長水器、長水器灌溉系統及其在鹽鹼地改造中的應用的製作方法

2023-05-18 20:55:56 3

專利名稱：長水器、長水器灌溉系統及其在鹽鹼地改造中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半透膜或者微孔透水膜製成的農業灌溉用的密封的水容器 及其應用。
背景技術：
農業灌溉用水佔用水資源消耗總量的50%以上，在世界性水資源短缺的情
況下，節約農業用水，減少水資源的無效消耗是可持續發展迫切需要解決的問 題。
傳統的農業灌溉方法如澆灌、渠灌等粗效而低效，水的利用率約10%,水 資源浪費驚人，而且往往易引起土地鹽漬化等一系列問題。為了克服傳統灌溉 的弊端，國內外都推廣應用噴灌、滴灌等灌溉方法，但是這些灌溉方法水的利 用率也只有50%左右，仍有約一半的灌溉水被浪費掉了
發明內容
；
本發明的目的是提供一種器具，將水裝入這種器具中，用於灌溉時，水的 有效灌溉時間成倍的延長，水的有效利用率提高到卯％以上，從而大量地節約 了農業灌溉用水。
上述的目的通過以下的技術方案實現
長水器，其組成包括半透膜或者微孔透水膜，用熱合或機械密封的方法，
將半透膜或者微孔透水膜製成帶有注水口的農業灌溉用的密封的袋狀水容器， 或者用可吹塑的具有半透膜或者微孔透水膜性質的原料直接吹塑成的帶有注水 口的農業灌溉用的容器密封的水容器，所述的容器為具有注水口的半透膜或者 微孔透水膜封閉容器。
所述的長水器，在所述的半透膜或者微孔透水膜兩端的注水口上具有環狀 密封卡扣，所述的注水口上帶有注水口蓋。
長水器灌溉系統，其組成包括與蓄水池連接的主管、支管組成的輸水管 相互連接起來，構成網狀的農業灌溉系統，所述的主管和/或者支管上裝有一組 權利要求l所述的長水器，每一隻長水器相當於一個供水頭。長水器灌溉系統，其組成包括與蓄水池連接的主管，將一組權利要求1 所述的長管型的長水器直接與輸水主管連起來，構成灌溉系統，系統中管形的 長水器既起到供水作用又起到輸水支管的作用，所述的半透膜或者微孔透水膜 製成的管型長水器上帶有環狀卡扣和尾端卡扣。
所述的長水器或者所述的長水器灌溉系統在農業上的應用，將長水器及長 水灌溉系統埋入地面以下使用，對植物的根系區域進行灌溉。
所述的長水器或者所述的長水器灌溉系統用於排除鹽鹼地的鹽鹼，改造鹽 鹼地。
所述的長水器或者所述的長水器灌溉系統用於鹽斑等局部地點的鹽鹼排除。
這個技術方案有以下有益效果
1.本發明提供了一種利用半透膜或者微孔透水膜的特殊性能，製造成的一 種農業灌溉用器具，將水裝入這種器具中，用於灌溉時，水的有效灌溉時間成 倍的延長，水的有效利用率提高到90%以上，從而大量地節約了農業灌溉用水。
半透膜或者微孔透水膜是植物體內大量存在的一種功能性膜(如細胞壁) 植物憑藉半透膜或者微孔透水膜的滲透性能從環境中吸收水分和營養物質，維 持正常生長。半透膜定向滲透功能是指當半透膜兩面的介質處於不同能量狀態 時，水分從高勢能一面向低勢能的一面流動，而不會反向流動。例如當半透膜 兩面是不同濃度的鹽水溶液時，由於稀溶液的溶質勢高，水分透過半透膜由低 濃度溶液一面向高濃度溶液一面滲透，滲透量取決於二者的濃度差，滲透的平 衡點是二者濃度最終完全相等。
當半透膜的一面是水另一面是乾燥的土壤時，由於自由水的水勢為零，土 壤水勢一般為負值，所以，水分由自由水的一面向土壤面滲透，這種滲透是由 自由水的水勢與土壤水勢之間的水勢差驅動的，自發的緩慢過程，其速度取決 於二者水勢差的大小土壤越乾燥，土水勢越低，二者勢能差越大，滲透的驅 動能量越高，滲透速度就越快；隨著滲透量的增多，土壤含水量上升，土壤水 勢逐漸升高，二者勢能差降低，滲透速度也逐漸降低；當土壤含水量逐漸升至 土壤的飽合含水量時，土壤水勢升至零，與膜的另一面自由水的水勢相等，滲透過程達到平衡點。此時，自由水一面的水量不再減少，土壤一面的水分在數 量上也不再增加。這種平衡將維持至某一面的能量狀態發生變化。如土壤面的 水分發生蒸發，水勢降低，平衡破壞，水分由自由水面再次開始向土壤面滲透 擴散。
