水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統的製作方法

2023-10-24 19:00:07

專利名稱：水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種農業灌溉用的水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統。
背景技術：
土壤的水、肥、氣、熱是約製作物生長發育的四個主要環境條件要素，其中任何一個單獨因素的變動，都會對作物的生長、發育造成在重大影響，當變動達到某一臨界值後，可使作物生長緩慢，停止生長，甚至死亡，現代農業與傳統農業的重要差別之一在於它用人為的科技手段對作物的生長環境條件進行優化控制，解決了傳統農業完全靠天吃飯問題。實踐證明，在四要素中可控的要素越多，控制的程度越準確，對作物的生長越有利。由於北方冬季水溫和地面溫度均較低，目前尚未有升高土壤溫度的適當辦法，往往給大棚蔬菜的長勢和產量造成很大影響。土壤水分，含氣量及施肥量的控制，雖然已有了種種不同的方法和裝備，但往往是一種裝備只能控制廣2個要素。用一套灌溉裝置對水、 月巴、氣、熱四個要素進行全部控制的方法尚未見報導。

發明內容
本發明的目的是提供一種水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，在不增加或少增加生產成本的前題下，解決了對影響作物生長的主要環境因素進行優化調控，使農業生產在水、肥、氣、熱全方位調控條件下進行，有利於產品的豐產豐收。上述的目的通過以下的技術方案實現
水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，其組成包括供水箱，所述的供水箱連接輸水管，所述的輸水管上依次安裝閥門、加熱器、加肥罐，所述的輸水管連接一組微潤管， 計算機通過傳感器與供水、肥、氣、熱控制系統連接。所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，所述的微潤管是由內管和透水性保護套的外管組成的具有雙層結構的軟管，所述的內管壁上有微通孔，孔徑為 l(T900nm，所述的加熱器為普通熱水器或者是利用低能效熱源的加熱器。所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，所述的加肥罐由罐體和一個用濾布製作的過濾袋組成，所述的過濾袋中裝有肥料，所述的肥料依靠微潤灌溉的水流特徵，緩慢溶解，自動加肥。有益效果
1.本發明提出了一種用一套灌溉系統對土壤的水、肥、氣、熱四要素進行全面優化控制的方法和裝備。四要素全控自動微潤灌溉系統由三部分組成水、氣控制由給水灌溉單元執行；地溫控制由加熱單元執行；營養成分由加肥單元執行。三個單元以微潤灌溉系統中水的流動特徵為基本設計依據組成一個完整系統。改變了過去對環境條件只能用不同技術裝備單一要素調控的狀況，克服了單一要素調控中的短板效應，為現代農業，特別是精準農業的發展，提供了一項新的技術裝備。2.本發明的給水灌溉部分採用微潤灌溉技術。普通微潤灌溉系統由水源(水箱)、 輸水管和微潤管網三部分組成，由於微潤灌溉是微量水以24小時不停的供水方式對作物進行連續灌溉，其特點是單位長度的微潤管在單位時間內供水量很小，在數量上以毫升為計量單位，與植物單位時間的吸水量處於同一數量級。使灌溉給水與作物吸水在數量上耦 合。作物的生長過程中，無論晝夜每一刻都在不停地吸收水分，而微潤灌溉系統的供水方式是M小時不停地給水，使灌溉給水與作物吸水在時間上同步。微潤管的出水量是連續變量，與管內壓力成正比關係。系統內壓力的任何微小變化都會引起出水量響應。因此，準確調整灌溉系統的內壓(如水箱的水位高度)，可以將微潤管的出水量控制到以毫升為計量單位的任何所需數量。而且，內壓數值一旦確定，微潤管就會長期穩定的保持以某一確定的量向土壤供水。並且，微潤灌溉的水分流動特徵是緩慢釋放出的水分首先進入土壤毛細管，只有當毛細管全充滿後，才會佔據土壤中其它空隙，這是其它任何灌溉方式均不具備的特徵。據此，利用田間持水量概念，通過精確控制水量，達到控制土壤含氣量的目的。微潤灌溉的上述特點，使該系統在灌溉時不但可以調節土壤的水分含量，而且還可以調節土壤中的空氣含量。某種作物，如葡萄，在苗期需要土壤的含水量較多，而含氣量要求不高，適宜的水氣條件為土壤田間持水量的80%，即土壤毛管空間80%被水充盈而另 20%充滿空氣。