沼液智能化灌溉在种养循环农业中应用

摘要:沼液能否在作物种植中得到很好利用是畜禽粪污资源化利用的关键。如何根据沼液养分含量和作物特点进行稀释施用，微灌施用时做好过滤和反冲洗，避免堵塞管道和滴头是重要的环节。本文详细介绍灌溉机加互联网技术实现沼液智能化灌溉，说明沼液智能化灌溉在种养结合循环农业中的应用优点。

关键词:沼液;智能化灌溉;种养结合

1沼液智能灌溉的相关政策及指导技术

国务院办公厅《关于促进畜牧业高质量发展的意见》（国办发〔2020〕31号）指出，要持续推动畜牧业绿色循环发展，大力推进畜禽养殖废弃物资源化利用。支持符合条件的县（市、区、旗）整县推进畜禽粪污资源化利用，鼓励液体粪肥机械化施用。2019年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《数字乡村发展战略纲要》中指出，要建设智慧绿色乡村。加大农村物联网建设力度，实时监测土地墒情，促进农田节水。农业农村部绿色种养循环农业试点专家指导组、全国农业技术推广服务中心于2021年7月1日《2021年绿色种养循环农业试点技术指导意见》的关键技术中第三点的“沼液还田”指出：分离沼渣后的沼液一般作追肥，采用条施、穴施、环状施肥和喷灌、滴灌、叶面喷施等方式，及时覆土。应根据沼液养分含量和作物特点适当稀释施用，微灌施用时注意过滤，避免堵塞管道和滴头。

2当前沼液还田利用存在的问题

1）如何根据沼液养分含量和作物特点进行稀释施用，高浓度沼液施用会对作物造成烧苗伤害。2）沼液灌溉易堵塞管道和滴头，沼液中含有大量悬浮颗粒物、胶体等杂质，易造成灌水器堵塞。另外，沼液含有机成分，在沼液灌区管网中残留的沼液，微生物易繁殖生长，对沼液灌区管网也会造成堵塞现象。3）沼液施用自动化、智能化程度低，劳动成本高。4）沼液过量还田对环境有负面影响，灌溉量一旦超过环境承载力，会造成原生态土壤、水体、大气环境恶化。5）养殖方沼液外供与种植方沼肥利用存在管理环节、数据归档等衔接不到位现象。

3沼液智能化灌溉系统介绍

沼液智能化灌溉系统是拓宽沼液利用途径、开发沼液养分高值化利用的新技术。利用“人工智能+互联网”技术，结合灌溉系统，将沼液肥与水按比例稀释，在监测沼液氮磷钾含量的同时，按一定的EC（电导度）、pH值混合进行灌溉与施肥，适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求，达到水肥同步管理、节水节肥及增产的目的，且能够分解沼液中难溶的大分子有机质，较大程度降低管网堵塞的问题，实现沼液有机肥高值化利用（灌溉系统管道平面布置见图1）。一整套合格的沼液智能化灌溉系统主要由以下五个部分组成。

3.1沼液水肥元素供给站

供给站主要为灌溉过程中提供的沼液提取站点，及灌溉与沼液稀释配比过程中提供水源。沼液存储可以采用混凝土建设或者采用HDPE桶，根据实际需求建设相对应的容积。用于灌溉及沼液稀释配比水源可以直接取自山泉、溪流、淡水湖泊，满足作为植物灌溉用的水源均可，也可以建设钢筋混凝土蓄水池储存水源。

3.2沼液智能化灌溉系统总控沼液智能化灌溉

系统总控设备是整个系统的核心，包含各总设计需求的传输能源液体的动力，变频恒压控制系统、自动化电器工程，沼液、灌溉、稀释配比用水源过滤处理设备以及小范围气象站、pH检测装置等检测设备。系统总控是整个沼液智能化灌溉的操作控制总站，是整个系统的控制管理中心。该系统的智能“水肥菌”一体化，能实现对输液分区管理机自动控制的同时，更可通过对沼液肥EC、pH及施用流量的监控，能够自动将混合后的液肥吸入（或注入）各个灌溉区域。设备各传感器获得的数据可通过485通讯方式传输到服务器，在手机APP、微电脑等电子设备终端进行远程操作，在一定程度上实现了沼液科学施肥的目标。

