CN109121635A - 一种均质施肥装置及均衡施肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业技术领域，具体为一种均质施肥装置及均衡施肥的方法。该装置包括液体肥贮槽（1）、液肥阀（2）、配水阀（3）、均质器（4）、均质阀（5）、配肥泵（6）、压力表（8）、配肥阀（9）、流量计（10）、调节阀（11）、止回阀（12）和滴灌管（13）等。本发明采用UAN液体肥氮肥或固体尿素氮肥、磷酸一铵、硫酸钾按追肥所需养份在水口复配，经均质器均质后再向滴灌系统配肥，比较从工厂高塔生产固体配方肥复合肥的方案，可省人工、蒸汽、电、包装物，节能又环保。

Description

一种均质施肥装置及均衡施肥的方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体为一种均质施肥装置及均衡施肥的方法。

背景技术

化肥是重要的农业生产资源，是粮食的“粮食”。化肥在促进粮食和农业生产发展中起了不可替代的作用，但目前也存在化肥过量施用、盲目施用等问题，带来了成本的增加和环境的污染，亟需改进施肥方式，提高肥料利用率，减少不合理投入，实现减肥增效、高产高效，促进农业可持续发展。

为实现水肥一体化管理，现在较先进的施肥方案主要是滴灌施肥技术，是通过灌水的同时把肥料带到作物根部，实现了水肥一体化管理。其特点是灌水流量小，能够较精确地控制灌水量，把水和养分直接输送到作物根部附近的土壤中，满足作物生长发育的需要，实现局部灌溉。

现有滴灌技术主要是将化肥一次性或分多次投入滴灌物料溶解槽，再通过水泵加压把水送入滴灌物料溶解槽溶解化肥，同时，边溶解边经滴灌带输送到田地里，让农作物吸收养分。此施肥方法存在的问题是：浪费较大，而且施肥不均衡，会造成养分浓度不均衡，浪费用水，前面的农作物吸收的养分过高，后面的农作物吸收不了养分。其原因农户把化肥投入滴灌物料溶解槽，经过水溶解输出，会造成前面的化肥浓度偏高，后面偏低，养分不稳定不均衡，而且一次性投入较大的化肥物料，里面的不溶物杂质残留物会累积增多，最后造成滴灌带堵塞等问题，造成后面的农作物吸收不了养分而减产。

发明内容

本发明正是基于以上问题，提供一种均质施肥装置及均衡施肥的方法。本发明可实现一次性将一个条田单次需施的肥料量，在均质器内先完成肥与水的充分混合溶解达到均质后再向滴灌系统进行均衡的配肥。这样就可实现进入滴灌系统的水肥养份始终是均质均衡的，每株作物无论位于滴灌系统任何位置，得到的养份是一样。由于一次性完成对单一条田投入的肥料进行均质，减少了按条田下划的的若干区块配肥的若干次费劲地倒腾加肥罐或加肥槽，节省时间和人力。

为了实现以上目的，本发明的具体技术方案为：

一种均质施肥装置，包括液体肥贮槽、液肥阀、配水阀、均质器、均质阀、配肥泵、压力表、配肥阀(配肥电池阀)、流量计、调节阀、止回阀和滴灌管。水泵与水源连接，为本装置提供用水，将水泵通过带有水表和总阀后的管路进行分支，其中一支管通过配水阀与均质器连通，另外一支与滴灌管连接，液体肥贮槽通过液肥阀与配肥泵的入口连接，在配肥泵的出口安装压力表，在配肥泵的出口的主管路上依次设置配肥阀、流量计、调节阀和止回阀，在配肥泵的出口的支管上设置均质阀后与均质器连接。

所述的均质器为一个敞口的便于人工投料(固体肥)和清理(碳钢或玻璃钢或防渗钢筋混凝土)的容器。在均质器内设滤网，并将均质器分隔成加水投肥溶解区和水肥清液区。均质器带有液位显示器，具有液位显示功能。

所述的滴灌管进行分支成滴灌毛管，并通过滴灌毛管进行浇灌。

配肥泵是一台多用途泵，如向均质投送液体肥、均质过程循环搅拌、向滴灌系统输送均质水肥等。

该装置还包括控制装置，控制装置分别与配肥泵、变频器、压力表、配肥阀、流量计和调节阀连接，可实现无人值守的远程均衡施肥控制。

利用所述均质施肥装置进行施肥的方法，包括以下步骤：

1)根据滴灌区域种植的作物和需要追肥的养份、最大条田面积、最大单次追肥量，设计液体肥贮槽、均质器、配肥泵、流量和管路；

2)确定需要投入的肥料，包括不同养份、不同形态的肥料量、配水量，

3)将所需的固体肥料投入到均质器的加水投肥溶解区，打开液体肥贮槽出口的液肥阀，启动配肥泵，将所需的液体肥投入到均质器的加水投肥溶解区后再停泵；

4)打开配水阀向均质器中加水到需要的液位刻度为止；(步骤3)和步骤4)亦可同时操作)。

5)打开均质器水肥清液区出口阀门，启动配肥泵并开均质阀门，进行水肥的均质，当肥料完全溶解于水中并达到均质后，关均质阀门停配肥泵，完成均质水肥的制备耗时20min；

6)进入向滴灌系统配肥阶段后，开均质器水肥清液区出口阀门、启动配肥泵，当泵出口压力高于滴灌系统总阀后清水压力(不得低于0.03MPa)后，开启配肥阀和调节阀，并进行流量设定，将均质水肥均衡地配送到滴灌管。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(一)、进入滴灌系统的水肥N-P-K等养份始终是均质均衡的，每株作物无论位于滴灌系统任何位置，得到的养份是一样。有效克服了“传统配肥养份‘先高后低’，每株作物获得的养份是不一样的，位于滴灌系统前端的作物得到的养份多，吸收不完全而导致肥料的浪费；位于滴灌系统远端的作物得到的养份少而影响到正常的生长”的不足，实现减肥增效。

(二)、一次性完成对单一条田投入肥料的均质，通过智能远制系统进行无人值守的均衡给肥，克服了“传统的按条田内，必须要人值守于水口，以滴灌区‘加肥配水’费力费事的重复倒腾。

(三)、本发明采用UAN液体肥氮肥或固体尿素氮肥、磷酸一铵、硫酸钾按追肥所需养份在水口复配，经均质器均质后再向滴灌系统配肥，比较从工厂高塔生产固体配方肥复合肥的方案，可省人工、蒸汽、电、包装物，节能又环保。

附图说明：

图1为本发明中所述均质施肥装置的结构示意图。

其中，1——液体肥贮槽、2——液肥阀、3——配水阀、4——均质器、5--均质阀、6——配肥泵、7——变频器、8——压力表、9——配肥阀、10——流量计、11——调节阀、12——止回阀、13——滴灌管、14——控制器、15——水泵。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加便于理解，下面将结合附图和具体实施方式对本发明中做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

如图1所示，一种均质施肥装置，包括液体肥贮槽、液肥阀、配水阀、均质器、均质阀、配肥泵、压力表、配肥阀、流量计、调节阀、止回阀和滴灌管。水泵与水源连接，为本装置提供用水，将水泵通过带有水表和总阀后的管路进行分支，其中一支管通过配水阀与均质器连通，另外一支与滴灌管连接，液体肥贮槽通过液肥阀与配肥泵的入口连接，在配肥泵的出口安装压力表，在配肥泵的出口的主管路上依次设置配肥阀、流量计、调节阀和止回阀，在配肥泵的出口的支管上设置均质阀后与均质器连接。

所述的滴灌管进行分支成滴灌毛管，并通过滴灌毛管进行浇灌。

配肥泵是一台多用途泵，如向均质投送液体肥、均质过程循环搅拌、向滴灌系送均质水肥等。

该装置还包括控制装置，控制装置分别与配肥泵、变频器、压力表、配肥阀、流量计和调节阀连接，可实现无人值守的远程均衡施肥控制。

利用均质施肥装置进行均质施肥的方法：

依据水口水泵流量、泵出水总管进入滴灌系统总管压力、管地面积、条田数量、种值作物、条田滴灌系统分区面积和数量、追肥养份及用量、最大条田/最小条田面积、最大/最小单次追肥量，确定需要投入的不同养份、不同形态的肥料量、配水量，因地制宜的确定液体肥贮槽、均质器容积，确定均肥泵、流量计、液体阀、均质器、均质阀、配肥泵、配肥电磁阀、调节阀、流量计、止回阀、管路、智能远传控制系统等。

设计容积＝水口管地追肥用液体氮肥总量(kg/亩)*管地面积(亩)/液体肥密度(kg/升)/0.9(安全系数)。

所述的均质器为一个敞口的便于人工投料(固体肥)和清理(碳钢或玻璃钢或防渗钢筋混凝土)的容器。在均质器内设滤网，并将均质器分隔成加水投肥溶解区和水肥清液区，其容积满足水口区内最大条单次最大配肥量加水均质后的需要。均质器带有液位显示器，具有液位显示功能。

设计容积＝均质水肥总量(kg)/均质水肥密度(kg/升)/0.9(安全系数)

*均质水肥总量＝单次最大追肥量(kg/亩)*最大条田面积(亩)+单次最大追肥量(kg/亩)*最大条田面积(亩)*5(配水比例)

*均质水肥密度随配肥养份的不同，在1.05～1.11之间。

以入滴灌系统总管压力、最大与最小单次均质水肥量、向滴灌系统配肥时间等，进行配肥泵、流量计、各类阀门、压力表、管道的选型，配电及智能远程控制回路等设计。

在水口处因地制宜的布置安装液体肥贮槽、均质器、配肥泵、智能远程控制箱及管路。

根据单个条田种值作物，确定单次追肥按养份确定需要投入的氮肥(UAN液体氮肥或尿素)量、磷肥(磷酸一铵或磷酸二铵)量、钾肥(硫酸钾或氯化钾)量，(也可以是N-P-K复合量)。

*如旱期追肥用UAN液体氮肥、中期追肥按24-8-8养份配、后期追肥按15-15-15养份配，对应UAN液体氮肥、磷酸一铵、硫酸钾用量占比、肥水比如表1：

人工将所需的固体肥料投入到均质器加水投肥溶解区，开液体肥贮槽出口液体肥阀、启动配肥泵将所需的液体肥投入到均质器加水投肥溶解区后再停泵。

打开配水阀门按肥水比向均质器加水。

开均质器水肥清液区出口阀门、启动配肥泵并开均质阀门，进行水肥的均质。当肥料完全溶解并达到均质后，关均质阀门停配肥泵。

进入向滴灌系统配肥阶段时，开均质器水肥清液区出口阀门、启动配肥泵，当泵出口压力高于滴灌系统总阀后清水压力约0.03MPa后，开配肥电磁阀、调节阀，流量设定在均衡量上，将均质水肥均衡地配送到滴灌系统分区内，当均质水肥量达到设定的配肥时间后，智能远传控制系统自动切断配肥电磁阀、停配肥泵，等待远程再次启动指令。

若条田滴灌系统滴灌分区面积相等，智能远传控制系统无需重新设置，等待远程再次启动指令就可；若滴灌分区面积不相等，应根据再次切换的面积重新设定配肥量流量及配肥时间。

实施例1：

某深水井水口向400亩棉花地供水追肥，泵出水总管进入滴灌系统总阀后的压力为0.25MPa。400亩棉花地由6个条田组成，最大条田面积80亩，最小条田面积60亩；每个条田滴灌系统分四个区。头三水的早期追肥分三次滴灌，用UAN液体氮肥15kg/亩，每次用肥5kg/亩；4～6水的中期追肥分三次滴灌，按24-8-8养份计用量为40kg/亩，其中最大单次追肥量为15kg/亩；7～8水的后期追肥分二次滴灌，按15-15-15养份计用量为15kg/亩，其中单次追肥最小量为5kg/亩。

