CN110663509A - 一种加强土壤中水分定向迁移的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种加强土壤中水分定向迁移的装置及方法，装置包括用于盛装土壤的容器，所述容器内装有磁性液体，容器周围设有磁场发生装置；另外本发明还公开与之相应的方法；本发明将磁性液体应用于土壤灌溉当中，解决了常规浇水灌溉方式导致土壤中的水分集中而不均匀的技术问题，提高了植株的存活率。
Description
技术领域
本发明涉及土壤灌溉技术领域，具体地指一种加强土壤中水分定向迁移的装置及方法。
背景技术
目前在对于一些盆栽植物，如一些重要植物培育实验，以及一些名贵植株的培育中，对土壤中的水分含量要求及其严格。常规的浇水灌溉方式会使土壤中的水分集中不均匀，出现水分过少或过多的情况，极大程度地降低了植株的存活率。
磁性液体又称铁磁流体或磁液，是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级（10纳米以下）的磁性固体颗粒、基载液（也叫媒体）以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，正因如此，它才在实际中有着广泛的应用，在理论上具有很高的学术价值。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。
目前将磁性液体应用于土壤灌溉领域还未有报道，由于磁性液体独特的特性，可以有效控制水分在土壤中的定向迁移过程，因此亟待设计一种加强土壤中水分定向迁移的装置及方法，来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种加强土壤中水分定向迁移的装置及方法，将磁性液体应用于土壤灌溉当中，解决常规浇水灌溉方式导致土壤中的水分集中而不均匀的技术问题，提高植株的存活率。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种加强土壤中水分定向迁移的装置，包括用于盛装土壤的容器，所述容器内装有磁性液体，容器周围设有磁场发生装置。
优选地，所述容器内还设有分散管网，所述分散管网表面布设有出水口。
更为优选地，所述分散管网为空间螺旋结构或树枝分叉管网结构。
优选地，所述出水口位置还设有透水土工膜。
优选地，所述容器底部还设有蓄水陶土。
优选地，所述磁场发生装置为永磁铁或电磁铁结构。
优选地，所述容器内还均匀埋设有多个土壤水分测定仪的检测探头。
另外本发明还提供上述装置的定向迁移方法，它包括如下步骤：
步骤1）：在容器的前、后、左、右、上、下方向布设磁场发生装置，在容器底部铺设蓄水陶土，然后在种植植物的同时将土壤填平整个容器；
步骤2）：将磁性液体倒入土壤上表面，然后开启下方的磁场发生装置一段时间，使得磁性液体被吸引朝着容器底部定向移动，在这段时间内，交替开启前、后、左、右方向的磁场发生装置一段时间，使得磁性液体能够均匀移动到土壤各个位置；
步骤3）：一段时间后关闭各个方向的磁场发生装置，这时磁性液体部分被土壤吸收，另一部分流入底部的蓄水陶土内蓄积；
步骤4）：每隔一段时间需要对植物进行灌溉时，开启上方的磁场发生装置一段时间，使得磁性液体被吸引朝着容器顶部定向移动，在这段时间内，交替开启前、后、左、右方向的磁场发生装置一段时间，使得磁性液体能够均匀移动到土壤各个位置，灌溉完成后，关闭各个方向的磁场发生装置，这时磁性液体部分被土壤吸收，另一部分由于重力作用重新流入底部的蓄水陶土内蓄积，等待下一次灌溉过程。
进一步地，所述步骤1）中，在将土壤填平整个容器同时还均匀埋设多个土壤水分测定仪的检测探头。
更进一步地，它还包括步骤5）：当土壤水分测定仪检测到土壤内部某一区域水分含量较少或者需要较多水分时，开启对应方向的磁场发生装置，使得磁性液体被吸引移动至该区域，以补充此区域土壤的水分含量。
本发明的有益效果：
1、本发明通过磁场发生装置可以使得磁性液体在土壤中定向迁移，或者通过分散管网来进行定向迁移，而且可以将过量的水分积蓄在蓄水陶土中，避免对植株造成伤害，同时可以再利用水分；本发明在磁场力、蓄水陶土作用下实现水分的自动运输和储蓄，提高了水分的作用时间，降低了浇水频率；同时可以有针对性地对土壤不同区域进行补水过程，通过外界磁场控制磁性液体的移动，来间接控制土壤中水分的迁移，达到控制土壤中水分含量的目的，从而满足植物生存的需求，提高植株的存活率；
2、通过磁场控制的磁性液体，可以返回蓄水陶土中，这样减少了在换土过程中造成的磁性液体的损失；
