CN112753310A - 一种盐碱地改良装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于盐碱地土壤治理技术领域，公开了一种盐碱地改良装置及方法，包括以下步骤：S1、土壤样品采集测试；S2、盐碱地类型及盐碱程度诊断；S3、改良配方比选；S4、数据空间分布及地块划分；S5、精准施肥。本发明采用学科交融的方式，将地理信息系统技术应用到盐碱地改良中，从盐碱地障碍因子出发，科学模拟改良区域土壤地力特征，分区域制定靶向改良方案，并提出配套精细化施肥设备，做到针对性改良土壤，减少肥料用量，降低改良成本，起到了基本增效的作用。

Description

一种盐碱地改良装置及方法

技术领域

本发明属于盐碱地土壤治理技术领域,具体涉及一种盐碱地改良装置及方法。

背景技术

盐碱地作为耕地后备资源之一，有着分布广泛、集中连片、开发潜力大的特点，但是由于不合理的开垦，盲目的肥料投加，导致投资过大了，效果不佳，资金回报率低，甚至造成环境污染。一些投资者在看不到成效后往往半途而废，白白浪费物力财力。因此，如何针对不同类型的盐碱土壤制定靶向改良方案，有的放矢的改良其障碍因子，避免资源浪费，提升经济效益，显得尤为迫切。

盐碱地类型根据特征土壤障碍因子划分，大体划为三大类，即苏打盐碱地 (障碍因子以Na⁺、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-为主)、干旱区盐碱地(以SO₄ ^2-为主)、滨海盐碱地(以Na⁺、Cl^-为主)，盐碱程度根据含盐量划分为轻度盐碱土(土壤含盐量0.1％～0.2％)、中度盐碱土(土壤含盐量0.2％～0.4％)和重度盐碱土(土壤含盐量0.4％～0.6％)，根据pH值划分为轻度盐碱土(pH值7.1～8.5)、中度盐碱土 (pH值8.5～9.5)和重度盐碱土(pH值9.5以上)。

目前盐碱地常用的改良方法主要有水利工程改良、物理改良、生物改良和化学改良。其中化学改良见效快、操作简单、效果明显，应用最为广泛。但同时化学改良剂种类繁多，使用量大，往往选择困难，且容易造成盐害。

近年来，地理信息系统发展迅速，其广泛应用于资源调查、环境评估、土地管理、城市规划等领域。地理信息系统在上述领域的应用，离不开地统计分析。

地统计分析中的克里金插值分析是以变异函数为基础，研究区域化变量空间分布特征的空间分析方法。

克里金插值法分析改良区域土壤性质，可以实现数据空间分布可视化，直观反映改良区域土壤盐碱化程度，划分轻度、中度、中度盐碱化区域，确定调理剂使用量，减少资源浪费和资金投入。

目前市场上主流撒肥机漏斗下料采用自然下漏的方式，这种下料方式难以控制肥料的施用量，因此需要优化下料方式，实现调理剂用量可控。

发明内容

本发明目的是提供一种盐碱地改良装置及方法，将地理信息系统应用于盐碱地改良中，从盐碱地土壤障碍因子出发，提供针对性改良方案，并结合地统计学方法和配套设备控制整个改良区域调理剂施用量，做到降低成本，增加效益，减少污染。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种盐碱地改良方法，包括以下步骤：

步骤一：采集改良区域土壤样品，并进行测试，得到测试土壤的理化性质；

步骤二：根据改良区域地理位置以及测试土壤的理化性质，判断改良区域盐碱地类型以及测试土壤盐碱程度；

步骤三：将改良区域土壤采样点的经纬度坐标以及土壤盐碱程度作为输入，通过上位机对其进行处理，得到改良区域采样点的土壤盐碱化程度分布情况，并在上位机上进行展示；

步骤四：结合改良区域实际所在的盐碱地类型，确定调理剂施加量并通过上位机无线发送给撒肥机；

步骤五：撒肥机根据调理剂施加量控制撒肥装置对改良区域施加土壤调理剂。

所述步骤一具体为：

采用pH计测量测试土壤pH值，采用重量法测量测试土壤含盐量，采用滴定法测量测试土壤各离子含量。

所述步骤二具体为：

根据测试土壤各离子含量，确定改良区域盐碱地类型；

根据测试土壤pH值，确定测试土壤碱化程度；

根据测试土壤含盐量，确定测试土壤盐化程度。

所述步骤三具体为：

以各采样点经纬度分别作为x、y属性，盐碱化程度作为z属性，采用克里金法进行插值分析，得到改良区域采样点的土壤盐碱化程度分布情况，将数据导出并加载到地图上，实现数据可视化。