如果一個用半透膜或者微孔透水膜製成的容器裝水後埋入土壤中，只要是 土壤的含水量未達到飽合，水分就會自動地由容器內透過半透膜或者微孔透水 膜向土壤遷移。如果此容器埋在一株植物根系附近時，由於植物不斷地從土壤 中吸收水分，使土壤含水量越來越低，自由水就會從容器內源源不斷地向土壤 中滲透遷移。植物的耗水量越大，土壤水勢降的越低，土壤水勢與容器內水勢 差越大，水分穿越半透膜或者微孔透水膜向土壤中滲透的速度越快，單位時間 透出的水量越多。由此，可以清淅地看到在容器—土壤—植物之間形成了一個 水分遷移的鏈條，在這個鏈中植物是水分的消耗者，容器是水分的供給者，土 壤是水分消耗量與補給量的調控者。當鏈條的一端消耗一定量的水分時，通過 土壤水勢調控，可以從另一端得到及時的補充，保障作物的正常生長。因此這 裡所述的容器實質上是一個可以對植物實施自動給水的灌溉器。
用半透膜或者微孔透水膜容器灌溉，其給水方式與植物的吸收方式一致， 且需要的多放出的多，需要的少放出的就少。 一場雨後，當土壤含水量飽和時， 土水勢為零，與容器內水勢相等，容器內水分停止釋放，有效地保留在植物根 系附近，直至土壤水含量降低需補充水分時才開始釋放。實驗表明， 一株植物
一次澆水1公斤，48小時後呈現萎蔫狀態。而將1公斤水裝入用半透膜或者微 孔透水膜製成的容器內，埋入該植物的根部附近，25天後植物才開始萎蔫。與 直接澆水相比，將水裝進這種容器後再用於灌溉，可使水的有效灌溉時間延長 幾倍甚至十幾倍。
2、 與現有的地面灌溉方式不同，本發明是將器具埋入土壤中進行根區灌溉。 器具上部的土層保護了器具內的水分免受日光直曬，可大幅度地減少水分的蒸 發損失，因此，可以節約用水。
3、 以往各種灌溉方式的灌水量和灌水時間間隔均是人為設定的，其科學性
和準確性因人而異。本發明提供的灌溉方法是沒有時間間隔的連續灌溉，灌溉原理與植物的吸水原理相同，灌溉過程與植物的吸水程同歩，灌溉量取決於植 物的蒸騰量和根區附近土壤的蒸發量，並且依據它們的波動而自動調適，使土 壤始終保持比較穩定的溼度，使植物免受乾濕波動協迫，有利於植物生長。
4、 無論是噴灌還是滴灌，在系統運行時都需要由電機、高壓泵等動力設備 驅動，且需要專人管理。本發明提供的方法靠水勢驅動，自動運行，不消耗運 行動力，不需要運行管理人員，而且在沒有電力設施的偏遠地區，只要水源充 足系統照樣可以使用。
5、 本發明所提供的方法和設備，既可以用於農林業灌溉，也可以專門用於 鹽鹼地治理。
6、 結構簡單，造價低廉，便於推廣應用。


附圖1是長水器的結構示意圖。圖中1為半透膜或者微孔透水膜，2和3 為環狀密封卡扣，4為注水口， 5為注水口蓋。
附圖2是多個長水器與輸水管網系統連接起來，組成的網狀的灌溉系統。 圖2中，ll為蓄水池，12為主管，13為支管，14為塑料軟管，15為半透膜或 者微孔透水膜長水器。
附圖3是多個長水器作為支管，與主管組成的網狀的灌溉系統。圖3中， ll為蓄水池，12為主管，16為閥門，3為環狀卡扣，15為半透膜或者微孔透水 膜管，2為尾端卡扣。
本發明的
具體實施例方式
實施例l:
長水器和長水灌溉系統的含義
利用半透膜或者微孔透水膜的物理特性，依據半透膜兩側存在勢能梯度時 可驅動水分定向流動的原理，將半透膜或者微孔透水膜製成可用於農林業灌溉 的容器，這種容器可成倍的延長等量水分的有效灌溉時間。將這種用半透膜或 者微孔透水膜製成的用於灌溉目的容器，稱為可以延長水的有效灌溉時間的容 器，簡稱長水器。由多個長水器與輸水管道相連，可以組成網狀的灌溉系統， 稱長水灌溉系統。將長水器及長水灌溉系統埋入地面以下使用，對植物的根系區域進行灌溉。
長水器的製造方法
1、 選擇適當的原料
製造長水器所用的原料必須具有良好的成膜性，而且成膜後薄膜具有較高 的強度和半透膜或者微孔透水膜的透水性。符合這種要求的基本原料有火膠棉、 可成膜纖維素、PVA—澱粉—甘油共混物及某些PE改性樹脂等。
2、 將所選原料加工成半透膜或者微孔透水膜
如果所選用的半透膜或者微孔透水膜原料是可吹塑材料，則用吹塑工藝直 接吹塑成帶注水口的薄壁容器。如果所選用原料只能先加工成薄膜，則先按上 述要求加工成薄膜後將片狀或管狀的薄膜用熱合或機械密封方式密封成一個袋 狀容器，容器的一端有一個管狀的帶蓋的塑料注水口。(見圖l)。
根據所選的原料不同的加工特性，適當地選用常規的流延法或擠出法加工 方式，按常規的加工工藝將所選原料加工成片狀或管狀薄膜。微孔透水膜的加 工可見申請人200710071720.7中農業灌溉用滲水管道或膜或容器的製造方法。
薄膜的厚度一般控制在5—2(H4n。厚度太薄，強度不夠，製成的長水器容 易受到機械損壞；厚度太厚滲透速度過慢，單位時間內單位面積出水量低，影 響灌溉效果。在實際應用中， 一般將薄膜厚度的上限確定為在土壤水勢的PE 值為3時，每平方米薄膜表面每24小時滲透水量不低於100ml。當某種作物需 要供水量大時，可通過降低薄膜厚度來調整。如果厚度降低到5Wn左右仍不能 滿足該作物(如一棵果樹)供水量要求，則需通過增加長水器的用量或增大長
水器的規格來解決。
用不同厚度不同尺寸的半透膜或者微孔透水膜可以製成不同形狀，不同表
面積及不同供水量的長水器，以滿足不同耗水量植物的需要。各種規格的長水 器均帶有注水口，可以反覆注水，長期使用。
3、 使用方法
使用時通過注水口向容器內注入水，並將蓋子蓋好，然後將裝滿水的容器 埋在植物根系附近的坑中。坑是事先挖好的，深度一般為IO—一20cm。長水器 放入坑中後上面覆蓋5_ — 10cm的土層，覆土時注意將帶蓋的注水口露出地面，以便第一次注入的水用光後可以第二次、第三次注入水，使植物的整個生長期 都得到灌溉。
當容器外壁的半透膜或者微孔透水膜與土壤接觸後由於乾燥土壤的水勢 較低，容器內的水勢很高，在水勢差的驅動下，水分向土壤中滲透，使植物得 到灌溉。選擇不同的尺寸的薄膜可以製造做出不同表面積、不同供水量的長水 器，適應不同植物和不同土壤的灌溉需要。
這樣製作的長水器特別適用於株距很大，單位面積株數較少且土地不平整 的情況，如荒山造森的綠化樹等樹木類植物。在這種情況下，只對植物根區進 行點式灌溉，可以大幅度降低用水量，減少蒸發損失。 實施例2: 長水灌溉系統
如果將實施例1中的多個長水器與輸水管網系統連接起來，就可以組成一 個網狀的灌溉系統。(參見圖2)每一株植物旁埋一個長水器，輸水管路送過來
的水就可以源源不斷地向植物供給。在這種情況下，每一個小型長水器相當於 滴灌系統中的一個滴灌頭，只不過長水灌溉系統比滴溉系統更省水，且在系統 運行中不需要加壓泵等動力設備驅動。
這種結構的灌溉系統適合於大型果園、苗圃及經濟林，也可以用於某些農 業生產場合。
實施例3:
長水灌溉系統的第二種結構方式，將實施例1或者實施例2中的長管型的 長水器直接與輸水主管連起來，可結構成如圖3所示的另一種形式的灌溉系統。
參照圖3所示，其中用長長的管狀的長水器取代以往灌溉系統中的支管， 直接連接到主管上，它既起到供水作用，又起到輸水作用。將這種管按壟埋入 種植農作物旁邊，當管內充水時，管路經過地方土壤都是溼潤的，植物可受到 良好的灌溉。這種結構的長水灌溉系統可以替代現有的噴灌或滴灌系統，既可 用於保護地種植也可用大田生產。
實施例4:
長水器或者長水灌溉系統的除了進行傳統灌溉以外，另一個重要用途是可以排出土壤中的鹽分，使受到鹽鹼化危害的土地得到改良將圖3所示的灌溉
系統埋入鹽鹼地中，埋入深度約10cm。通過蓄水池將系統注滿清水。
