CN101292621B - 长水器、长水器灌溉系统及其在盐碱地改造中的应用 - Google Patents

Abstract

长水器、长水器灌溉系统及其在盐碱地改造中的应用。传统的农业灌溉方法如浇灌、渠灌等粗效而低效，水的利用率约10％，水资源浪费惊人，而且往往易引起土地盐渍化等一系列问题。为了克服传统灌溉的弊端，国内外都推广应用喷灌、滴灌等灌溉方法，但是这些灌溉方法水的利用率也只有50％左右，仍有约一半的灌溉水被浪费掉了。长水器，其组成包括：半透膜或者微孔透水膜，用热合或机械密封的方法，将半透膜或者微孔透水膜制成带有注水口的农业灌溉用的密封的袋状水容器，或者用可吹塑的具有半透膜或者微孔透水膜性质的原料直接吹塑成的带有注水口的农业灌溉用的容器密封的封闭容器。本产品用于节水型农业灌溉和能减少用水的盐碱地改造。

Description

长水器、长水器灌溉系统及其在盐碱地改造中的应用

技术领域：

本发明涉及一种半透膜或者微孔透水膜制成的农业灌溉用的密封的水容器及其应用。

背景技术：

农业灌溉用水占用水资源消耗总量的50％以上，在世界性水资源短缺的情况下，节约农业用水，减少水资源的无效消耗是可持续发展迫切需要解决的问题。

传统的农业灌溉方法如浇灌、渠灌等粗效而低效，水的利用率约10％，水资源浪费惊人，而且往往易引起土地盐渍化等一系列问题。为了克服传统灌溉的弊端，国内外都推广应用喷灌、滴灌等灌溉方法，但是这些灌溉方法水的利用率也只有50％左右，仍有约一半的灌溉水被浪费掉了。

发明内容：

本发明的目的是提供一种器具，将水装入这种器具中，用于灌溉时，水的有效灌溉时间成倍的延长，水的有效利用率提高到90％以上，从而大量地节约了农业灌溉用水。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

长水器，其组成包括：半透膜或者微孔透水膜，用热合或机械密封的方法，将半透膜或者微孔透水膜制成带有注水口的农业灌溉用的密封的袋状水容器，或者用可吹塑的具有半透膜或者微孔透水膜性质的原料直接吹塑成的带有注水口的农业灌溉用的容器密封的水容器，所述的容器为具有注水口的半透膜或者微孔透水膜封闭容器。

所述的长水器，在所述的半透膜或者微孔透水膜两端的注水口上具有环状密封卡扣，所述的注水口上带有注水口盖。

长水器灌溉系统，其组成包括：与蓄水池连接的主管、支管组成的输水管相互连接起来，构成网状的农业灌溉系统，所述的主管和/或者支管上装有一组权利要求1所述的长水器，每一只长水器相当于一个供水头。

长水器灌溉系统，其组成包括：与蓄水池连接的主管，将一组权利要求1所述的长管型的长水器直接与输水主管连起来，构成灌溉系统，系统中管形的长水器既起到供水作用又起到输水支管的作用，所述的半透膜或者微孔透水膜制成的管型长水器上带有环状卡扣和尾端卡扣。

所述的长水器或者所述的长水器灌溉系统在农业上的应用，将长水器及长水灌溉系统埋入地面以下使用，对植物的根系区域进行灌溉。

所述的长水器或者所述的长水器灌溉系统用于排除盐碱地的盐碱，改造盐碱地。

所述的长水器或者所述的长水器灌溉系统用于盐斑等局部地点的盐碱排除。

这个技术方案有以下有益效果：

1.本发明提供了一种利用半透膜或者微孔透水膜的特殊性能，制造成的一种农业灌溉用器具，将水装入这种器具中，用于灌溉时，水的有效灌溉时间成倍的延长，水的有效利用率提高到90％以上，从而大量地节约了农业灌溉用水。

半透膜或者微孔透水膜是植物体内大量存在的一种功能性膜(如细胞壁)植物凭借半透膜或者微孔透水膜的渗透性能从环境中吸收水分和营养物质，维持正常生长。半透膜定向渗透功能是指当半透膜两面的介质处于不同能量状态时，水分从高势能一面向低势能的一面流动，而不会反向流动。例如当半透膜两面是不同浓度的盐水溶液时，由于稀溶液的溶质势高，水分透过半透膜由低浓度溶液一面向高浓度溶液一面渗透，渗透量取决于二者的浓度差，渗透的平衡点是二者浓度最终完全相等。