3、分散管网密布土壤中，一方面可以有效疏导过量的水分，另外一方面可以提供磁性液体定向运动的通道；
4、在容器的周围安置磁场发生装置时，以电磁铁为例，通过调整电流大小来调整磁场强弱，进而促进磁性液体的定向迁移，可在外部连接定时设备，在特定时间开关电路，使操作智能化、自动化，方便管理。
5、蓄水陶土能储存大量的磁性液体，在浇完一次水后，可以重新利用，重启磁场发生装置后，底部的磁性液体会往特定部位运输，降低浇水频率，提高水分的作用时间和效能，使其能在长时间内保持自动输水状态。
6、分散管网采用玻璃纤维管后，因管道极细而形成的毛细作用有利于水分从底部运输到所需部位，有助于实现水分的定向运输。
7、本发明将磁性液体应用于土壤灌溉当中，解决了常规浇水灌溉方式导致土壤中的水分集中而不均匀的技术问题，大大提高了植株的存活率。
附图说明
图1 为一种加强土壤中水分定向迁移的装置的结构示意图；
图2为图1中设置呈空间螺旋结构分散管网后的结构示意图；
图3为图1中设置呈树枝分叉管网结构分散管网后的结构示意图；
图4为出水口设置透水土工膜的结构示意图；
图中，土壤1、容器2、磁性液体3、磁场发生装置4、分散管网5、出水口6、透水土工膜7、蓄水陶土8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示的一种加强土壤中水分定向迁移的装置，包括用于盛装土壤1的容器2，所述容器2内装有磁性液体3，容器2周围设有磁场发生装置4。在本实施例中，磁性液体3可以依照专利CN200510034767.7-一种水基磁性液体及其制备方法或专利CN104851547A-Fe-Co双粒子纳米磁性液体及其制备方法来进行制备，其为现有技术的产品，在此不作赘述。
优选地，如图2和3所示，所述容器2内还设有分散管网5，所述分散管网5表面布设有出水口6。在实际应用中可以选择在土壤1内布设分散管网5，这样可以增加磁性液体3的迁移流速以及流通的通畅性，提高灌溉的速率。
更为优选地，所述分散管网5为空间螺旋结构（如图2所示）或树枝分叉管网结构（如图3所示）。空间螺旋结构或树枝分叉管网结构均可以快速实现磁性液体3的均匀布设，磁性液体3可以从分散管网5顶部灌入，然后从分散管网5表面布设的出水口6均匀分散到土壤中，本实施例中，分散管网5可以选用玻璃纤维管材质。
优选地，如图4所示，所述出水口6位置还设有透水土工膜7。透水土工膜7可以有效防止植物根系堵塞出水口6，同时也能够保证出水的通畅性，另外透水土工膜7也可以直接选用薄纱布材质。
优选地，所述容器2底部还设有蓄水陶土8。本实施例中的蓄水陶土8为现有技术存在的常用陶土，其平均蓄水率可达88%，综合蓄水率最高可达110%；每立方陶土可吸储400—500kg水分，具体制备过程可以参照中国地质大学的文献《蓄水陶土材料的制备、性能及其应用研究》，在此不作赘述。
优选地，所述磁场发生装置4为永磁铁或电磁铁结构。
优选地，所述容器2内还均匀埋设有多个土壤水分测定仪的检测探头。
另外本实施例还提供上述装置的定向迁移方法，它包括如下步骤：
步骤1）：在容器2的前、后、左、右、上、下方向布设磁场发生装置4，在容器2底部铺设蓄水陶土8，然后在种植植物的同时将土壤1填平整个容器2；
步骤2）：将磁性液体3倒入土壤1上表面，然后开启下方的磁场发生装置4一段时间，使得磁性液体3被吸引朝着容器2底部定向移动，在这段时间内，交替开启前、后、左、右方向的磁场发生装置4一段时间，使得磁性液体3能够均匀移动到土壤1各个位置；
步骤3）：一段时间后关闭各个方向的磁场发生装置4，这时磁性液体3部分被土壤1吸收，另一部分流入底部的蓄水陶土8内蓄积；
步骤4）：每隔一段时间需要对植物进行灌溉时，开启上方的磁场发生装置4一段时间，使得磁性液体3被吸引朝着容器2顶部定向移动，在这段时间内，交替开启前、后、左、右方向的磁场发生装置4一段时间，使得磁性液体3能够均匀移动到土壤1各个位置，灌溉完成后，关闭各个方向的磁场发生装置4，这时磁性液体3部分被土壤1吸收，另一部分由于重力作用重新流入底部的蓄水陶土8内蓄积，等待下一次灌溉过程。
进一步地，所述步骤1）中，在将土壤1填平整个容器2同时还均匀埋设多个土壤水分测定仪的检测探头。
更进一步地，它还包括步骤5）：当土壤水分测定仪检测到土壤1内部某一区域水分含量较少或者需要较多水分时，开启对应方向的磁场发生装置4，使得磁性液体被吸引移动至该区域，以补充此区域土壤的水分含量。一般情况下植株根部区域所在的土壤需要较多水分，这时可以通过磁场发生装置4来向此区域补充水分；另外在控制过程中，也可以通过将磁场发生装置4和土壤水分测定仪与控制器连接，这样可以实现自动控制的目的，不用认为控制磁场发生装置4。
