CN105850331A - 水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统。包括：负压灌溉渗液器、导液管、储液器、导气管及负压调节器，其中，导液管的一端接入到负压灌溉渗液器中，另一端通过储液器侧壁的导液孔接入至储液器内；负压灌溉渗液器倾斜放置；储液器中容置有肥料液；导气管的一端通过导气孔接入至储液器内，导气孔与导液孔位于同一水平位置，导气管的另一端接入负压调节器内；负压调节器由密封容器及进气管组成，进气管为中空的直通管道，通过密封容器顶部插入到密封容器内，密封容器内容置有水，密封容器内的水液面低于气体调节孔。应用本发明，可以保障向黄瓜供水的水压维持恒定，并依据黄瓜的不同生长时期提供肥料。

Description

水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统

技术领域

本发明涉及农业地下灌溉技术，特别涉及一种水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统。

背景技术

在农作物的生长发育过程中，土壤往往难以提供农作物必需的水分。因此，在现代农业生产过程中，通过灌溉给土壤补充相应水分是农事生产经营活动的重要一环。

在我国目前水资源分布极其不平衡的情形下，采用地下渗灌技术是提高水资源利用效率的有效途径。其中，渗灌技术是利用塑料管道将水通过毛管上的孔口或渗灌头输送到农作物根系土壤进行局部灌溉的技术，可以按照农作物需水特性，通过低压管道与安装在低压管道上的灌水器，将农作物所需的水分均匀而又缓慢地滴入农作物根系土壤中。由于渗灌不破坏土壤结构，可以使得土壤内部水、肥、气、热保持适宜于农作物生长的良好状况；同时，蒸发损失小、不产生地面径流、灌水量小，一次灌水延续时间较长，水资源利用率高；而且，渗灌所需的工作压力较低，因而能够较准确地控制灌水量，可减少无效的棵间蒸发，不会造成水的浪费。因而，是一种广泛应用于缺水地区的节水灌溉方式，可适用于果树、粮食、蔬菜、经济作物等农作物以及温室大棚灌溉，

但目前针对温室黄瓜地下渗灌的灌水系统，灌水头向农作物根系供水的压力在一定范围内波动，不能维持供水水压的恒定，从而不能保证农作物一直生长在稳定的土壤水分条件下；而且，对于不同的农作物，采用同一方式进行施肥以及灌溉，不能针对不同的农作物提供使用该农作物的灌溉方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，保障向黄瓜供水的水压维持恒定，使黄瓜生长在稳定的土壤水分条件下，并依据黄瓜的不同生长时期提供相应肥料。

为达到上述目的，本发明提供了一种水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，应用于盆栽实验，应用的地域属于暖温带半湿润大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温10～12℃，年无霜降期180-220d，土壤为潮土，土壤质地为砂壤土，土壤容重为1.44g/cm³，田间持水量为24.5％(质量百分比)，有机质含量为10.04g/Kg，全氮量为0.61g/Kg，硝态氮、铵态氮、速效钾、速效磷分别为51.71g/Kg、6.88g/Kg、112.33g/Kg、21.48g/Kg，pH值为8.28，在黄瓜整个生育期共施入N：0.25g/Kg土、P₂O₅：0.15g/Kg土、K₂O：0.21g/Kg土，其中，20％的氮肥和钾肥作为基肥施入，其余的通过负压灌溉水肥一体化灌溉系统施入；磷肥全部作为基肥施入，基肥施入时，将肥料埋入土壤，与土壤混合均匀；包括：负压灌溉渗液器、导液管、储液器、导气管以及负压调节器，其中，

导液管的一端接入到负压灌溉渗液器中，另一端通过储液器侧壁下部开设的导液孔接入至储液器内；

负压灌溉渗液器倾斜放置，与导液管相连通的一端距离地表的距离小于另一端距离地表的距离；

储液器中容置有肥料液，顶部设置有进液口；

导气管的一端通过储液器侧壁下部开设的导气孔接入至储液器内，导气孔与导液孔位于同一水平位置，导气管的另一端通过负压调节器侧壁上部开设的气体调节孔接入负压调节器内，导气管内的空气充满至与储液器侧壁下部开设的导气孔相连通的位置处，所述气体调节孔的位置高于储液器的进液口；