當土壤中鹽鹼含量較高時，水溶性的鹽鹼成分遇到灌溉系統中遷移出的少 量水分後，在管壁附近形成了較高濃度的土壤溶液，雖然此時土壤溶液的總水 勢低於膜內側的水勢，水分可以向土壤一側滲透。但是由於土壤溶液的溶質離 子濃度遠遠高於膜內側，溶質離子可以穿過膜向管內滲透，這種滲透過程一直 持續到膜內外離子濃度相等，才能達到平衡。此時管內側的水中已積累了相當 數量的鹽鹼離子。關閉圖3中的供水閥門16，打開尾端卡扣2，將管內的含鹽 鹼水排入田間排水系統，再重新關閉尾端卡扣2，打開供水閥門16，向管內注 入清水，開始下一個循環的操作。實驗表明，在三個月內，上述過程經20次的 反覆循環操作，中度鹽鹼化的硫酸鹽型鹽鹼化土壤，鹽鹼含量由0. 5%變為0. 4%， 變成較適於耕種的輕度鹽鹼化土壤。經計算，20次循環的總用水量僅為大水洗 鹽法用水量的5%。這種排鹽鹼方法的提出，為水資源缺乏的鹽鹼化區域提供了 一種新的改良鹽鹼地的方法。 實施例4:
長水器或者長水灌溉系統的除了進行傳統灌溉以外，另一個重要用途是可 以排出土壤中的鹽分，使受到鹽鹼化危害的土地得到改良將圖3所示的灌溉 系統埋入鹽鹼地中，埋入深度約10cm。通過蓄水池將系統注滿清水。
如果需要改良的土地高低不平，鹽分集中地在某些區域形成了鹽斑，可先 在鹽斑區埋入若干個單個的長水器，然後每隔4一一6天將長水器中的含鹽水倒 出，換一次清水，經多次重複，將重鹽鹼化的鹽斑區域的鹽鹼先行排出，然後 再按上述方式大面積治理。
權利要求
1.一種長水器，其組成包括半透膜或者微孔透水膜，其特徵是用熱合或機械密封的方法，將半透膜或者微孔透水膜製成帶有注水口的農業灌溉用的密封的袋狀水容器，或者用可吹塑的具有半透膜或者微孔透水膜性質的原料直接吹塑成的帶有注水口的農業灌溉用的容器密封的水容器，所述的容器為具有注水口的半透膜或者微孔透水膜封閉容器。
2、 根據權利要求1所述的長水器，其特徵是在所述的半透膜或者微孔透 水膜兩端的注水口上具有環狀密封卡扣，所述的注水口上帶有注水口蓋。
3、 —種長水器灌溉系統，其組成包括與蓄水池連接的主管、支管組成的 輸水管相互連接起來，構成網狀的農業灌溉系統，其特徵是所述的主管和/或 者支管上裝有一組權利要求1所述的長水器，每一隻長水器相當於一個供水頭。
4、 一種長水器灌溉系統，其組成包括與蓄水池連接的主管，其特徵是-將一組權利要求1所述的長管型的長水器直接與輸水主管連起來，構成灌溉系 統，系統中管形的長水器既起到供水作用又起到輸水支管的作用，所述的半透 膜或者微孔透水膜製成的管型長水器上帶有環狀卡扣和尾端卡扣。
5、 一種權利要求1所述的長水器或者權利要求3或者權利要求4所述的長 水器灌溉系統在農業上的應用，將長水器及長水灌溉系統埋入地面以下使用， 對植物的根系區域進行灌溉。
6、 一種權利要求2所述的長水器或者權利要求3或者權利要求4所述的長水器灌溉系統用於排除鹽鹼地的鹽鹼，改造鹽鹼地。
7、 一種權利要求2所述的長水器或者權利要求3或者權利要求4所述的長 水器灌溉系統用於鹽斑等局部地點的鹽鹼排除。
全文摘要
長水器、長水器灌溉系統及其在鹽鹼地改造中的應用。傳統的農業灌溉方法如澆灌、渠灌等粗效而低效，水的利用率約10％，水資源浪費驚人，而且往往易引起土地鹽漬化等一系列問題。為了克服傳統灌溉的弊端，國內外都推廣應用噴灌、滴灌等灌溉方法，但是這些灌溉方法水的利用率也只有50％左右，仍有約一半的灌溉水被浪費掉了。長水器，其組成包括半透膜或者微孔透水膜，用熱合或機械密封的方法，將半透膜或者微孔透水膜製成帶有注水口的農業灌溉用的密封的袋狀水容器，或者用可吹塑的具有半透膜或者微孔透水膜性質的原料直接吹塑成的帶有注水口的農業灌溉用的容器密封的封閉容器。本產品用於節水型農業灌溉和能減少用水的鹽鹼地改造。
文檔編號A01G25/00GK101292621SQ20071007215
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月29日 優先權日2007年4月29日
發明者楊慶理 申請人:楊慶理