬度為1.2m，
此時營養(yǎng)液池中的液位為lm，那么營養(yǎng)液總量就是3.6m3?，F(xiàn)有營養(yǎng)液池中的 營養(yǎng)液EC為2.0mS/cm，要求EC為2.5 mS/cm，按照圖2，需要補充母液為 3.6x(2.5-2.0)/0.1758=10.24L;現(xiàn)在營養(yǎng)液的pH為6.8，要求pH為6.0，按照圖 3，需要補充硝酸為3.6x(6.0-6.8)/ (-0.0071) =0.4L;
4) 控制系統(tǒng)控制供肥電磁l詢11和計量泵IO開始工作，將母液和酸液注入 到營養(yǎng)液池9中，此時，營養(yǎng)液池9中的混液泵5也開始工作，將母液、酸液 與營養(yǎng)液池9中的原有營養(yǎng)液混合均勻；
5) 當計量泵10將所需母液和酸液全部注入營養(yǎng)液池9后，計量泵10和供 肥電磁閥11關閉；
6) 混液泵5在所有電磁閥關閉后，再運行30min后停止工作。至此，營養(yǎng)液的EC和PH調整過程結束(
權利要求
1.一種營養(yǎng)液補充和調整的設備，其特征在于，供水電磁閥(2)和電子水表(3)通過供水管路(4)安裝在水源(1)和營養(yǎng)液池(9)之間；混液泵(5)、EC傳感器(6)、pH傳感器(7)和液位傳感器(8)安裝在營養(yǎng)液池(9)內；母液罐(12)安裝在營養(yǎng)液池(9)旁邊，計量泵(10)、供肥電磁閥(11)通過供肥管路安裝在母液罐(12)和營養(yǎng)液池(9)之間；控制設備(13)用來對供水電磁閥(2)、電子水表(3)、混液泵(5)、EC傳感器(6)、pH傳感器(7)、液位傳感器(8)、計量泵(10)、供肥電磁閥(11)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測、計算和開閉。
2. —種營養(yǎng)液補充和調整的方法，通過對營養(yǎng)液的儲量、EC值和pH值變化的實時監(jiān)控，采取相應的補肥、補酸、補水措施，來實現(xiàn)無土栽培過程中營養(yǎng)液的補充和調整，以保證營養(yǎng)液的正常供給，其特征在于，所述方法的補充方案包括如下步驟1) 先根據(jù)無土栽培對水質的要求和選用植物的營養(yǎng)需求選擇水源水質、確定營養(yǎng)液配方，并根據(jù)配方來選用肥料種類；再用100倍母液對選擇的實際水源進行滴定試驗，并用硝酸或磷酸調整pH值，以得到營養(yǎng)液的EC和pH值隨加入100倍母液量、酸液量的變化曲線；2) 將步驟l)選用的肥料按配方配制成營養(yǎng)液后，加入營養(yǎng)液池(9)進行栽培，隨著栽培的進行，營養(yǎng)液被植物不斷地吸收，營養(yǎng)液池(9)中的液位不斷下降，當液位下降到高度為0.4 0.6m時，液位傳感器(8)發(fā)出補水補肥指3) 控制設備(13)首先計算出營養(yǎng)液池(9)所需補充的營養(yǎng)液總量，營養(yǎng)液池(9)的長度和寬度已知，需補充液位高度即可計算得到，然后再根據(jù)步驟l)繪制的關系曲線，計算得到所需添加的母液量、酸液量；4) 控制系統(tǒng)將供水管上的供水電磁閥(2)打開給營養(yǎng)液池供水，電子水表(3)記錄供水量，同時，供肥電磁閥(11)和計量泵(10)開始工作，將母液和酸液注入到營養(yǎng)液池(9)中，此時，營養(yǎng)液池(9)中的混液泵(5)也開始工作，將母液和酸液與水混合均勻；5) 當計量泵(10)將所需母液和酸液全部注入營養(yǎng)液池(9)后，計量泵(10)和供肥電磁閥(11)關閉；6) 當電子水表計量到的供水量達到所需補水量時，供水電磁閥(2)關閉，停止補水；7) 混液泵(5)在所有電磁閥關閉后，再運行30 50min后停止工作，至此，營養(yǎng)液的補充結束。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述調整方案為在步驟7)中，營養(yǎng)液補充結束后，營養(yǎng)液池(9)中的EC傳感器(6)和pH傳感器(7)對營養(yǎng)液的EC和pH開始進行實時檢測，當EC偏離2~3.5mS/cm或pH偏離5.8 6.2的值時，傳感器會發(fā)出補肥、補酸指令，而后控制設備(13)計算營養(yǎng)液池(9)中的剩余營養(yǎng)液總量，并得到所需添加的母液量、酸液量，并通過對供水電磁閥(2)、電子水表(3)、混液泵(5)、計量泵(10)、供肥電磁閥(11)實施監(jiān)測、調控以完成營養(yǎng)液EC和pH值的調整。
4. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述水源為井水、自來水、河水、湖水、雨水中的一種；所述水質為硬水或軟水。
5. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述營養(yǎng)液配方為霍格蘭一阿農配方、日本山崎配方、日本園試配方中的一種。
6. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述肥料主要包括硝酸鉀、硫酸鉀、磷酸二氫鉀、硝酸銨、硝酸鈣、硫酸鎂以及螯合鐵、硫酸銅、硫酸錳、硫酸鋅、鉬酸銨、硼酸六種微肥。
7.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述營養(yǎng)液池長度為2 15m， 寬度為1 10m，液位高度為1 1.5m。
全文摘要
本發(fā)明公開了無土栽培領域中一種營養(yǎng)液補充和調整的設備與方法。該設備，包括水源、供水電磁閥、電子水表、供水管路、混液泵、EC傳感器、pH傳感器、液位傳感器、營養(yǎng)液池、計量泵、供肥電磁閥、母液罐、控制設備。通過對營養(yǎng)液的儲量、EC值和pH值變化的實時監(jiān)控，采取相應的補肥、補酸、補水措施，來實現(xiàn)無土栽培過程中營養(yǎng)液的調整和補充，保證營養(yǎng)液的正常供給。本發(fā)明所采用的方法和設備簡單、成本低、實用、易實現(xiàn)、效果好。
文檔編號A01G31/02GK101491206SQ200910080209
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權日2009年3月13日
發(fā)明者喬曉軍, 宋衛(wèi)堂, 徐志豪, 曲英華, 李玉峰, 成 王, 王宇欣 申請人:中國農業(yè)大學