负压调节器，由一密封容器以及进气管组成，导气管的另一端通过密封容器侧壁上部开设的气体调节孔接入密封容器内，进气管为中空的直通管道，通过密封容器顶部插入到密封容器内，密封容器内容置有水，密封容器内的水液面低于气体调节孔；

在黄瓜幼苗期到开花初期，调节负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为100cm，使得土壤含水量可稳定在20％左右，20％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差100cm产生的压强的差值，配置储液器中的肥料液浓度为尿素0.15-0.2g/L、硫酸钾0.1-0.2g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的20％；

在初始调节时，进气管内液面与密封容器内水液面的水位差为0，导气管内的气压为大气压，导液管出水口的压强也为大气压，高于20％的土壤含水量对应的土壤水势，驱动储液器中的肥料液通过导液管以及负压灌溉渗液器渗入土壤，使得储液器中的肥料液位下降，储液器上方出现空间，从而驱动密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间；

在密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间后，导气管内气压下降，进气管内的大气驱动进气管内的水液面下降，与密封容器内水液面产生水位差，使得导气管内气压与水位差产生的压强之和等于大气压，随着储液器中肥料液经由导液管以及负压灌溉渗液器进入黄瓜根系土壤中，土壤含水量逐渐升高，导气管内气压逐渐下降，水位差逐渐变大；

在导气管内气压下降，但仍高于20％的土壤含水量对应的土壤水势的情形下，储液器中的肥料液位继续下降，持续驱动密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间，进而使得进气管内的大气驱动进气管内的水液面继续下降，直至进气管内水液面下降至进气管底端，进气管内水液面与密封容器内水液面产生的水位差达到100cm时，进气管内的气压为20％的土壤含水量对应的土壤水势，如果此时黄瓜根系土壤的土壤含水量也为20％的土壤含水量对应的土壤水势，则达到动态平衡，储液器停止向土壤供肥料液，水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统进入稳定运行状态；

在水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统的稳定运行过程中，由于黄瓜的蒸发或蒸腾，再次引起根系周围土壤含水量降低，低于20％的土壤含水量对应的土壤水势时，产生水势差，驱动储液器向土壤供肥料液，供肥料液导致储液器中的肥料液位下降，驱动密封容器内水液面上方空间的空气沿导气管进入储液器上方空间，以动态维持储液器中导液孔位置处与导气孔位置处的压强平衡；

在开花初期后的开花中期至结果初期，配置肥料液浓度为尿素0.1～0.2g/L、硫酸钾0.15～0.2g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的20％，将进气管往上提升10-30cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为70-90cm，使得土壤含水量稳定在19％-21％左右，19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差70-90cm产生的压强的差值，在提升过程中，由于密封容器内的水液面与进气管底部的水位差变小，驱动空气从进气管底部通过密封容器内的水液体进入密封容器上部气体空间，使得导气管内气压上升，从而以从进气管吸入空气的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压；同时，随着导气管内气压上升，储液器通过导液管以及负压灌溉渗液器向黄瓜根系供水，土壤水势逐渐上升，同时驱动导气管内气体被吸入储液器上部的气体空间；在提升的过程中，导气管内气压逐渐上升，土壤水势也逐渐上升；最后，当将进气管往上提升10-30cm后，导气管内气压达到19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势，储液器供水直至土壤水势上升至与导气管内气压达到动态平衡为止；

在结果初期后的黄瓜盛果期，配置肥料液浓度为尿素0.2-0.3g/L、硫酸钾0.15-0.3g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的25％，往上提升进气管10-40cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为50-60cm，使得土壤含水量稳定在22％-24％左右，22％-24％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差50-60cm产生的压强的差值，依据与开花初期后的开花中期至结果初期的相似动态平衡方法，在提升过程结束时，导气管内气压达到22％-25％的土壤含水量对应的土壤水势，储液器供水直至土壤水势上升至与导气管内气压达到动态平衡为止；

在黄瓜结果盛果期后的结果末期，配置肥料液浓度为尿素0.2-0.3g/L、硫酸钾0.15-0.3g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的15％，将进气管往下按压10-40cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为70-90cm，使得土壤含水量稳定在19％-21％左右，19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差70-90cm产生的压强的差值，在按压过程中，密封容器上部的气压不变，进气管内向下按压的部分吸入水，使得水位差维持不变，当黄瓜根系吸水时，储液器上部气体空间从导气管吸入空气，使得导气管内气压下降，从而使得进气管上部的空气驱动进气管内液面下降，以进气管内液面下降的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压，直至进气管内的液面下降至进气管底部，此时，导气管内气压达到19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势；随后，随着黄瓜根系的不断吸水，导气管内气压再次下降时，进气管内的大气通过密封容器内的水液体进入密封容器上部，以维持密封容器上部气体的气压不再降低，从而以从进气管吸入空气的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压。