另外当磁性液体3耗尽后，可以另外再补充即可。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种加强土壤中水分定向迁移的装置，包括用于盛装土壤（1）的容器（2），其特征在于：所述容器（2）内装有磁性液体（3），容器（2）周围设有磁场发生装置（4）。
2.根据权利要求1所述的一种加强土壤中水分定向迁移的装置，其特征在于：所述容器（2）内还设有分散管网（5），所述分散管网（5）表面布设有出水口（6）。
3.根据权利要求2所述的一种加强土壤中水分定向迁移的装置，其特征在于：所述分散管网（5）为空间螺旋结构或树枝分叉管网结构。
4.根据权利要求2所述的一种加强土壤中水分定向迁移的装置，其特征在于：所述出水口（6）位置还设有透水土工膜（7）。
5.根据权利要求1所述的一种加强土壤中水分定向迁移的装置，其特征在于：所述容器（2）底部还设有蓄水陶土（8）。
6.根据权利要求1所述的一种加强土壤中水分定向迁移的装置，其特征在于：所述磁场发生装置（4）为永磁铁或电磁铁结构。
7.根据权利要求1所述的一种加强土壤中水分定向迁移的装置，其特征在于：所述容器（2）内还均匀埋设有多个土壤水分测定仪的检测探头。
8.一种权利要求1至7任一项所述装置的定向迁移方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤1）：在容器（2）的前、后、左、右、上、下方向布设磁场发生装置（4），在容器（2）底部铺设蓄水陶土（8），然后在种植植物的同时将土壤（1）填平整个容器（2）；
步骤2）：将磁性液体（3）倒入土壤（1）上表面，然后开启下方的磁场发生装置（4）一段时间，使得磁性液体（3）被吸引朝着容器（2）底部定向移动，在这段时间内，交替开启前、后、左、右方向的磁场发生装置（4）一段时间，使得磁性液体（3）能够均匀移动到土壤（1）各个位置；
步骤3）：一段时间后关闭各个方向的磁场发生装置（4），这时磁性液体（3）部分被土壤（1）吸收，另一部分流入底部的蓄水陶土（8）内蓄积；
步骤4）：每隔一段时间需要对植物进行灌溉时，开启上方的磁场发生装置（4）一段时间，使得磁性液体（3）被吸引朝着容器（2）顶部定向移动，在这段时间内，交替开启前、后、左、右方向的磁场发生装置（4）一段时间，使得磁性液体（3）能够均匀移动到土壤（1）各个位置，灌溉完成后，关闭各个方向的磁场发生装置（4），这时磁性液体（3）部分被土壤（1）吸收，另一部分由于重力作用重新流入底部的蓄水陶土（8）内蓄积，等待下一次灌溉过程。
9.根据权利要求8所述装置的定向迁移方法，其特征在于：所述步骤1）中，在将土壤（1）填平整个容器（2）同时还均匀埋设多个土壤水分测定仪的检测探头。
10.根据权利要求9所述装置的定向迁移方法，其特征在于：它还包括步骤5）：当土壤水分测定仪检测到土壤（1）内部某一区域水分含量较少或者需要较多水分时时，开启对应方向的磁场发生装置（4），使得磁性液体被吸引移动至该区域，以补充此区域土壤的水分含量。
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| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20200110 Assignee: Hubei Hongzhuo Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980043461 Denomination of invention: A Method to Strengthen the Directional Migration of Water in Soil Granted publication date: 20210514 License type: Exclusive License Record date: 20231019 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Hubei Hongzhuo Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980043461 Date of cancellation: 20240402 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |