智能溫室《給排水管網(wǎng)工程》課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容探索

魏 闖，雷成霞，王青蘭

（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044004）

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化溫室生產(chǎn)技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。根據(jù)溫室生產(chǎn)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，結(jié)合高職院校人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求，省水職院在2007年建成的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉實(shí)訓(xùn)基地即山西省農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉示范園的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能化溫室無土栽培設(shè)施與節(jié)水灌溉設(shè)施配套使用的新特點(diǎn)，于2011年10月在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉實(shí)訓(xùn)基地二區(qū)新建了一座576m2的智能溫室大棚，將溫室大棚的生產(chǎn)型節(jié)水灌溉技術(shù)與教學(xué)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容相結(jié)合，用真實(shí)的職場(chǎng)氛圍為學(xué)生提供了良好的教學(xué)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，為促進(jìn)學(xué)生職業(yè)技能的提高發(fā)揮了重要作用。

1 智能溫室水培系統(tǒng)設(shè)施簡(jiǎn)介

省水職院智能溫室大棚由環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、信息控制中心、管道灌溉和排水系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)和無土栽培技術(shù)等五部分構(gòu)成。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)溫室的溫度、濕度、光照和CO2濃度等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸和監(jiān)測(cè)，為信息控制中心適時(shí)進(jìn)行優(yōu)化決策提供依據(jù)。信息控制中心主要根據(jù)監(jiān)測(cè)參數(shù)對(duì)溫室中環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)施如天窗、側(cè)窗、內(nèi)遮陽幕、外遮陽幕、濕簾、風(fēng)扇系統(tǒng)、微噴降溫加濕系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)和環(huán)流風(fēng)機(jī)等實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化控制，以滿足溫室大棚作物生長(zhǎng)所需的最適環(huán)境。智能溫室生產(chǎn)技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工廠化、自動(dòng)化和信息化。

智能溫室大棚無土栽培形式有水培和基質(zhì)培（基質(zhì)培中用節(jié)水滴灌管道設(shè)施供給營(yíng)養(yǎng)液）兩種。水培系統(tǒng)設(shè)施由蓄水池（水源）、供水管道系統(tǒng)、營(yíng)養(yǎng)液池、水培栽植管道、回水管道系統(tǒng)和自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)六部分組成。在自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)中通過設(shè)置電磁閥工作時(shí)間來確定水培營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)的時(shí)間，通過營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)來滿足蔬菜生長(zhǎng)過程中根系呼吸作用的需氧條件，確保蔬菜的正常生長(zhǎng)。

根據(jù)該溫室的控制需要，采用WK-Z型溫室控制器。用戶根據(jù)種植品種和作物不同生長(zhǎng)期需要的相應(yīng)環(huán)境條件，簡(jiǎn)單設(shè)置目標(biāo)值，溫室控制器就可自動(dòng)控制溫室設(shè)備的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

2《給排水工程》課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容探索

根據(jù)《給排水工程》的教學(xué)內(nèi)容，課題組充分利用智能溫室的水培生產(chǎn)設(shè)施，從提高學(xué)生的實(shí)際操作能力和生產(chǎn)實(shí)踐能力入手，開發(fā)了《給排水工程》中管道工程布設(shè)、管道工程安裝和維修兩項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

2.1 水培管道工程布設(shè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

2.1.1 了解管道工程布設(shè)技術(shù)