较佳地，在导液管分别与负压灌溉渗液器以及储液器的相连通处、导气管分别与储液器以及密封容器的相连通处、储液器的进液口处以及进气管插入到密封容器处，均利用密封圈进行密封。

较佳地，所述负压灌溉渗液器为一透水不透气的陶土管。

较佳地，所述倾斜放置的负压灌溉渗液器与土壤水平面呈1-5°的夹角，且与导液管相连通的陶土管一端距离地表的距离小于另一端距离地表的距离。

较佳地，所述储液器与密封容器均为圆柱形容器。

较佳地，进一步包括设置有指示水量消耗刻度的水位计，水位计外接于储液器，水位计的一端通过储液器侧壁上部开设的第一水位孔接入储液器内，水位计的另一端通过储液器侧壁下部开设的第一水位孔接入储液器内，其中，第一水位孔平行或高于导液孔。

较佳地，所述水位计为[形。

较佳地，所述进气管从底端往上设置有高度刻度。

由上述的技术方案可见，本发明提供的一种水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统。可以保障向黄瓜供水的水压维持恒定，并依据黄瓜的不同生长时期提供肥料，实现精准控制施肥量，给黄瓜提供适宜的供水量以及施肥量，在满足黄瓜需肥规律的同时，也有效减少了肥料对土壤的污染。

附图说明

图1为本发明实施例水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统结构示意图。

图2为本发明实施例水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统的初始状态示意图。

图3为本发明实施例水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统在初始调节后的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

图1为本发明实施例水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统结构示意图。参见图1，该水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统应用于盆栽实验，应用的地域属于暖温带半湿润大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温10～12℃，年无霜降期180-220d，土壤为潮土，土壤质地为砂壤土，土壤容重为1.44g/cm³，田间持水量为24.5％(质量百分比)，有机质含量为10.04g/Kg，全氮量为0.61g/Kg，硝态氮、铵态氮、速效钾、速效磷分别为51.71g/Kg、6.88g/Kg、112.33g/Kg、21.48g/Kg，pH值为8.28，在黄瓜整个生育期共施入N：0.25g/Kg土、P₂O₅：0.15g/Kg土、K₂O：0.21g/Kg土，其中，20％的氮肥和钾肥作为基肥施入，其余的通过负压灌溉水肥一体化灌溉系统施入；磷肥全部作为基肥施入，基肥施入时，将肥料埋入土壤，与土壤混合均匀；包括：负压灌溉渗液器201、导液管202、储液器203、导气管204以及负压调节器205，其中，

导液管202的一端接入到负压灌溉渗液器201中，另一端通过储液器203侧壁下部开设的导液孔101接入至储液器203内；

负压灌溉渗液器201倾斜放置，与导液管202相连通的一端距离地表的距离小于另一端距离地表的距离；

储液器203中容置有肥料液，顶部设置有进液口102；

导气管204的一端通过储液器203侧壁下部开设的导气孔103接入至储液器203内，导气孔103与导液孔101位于同一水平位置，导气管204的另一端通过负压调节器205侧壁上部开设的气体调节孔104接入负压调节器205内；

负压调节器205，由一密封容器105以及进气管106组成，导气管204的另一端通过密封容器105侧壁上部开设的气体调节孔104接入密封容器105内，进气管106为中空的直通管道，通过密封容器105顶部插入到密封容器105内，密封容器105内容置有水，密封容器105内的水液面低于气体调节孔104；

本发明实施例中，在系统稳定工作时，作为一可选实施例，导气管204内的空气充满至与储液器203侧壁下部开设的导气孔103相连通的位置处。

在安装好本发明实施例的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统后，图2为本发明实施例水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统的初始状态示意图。参见图2，储液器通过进液口灌满肥料液，将进液口密封，密封容器内充注有接近导气管与密封容器相连通(气体调节孔)位置的水量，将进气管插入密封容器中，进气管内的水液面与密封容器内水液面平齐，导气管内的空气压强为大气压，储液器中的供试肥料为尿素以及硫酸钾；