当半透膜的一面是水另一面是干燥的土壤时，由于自由水的水势为零，土壤水势一般为负值，所以，水分由自由水的一面向土壤面渗透，这种渗透是由自由水的水势与土壤水势之间的水势差驱动的，自发的缓慢过程，其速度取决于二者水势差的大小：土壤越干燥，土水势越低，二者势能差越大，渗透的驱动能量越高，渗透速度就越快；随着渗透量的增多，土壤含水量上升，土壤水势逐渐升高，二者势能差降低，渗透速度也逐渐降低；当土壤含水量逐渐升至土壤的饱合含水量时，土壤水势升至零，与膜的另一面自由水的水势相等，渗透过程达到平衡点。此时，自由水一面的水量不再减少，土壤一面的水分在数量上也不再增加。这种平衡将维持至某一面的能量状态发生变化。如土壤面的水分发生蒸发，水势降低，平衡破坏，水分由自由水面再次开始向土壤面渗透扩散。

如果一个用半透膜或者微孔透水膜制成的容器装水后埋入土壤中，只要是土壤的含水量未达到饱合，水分就会自动地由容器内透过半透膜或者微孔透水膜向土壤迁移。如果此容器埋在一株植物根系附近时，由于植物不断地从土壤中吸收水分，使土壤含水量越来越低，自由水就会从容器内源源不断地向土壤中渗透迁移。植物的耗水量越大，土壤水势降的越低，土壤水势与容器内水势差越大，水分穿越半透膜或者微孔透水膜向土壤中渗透的速度越快，单位时间透出的水量越多。由此，可以清淅地看到在容器＿土壤＿植物之间形成了一个水分迁移的链条，在这个链中植物是水分的消耗者，容器是水分的供给者，土壤是水分消耗量与补给量的调控者。当链条的一端消耗一定量的水分时，通过土壤水势调控，可以从另一端得到及时的补充，保障作物的正常生长。因此这里所述的容器实质上是一个可以对植物实施自动给水的灌溉器。

用半透膜或者微孔透水膜容器灌溉，其给水方式与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。一场雨后，当土壤含水量饱和时，土水势为零，与容器内水势相等，容器内水分停止释放，有效地保留在植物根系附近，直至土壤水含量降低需补充水分时才开始释放。实验表明，一株植物一次浇水1公斤，48小时后呈现萎蔫状态。而将1公斤水装入用半透膜或者微孔透水膜制成的容器内，埋入该植物的根部附近，25天后植物才开始萎蔫。与直接浇水相比，将水装进这种容器后再用于灌溉，可使水的有效灌溉时间延长几倍甚至十几倍。

2、与现有的地面灌溉方式不同，本发明是将器具埋入土壤中进行根区灌溉。器具上部的土层保护了器具内的水分免受日光直晒，可大幅度地减少水分的蒸发损失，因此，可以节约用水。

3、以往各种灌溉方式的灌水量和灌水时间间隔均是人为设定的，其科学性和准确性因人而异。本发明提供的灌溉方法是没有时间间隔的连续灌溉，灌溉原理与植物的吸水原理相同，灌溉过程与植物的吸水程同步，灌溉量取决于植物的蒸腾量和根区附近土壤的蒸发量，并且依据它们的波动而自动调适，使土壤始终保持比较稳定的湿度，使植物免受干湿波动协迫，有利于植物生长。

4、无论是喷灌还是滴灌，在系统运行时都需要由电机、高压泵等动力设备驱动，且需要专人管理。本发明提供的方法靠水势驱动，自动运行，不消耗运行动力，不需要运行管理人员，而且在没有电力设施的偏远地区，只要水源充足系统照样可以使用。