1.配肥量、水肥比、均衡配肥时间如表2

2.UAN液体肥贮槽容积

方案1：如表2早期中期后期追肥折亩用总氮32％、密度1.32kg/升的UAN液体肥为49.75kg，400亩棉花全程追肥用UAN液体肥量为19900kg。水口UAN液体肥贮槽容积选择不能小于16.75立方米(一次性备足全程用的UAN液体肥)。

方案2：如表2中期追肥亩用总氮32％、密度1.32kg/升的UAN液体肥量为28kg高于早期后期，400亩中期追肥用总氮32％的UAN液体肥量为11200kg。水口UAN液体肥贮槽容积选择不能小于9.43立方米(分早期中期晚期用的UAN液体肥)。

3.均质器容积

如水口情况所述及表2最大条田面积80亩、最大单次24-8-8养份追肥量15kg/亩，总用肥量是1200kg。其中总氮32％的UAN液体肥1200*70％，840kg、磷酸一铵1200*14％，168kg、硫酸钾1200*16％，192kg。

以1：5水肥比计，均质器配水量为6000kg，水肥总量是7200kg，完成均质后的水肥密度为1.1吨/立方米，水肥体积6.55立方米。

均质器容积：6.55/0.9＝7.2778立方米，实取7.3立方米。

4.配肥泵、流量计、阀门管件管路压力、流量

水口泵出水总管进入滴灌系统总阀后的压力为0.25MPa，配肥泵、流量计压力、流量、管路工作压力选择为0.25～0.35MPa。

如表2每次向滴灌系统均衡配肥时间是3小时。最小单次追肥量5kg/亩，最小条田面积60亩；最大单次追肥量15kg/亩，最大条田面积80亩；最小肥水比1∶5，均质后水肥密度1.05～1.1。

如上述条件计算：

向滴灌系统均衡配肥的最小流量为136.36(5*60*6/1.1//4/3)升/小时。

最大流量为545.46(15*80*6/1.1/4/3)升/小时。

考虑0.9/1.1/1.5的安全系数，配肥泵、流量计的流量可调范围选择在123～600～815升/小时。

用在向滴灌系统均衡配肥时，根据不同追肥期及单次追肥量、条田面积及分区数，配肥泵、流量计的流量在123～600范围内设定；用在向均质器配液体肥或均质时，配肥泵、流量计的流量设定到最大值。

5.依据前述2、3、4确定的相关参数，自制或购置UAN液体肥贮槽、均质器，配置相适应的配肥泵、流量计、压力表、阀门管件管路等，并完成因地制宜的安装调试。

6.配肥、均质、均衡向滴灌系统均衡配肥操作

1)人工将所需的固体肥料投入到均质器加水投肥溶解区，开液体肥贮槽出口液肥阀、启动配肥泵将所需的液体肥投入到均质器加水投肥溶解区后再停泵。

2)打开配水阀门向均质器加水到需要的液位刻度为止。

*1)2)二步亦可同时操作

3)开均质器水肥清液区出口阀门、启动配肥泵并开均质阀门，进行水肥的均质。当肥料完全溶解于水中并达到均质后，关均质阀门停配肥泵。

4)通过智能远传控制系统设置每小时配肥流量、配肥时间。

5)进入向滴灌系统配肥阶段后，开均质器水肥清液区出口阀门、启动配肥泵，当泵出口压力高于滴灌系统总阀后清水压力(不得低于0.05)MPa后，开配肥电磁阀、调节阀，并切换进入智能远传控制系统。