根據測定，此時對應的微潤管出水量為450毫升/米·天，根據圖2，相應的水箱中水位高度為1. 8米水位。將水箱水位定位在1. 80米，微潤灌溉系統以450毫升/ 米 天速率出水，使土壤含水量穩定地保持在田間持水量80%水平。同時，使土壤含氣量也隨之受到控制。葡萄座果後，要求土壤含水量較低而含氣量較高，如土壤水分為田間持水量的60% 為最佳狀態，依據微潤管出水量與壓力關係曲線(圖2)，微潤管的出水量降至300毫升/ 米·天，對應的水位高度為1. 40米，土壤的含水、含氣量隨之確定，使土壤的含水量及含氣量保持在田間持水量60%水平。總之，通過對微潤灌溉系統的單一參數水位控制，可以準確調控土壤的含水量和含氣量，並且使這種期望狀態在較長時間內穩定地保持，使水、氣比例長期處於最有利於作物生長的最佳狀態。3.本發明特有的土壤溫度控制單元，土壤溫度控制由安裝於微潤系統中的加熱器執行。由於微潤灌溉屬地下灌溉，微潤管全部埋於l(Tl5cm深的土壤中，通入溫水後，相當於大棚內全部安裝了「地熱管」。微潤管放出的熱量和管內釋放水所攜帶的熱量全部傳導給土壤，使土壤升溫。土壤的保溫作用避免了熱損失，使這種地熱式加熱方式具有較高的熱效率和良好的升溫效果。用加熱器加熱水，用溫水灌溉了控制地溫，是一件看似簡單的事，此前所以未能實現，主要是受技術和經濟合理性兩方面因素約制。從技術角度看，滴灌技術是目前最先進最節水的灌溉技術。滴灌一般採用輪灌或間歇式灌溉制度。當對某一地塊灌溉時，如面積為一畝的大棚，一般從開機到停水耗時廣2 個小時，在這段時間內須將400(Γ5000公斤的水滴入田中。在這樣短的時間內，將這樣大量的水升溫20°C左右，需要高功率的加熱器。從裝備角度看，一個大棚配一個很巨大的加熱器是不合理配置，同時，加熱過程須消耗很多能量，高額的運行成本，對農業生產而言又失去了經濟合理性。所以，到目前為止，國內外均未見通過加熱灌溉用水。採用微潤灌溉系統，用水情況發生很大的變化一畝面積的溫室或大棚，用水量為每天500公斤，而且這個水量是經M小時不斷供水逐漸進入土壤的，因此，每小時供水量僅 21公斤左右，將這樣小的水量在1小時內升溫20°C，一般的普通熱水器都可以勝任。相應地，能量消耗也可降低至農業生產可接受的合理範圍內。微潤灌溉系統的水量及水流特徵，同時又提供了用低能量密度的熱源提高灌溉水溫的可能例如北方溫室冬季都需要採暖爐或暖牆，若在系統中串聯一個排管換熱器，將換熱器置於煙道中，利用煙道餘熱將灌溉水加熱，即可達到提升地溫的目的。在有條件的地方也可以使用太陽能熱水器。太陽能熱水器利用的是低密度能量， 水升溫需用較長的時間，每日加熱的水量也有限。這兩個特點恰好與微潤灌溉的水量及水流特點匹配，用於控制地溫。總之，本發明充分利用了微潤灌溉的低流量，長時間連續供水的水流特徵和耗水量很低的技術特點，在充分考慮設備配置合理性和運行消耗的經濟可靠性前題下，提出了用小型加熱器或低能量密度的熱源加熱灌溉水，用灌溉系統對土壤溫度進行控制調節的方法。4.本發明特有的土壤營養成分的控制單元，土壤營養成分的控制由安裝在系統內的自動加肥罐執行。加肥罐由罐體和一個用濾布製作的過濾袋組成，將肥料裝入過濾袋中， 將過濾袋放進加肥罐內，加肥罐連接到灌溉水管路上。當灌溉水緩慢流徑加肥罐時，肥料逐漸被水溶解，隨水進入微潤管，被直接送達作物根區內。由於微潤灌溉系統的水流特點，給肥料提供了充裕的溶解時間，使肥料的溶解過程不再受時間限制，因此，不必像滴灌系統那樣需要專用的快速溶解設備和噴射加入設備，也不需要專人按時操控管理。本系統將加肥工作簡化到只要將需用量肥料向罐中一放，其餘工作均由灌溉系統自動完成。每次加肥成為舉手之勞，從而為提高投肥頻度和降低每次投肥數量提供了方便，為精準控制土壤中營養物質含量提供了條件，可以按照不同作物，不同生長期吸肥量的差異，準確控制每天或某一時段的供肥量，可以一天投一次肥，或2、3天投一次肥，按需投放，而不必象常施肥那樣， 將一個月甚至二個月的肥料一次投入田地中，肥料長時間滯留在土壤中，讓作物隨機吸收。這種精準調控施肥方式的優點是
肥隨水走，水肥耦合，直接到達作物根部，被作物快速吸收，避免了肥料在土壤中被固定而造成的固定損失和淋溶損失。應用實驗表明，在作物生長狀況相同的前題下，肥料用量至少可節省50%。根據作物不同生長期不同的吸肥量和不同的營養種類需要高頻度、低用量施肥， 更有利於作物生長。總之，以微潤灌溉系統的技術特徵為基礎，利用微潤灌溉特有的水分流動與釋放特點，配套加熱單元和施肥單元後，通過計算機的定量控制形成一個對土壤的水、肥、氣、熱四要素均可向對作物有益方向調控的系統。在不增加或少增加生產成本的前題下，解決了土壤升溫難題，使農業生產在水、肥、氣、熱全方位調控條件下進行，有利於產品的豐產豐收。本發明應用於①、對環境條件控制要求較高的現代農業和精準農業。②、高寒地區農業種植，在解決春旱的同時解決春季地溫過低，種子難發芽問題。③、特別適用於北方溫棚冬季蔬菜生產。