5、本发明所提供的方法和设备，既可以用于农林业灌溉，也可以专门用于盐碱地治理。

6、结构简单，造价低廉，便于推广应用。

附图说明：

附图1是长水器的结构示意图。图中1为半透膜或者微孔透水膜，2和3为环状密封卡扣，4为注水口，5为注水口盖。

附图2是多个长水器与输水管网系统连接起来，组成的网状的灌溉系统。图2中，11为蓄水池，12为主管，13为支管，14为塑料软管，15为半透膜或者微孔透水膜长水器。

附图3是多个长水器作为支管，与主管组成的网状的灌溉系统。图3中，11为蓄水池，12为主管，16为阀门，3为环状卡扣，15为半透膜或者微孔透水膜管，2为尾端卡扣。

本发明的具体实施方式：

实施例1：

长水器和长水灌溉系统的含义：

利用半透膜或者微孔透水膜的物理特性，依据半透膜两侧存在势能梯度时可驱动水分定向流动的原理，将半透膜或者微孔透水膜制成可用于农林业灌溉的容器，这种容器可成倍的延长等量水分的有效灌溉时间。将这种用半透膜或者微孔透水膜制成的用于灌溉目的容器，称为可以延长水的有效灌溉时间的容器，简称长水器。由多个长水器与输水管道相连，可以组成网状的灌溉系统，称长水灌溉系统。将长水器及长水灌溉系统埋入地面以下使用，对植物的根系区域进行灌溉。

长水器的制造方法：

1、选择适当的原料

制造长水器所用的原料必须具有良好的成膜性，而且成膜后薄膜具有较高的强度和半透膜或者微孔透水膜的透水性。符合这种要求的基本原料有火胶棉、可成膜纤维素、PVA＿淀粉＿甘油共混物及某些PE改性树脂等。

2、将所选原料加工成半透膜或者微孔透水膜

如果所选用的半透膜或者微孔透水膜原料是可吹塑材料，则用吹塑工艺直接吹塑成带注水口的薄壁容器。如果所选用原料只能先加工成薄膜，则先按上述要求加工成薄膜后将片状或管状的薄膜用热合或机械密封方式密封成一个袋状容器，容器的一端有一个管状的带盖的塑料注水口。(见图1)。

根据所选的原料不同的加工特性，适当地选用常规的流延法或挤出法加工方式，按常规的加工工艺将所选原料加工成片状或管状薄膜。微孔透水膜的加工可见申请人200710071720.7中农业灌溉用渗水管道或膜或容器的制造方法。

薄膜的厚度一般控制在5—20μm。厚度太薄，强度不够，制成的长水器容易受到机械损坏；厚度太厚渗透速度过慢，单位时间内单位面积出水量低，影响灌溉效果。在实际应用中，一般将薄膜厚度的上限确定为：在土壤水势的PE值为3时，每平方米薄膜表面每24小时渗透水量不低于100ml。当某种作物需要供水量大时，可通过降低薄膜厚度来调整。如果厚度降低到5μm左右仍不能满足该作物(如一棵果树)供水量要求，则需通过增加长水器的用量或增大长水器的规格来解决。

用不同厚度不同尺寸的半透膜或者微孔透水膜可以制成不同形状，不同表面积及不同供水量的长水器，以满足不同耗水量植物的需要。各种规格的长水器均带有注水口，可以反复注水，长期使用。

3、使用方法

使用时通过注水口向容器内注入水，并将盖子盖好，然后将装满水的容器埋在植物根系附近的坑中。坑是事先挖好的，深度一般为10——20cm。长水器放入坑中后上面覆盖5——10cm的土层，覆土时注意将带盖的注水口露出地面，以便第一次注入的水用光后可以第二次、第三次注入水，使植物的整个生长期都得到灌溉。

当容器外壁的半透膜或者微孔透水膜与土壤接触后由于干燥土壤的水势较低，容器内的水势很高，在水势差的驱动下，水分向土壤中渗透，使植物得到灌溉。选择不同的尺寸的薄膜可以制造做出不同表面积、不同供水量的长水器，适应不同植物和不同土壤的灌溉需要。

这样制作的长水器特别适用于株距很大，单位面积株数较少且土地不平整的情况，如荒山造森的绿化树等树木类植物。在这种情况下，只对植物根区进行点式灌溉，可以大幅度降低用水量，减少蒸发损失。

实施例2：

长水灌溉系统

如果将实施例1中的多个长水器与输水管网系统连接起来，就可以组成一个网状的灌溉系统。(参见图2)每一株植物旁埋一个长水器，输水管路送过来的水就可以源源不断地向植物供给。在这种情况下，每一个小型长水器相当于滴灌系统中的一个滴灌头，只不过长水灌溉系统比滴溉系统更省水，且在系统运行中不需要加压泵等动力设备驱动。