在黄瓜幼苗期到开花初期，调节负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为100cm(称之为供水负水压强)，使得土壤含水量可稳定在20％左右，20％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差100cm产生的压强的差值，配置储液器中的肥料液浓度为尿素0.15-0.2g/L、硫酸钾0.1-0.2g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的20％；

在初始调节时，进气管内液面与密封容器内水液面的水位差为0，导气管内的气压为大气压，导液管出水口的压强也为大气压，高于20％的土壤含水量对应的土壤水势，驱动储液器中的肥料液通过导液管以及负压灌溉渗液器渗入土壤，使得储液器中的肥料液位下降，储液器上方出现空间，从而驱动密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间，即储液器上方空间变大，压强减小，当储液器底部导气孔处压强小于密封容器水液面上方空间压强时，在压强差作用下，密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间；

图3为本发明实施例水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统在初始调节后的示意图。参见图3，在密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间后，导气管内气压下降，进气管内的大气驱动进气管内的水液面下降，与密封容器内水液面产生水位差，使得导气管内气压与水位差产生的压强之和等于大气压，随着储液器中肥料液经由导液管以及负压灌溉渗液器进入黄瓜根系土壤中，土壤含水量逐渐升高，导气管内气压逐渐下降，水位差逐渐变大；

在导气管内气压下降，但仍高于20％的土壤含水量对应的土壤水势的情形下，储液器中的肥料液位继续下降，持续驱动密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间，进而使得进气管内的大气驱动进气管内的水液面继续下降，直至进气管内水液面下降至进气管底端，进气管内水液面与密封容器内水液面产生的水位差达到100cm时，进气管内的气压为20％的土壤含水量对应的土壤水势，这时灌水器内的压强恒定为进气管内的压强，当系统供水使得土壤含水量升高至20％左右，灌水器内部的水势与灌水器外的土水势相等，则达到动态平衡，储液器停止向土壤供肥料液，水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统进入稳定运行状态，如图1所示；

在水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统的稳定运行过程中，由于黄瓜的蒸发或蒸腾，再次引起根系周围土壤含水量降低，低于20％的土壤含水量对应的土壤水势时，产生水势差，驱动储液器向土壤供肥料液，供肥料液导致储液器中的肥料液位下降，驱动密封容器内水液面上方空间的空气沿导气管进入储液器上方空间，以动态维持储液器中导液孔位置处与导气孔位置处的压强平衡。这样，系统供水负压(导液孔位置处压强)在一开始发生变化时，便可驱动进气管从外部吸入空气至密封容器中，从而维持系统供水负压恒定，能够保证黄瓜一直生长在稳定的土壤水分条件下，实现黄瓜对水的连续、自动、稳定控制。

在开花初期后的开花中期至结果初期，配置肥料液浓度为尿素0.1～0.2g/L、硫酸钾0.15～0.2g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的20％，将进气管往上提升10-30cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为70-90cm，使得土壤含水量稳定在19％-21％左右，19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差70-90cm产生的压强的差值，在提升过程中，由于密封容器内的水液面与进气管底部的水位差变小，驱动空气从进气管底部通过密封容器内的水液体进入密封容器上部气体空间，使得导气管内气压上升，从而以从进气管吸入空气的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压；同时，随着导气管内气压上升，储液器通过导液管以及负压灌溉渗液器向黄瓜根系供水，土壤水势逐渐上升，同时驱动导气管内气体被吸入储液器上部的气体空间；在提升的过程中，导气管内气压逐渐上升，土壤水势也逐渐上升；最后，当将进气管往上提升10-30cm后，导气管内气压达到19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势，储液器供水直至土壤水势上升至与导气管内气压达到动态平衡为止；

在结果初期后的黄瓜结果盛果期，配置肥料液浓度为尿素0.2-0.3g/L、硫酸钾0.15-0.3g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的25％，往上提升进气管10-40cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为50-60cm，使得土壤含水量稳定在22％-23％左右，22％-23％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差50-60cm产生的压强的差值，依据与开花初期后的开花中期至结果初期的相似动态平衡方法，在提升过程结束时，导气管内气压达到22％-23％的土壤含水量对应的土壤水势，储液器供水直至土壤水势上升至与导气管内气压达到动态平衡为止；

在黄瓜结果盛果期后的结果末期，配置肥料液浓度为尿素0.2-0.3g/L、硫酸钾0.15-0.3g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的15％，将进气管往下按压10-40cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为70-90cm，使得土壤含水量稳定在19％-21％左右，19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差70-90cm产生的压强的差值，在按压过程中，密封容器上部的气压不变，进气管内向下按压的部分吸入水，使得水位差维持不变，当黄瓜根系吸水时，储液器上部气体空间从导气管吸入空气，使得导气管内气压下降，从而使得进气管上部的空气驱动进气管内液面下降，以进气管内液面下降的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压，直至进气管内的液面下降至进气管底部，此时，导气管内气压达到19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势；随后，随着黄瓜根系的不断吸水，导气管内气压再次下降时，进气管内的大气通过密封容器内的水液体进入密封容器上部，以维持密封容器上部气体的气压不再降低，从而以从进气管吸入空气的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压。

本发明实施例中，进气管106底部至密封容器内水液面的水位差(负压水位差阈值)在图中设为h。作为一可选实施例，负压灌溉渗液器安置在黄瓜根系土壤区域。

储液器与导气管的连通处，对应导气管的一侧为空气，对应储液器一侧的为肥料液，即在储液器与导气管的连通处，有气液分界面。

本发明实施例中，在导液管分别与负压灌溉渗液器以及储液器的相连通处、导气管分别与储液器以及密封容器的相连通处、储液器的进液口处以及进气管插入到密封容器处，均利用密封圈进行密封。

本发明实施例中，黄瓜在不同的生长时期，需要的土壤含水量不同，对应的土壤水势不同，在土壤水势低于农作物水势的情形下，农作物需要吸水。其中，土壤水势是土壤具有的一种自然属性，即在绝大多数自然情况下，土壤养分在土壤中的移动依靠土壤水分作为介质，水分总是从势能高的地方流向势能低的地方。因而，水分能否向农作物根系流动，黄瓜能不能吸收到水分，完全取决于土壤水势与土壤水势之间的水势差，通过灌溉，可以提升土壤水势，使之向黄瓜输送水分；而黄瓜生长发育的最佳水分条件，即土壤水势是比饱和含水量低的某一非饱和水分状态，当黄瓜吸水后，会导致根系周围的水势(土壤水势)下降，进一步引发根系周围远处的水分向根系周围移动，以图维持根系水势不下降。因而，如果通过向土壤提供恒定压强为土壤水势的水分，经过一段时间后，可以维持根系周围的水势与土壤水势相近，从而可以保证黄瓜一直生长在稳定的土壤水分条件下。

所应说明的是，本发明实施例后续所述的负压，是相对于大气压而言，即低于大气压的气压，由于土壤水势低于大气压，因而也称之为负压灌溉。

本发明实施例中，作为一可选实施例，负压灌溉渗液器为一透水不透气的陶土管。

本发明实施例中，作为一可选实施例，陶土管内径11mm、外径18mm、长250mm。

本发明实施例中，陶土管是致密的多空结构，在一定的压强内，具有不透气，但水分可以依靠水势差渗出至外部土壤的特性。具体来说，在利用供水负压(农作物水势)供水时，陶土管的空隙中充满水分，而与陶土管的外壁(陶土管与土壤接触处)的水势小于或等于陶土管内的水势(供水负压)，这样，在系统供水过程中，储液器中的水只能流向土壤，或者，保持动态平衡不流出，使得水会一直充满陶土管空隙，从而极大地限制了空气进入陶土管，使得陶土管具有不透气，但渗水的特性。

本发明实施例中，陶土管根据黄瓜根系分布情况埋入土壤的适宜埋深为15-25cm(距离地表)。

本发明实施例中，为了有利于灌溉中产生的空气泡排出陶土管以进入储液器，设置倾斜放置的陶土管与土壤水平面呈1-5°的夹角，且与导液管相连通的陶土管一端高于另一端，即与导液管相连通的陶土管一端距离地表的距离小于另一端距离地表的距离。

本发明实施例中，作为一可选实施例，为了防止水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统开始运行时，在储液器灌满水的情况下，储液器中的水可能沿导气管(CE管)进入负压调节器，从而影响负压调节器的调节精度，本发明实施例中，设置导气管的E位置处(与密封容器相连通的位置处)的高度高于储液器的高度，即气体调节孔的位置高于储液器内的水液面。较佳地，气体调节孔的位置高于储液器的进液口。

本发明实施例中，储液器中的储肥料液量可根据黄瓜在各阶段的蓄水情况，灌入在该阶段所需的肥料液量。

本发明实施例中，作为另一可选实施例，在负压调节器中灌入水，水位低于导气管与负压调节器相连通的E(气体调节孔)位置处的情形下，为了防止昼夜温差对负压调节器所控制的压强产生影响，提高负压灌溉的控水精度，设置负压调节器中的无水空间尽量小，即设置负压调节器中水位尽量接近E位置处，也就是密封容器内的水液面稍低于导气管与密封容器相连通的E位置处下缘(气体调节孔)。

本发明实施例中，作为一可选实施例，储液器与密封容器均为圆柱形容器。

较佳地，该水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统还进一步包括设置有指示肥料液量消耗刻度的水位计206，水位计206外接于储液器，水位计206的一端通过储液器侧壁上部开设的第一水位孔接入储液器内，水位计206的另一端通过储液器侧壁下部开设的第一水位孔接入储液器内。其中，第一水位孔平行或高于导液孔。

本发明实施例中，作为一可选实施例，水位计为[形，用于测量储液器内肥料液位的变化，并依据储液器的底面积以及肥料液位的变化得到耗肥料液量，以刻度示出。

作为一可选实施例，导液管的孔径大于5cm。

本发明实施例中，进气管与外部空气相通。作为一可选实施例，进气管从底端往上设置有高度刻度。

本发明实施例中，密封容器内水液面上部空间内的气体压强小于或等于大气压。通过改变进气管插入到密封容器内水液面下的高度，可以控制密封容器内水液面上部空间内的气体压强(气压)，即黄瓜生长对应的土壤水势，由于采用土壤水势向黄瓜根系土壤供水，因而，土壤水势为系统提供的供水负水压强，大小等于导液管内的肥料液压，而导液管内的肥料液压等于导气管内的气体压强，即在于密封的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统内，导气管所在的CE段管道中充满空气，因而，负压灌溉渗液器内腔中的A位置处、导液管的B位置处、导气管的C位置处与E位置处的压强均相等，导气管的E位置处的压强(供水负水压强，即土壤水势)与进气管气水隔离液面处至密封容器内水液面的水位差产生的压强的和值为大气压。因而，通过控制进气管插入到密封容器内水液面下的高度，可以控制供水负水压强。

本发明实施例中，由于导气管内的气压一直大于或等于土壤含水量对应的土壤水势，使得空气只能从导气管进入储液器上方空间，即储液器上方空间一直处于从导气管吸气的状态。

本发明实施例中，黄瓜在系统设压-5kpa，即h的高度为50cm时，从系统初始状态(进气管内充满水的状态)到导气管内的压强变为-ρgh，系统供水2-3h就能达到。

本发明实施例中，由于水分及肥料入渗是一个缓慢入渗的过程，能很大程度地将肥料少量均匀的直接作用于农作物根系附近，有利于农作物对水肥的吸收，因此与传统灌溉相比(沟灌、畦灌、喷灌、滴管等)，可以大大延长施肥时间，有利于黄瓜根系对水肥的吸收与利用，防止肥料对土壤的污染；同时，可以根据黄瓜不同生育期需水规律以及需肥特性，通过调整供水负压实现精准控制施肥量，给黄瓜提供适宜的供水量以及施肥量，在满足农作物需肥规律的同时，也有效减少了肥料对土壤的污染；而且，负压灌溉是通过埋在地下的负压灌溉渗液器渗水，借助土壤毛细管渗吸作用慢慢地将灌溉水扩散到负压灌溉渗液器周围，对土壤团粒结构破坏的程度较小，能保持表土的疏松状态，使土壤水、气、热相对协调。

本发明实施例中，作为一可选实施例，如果栽培农作物的土壤含水量越低，形成恒压状态所需的时间也越短，从而实现在灌溉过程中，导气管内的空气压强能够自适应调节，无需对导气管内的空气压强进行手动或机械式调节。

作为一可选实施例，地下负压灌溉渗液器包括：陶土管、聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料(PVMF，Polyvinyl Formal)层、基质层以及细孔纱网，其中，所述陶土管、聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料层、基质层以及细孔纱网由内向外依次联结；

陶土管为中空管道，外层用聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料层包裹，在聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料层与细孔纱网之间，填充基质层。

作为一可选实施例，陶土管外层用第二细孔网纱包裹，再利用聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料层包裹第二细孔纱网。

作为一可选实施例，还可以利用第三细孔网纱包裹聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料层的外部，第三细孔纱网外层包裹基质层。

作为一可选实施例，基质层为具有一定紧实度的土壤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，其特征在于，应用于盆栽实验，应用的地域属于暖温带半湿润大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温10～12℃，年无霜降期180-220d，土壤为潮土，土壤质地为砂壤土，土壤容重为1.44g/cm³，田间持水量为24.5％(质量百分比)，有机质含量为10.04g/Kg，全氮量为0.61g/Kg，硝态氮、铵态氮、速效钾、速效磷分别为51.71g/Kg、6.88g/Kg、112.33g/Kg、21.48g/Kg，pH值为8.28，在黄瓜整个生育期共施入N：0.25g/Kg土、P₂O₅：0.15g/Kg土、K₂O：0.21g/Kg土，其中，20％的氮肥和钾肥作为基肥施入，其余的通过负压灌溉水肥一体化灌溉系统施入；磷肥全部作为基肥施入，基肥施入时，将肥料埋入土壤，与土壤混合均匀；包括：负压灌溉渗液器、导液管、储液器、导气管以及负压调节器，其中，

导液管的一端接入到负压灌溉渗液器中，另一端通过储液器侧壁下部开设的导液孔接入至储液器内；

负压灌溉渗液器倾斜放置，与导液管相连通的一端距离地表的距离小于另一端距离地表的距离；

储液器中容置有肥料液，顶部设置有进液口；

导气管的一端通过储液器侧壁下部开设的导气孔接入至储液器内，导气孔与导液孔位于同一水平位置，导气管的另一端通过负压调节器侧壁上部开设的气体调节孔接入负压调节器内，所述气体调节孔的位置高于储液器的进液口；

负压调节器，由一密封容器以及进气管组成，导气管的另一端通过密封容器侧壁上部开设的气体调节孔接入密封容器内，进气管为中空的直通管道，通过密封容器顶部插入到密封容器内，密封容器内容置有水，密封容器内的水液面低于气体调节孔；

在黄瓜幼苗期到开花初期，调节负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为100cm，能使得土壤含水量可稳定在20％左右，20％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差100cm产生的压强的差值，配置储液器中的肥料液浓度为尿素0.15-0.2g/L、硫酸钾0.1-0.2g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的20％；

在初始调节时，进气管内液面与密封容器内水液面的水位差为0，导气管内的气压为大气压，导液管出水口的压强也为大气压，高于20％的土壤含水量对应的土壤水势，驱动储液器中的肥料液通过导液管以及负压灌溉渗液器渗入土壤，使得储液器中的肥料液位下降，储液器上方空间变大，压强减小，当储液器底部导气孔处压强小于密封容器水液面上方空间压强时，在压强差作用下，密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间；

在密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间后，导气管内气压下降，进气管内的大气驱动进气管内的水液面下降，与密封容器内水液面产生水位差，使得导气管内气压与水位差产生的压强之和等于大气压，随着储液器中肥料液经由导液管以及负压灌溉渗液器进入黄瓜根系土壤中，土壤含水量逐渐升高，导气管内气压逐渐下降，水位差逐渐变大；

在导气管内气压下降，但仍高于20％的土壤含水量对应的土壤水势的情形下，储液器中的肥料液位继续下降，持续驱动密封容器水液面上方空间的空气通过导气管进入储液器上方空间，进而使得进气管内的大气驱动进气管内的水液面继续下降，直至进气管内水液面下降至进气管底端，进气管内水液面与密封容器内水液面产生的水位差达到100cm时，进气管内的气压为20％的土壤含水量对应的土壤水势，这时灌水器内的压强恒定为进气管内的压强，当系统供水使得土壤含水量升高至20％左右，灌水器内部的水势与灌水器外的土水势相等，则达到动态平衡，储液器停止向土壤供肥料液，水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统进入稳定运行状态；

在水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统的稳定运行过程中，由于黄瓜的蒸发或蒸腾，再次引起根系周围土壤含水量降低，低于土壤水势时，产生水势差，驱动储液器向土壤供肥料液，供肥料液导致储液器中的肥料液位下降，驱动密封容器内水液面上方空间的空气沿导气管进入储液器上方空间，以动态维持储液器中导液孔位置处与导气孔位置处的压强平衡；

在开花初期后的开花中期至结果初期，配置肥料液浓度为尿素0.1～0.2g/L、硫酸钾0.15～0.2g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的20％，将进气管往上提升10-30cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为70-90cm，使得土壤含水量稳定在19％-21％左右，19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差70-90cm产生的压强的差值，在提升过程中，由于密封容器内的水液面与进气管底部的水位差变小，驱动空气从进气管底部通过密封容器内的水液体进入密封容器上部气体空间，使得导气管内气压上升，从而以从进气管吸入空气的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压；同时，随着导气管内气压上升，储液器通过导液管以及负压灌溉渗液器向黄瓜根系供水，土壤水势逐渐上升，同时驱动导气管内气体被吸入储液器上部的气体空间；在提升的过程中，导气管内气压逐渐上升，土壤水势也逐渐上升；最后，当将进气管往上提升10-30cm后，导气管内气压达到土壤水势，储液器供水直至土壤水势上升至与导气管内气压达到动态平衡为止；

在结果初期后的黄瓜结果盛果期，配置肥料液浓度为尿素0.2-0.3g/L、硫酸钾0.15-0.3g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的25％，往上提升进气管10-40cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为50-60cm，使得土壤含水量稳定在22％-24％左右，22％-24％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差50-60cm产生的压强的差值，依据与开花初期后的开花中期至结果初期的相似动态平衡方法，在提升过程结束时，导气管内气压达到土壤水势，储液器供水直至土壤水势上升至与导气管内气压达到动态平衡为止；

在黄瓜结果盛果期后的结果末期，配置肥料液浓度为尿素0.2-0.3g/L、硫酸钾0.15-0.3g/L，该时期施入的氮肥和钾肥占总施入量的15％，将进气管往下按压10-40cm，以使负压调节器中的进气管底端与密封容器内水液面的水位差为70-90cm，使得土壤含水量稳定在19％-21％左右，19％-21％的土壤含水量对应的土壤水势为大气压与水位差70-90cm产生的压强的差值，在按压过程中，密封容器上部的气压不变，进气管内向下按压的部分吸入水，使得水位差维持不变，当黄瓜根系吸水时，储液器上部气体空间从导气管吸入空气，使得导气管内气压下降，从而使得进气管上部的空气驱动进气管内液面下降，以进气管内液面下降的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压，直至进气管内的液面下降至进气管底部，此时，导气管内气压达到土壤水势；随后，随着黄瓜根系的不断吸水，导气管内气压再次下降时，进气管内的大气通过密封容器内的水液体进入密封容器上部，以维持密封容器上部气体的气压不再降低，从而以从进气管吸入空气的方式动态维持进气管内的气压与水位差产生的气压之和为大气压。

2.如权利要求1所述的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，其特征在于，在导液管分别与负压灌溉渗液器以及储液器的相连通处、导气管分别与储液器以及密封容器的相连通处、储液器的进液口处以及进气管插入到密封容器处，均利用密封圈进行密封。

3.如权利要求1所述的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，其特征在于，所述负压灌溉渗液器为一透水不透气的陶土管。

4.如权利要求1所述的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，其特征在于，所述倾斜放置的负压灌溉渗液器与土壤水平面呈1-5°的夹角，且与导液管相连通的陶土管一端距离地表的距离小于另一端距离地表的距离。

5.如权利要求1所述的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，其特征在于，所述储液器与密封容器均为圆柱形容器。

6.如权利要求1所述的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，其特征在于，进一步包括设置有指示水量消耗刻度的水位计，水位计外接于储液器，水位计的一端通过储液器侧壁上部开设的第一水位孔接入储液器内，水位计的另一端通过储液器侧壁下部开设的第一水位孔接入储液器内，其中，第一水位孔平行或高于导液孔。

7.如权利要求1所述的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，其特征在于，所述水位计为[形。

8.如权利要求1所述的水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统，其特征在于，所述进气管从底端往上设置有高度刻度。