CN110663340A - 一种土壤水、肥、气一体化调控装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种土壤水、肥、气一体化调控装置及使用方法，其中调控装置包括水肥罐、加气机构以及布设在田间土壤中的田间管道，所述田间管道由多个渗灌通气管组成，每个渗灌通气管的一端均与次管道相连通，另一端密封；所述水肥罐和加气机构通过主管道与次管道相连通；所述渗灌通气管包括内外套设的内管和外管，以及位于外管和内管之间且紧密包裹在内管外壁上的中间海绵，所述中间海绵与外管内壁紧贴，在外管管壁上设有若干孔洞，在内管管壁上设有若干通孔。本发明为土壤水、肥、气一体化调控设备，可以方便易行的调控土壤水分、养分及空气状况，为作物生长创造了较好的肥力条件。
Description
技术领域
本发明涉及农业设备技术领域，尤其涉及一种土壤水、肥、气一体化调控装置及使用方法。
背景技术
土壤肥力是土壤的基本属性和本质特征，是土壤为植物生长供应和协调养分、水分、空气和热量的能力，水分、养分、空气和热量是其四大因素。农业生产中的浇水、施肥、耕作等管理措施，都是为了调节好土壤肥力的四个因素，为农作物生长创造好的条件。土壤水分、空气条件调节好了，也为土壤温度创造了好的条件，在实际农业生产中，水分、养分、空气是最需要且较容易进行调节的因素。
目前农田灌溉方式主要有漫灌、喷灌、滴灌和渗灌等；施肥方式有翻耕施肥、穴施、沟施、地表撒施、叶面施肥、水肥一体化施肥等，其中现正在大力推广的较好的施肥方式为水肥一体化施肥。无论哪种灌溉和施肥方式，由于保护地普遍存在作物生长期间不方便进行中耕松土，土壤存在板结、通气差、厌氧微生物危害大的情况；有的保护地施用了较多的有机肥，虽然土壤不板结，但有机肥在土壤中的矿化分解过程消耗了大量的氧气，抑制了作物根系呼吸和生长。另外，保护地蔬菜对氧气需求较高，较好的土壤氧气含量可以促进根系呼吸，增加养分吸收，增强好氧微生物活性，抑制有害的厌氧微生物活性，减少根系病害发生，如果土壤不能进行气体交换，12～48小时，土壤中的氧气就会消耗殆尽。
目前保护地栽培中采用较好的灌溉和施肥方式所占比例还不高，土壤通气性普遍较差，造成水分、养分有效性较低，土壤病害多发，影响了作物产量和品质。因此把土壤的水肥气调节好，达到节水节肥、提高通气性、减少土壤病害和增产提质增效的综合效果，是保护地栽培需要考虑的措施。当前保护地实施的水肥一体化设备和技术大多是从地表进行浇水和施肥，虽然一定程度上提高了水分和养分利用率，但是仍然存在以下问题：①效果不如地下渗灌方式，也不能改善土壤中氧气状况，由于地下渗灌方式是将渗灌管埋在土壤下方，土壤颗粒和根系很容易造成渗灌管出水口的堵塞，因此需要将出水口的口径做的很小，出水口很小又增大了被灌溉水质中杂质堵塞的几率，因此渗灌管出水口堵塞是一个很大的问题，而且出水口小，出水速度慢，灌溉效率低；②在换季作物种植整地时还需要把地表的管道收起，等整地后重新布置，费工费时；③目前所用的许多水肥一体化设备配置多，价格高，农民一般很难接受。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种土壤水、肥、气一体化调控装置及使用方法，避免了采用地下渗灌方式容易出现渗灌管出水口堵塞的问题，可以方便易行的调控土壤水分、养分及空气状况，为作物生长创造了较好的肥力条件。
本发明第一方面，提供一种渗灌通气管，包括内外套设的内管和外管，以及位于外管和内管之间且紧密包裹在内管外壁上的中间海绵，所述中间海绵与外管内壁紧贴，在外管管壁上设有若干孔洞，在内管管壁上设有若干通孔和若干排水孔，通孔位于内管上顶面管壁和侧面管壁上，排水孔位于内管底面管壁上。
优选的，所述外管孔洞的直径为20～30mm，所述通孔的直径为2mm，排水孔的直径为0.3mm。
优选的，若干孔洞均匀分布在外管管壁上，每相邻两孔洞的间距为20mm。
外管孔洞大小和孔洞间的距离保证了外管有足够的支撑强度，不至于被土壤压坏，另外保证了有尽量多的土壤通过孔洞与所述的海绵相接触，利于土壤吸收所述内管排出的水肥。
所述内管通孔的直径为2mm，可以保证所述内管从通孔排出水肥既不会太快也不会太慢，通孔主要用于水肥一体化时快速渗灌水肥以及平时通气时进行补充土壤空气。
所述渗灌通气管明显增大了内管出水孔径，增加了出水速度，减少了灌溉时间，且中间海绵紧密包裹在内管外表面，较大的出水孔径和包被的海绵有效杜绝了土壤颗粒和根系引发的堵塞问题，解决了采用地下渗灌方式容易出现渗灌管出水口堵塞的问题；另外由于海绵对灌溉水的引导扩散作用，实现了作物主要根系周围土壤的全部湿润，更有利于作物根系对水分及养分的吸收。较大的通孔也有利于通气时空气的流通。
优选的，若干通孔均匀分布在内管管壁的上顶面和侧面，位于同一面上每相邻的两个通孔之间的间距为200mm，位于内管上顶面的通孔和位于内管侧面的通孔错开设置，通孔间距及排列方式可以满足保护地一般作物栽培密度对水肥需求。
若干通孔均匀分布在内管管壁的上顶面和侧面，目的是减少水肥向下迁移淋失造成的损失。
优选的，每相邻的两个排水孔之间的间距为200mm。所述排水孔主要用于排出水肥一体化灌水施肥结束后内管中积存的少部分水肥。
优选的，所述外管为内径为60毫米的硬质PE管，管壁厚度不小于2毫米，所述的内管为内径为20毫米的硬质PE管，管壁厚度1～2毫米，所述中间海绵为厚度为20毫米的细孔过滤海绵。
这样，所述渗灌通气管的外管内径与内管外径之间的空间能被包被在内管外的海绵刚好紧密填充，以保证内管排出的水肥通过海绵引导扩散后被外管孔洞处的土壤尽快顺利吸收。
本发明第二方面，提供一种土壤水、肥、气一体化调控装置，包括水肥罐、支架、主管道、过滤器、次管道、加气机构以及布设在田间土壤中的田间管道；所述田间管道由多个上述的渗灌通气管组成，每个渗灌通气管的一端均与次管道相连通，另一端密封；所述水肥罐和加气机构通过主管道与次管道相连通。
优选的，所述渗灌通气管长度与保护地宽度一致，并平放埋设于保护地栽培作物(如蔬菜)正下方，或距离较近的两行作物的行间，埋深深度距离地表30～35cm。
优选的，所述水肥罐底部设置出水口，所述出水口通过主管道与次管道相连通，在出水口上安装出水控制阀。
优选的，所述水肥罐为市面所售的3～5吨PE塑料储水罐，罐体为竖体或横体，牛筋材质，防老化，防紫外线，耐酸耐碱。
优选的，水肥罐底部还设置排污口，在排污口上安装排污阀，方便排污。
优选的，水肥罐顶部设置水肥进口。通过水肥进口将水和肥料放入水肥罐内。
优选的，所述水肥罐安装在支架上，所述支架为钢铁不锈钢支架，高度不小于1米。
优选的，所述主管道为内径150mm的硬质PVC管。
优选的，在主管道上安装过滤器。
优选的，所述过滤器为尼龙网式过滤器，过滤网目数40～60目。
优选的，所述加气机构为空气压缩机，所述空气压缩机通过通气橡胶软管与主管道连接，通气橡胶软管与主管道连接部位在过滤器和水肥罐之间，在通气橡胶软管安装通气阀。
优选的，所述空气压缩机为市面所售小排气量空气压缩机，排气量2～5m3/min，排气压力为1.0mpa。
优选的，所述次管道两端封闭，中间位置与所述主管道相连通。
优选的，所述次管道为内径100mm硬质PE管，埋设于保护地地头，埋深30-35厘米，次管道与保护地的长度相同。
本发明第三方面，提供上述的土壤水、肥、气一体化调控装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：根据土壤墒情和养分状况进行水肥管理，将水和肥料放入水肥罐中搅拌均匀后，依次通过主管道、次管道、田间管道将水肥输送至土壤中，进行水肥一体化灌溉，以后可具体根据作物需肥特点及土壤需水情况进行多次的水肥一体化浇水水肥。在水肥灌溉结束后可立即通气，或水肥灌溉结束2-3h内再进行通气，通气时通过加气机构依次向主管道、次管道、田间管道压缩输送空气，每次空气输送5min，以后每隔3～4天向土壤中输送一次空气。
本发明的有益效果为：
1)本发明为土壤水、肥、气一体化调控设备，可以方便易行的调控土壤水分、养分及空气状况，进而也利于土壤温度的调节，为作物生长创造了较好的肥力条件；
2)由于渗灌通气管内管和外管之间为中间海绵，且中间海绵紧密包裹在内管外壁上，中间海绵还与外管内壁紧贴，有效避免了通孔和孔洞被土壤或根系引发的堵塞问题，内管上的通孔不会堵塞是由于中间海绵阻挡了土壤和根系进入通孔，外管上的孔洞不会堵塞是由于中间海绵紧贴在外管内壁上，中间海绵有一定的弹性，因此中间海绵在孔洞位置会凸出于孔洞，有效避免了土壤和根系进入孔洞，因此有效解决了采用地下渗灌方式容易出现渗灌通气管出水口堵塞的问题；
3)本发明明显增大了所述渗灌通气管内管出水孔径，降低了灌溉水杂质对管道的堵塞几率，增加了出水速度，减少了灌溉时间，且由于中间海绵对灌溉水的导引扩散作用，实现了作物主要根系附近土壤的全部湿润，更有利于作物根系对水分及养分的吸收；
4)本发明的渗灌通气管位于地下土壤中，距地面30～35cm，这样铺设的渗灌通气管与田间耕作不相互影响，换季作物种植整地时无需把管道收起，省时省力。
5)设备简单，成本低，功能全，易于安装和使用，综合效果好，更利于农民接受推广；根区直接配水施肥补氧，改善保护地土壤水分、养分、空气条件，更好的服务于农业生产；
6)土壤特殊情况需要杀灭地下病虫害时，也可以利用所述装置完成液体或气体农药的使用。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明田间管道沿长轴水平剖切后的俯视结构示意图；
图中所示：
1、水肥罐，2、水肥进口，3、支架，4、排污阀，5、主管道，6、次管道，7、渗灌通气管，8、出水控制阀，9、过滤器，10、空气压缩机，11、通气橡胶软管，12、通气阀，71、内管，72、外管，73、中间海绵，74、孔洞，75、通孔，76、排水孔。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
如图1所示，本发明包括水肥罐1、加气机构以及布设在田间土壤中的田间管道，所述田间管道由多个渗灌通气管7组成，每个渗灌通气管7的一端均与次管道6相连通，另一端密封；所述水肥罐1和加气机构通过主管道5与次管道6相连通。
所述水肥罐1底部设置出水口，所述出水口通过主管道5与次管道6相连通，在出水口上安装出水控制阀8。水肥罐1底部还设置排污口，在排污口上安装排污阀4，可以方便排污。水肥罐1顶部设置水肥进口2，通过水肥进口2将水和肥料放入水肥罐1内，所述水肥罐1安装在支架3上，所述支架3为钢铁不锈钢支架，高度不小于1米。所述主管道5为内径150mm的硬质PVC管。
在主管道5上安装过滤器9。所述过滤器9为尼龙网式过滤器，过滤网目数40～60目。
所述加气机构为空气压缩机10，所述空气压缩机10通过通气橡胶软管11与主管道5连接，通气橡胶软管11与主管道5连接部位在过滤器9和水肥罐1之间，在通气橡胶软管11安装通气阀12。所述空气压缩机10为市面所售小排气量空气压缩机，排气量2～5m3/min，排气压力为1.0mpa。
所述次管道6两端封闭，中间位置与所述主管道5相连通。所述次管道6为内径100mm硬质PE管，埋设于保护地地头，埋深30-35厘米，次管道6与保护地的长度相同。
如图2所示，每个渗灌通气管7均包括内外套设的内管71和外管72，以及位于外管72和内管71之间且紧密包裹在内管71外壁上的中间海绵73，所述中间海绵与外管72内壁紧贴，在外管72管壁上设有若干孔洞74，在内管71管壁上设有若干通孔。所述孔洞74的直径为20～30mm，所述通孔75的直径为2mm，若干孔洞74均匀分布在外管72管壁上，每相邻两孔洞74的间距为20mm。
若干通孔75均匀分布在内管71管壁的上顶面和侧面，位于同一面上每相邻的两个通孔75之间的间距为200mm，位于内管71上顶面的通孔75和位于内管71侧面的通孔75错开设置，通孔75间距及排列方式可以满足保护地一般作物栽培密度对水肥需求。
所述内管71上还设置若干排水孔76，所述排水孔76的直径为0.3mm，若干排水孔76均匀分布在内管71底面管壁上，每相邻的两个排水孔76之间的间距为200mm。所述排水孔76主要用于排出水肥一体化灌水施肥结束后内管中积存的少部分水肥。上顶面是指管体埋入土壤后，靠近上层土壤的一面，底面是靠近下层土壤的一面，侧面位于上顶面和底面之间。
所述外管72为内径为60毫米的硬质PE管，管壁厚度不小于2毫米，所述的内管71为内径20毫米的硬质PE管，管壁厚度1～2毫米，所述中间海绵73为厚度为20毫米的细孔过滤海绵。