溫室水培從水源地（蓄水池）用水泵提水后，通過輸水管道系統(tǒng)將自來水引入營(yíng)養(yǎng)液池（營(yíng)養(yǎng)液池為引入的自來水與無土栽培專用肥按一定的配比溶解后形成滿足蔬菜生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的水溶液），在營(yíng)養(yǎng)液池通過微型水泵提水后使?fàn)I養(yǎng)液首先輸入最上層（第四層，高約2.5m）管道，通過不斷循環(huán)流動(dòng)逐步輸入以下各層，隨著營(yíng)養(yǎng)液在各級(jí)管道中不斷循環(huán)來保證栽植管道中營(yíng)養(yǎng)液的供氧量，使根系在生長(zhǎng)過程中有充足的氧氣，因此蔬菜根系雖浸泡在水中但保證了根系呼吸作用的正常進(jìn)行。營(yíng)養(yǎng)液在通過各級(jí)管道循環(huán)流動(dòng)后進(jìn)入埋入地下的回水管道系統(tǒng)，再由回水管道回流入營(yíng)養(yǎng)液池。學(xué)生通過認(rèn)識(shí)地下供水管道、營(yíng)養(yǎng)液輸送管道、地上水培栽植管道、地下回流管道等管道布設(shè)工程，使?fàn)I養(yǎng)液管道中的反復(fù)循環(huán)，將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)與給排水管道設(shè)施布設(shè)的基本內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，通過真實(shí)的職場(chǎng)氛圍學(xué)生認(rèn)識(shí)到管道工程布設(shè)的線路、技術(shù)以及應(yīng)用效果。

供液管道分為主管道、支管道和毛管，與栽培槽最高端供液口連接供液。供液管道采用PVC管道，主管道管徑32mm，埋于地下，每個(gè)栽培架下設(shè)1個(gè)出地支管，支管管徑20mm，分布在栽培架一端中間，向兩側(cè)均勻分配供液，每個(gè)栽培管首端設(shè)有PVC閥門，便于控制流量、日常維修和清洗。栽培架的另一端設(shè)有排液口，排液口設(shè)有控制水位的裝置，主要控制管道內(nèi)營(yíng)養(yǎng)液液面深度，以保持作物的根系在不同生長(zhǎng)階段處于不同的液面深度?？刂扑恢饕梢桓叱龀龉艿祝ú鄣装澹┑乃芨叩蛠韺?shí)現(xiàn)管內(nèi)液位控制，高出排液口的營(yíng)養(yǎng)液順排液口進(jìn)入排液管系統(tǒng)，匯集后流回營(yíng)養(yǎng)液池，完成一個(gè)循環(huán)。

2.1.2 地埋式營(yíng)養(yǎng)液池結(jié)構(gòu)與功能實(shí)訓(xùn)

地埋式營(yíng)養(yǎng)液池位于溫室內(nèi)地下，其容量大且不占用地面空間，同時(shí)營(yíng)養(yǎng)液具有環(huán)保無污染和水溫變化較小等特點(diǎn)。營(yíng)養(yǎng)液池在運(yùn)行過程中應(yīng)滿足不漏水、不滲水和不返水的功能要求，施工技術(shù)性強(qiáng)，施工中需使用防滲材料并在液池內(nèi)外壁粉刷防水材料。

該營(yíng)養(yǎng)液池設(shè)計(jì)時(shí)采用兩個(gè)分開使用的形式，具有獨(dú)立功能，單個(gè)池尺寸為1.50m×1.20m×1.40m，可容納2.5m3的營(yíng)養(yǎng)液，兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)液池共計(jì)儲(chǔ)存5m3的營(yíng)養(yǎng)液。按照1畝地（667m2）的水培面積需要5～7t水的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可以滿足溫室576m2的水培和基質(zhì)培使用。使用時(shí)，考慮到營(yíng)養(yǎng)液不同濃度的使用功能，要求一個(gè)營(yíng)養(yǎng)液池供給水培管道系統(tǒng)，另一個(gè)供給基質(zhì)栽培系統(tǒng)，以配置不同的濃度，滿足不同作物的生長(zhǎng)需求。液池的池底建造有20cm見方的圓形泵坑，可確保水泵進(jìn)口維持一定的供水量，便于液池的清洗、定期消毒和及時(shí)檢修，營(yíng)養(yǎng)液池開口處放置50cm見方的活動(dòng)井蓋。