6)均质水肥均衡地配送到滴灌系统四分之一区，当均质水肥配肥时间达到4)所述的设定时间后，智能远传控制系统自动切断配肥电磁阀、停配肥泵，等待远程再次启动指令。

实施例2：

某地表水水口向1000亩棉花地供水追肥，泵出水总管进入滴灌系统总阀后的压力为0.3MPa。1000亩棉花地由10个条田组成，10个条田面积均为100亩，每个条田滴灌系统分四个区。头三水的早期追肥分三次滴灌，用UAN液体氮肥15kg/亩，每次用肥5kg/亩；4～6水的中期追肥分三次滴灌，按24-8-8养份计用量为40kg/亩，其中最大单次追肥量为15kg/亩；7～8水的后期追肥分二次滴灌，按15-15-15养份计用量为15kg/亩，其中单次追肥最小量为5kg/亩。

1.配肥量、水肥比、均衡配肥时间如表2

2.UAN液体肥贮槽容积

方案1：如表2早期中期后期追肥折亩用总氮32％、密度1.32kg/升的UAN液体肥为49.75kg，1000亩棉花全程追肥用UAN液体肥量为49730kg。水口UAN液体肥贮槽容积选择不能小于42方米(一次性备足全程用UAN液体肥)。

方案2：如表2中期追肥亩用总氮32％、密度1.32kg/升的UAN液体肥量为28kg高于早期后期，1000亩中期追肥用总氮32％的UAN液体肥量为28000kg。水口UAN液体肥贮槽容积选择不能小于24立方米(分期备UAN液体肥)。

3.均质器容积

如水口情况所述及表2最大条田面积100亩、最大单次24-8-8养份追肥量15kg/亩，总用肥量是1500kg。其中总氮32％的UAN液体肥1500*70％，1050kg、磷酸一铵1500*14％，210kg、硫酸钾1500*16％，240kg。

以1∶5水肥比计，均质器配水量为7500kg，水肥总量是9000kg，完成均质后的水肥密度为1.1吨/立方米，水肥体积8.18立方米。

均质器容积：8.18/0.9＝立方米，实取9立方米。

4.配肥泵、流量计、阀门管件管路的压力、流量

水口泵出水总管进入滴灌系统总阀后的压力为0.3MPa，配肥泵、流量计压力、流量、管路工作压力选择为0.35～0.40MPa。

如表2每次向滴灌系统均衡配肥时间是2小时。条田面积均为100亩；最小肥水比1∶5，均质后水肥密度1.05～1.1。

如上述条件计算：

向滴灌系统均衡配肥的最小流量为340.91(5*100*6/1.1/4/2)升/小时。

最大流量为1022.73(15*100*6/1.1/4/2)升/小时。

考虑0.9/1.1/1.5的安全系数，配肥泵、流量计的流量可调范围选择在306～1100～1500升/小时。

用在向滴灌系统均衡配肥时，根据不同追肥期及单次追肥量、条田面积及分区数，配肥泵、流量计的流量在306～1100范围内设定；用在向均质器配液体肥或均质时，配肥泵、流量计的流量设定到最大值。

5.依据前述2、3、4确定的相关参数，自制或购置UAN液体肥贮槽、均质器，配置相适应的配肥泵、流量计、压力表、阀门管件管路等，并完成因地制宜的安装调试。

6.配肥、均质、均衡向滴灌系统均衡配肥操作

1)人工将所需的固体肥料投入到均质器加水投肥溶解区，开液体肥贮槽出口液肥阀、启动配肥泵将所需的液体肥投入到均质器加水投肥溶解区后再停泵。

2)打开配水阀门向均质器加水到需要的液位刻度为止。

*1)2)二步亦可同时操作

3)开均质器水肥清液区出口阀门、启动配肥泵并开均质阀门，进行水肥的均质。当肥料完全溶解于水中并达到均质后，关均质阀门停配肥泵。

4)进入向滴灌系统配肥阶段后，开均质器水肥清液区出口阀门、启动配肥泵，当泵出口压力高于滴灌系统总阀后清水压力(不得低于0.03)MPa后，开配肥阀、调节阀，将流量设定在均衡量上，将均质水肥均衡地配送到滴灌系统四分之一区，当均质水肥量达到设定的配肥时间和量时，智能远传控制系统自动切断配肥电磁阀、停配肥泵。