所述渗灌通气管7长度与保护地宽度一致，并平放埋设于保护地栽培作物(如蔬菜)正下方，或距离较近的两行作物的行间，埋深深度距离地表30～35cm。
具体使用时，根据土壤墒情和养分状况进行水肥管理，关闭水肥罐1上的排污阀4和出水控制阀8，将水和肥料放入水肥罐1中搅拌均匀后，打开出水控制阀8，依次通过主管道5、次管道6、田间管道将水肥输送至土壤中，进行水肥一体化灌溉，在水肥灌溉结束后，关闭出水控制阀8；在水肥灌溉结束2～3h后进行通气，通气是打开空气压缩机10和通气阀12，通过加气机构依次向主管道5、次管道6、田间管道压缩输送空气，每次空气输送5min，以后每隔3～4天向土壤中输送空气一次，以保证土壤空气充足，以利于作物根系呼吸、有机质分解、养分吸收及有益微生物活性，促进作物健康生长。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (10)
1.一种渗灌通气管，其特征在于，包括：内外套设的内管(71)和外管(72)，以及位于外管(72)和内管(71)之间且紧密包裹在内管(71)外壁上的中间海绵(73)，所述中间海绵与外管(72)内壁紧贴，在外管(72)管壁上设有若干孔洞(74)，在内管(71)管壁上设有若干通孔(75)和若干排水孔(76)，通孔(75)位于内管(71)上顶面管壁和侧面管壁上，排水孔(76)位于内管(71)底面管壁上。
2.根据权利要求1所述的一种渗灌通气管，其特征在于：所述孔洞(74)的直径为20～30mm，所述通孔(75)的直径为2mm，排水孔(76)的直径为0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种渗灌通气管，其特征在于：若干孔洞(74)均匀分布在外管(72)管壁上，每相邻两孔洞(74)的间距为20mm。
4.根据权利要求1所述的一种渗灌通气管，其特征在于：若干通孔(75)均匀分布在内管(71)管壁的上顶面和侧面，位于同一面上每相邻的两个通孔(75)之间的间距为200mm，位于内管(71)上顶面的通孔(75)和位于内管(71)侧面的通孔(75)错开设置。
5.一种土壤水、肥、气一体化调控装置，其特征在于，包括：水肥罐(1)、加气机构以及布设在田间土壤中的田间管道，所述田间管道由多个权利要求1-4任一项所述的渗灌通气管(7)组成，每个渗灌通气管(7)的一端均与次管道(6)相连通，另一端密封；所述水肥罐(1)和加气机构通过主管道(5)与次管道(6)相连通。
6.根据权利要求5所述的一种土壤水、肥、气一体化调控装置，其特征在于，所述水肥罐(1)底部设置出水口，所述出水口通过主管道(5)与次管道(6)相连通，在出水口上安装出水控制阀(8)。
7.根据权利要求5所述的一种土壤水、肥、气一体化调控装置，其特征在于，在主管道(5)上安装过滤器(9)。
8.根据权利要求7所述的一种土壤水、肥、气一体化调控装置，其特征在于，所述加气机构为空气压缩机(10)，所述空气压缩机(10)通过通气橡胶软管(11)与主管道(5)连接，通气橡胶软管(11)与主管道(5)连接部位在过滤器(9)和水肥罐(1)之间，在通气橡胶软管(11)安装通气阀(12)。
9.根据权利要求6所述的一种土壤水、肥、气一体化调控装置，其特征在于，所述次管道(6)两端封闭，中间位置与所述主管道(5)相连通。
10.权利要求5-9任一项所述的土壤水、肥、气一体化调控装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：根据土壤墒情和养分状况进行水肥管理，将水和肥料放入水肥罐(1)中搅拌均匀后，依次通过主管道(5)、次管道(6)、田间管道将水肥输送至土壤中，进行水肥一体化灌溉；在水肥灌溉结束后立即通气或水肥灌溉结束2-3h后再进行通气，通气是通过加气机构依次向主管道(5)、次管道(6)、田间管道压缩输送空气，每次空气输送5min，以后每隔3～4天向土壤中输送空气一次。
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