專利名稱：一種營養液補充和調整的設備與方法
技術領域：
本發明涉及無土栽培領域中一種營養液補充和調整的設備與方法，特別涉
及一種基于營養液電導率EC和酸堿度pH在線監測、能對營養液進行實時補充
和調整的設備與方法。
背景技術：
在現代設施農業飛速發展的進程中，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液無土栽培技術； 歐盟也明確規定，進入21世紀，所有歐盟國家的園藝作物要全部實現無土栽培。
無論是蔬菜還是花卉的無土栽培，營養液的調整和補充是營養液管理的關 鍵技術，營養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，對營養液管理的要求又要高， 因為水培植物是直接生長在營養液中的，少了基質這一"緩沖層"。因此，在水栽 培過程中實時地對營養液進行監控和調節尤為重要。
目前，有關營養液補充和調整存在兩種極端現象人工和全自動。以荷蘭
PRIVA公司和以色列ELDAR公司為代表的營養液全自動調控技術和設備，完全 實現了營養液的在線檢測和實時控制，保證營養液的性質穩定和系統運行可靠， 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 營養液的方式定期或不定期地用EC和pH計來檢測營養液，然后人工補充肥料或調節酸堿度；當發現營養液池中的營養液不夠時才去補充。這樣的結果是 很難保證營養液的性質穩定和系統的可靠運行。
因此，實際生產迫切需要一種技術和設備簡單、價格低廉、運行穩定可靠 的營養液調整和補充方法與設備。

發明內容
本發明的目的是針對水培過程中由于植物對營養液中養分的不斷吸收和利
用而引起的營養液EC和pH的變化，以及營養液總量的不斷減少，提供一種適 用于基質栽培過程中營養液調整和補充的設備與方法。
所述營養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安裝在營養液池9內；母液罐12安裝在營養液池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進行數據監測、計算和開閉。
所述營養液補充和調整的方法，根據水源水質和實際采用的營養液配方、 肥料，通過對營養液的儲量、EC值和pH值變化的實時監控，采取相應的補肥、 補酸、補水措施，來實現無土栽培過程中營養液的補充和調整，以保證營養液 的正常供給。
所述方法的補充方案包括如下步驟
1)先根據無土栽培對水質的要求和選用植物的營養需求選擇水源水質、確 定營養液配方，并根據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液后，加入營養液池9進行栽 培，隨著栽培的進行，營養液被植物不斷地吸收，營養液池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發出補水補肥指令；
3) 控制設備13首先計算出營養液池9所需補充的營養液總量，營養液池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) 控制系統將供水管上的供水電磁閥2打開給營養液池供水，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 到營養液池9中，此時，營養液池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， 營養液的補充結束。
其中調整方案為在步驟7)中，營養液補充結束后，營養液池9中的EC傳 感器6和pH傳感器7對營養液的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，傳感器會發出補肥、補酸指令，而后控 制設備13計算營養液池9中的剩余營養液總量，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實施監測、調控以完成營養液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。
所述營養液池長度為2 15m，寬度為1 10m，液位高度為1 1.5m。 本發明的有益效果為
1) 本發明對水培過程中營養液的儲量、EC值和pH值都進行了實時檢測， 并實現了相應的調節和控制，保證了整個水培過程中植物對營養液的正常需求；
2) 本發明中所涉及的硬件系統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、實用的優點；
3) 對營養液的整個監控、調整過程，都是自動控制，無需繁瑣的人工操作， 大大地節省了勞動力。


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和營養液池9之間，通過供水電磁閥2的 打開、關閉動作實現往營養液池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安裝在營養液 池9內，開啟混液泵5，可以實現對流入營養液池9的各種肥料的混合均勻，EC 傳感器6、pH傳感器7用來監測營養液池9中營養液的EC和pH值的動態變化， 液位傳感器8用來監測營養液池9中營養液液位的動態變化；母液罐12安裝在 營養液池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 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設備進行數據監測、計 算和開閉。
下面就一次具體的水培營養液補充、調整過程，對本發明進行進一步詳細 說明。
實施例1
在北京市昌平區小湯山特菜基地，進行櫻桃番茄的營養液栽培過程中，根 據水源水質和實際采用的營養液配方、肥料種類，對營養液的補充方案實例如
下
1)先根據無土栽培對水質的要求和櫻桃番茄對各種營養元素的需求，選擇 北京市昌平區小湯山特菜基地自來水、確定營養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液后，加入營養液池9進行栽 培，隨著栽培的進行，營養液被櫻桃番茄不斷地吸收，營養液池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 發出補水、補肥指令；
3) 控制設備13首先計算出營養液池9中所需補充的營養液總量，然后再 根據步驟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。營養液池長度為3m，寬度為1.2m，需要將營養液 池中的液位由0.5m補充到1.2m，那么補充的營養液就是2.52m3，自來水EC為 0.9mS/cm，營養液要求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) 控制系統將供水管上的供水電磁閥2打開給營養液池供水，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 到營養液池9中，此時，營養液池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，營養液的補充結束。 實施例2
在北京市昌平區小湯山特菜基地，進行櫻桃番茄的營養液栽培(營養液配 方為霍格蘭——阿農配方)過程中，根據水源水質和實際采用的營養液配方、 肥料種類，對營養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液后，加入營養液池9對 櫻桃番茄進行栽培，營養液池9中的EC傳感器和pH傳感器對營養液的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 會發出補肥、補酸指令；
3) 控制設備13首先計算出營養液池9中剩余的營養液總量，營養液池9 的長寬已知，根據需補充液位高度即可計算得到，然后再根據步驟1繪制的關 系曲線，計算得到所需添加的母液量、酸液量，營養液池長度為3m，寬度為1.2m，
此時營養液池中的液位為lm，那么營養液總量就是3.6m3。現有營養液池中的 營養液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;現在營養液的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 到營養液池9中，此時，營養液池9中的混液泵5也開始工作，將母液、酸液 與營養液池9中的原有營養液混合均勻；
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，營養液的EC和PH調整過程結束(
權利要求
1.一種營養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)安裝在營養液池(9)內；母液罐(12)安裝在營養液池(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)進行數據監測、計算和開閉。
2. —種營養液補充和調整的方法，通過對營養液的儲量、EC值和pH值變化的實時監控，采取相應的補肥、補酸、補水措施，來實現無土栽培過程中營養液的補充和調整，以保證營養液的正常供給，其特征在于，所述方法的補充方案包括如下步驟1) 先根據無土栽培對水質的要求和選用植物的營養需求選擇水源水質、確定營養液配方，并根據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液后，加入營養液池(9)進行栽培，隨著栽培的進行，營養液被植物不斷地吸收，營養液池(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)發出補水補肥指3) 控制設備(13)首先計算出營養液池(9)所需補充的營養液總量，營養液池(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) 控制系統將供水管上的供水電磁閥(2)打開給營養液池供水，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液池(9)中，此時，營養液池(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，營養液的補充結束。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述調整方案為在步驟7)中，營養液補充結束后，營養液池(9)中的EC傳感器(6)和pH傳感器(7)對營養液的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，傳感器會發出補肥、補酸指令，而后控制設備(13)計算營養液池(9)中的剩余營養液總量，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)實施監測、調控以完成營養液EC和pH值的調整。
4. 根據權利要求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. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述營養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.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述營養液池長度為2 15m， 寬度為1 10m，液位高度為1 1.5m。
全文摘要
本發明公開了無土栽培領域中一種營養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、營養液池、計量泵、供肥電磁閥、母液罐、控制設備。通過對營養液的儲量、EC值和pH值變化的實時監控，采取相應的補肥、補酸、補水措施，來實現無土栽培過程中營養液的調整和補充，保證營養液的正常供給。本發明所采用的方法和設備簡單、成本低、實用、易實現、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 優先權日2009年3月13日
發明者喬曉軍, 宋衛堂, 徐志豪, 曲英華, 李玉峰, 成 王, 王宇欣 申請人:中國農業大學