附圖1是本發明的結構示意圖。附圖2是出水量與壓力關係圖。附圖3是微潤管的結構示意圖。附圖4是加肥罐的結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1
水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，其組成包括供水箱1，其特徵是所述的供水箱連接輸水管2，所述的輸水管上依次安裝閥門3，加熱器4，加肥罐5，所述的輸水管連接一組微潤管6，計算機通過傳感器與供水、肥、氣、熱控制系統連接。實施例2
所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，所述的微潤管是由內管7和透水性保護套的外管8組成的具有雙層結構的軟管，所述的內管壁上有微通孔9，孔徑為 l(T900nm，所述的加熱器普通熱水器或者是利用低能效熱源的加熱器。實施例3
所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，所述的加肥罐由罐體10和一個用濾布11製作的過濾袋組成，所述的過濾袋中裝有肥料，所述的肥料依靠微潤灌溉的水流特徵，緩慢溶解，自動加肥。由於微潤灌溉是微量水以24小時不停的供水方式對作物進行連續灌溉
A、單位長度的微潤管在單位時間內供水量很小，在數量上以毫升為計量單位，與植物單位時間的吸水量處於同一數量級。使灌溉給水與作物吸水在數量上耦合。B、 作物的生長過程中，無論晝夜每一刻都在不停地吸收水分，而微潤灌溉系統的供水方式是24小時不停地給水，使灌溉給水與作物吸水在時間上同步。C、微潤管的出水量是連續變量，與管內壓力成正比關係。系統內壓力的任何微小變化都會引起出水量響應。因此，準確調整灌溉系統的內壓(如水箱的水位高度)，可以將微潤管的出水量控制到以毫升為計量單位的任何所需數量。而且，內壓數值一旦確定，微潤管就會長期穩定的保持以某一確定的量向土壤供水。微潤灌溉的上述特點，使該系統在灌溉時不但可以調節土壤的水分含量，而且還可以調節土壤中的空氣含量。加熱單元和加肥單元充分利用了微潤灌溉的水流特徵，組成了一個水、肥、氣、熱四要素全部可控的完整系統。
權利要求
1.一種水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，其組成包括供水箱，其特徵是所述的供水箱連接輸水管，所述的輸水管上依次安裝閥門、加熱器、加肥罐，所述的輸水管連接一組微潤管，計算機通過傳感器與供水、肥、氣、熱控制系統連接。
2.根據權利要求1所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，其特徵是所述的微潤管是由內管和透水性保護套的外管組成的具有雙層結構的軟管，所述的內管壁上有微通孔，孔徑為l(T900nm，所述的加熱器是普通熱水器或者是利用低能量密度熱源的加熱器。
3.根據權利要求1或2所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統，其特徵是所述的加肥罐由罐體和一個用濾布製作的過濾袋組成，所述的過濾袋中裝有肥料，所述的肥料依靠微潤灌溉的水流特徵，緩慢溶解，自動加肥。
全文摘要
本發明涉及一種水、肥、氣、熱四要素全控的自動微潤灌溉系統。土壤的水、肥、氣、熱是約製作物生長發育的四個主要環境條件要素，其中任何一個單獨因素的變動，都會對作物的生長、發育造成在重大影響，當變動達到某一臨界值後，可使作物生長緩慢，停止生長，甚至死亡。本產品包括供水箱(1)，所述的供水箱連接輸水管(2)，所述的輸水管上依次安裝閥門(3)、加熱器(4)、加肥罐(5)，所述的輸水管連接一組微潤管(6)，計算機通過傳感器與供水、肥、氣、熱控制系統連接。本產品用於設施農業和精準農業生產。
文檔編號A01C21/00GK102150600SQ201110054750
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月8日 優先權日2011年3月8日
發明者楊瀟 申請人:楊瀟