这种结构的灌溉系统适合于大型果园、苗圃及经济林，也可以用于某些农业生产场合。

实施例3：

长水灌溉系统的第二种结构方式，将实施例1或者实施例2中的长管型的长水器直接与输水主管连起来，可结构成如图3所示的另一种形式的灌溉系统。

参照图3所示，其中用长长的管状的长水器取代以往灌溉系统中的支管，直接连接到主管上，它既起到供水作用，又起到输水作用。将这种管按垄埋入种植农作物旁边，当管内充水时，管路经过地方土壤都是湿润的，植物可受到良好的灌溉。这种结构的长水灌溉系统可以替代现有的喷灌或滴灌系统，既可用于保护地种植也可用大田生产。

实施例4：

长水器或者长水灌溉系统的除了进行传统灌溉以外，另一个重要用途是可以排出土壤中的盐分，使受到盐碱化危害的土地得到改良：将图3所示的灌溉系统埋入盐碱地中，埋入深度约10cm。通过蓄水池将系统注满清水。

当土壤中盐碱含量较高时，水溶性的盐碱成分遇到灌溉系统中迁移出的少量水分后，在管壁附近形成了较高浓度的土壤溶液，虽然此时土壤溶液的总水势低于膜内侧的水势，水分可以向土壤一侧渗透。但是由于土壤溶液的溶质离子浓度远远高于膜内侧，溶质离子可以穿过膜向管内渗透，这种渗透过程一直持续到膜内外离子浓度相等，才能达到平衡。此时管内侧的水中已积累了相当数量的盐碱离子。关闭图3中的供水阀门16，打开尾端卡扣2，将管内的含盐碱水排入田间排水系统，再重新关闭尾端卡扣2，打开供水阀门16，向管内注入清水，开始下一个循环的操作。实验表明，在三个月内，上述过程经20次的反复循环操作，中度盐碱化的硫酸盐型盐碱化土壤，盐碱含量由0.5％变为0.4％，变成较适于耕种的轻度盐碱化土壤。经计算，20次循环的总用水量仅为大水洗盐法用水量的5％。这种排盐碱方法的提出，为水资源缺乏的盐碱化区域提供了一种新的改良盐碱地的方法。

实施例4：

长水器或者长水灌溉系统的除了进行传统灌溉以外，另一个重要用途是可以排出土壤中的盐分，使受到盐碱化危害的土地得到改良：将图3所示的灌溉系统埋入盐碱地中，埋入深度约10cm。通过蓄水池将系统注满清水。

如果需要改良的土地高低不平，盐分集中地在某些区域形成了盐斑，可先在盐斑区埋入若干个单个的长水器，然后每隔4——6天将长水器中的含盐水倒出，换一次清水，经多次重复，将重盐碱化的盐斑区域的盐碱先行排出，然后再按上述方式大面积治理。

Claims (1)

1.一种长水器，其组成包括：半透膜或者微孔透水膜，其特征是：用热合或机械密封的方法，将半透膜或者微孔透水膜制成带有注水口的农业灌溉用的密封的袋状水容器，或者用可吹塑的具有半透膜或者微孔透水膜性质的原料直接吹塑成带有注水口的农业灌溉用的容器密封的水容器，所述的水容器为具有注水口的半透膜或者微孔透水膜封闭容器，所述的半透膜或者微孔透水膜的原料采用火胶棉或者可成膜纤维素或者PVA_淀粉_甘油共混物，在所述的半透膜或者微孔透水膜两端的注水口上具有环状密封卡扣，所述的注水口上带有注水口盖。

2．一种长水器灌溉系统，其组成包括：与蓄水池连接的主管、支管组成的输水管相互连接起来，构成网状的农业灌溉系统，其特征是：所述的主管和/或者支管上装有一组权利要求1所述的长水器，每一只长水器相当于一个供水头。

3．一种长水器灌溉系统，其组成包括：与蓄水池连接的主管，其特征是：将一组权利要求1所述的长水器直接与输水主管连起来，构成灌溉系统，系统中长管型的长水器既起到供水作用又起到输水支管的作用，所述的半透膜或者微孔透水膜制成的管型长水器上带有所述的环状密封卡扣，所述的环状密封卡扣包括环状卡扣和尾端卡扣。

4．一种权利要求1所述的长水器或者权利要求2或者权利要求3所述的长水器灌溉系统在农业上的应用，将长水器或长水灌溉系统埋入地面以下使用，对植物的根系区域进行灌溉。

5．一种权利要求1所述的长水器或者权利要求2或者权利要求3所述的长水器灌溉系统用于排除盐碱地的盐碱，改造盐碱地。

6．一种权利要求1所述的长水器或者权利要求2或者权利要求3所述的长水器灌溉系统用于盐斑局部地点的盐碱排除。

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