使用這種地埋式營(yíng)養(yǎng)液池必須靠泵的動(dòng)力加壓供液，采用單相多級(jí)潛水泵，功率1.5kW，可提供30m水頭，每小時(shí)供給6m3流量的營(yíng)養(yǎng)液。管道系統(tǒng)首部根據(jù)功能需要設(shè)有供給管道、減壓管道、排水管道和注水管道。供給管道一端連接水泵，另一端連接供水管道系統(tǒng)，直接向水培管道供給營(yíng)養(yǎng)液，管道設(shè)有過濾器，以防管道阻塞。減壓管道一端連接供給管道，另一端連接水池，宣泄多余水壓。排水管道一端連接水泵，另一端連接出地管，將需要更換清洗的水排出水池。注水管道一端連接清水管道，另一端連接營(yíng)養(yǎng)液水池，將新鮮的水源注入營(yíng)養(yǎng)液池配置營(yíng)養(yǎng)液。

利用軟件和配套電子設(shè)備控制水泵，可以根據(jù)用戶和作物的需求合理設(shè)置啟閉和持續(xù)時(shí)間。溫室水培采用間歇式供液方式，這種方式可以節(jié)約能源，控制植株的生長(zhǎng)發(fā)育，解決了根系供氧和供液的矛盾，其特點(diǎn)是在連續(xù)供液系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加一個(gè)定時(shí)器裝置。

2.2 給排水管道工程安裝和維修實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

在管道安裝中，先安裝首部設(shè)施及附屬管道，再布設(shè)安裝供、排液管道的干、支管地埋部分，管溝開挖深度要到位，管道下鋪設(shè)沙土墊層。最后連接到栽培架的供液和排液系統(tǒng)。安裝時(shí)，管道和管件閥門等使用PVC專用膠水粘結(jié)連接，注意管道和管件的清潔，膠水涂抹均勻，安裝快速到位，并保持靜止?fàn)顟B(tài)5min，確保粘結(jié)效果和質(zhì)量。管道系統(tǒng)連接完成后，靜止?fàn)顟B(tài)保持24h，帶壓試水，確保管道無漏水滲水時(shí)進(jìn)行管溝回填，回填土分層壓實(shí)，確保質(zhì)量。

運(yùn)行過程中，供排系統(tǒng)的維護(hù)工作至關(guān)重要，主要包括管道清洗和消毒等工作。首先要注意作物的根系或葉子等雜物不得殘留在管道內(nèi)，其次要勤洗管道，特別是夏季，水銹很多，清洗次數(shù)要增多，清洗時(shí)可以關(guān)閉一部分管道水流，逐個(gè)輪流清洗，水流清洗要輔助人工用刷子在管道內(nèi)壁刷動(dòng)，達(dá)到清潔目的。污物嚴(yán)重時(shí)，可以取下栽培管道，用細(xì)竹竿等一端固定海綿或抹布進(jìn)行管道清潔。消毒選擇1∶5000的高錳酸鉀溶液，營(yíng)養(yǎng)液水池內(nèi)存儲(chǔ)一半水，按比例兌好高錳酸鉀溶液，開啟循環(huán)水泵，循環(huán)消毒1h，或根據(jù)情況而定。除了栽培管的清潔消毒外，水泵的出水口和供排液管道與栽培管的進(jìn)出口處要加上過濾裝置，避免出現(xiàn)干、支管路的堵塞現(xiàn)象。

3 結(jié)語

目前，從實(shí)訓(xùn)學(xué)生反饋的情況看，效果很好，基本達(dá)到了實(shí)訓(xùn)目的。但智能溫室的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容還處于初步開發(fā)與探索階段，還需要更多的時(shí)間在實(shí)踐中根據(jù)具體情況不斷調(diào)整實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、要求和時(shí)間，以期達(dá)到更好的實(shí)訓(xùn)效果，更好地為學(xué)生創(chuàng)造真實(shí)的職場(chǎng)氛圍和崗位技能。當(dāng)然智能溫室還有很多潛在的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，仍需研究開發(fā)，從而為學(xué)生提供更全面的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。