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栽培基质水分、EC值和pH值快速监测技术和设备

来源：花匠小妙招时间：2024-12-18 19:18

项目简介

成果源自“十二五”国家支撑计划项目课题(2011BAD12B01-02)，国家公益性行业(农业)科研专项(201203095)，国家自然科学基金项目(32071900)，获中华农业科技奖科学研究成果二等奖（2019-KJ057-2）。设施园艺作为高投入、高产出、高效益的集约化生产方式，在我国得到了迅猛发展，面积已达400万公顷，居世界首位。设施园艺中无土栽培与土壤栽培相比，具有作物长势强、产量高、节水节肥、省工省力，可以避免土壤传染的病虫草害等优点，无土栽培面积越来越多。无土栽培分为基质和营养液栽培两大类，国内外都以基质栽培为主。基质包括有机(草炭、碳化稻壳、醋糟、木屑等)和无机(砂、岩棉、蛭石、珍珠岩、炉渣等)两大类。生产上栽培基质通常是有机基质与无机基质的混合物，是由不同矿物质和有机物颗粒，再加一定量水分和空气混合而成非均相体系。目前无土栽培生产主要根据营养液的电导率（EC值，衡量溶液中可溶性盐浓度）和氢离子浓度（pH值）进行营养液的管理。在实际生产和营养液循环系统中，往往由于作物吸收营养液中离子成分随时间而变化，导致营养液成分失去平衡，造成栽培基质某些营养成分不足或过剩。因此，单纯依靠营养液的EC值、pH值来进行营养浓度调控，缺乏对栽培基质实际水分、养分和pH值监测，会导致灌溉及施肥时机、数量不准确，造成水肥成本高、能源消耗大、效益低，无法满足高效集约化栽培生产要求。基质栽培中pH值和EC值在线监测是精确施肥调控的两大瓶颈问题。随着设施园艺朝着大型化、现代化和工厂化的方向迈进，在线获取栽培基质水分、EC值和pH值信息，按照作物生长所需给予精准调控，实现水分和养分精准管理，保证栽培品质产量效益，是设施园艺生产的迫切需求，也是发展现代农业实现精准化、智能化生产的必然趋势。针对栽培基质实时监测中存在的理化特性和使用环境条件多变、影响因素复杂，探头长期与盐分接触易腐蚀等问题，采用新型耐腐蚀材料和电镀方法，研制新的基质多参数原位检测探头和离子选择电极；基于特殊生物水分调控原理，应用集成仿生方法，研究通过构建包括仿生叶、仿生茎、仿生根和亲水工作电极等集成仿生传感器在线监测栽培基质EC值和pH值的新方法；通过基质理化特性、使用环境条件等对测试影响试验分析，建立基质多参数测试补偿模型，提高测量精度；采用无线单片机和Zigbee无线网络，开发基质多参数无线传感节点和网络仪器系统，实现对无土栽培基质水分、EC值和pH值在线检测。

产品、性能指标

重量含水量检测误差平均小于±3%。在重量含水量70%以上时，EC值检测误差平均小于±0.10 mS/cm，pH值检测误差平均小于±0.1。

合作方式

技术转让或产学研合作开发。

（更多成果请联系科技处产学研办：0511-88780075）