3.3田间管网

它的作用是将能源（即沼液、水溶性新型肥料、灌溉用水）源源不断地传输至各个灌溉小区域，管网的口径大小、材质、设计必须科学合理，根据当地的气候、种植植物的品类与灌溉末端设备的相关流量相配套，确保将能源科学合理、均匀有效地输送到田间植物的根部或承载消纳沼液的土壤区。

3.4灌溉器

灌溉器是整个灌溉系统的末端核心设备，选择适当型号的灌溉器对整个系统运行的稳定性起到关键性作用，灌溉能源不断地通过田间管网分流至田间毛管，再通过灌溉器均匀地喷洒或者成滴水状输送至植物的根部。要根据种植植物的品种及习性进行灌溉器选型。3.5田间分区管理机较大面积的种植区域，一般都需采用分区控制施肥，根据管网布置情况和设备动力配置参数，将种植园区合理地划分为多个轮灌区，各区可根据现场气象条件、作物耗水和需肥量情况，实现分区灌溉智能化。每一轮灌区需配置一台田间分区管理机，管理机主要是由可调开度的电动阀组成。分区管理机配置灵活，安装简单。分区管理机的应用，能使种养结合工程更加节肥节能，节省劳动力，降低施肥成本的同时，提高沼液资源化利用的效率。

4沼液智能灌溉设备优点

4.1环境实时监控

通过电脑或手机APP远程查看种养结合地的实时环境数据，包括空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、降雨量等，用户可以直观查看环境数据和沼液水肥一体设备施用的实时曲线图，及时掌握农作物生长环境。

4.2智能报警系统

系统可以灵活设置作物各个生育时期灌溉参数的上下阈值，一旦超过阈值，系统可以根据预设参数重新配置。系统具备相关电路安全保护、高低水位保护、压力上下限保护等功能，出现异常状态时能够及时报警且停止运行。

4.3远程自动控制

通过先进的V-BOX模块实现远程自动化控制，让用户足不出户远程控制设备。

4.4历史数据分析

系统可以通过不同条件组合查询和对比历史环境数据，沼液粪污消纳量清晰可见，支持列表和图表两种方式查看，用户可以更直观地看到历史台账记录。

4.5灌溉自控系统

系统配置灵活，控制系统与计算机之间可采用无线网络等方式通信；控制系统与田间分区管理设备之间可采用传统的电缆或“两线”解码器方式，或者通过太阳能无线控制使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。

5沼液还田效益分析

以某养猪厂的粪污资源化利用沼液还田项目为例，该场周边有种植园面积200hm2可作为消纳地。经过对该猪场沼液取样化验得出，施用1000kg沼液有机肥，化肥氮、化肥磷及化肥钾的替代量分别为2.4kg、0.25kg、1.2kg。猪场每日可产生的沼液为128t，经测算，沼液中氮养分供应量为110t/年。该场通过粪污资源化利用方案的实施，可替代尿素221t/年，按照尿素价格2900元/t计算，每年节省64万元，极大降低了种植户使用化肥的成本及使用量。近年来，广西南流江流域开展猪场沼液“截污建池、收运还田”的实践证明，“提质、增产、多卖钱”，是看得见的效果[1]。以百香果为例，施用液态肥后，每666.67m2产量由1000kg提高到4500kg，增产350%，且糖度提升近1倍，可由11度提高到19度。沼肥的施用可改善土壤颗粒结构，增加土壤肥力，可显著提高农作物的产量和质量，带动周边种植业，解决农村剩余劳动力问题，增加农民收入。项目如能在畜禽粪污资源化利用整县推进工作中得到广泛推广，将大力提升整县粪污资源化利用水平，提升项目的稳定性和可靠性，实现养殖场粪污资源化利用模式由原来较粗放利用到较精细利用的转变，促进当地绿色种养循环农业的发展。

参考文献:

[1]孔源.畜禽粪污资源化真的很难观念一变境界全开-基于南流江流域"截污建池、收运还田"体系设计和实施效果的深度分析[J].中国生态文明,2020(2):54-57.

作者:康永松 詹祖焜 邓雄辉 单位:厦门康浩科技有限公司 三明市沙县区畜牧水产技术推广中心 厦门沁田灌溉园艺设备有限公司