以实施例1中的均质水肥施肥与常规施肥进行成本比较，具体结果见下表：

均质水肥施肥每亩成本：

	亩用量kg	出厂价元/t	运到价元/t	元/亩
					UAN(氮肥)	49.75	1780	1930	96
68P(磷肥)	9.5	3500	3600	34.2
					50K(钾肥)	10.75	2900	3000	32.3
合计	70	---	---	162.5

常规施肥每亩成本(一)：

常规施肥每亩成本(二)：

	亩用量kg	出厂价元/t	运到价元/t	元/田
					UAN	15	1780	1930	29
24-8-8	40	2700	2800	112
					15-15-15	15	3100	3200	48
合计	70	---	---	189

由上表可知，本发明中所采用的均质水肥每亩施肥的成本明显低于常规每亩施肥的成本，该技术有利于增加农民收入，具有市场推广性。

虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (8)

1.一种均质施肥装置，包括液体肥贮槽（1）、液肥阀（2）、配水阀（3）、均质器（4）、均质阀（5）、配肥泵（6）、压力表（8）、配肥阀（9）、流量计（10）、调节阀（11）、止回阀（12）和滴灌管（13），其特征在于：将水泵（15）通过带有水表和总阀后的管路进行分支，其中一支管通过配水阀（3）与均质器（4）连通，另外一支与滴灌管（13）连接，液体肥贮槽（1）通过液肥阀（2）与配肥泵（6）的入口连接，在配肥泵（6）的出口安装压力表（8），在配肥泵（6）的出口的主管路上依次设置配肥阀（9）、流量计（10）、调节阀（11）和止回阀（12），在配肥泵（6）的出口的支管上设置均质阀（5）后与均质器（4）连接。

2.权利要求1所术的均质施肥装置，其特征在于：所述的水泵（15）与水源连接。

3.权利要求1所术的均质施肥装置，其特征在于：所述的均质器（4）为敞口的容器，在均质器（4）内设滤网，并将均质器（4）分隔成加水投肥溶解区和水肥清液区。

4.如权利要求1所述的均质施肥装置，其特征在于：所述的均质器（4）带有液位显示器。

5.如权利要求1所述的均质施肥装置，其特征在于：所述的滴灌管（13）进行分支成滴灌毛管。

6.如权利要求1所述的均质施肥装置，其特征在于：该装置还包括控制装置（14），控制装置（14）分别与配肥泵（6）、变频器（7）、压力表（8）、配肥阀（9）、流量计（10）和调节阀（11）连接。

7.利用如权利要求1至权利要求5中任意一项权利要求所述均质施肥装置进行施肥的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据滴灌区域种植的作物和需要追肥的养份、最大条田面积、最大单次追肥量，设计液体肥贮槽、均质器、配肥泵、流量和管路；

2）确定需要投入的肥料，包括不同养份、不同形态的肥料量、配水量，

3）将所需的固体肥料投入到均质器（7）的加水投肥溶解区，打开液体肥贮槽（1）出口的液肥阀（2），启动配肥泵（6），将所需的液体肥投入到均质器的加水投肥溶解区后再停泵；

4）打开配水阀（3）向均质器（4）中加水到需要的液位刻度为止；

5）打开均质器（4）水肥清液区出口阀门，启动配肥泵（6）并开均质阀门，进行水肥的均质，当肥料完全溶解于水中并达到均质后，关均质阀门停配肥泵（6），完成均质水肥的制备耗时20min；

6）进入向滴灌系统配肥阶段后，开均质器水肥清液区出口阀门、启动配肥泵（6），当泵出口压力高于滴灌系统总阀后清水压力后，开配肥阀（9）和调节阀（11），并进行流量设定，将均质水肥均衡地配送到滴灌管。

8.如权利要求7所述施肥的方法，其特征在于：滴灌管总阀后清水压力不得低于0.03MPa。