CN110295584A - 一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，包括暗管、多个通风孔、通风管，通风孔沿暗管轴向依次设置，暗管的一端设置连通有通风管，通风管上设置有无动力风机，暗管的另一端设置有止水密封阀；暗管的纵坡坡降为0.4‑0.6％。本发明利用暗管快速控制地下水位、同时达到自动加速深层土壤气体的自动交换和更新以及自动提升地温的作用。工艺简单，维护方便，造价低廉，有效提高了暗管系统的使用效率，增加了土壤通气性和改善了土壤的热状况，改善了地下水浅埋区的作物生长环境，对环境无污染。

Description

一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置

技术领域

本发明属于土壤改良技术领域，涉及一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置。

背景技术

植物生长过程中，除需要适宜的水肥供应外，还要求土壤具有良好的透气性和适宜的温度以保证根系的呼吸及土壤微生物的活动。土壤氧气供应不足以及土温偏低，会造成植物根系的呼吸过程被抑制，植物根系从土壤中吸收水分和养分的速度也随之下降，植株组织中碳水化合物的转化及形成过程受阻。如果根系长期处于含氧量较低、土温低的环境中，根系活力及呼吸能力降低，无法产生足够能量来维持生理活动，会导致作物减产甚至死亡。此外，土壤的通气性长期不良以及土温偏低时，有机质的分解速率及养分的有效性严重减缓，造成土壤逐渐酸化，易引起致病菌及病虫害的发生。现有的研究发现，通过改善土壤通气性和提高土温可以显著提高甘薯、棉花等作物的光合作用及产量。

在地下水浅埋区的农业生产中，人们通常采用明沟排水、暗管排水等方法来控制地下水位。但明沟排水在实际应用中存在排水速度相对较慢，且存在边坡易垮塌及占用耕地等问题。近年来，随着工程技术的快速发展，利用专业大型成套机械设备，在农田一定的深度埋设暗管，将暗管上部多余的土壤水分通过暗管快速排走，从而起到降低农田地下水位的目的。相对明沟排水技术，暗管排水在节地、节水、促进耕地集约化利用等方面具有显著的优势并得到大面积推广应用。实践中，地下水埋深较浅且已采用暗管排水技术的地区，地下水仍可通过土壤毛细管作用进入包气带，导致包气带土壤的含水量常年处于较高水平，土性凉冷、土壤通气性差及氧气含量低，对作物生长造成不利的影响。本发明即针对地下水浅埋区土壤通气性较差、土性凉冷的农田，对暗管进行一定的技术改造，通过在暗管首部打通气孔并增加首部无动力风机以及按一定间距在暗管上方打通气孔的办法，通过加速土壤气体交换和更新的技术以解决地下水浅埋区土壤通气性差、土性凉冷的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，解决了地下水浅埋区土壤通气性差、土壤气体更新慢、土性凉冷的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，包括暗管、多个通风孔、通风管，通风孔沿暗管轴向依次设置，暗管的一端设置连通有通风管，通风管上设置有无动力风机，暗管的另一端设置有止水密封阀；暗管的纵坡坡降为0.4-0.6％。

本发明的特点还在于：

暗管周围铺设有滤料层。

滤料层由细砂和碎石等组成。

滤料层的厚度不低于10cm。

通风孔等距排列，通风孔间隔为10-20m。

通风管的孔径为20-30cm，通风管的地上部高度比农作物的最大株高高出至少50cm。

暗管的埋设深度为60-200cm。

暗管的纵坡坡降为0.4-0.6％。

暗管为通过人工或机械开挖后放入带滤水孔的聚氯乙烯波纹管或螺纹管，其内径为5-30cm，其截面呈圆形。

暗管的顶部和底部距滤料层的顶部和底部至少10cm。

本发明的有益效果是，利用暗管快速控制地下水位、同时达到自动加速深层土壤氧气的自动交换和更新以及自动提升地温的作用。工艺简单，维护方便，造价低廉，有效提高了暗管系统的使用效率，增加了土壤通气性和改善了土壤热状况，改善了地下水浅埋区的作物生长环境，对环境无污染。

附图说明

图1是本发明一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置的结构示意图；

图2是本发明一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置的剖视结构示意图。

图中，1.暗管，2.通风孔，3.通风管，4.无动力风机，5.止水密封阀，6.滤料层，7.土层，8.排水沟。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，如图1所示，包括暗管1、多个通风孔2、通风管3，通风孔2沿暗管1轴向依次设置，暗管1的一端设置连通有通风管3，通风管3上设置有无动力风机4，暗管1的另一端设置有止水密封阀5；暗管1的纵坡坡降为0.4-0.6％。

暗管1为通过人工或机械开挖后放入带滤水孔的聚氯乙烯波纹管或螺纹管，内径5-30cm，埋深为60-200cm，截面呈圆形。

如图2所示，暗管1的底部及周围铺设由细砂和碎石等组成的滤料层6，带有滤网的暗管1在铺设时的纵坡坡降为0.4-0.6％，保证暗管的1顶部和底部距滤料层的顶部和底部至少10cm。其作用为允许土壤水分进入暗管1但阻止土壤颗粒等进入暗管1中。

暗管1的埋设间距受地下水位、作物品种及土壤质地等影响较大，一般为10-100m。

通风管3上设置有无动力风机4。无动力风机4通过作物-土壤-大气系统存在的水气热梯度差，自动改善密植作物冠层的通风及透气性，加速农田水气系统的热交换速度，并同时自动提高地温。

暗管1末端排水口处设置止水密封阀5，暗管1排水口通向排水沟8。

通风孔2是用打孔器垂直向下打孔，并与滤料层6打通但不接触或破坏暗管1，直径为15cm，可以沿着暗管1的铺设方向每隔25m设置一个。

通风管3采用聚乙烯材质制成，直径为20cm。

具体的实施方法如下：

步骤1，在地下水浅埋区农田开挖土层7，埋设暗管1，暗管1的埋设深度根据土壤质地和地下水位变化定为60～200cm，滤料层6的厚度不低于10cm，暗管1的纵坡坡降为0.5％，暗管1末端排水口处设止水密封阀5，暗管1的排水流向排水沟8。暗管1埋设完毕后，回填土层7。

步骤2，在暗管1的上部地表使用打孔器向下打设通风孔2，通风孔2下部与滤料层6连通但不接触暗管1，相邻通风孔2的间隔为10-20m。

步骤3，在暗管1一端的上方地表使用打孔器向下打通风管3，通风管3的下部与暗管1相连通，通风管3的地上部高度比农作物的最大株高高出至少50cm，在通风管1的地上部安装无动力风机4。

当降雨或灌溉导致暗管上部土壤含水量较高或地下水位高于暗管埋深时，打开止水密封阀5，多余的土壤水分经过滤料层6进入暗管1，沿暗管1铺设方向流经止水密封阀5，进入排水沟8。此外，由于暗管1设置有坡度，在无动力风机4的共同作用下，提高了排水速度，降低了农田浅层土壤水分和控制地下水浅埋区的地下水位。

当不排水时，关闭止水密封阀5，地表空气对流导致无动力风机4转动，通风管3及暗管1内部形成负压，地表空气从通风孔2经过滤料层6后进入暗管1，在负压作用下新鲜的热空气不断输送到作物根部，显著提高了地下水浅埋区农田的土壤气体交换和更新速度，提升了土壤温度。

本发明通过无动力风机4、通风管3、通风孔2及暗管1整体连通，能够在地下水浅埋区实现利用暗管1快速控制地下水位及达到加速深层土壤空气的自动交换和更新，以及自动提升地温的作用。可以做到形成集涝时排水，干时更新土壤通气供氧以及自动提升地温的系统。工艺简单，维护方便，造价低廉，有效提高了暗管系统的使用效率，增加了土壤通气性、提升了地温，改善了地下水浅埋区的作物生长环境，对环境无污染。

Claims (10)

1.一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，包括暗管(1)、多个通风孔(2)、通风管(3)，所述通风孔(2)沿暗管(1)轴向依次设置，所述暗管(1)的一端设置连通通风管(3)，所述通风管(3)上设置有无动力风机(4)，所述暗管(1)的另一端设置有止水密封阀(5)。

2.根据权利要求1所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述暗管(1)周围铺设有滤料层(6)。

3.根据权利要求2所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述滤料层(6)由细砂和碎石组成。

4.根据权利要求2所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述滤料层(6)的厚度不低于10cm。

5.根据权利要求1所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述通风孔(2)等距排列。

6.根据权利要求5所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述通风孔(2)间隔为10-20m，所述通风管(3)的孔径为20-30cm，所述通风管(3)的地上部高度比农作物的最大株高高出至少50cm。

7.根据权利要求1所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述暗管(1)的埋设深度为60-200cm。

8.根据权利要求1所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述暗管(1)的纵坡坡降为0.4-0.6％。

9.根据权利要求1所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述暗管(1)为通过人工或机械开挖后放入带滤水孔的聚氯乙烯波纹管或螺纹管，其内径为5-30cm，其截面呈圆形。

10.根据权利要求1所述的一种促进地下水浅埋区土壤气体交换和更新的装置，其特征在于，所述暗管(1)的顶部和底部距滤料层(6)的顶部和底部至少10cm。