所述撒肥机撒肥时，平均每亩调理剂施加量X满足以下公式：

X＝47D²·S·n·Ψ·666.67/VL

其中，D为圆管的内径；S为螺旋叶片之间的螺距；n为螺旋转轴转速；Ψ为物料充填系数，V为撒肥机行进速度；L撒肥机肥料抛洒直径。

一种盐碱地改良装置，包括：

上位机，用于对改良区域土壤采样点的经纬度坐标以及土壤盐碱程度进行处理，得到调理剂施加量，通过无线装置发送给撒肥机；

撒肥机，用于根据调理剂施加量控制撒肥装置对改良区域施加土壤调理剂。

所述撒肥装置包括：入料斗、螺旋转轴、减速电机、撒肥电机以及撒肥圆盘，其中：

入料斗通过牵引杆与撒肥机相连，螺旋转轴固定于入料斗内，与下料口贴合，减速电机和撒肥电机分别固定在入料斗左右两侧，减速电机和撒肥电机分别驱动螺旋转轴和撒肥圆盘转动。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明提出一种盐碱地改良装置及方法，针对性改良特定区域盐碱地土壤，减少调理剂使用量，降低成本，减少环境污染。

2.本发明通过检测改良区盐碱地土壤类型，土壤障碍因子，土壤盐碱程度，合理搭配改良材料，并进行室内实验验证。

3.本发明采用克里金法对改良区土壤进行插值分析，可直观反映改良区域土壤盐碱化程度，指导各田块调理剂使用量。

4.对撒肥机料筒进行优化设计，用螺旋下料的方式替代自然下漏，通过增减螺旋转速控制下料量，提高了肥料使用量的精度。

附图说明

图1本发明的方法流程图；

图2精准化撒肥设备图；

其中，1、入料斗；2、螺旋转轴；3、减速电机；4、撒肥电机；5、撒肥圆盘。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种盐碱地改良装置及方法，其特征在于，包括:

S1系统采集改良区域土壤样品，并采用标准方法测试土壤理化性质；

S2根据改良区域地理位置及土壤检测结果确定土壤障碍因子及盐碱程度；

S3根据盐碱地类型及盐碱程度针对性选择改良材料，复配改良配方；

S4采用克里金插值的方式实现土壤检测数据空间可视化，并结合实际地块分布划分不同改良区域选择适用改良方案；

S5采用配套设备精准施用土壤调理剂。

所述步骤S1具体包括：

S11采用蛇形布点法，每30～50亩采集一个混合样品，每个样品采用四分法保留1kg/土样；

S12将采集的土壤样品置于阴凉通风处风干后，按照国家或行业标准方法要求研磨过筛；

S13根据国家或行业标准方法测试土壤pH、电导率、水溶性盐含量、ESP 等盐碱分级指标及Cl^-、SO₄ ^2-、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-、Na⁺、Ca^2-等盐碱特征障碍因子。

所述步骤2根据我国不同盐碱地类型分布及其特征障碍因子特征，将待改良土壤划分为三大类，即苏打盐碱地(障碍因子以Na⁺、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-为主)、干旱区盐碱地(以SO₄ ^2-为主)、滨海盐碱地(以Na⁺、Cl^-为主)，并对照土壤盐化及碱化分级标准确定盐碱程度。

所述步骤3根据待改良区域盐碱地类型及盐碱化程度，选用针对性改良物料，并通过室内梯度实验确定用量。

所述步骤4将各采样点盐碱程度划分为轻度、中度、重度，然后利用ArcGIS 软件采用克里金插值分析的方式，实现数据可视化，空间划分改良区域盐碱程度，并结合实际地块特点，确定各地块改良方案。

所述步骤5将现阶段市场通用调理剂撒肥机进行优化设计，下料时采用螺旋的方式，通过控制转轴转速达到施肥量可控，以保证施肥量可控，做到精准施肥。

如图1所示，本实施例提供了一种盐碱地改良装置及方法，包括：

S1系统采集改良区域土壤样品，即采用蛇形布点法，每30～50亩布设一个采样点，并记录采样点空间数据，用土钻在样点控制范围内0～20cm土层取多个样品混合均匀，用四分法保留1kg土样，自然风干后，研磨过2mm、0.25mm土壤筛备用，采用pH计测试土壤pH值，采用重量法测量土壤含盐量，采用滴定法测定土壤各离子含量。

S2根据改良区地理位置初步判断土壤盐碱类型，并用S1中土壤测试数据进行检验，即离子组成中以Na⁺、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-为主判定为苏打盐碱地、离子组成中以SO₄ ^2-为主判定为干旱区盐碱地(以)、离子组成中以Na⁺、Cl^-为主判定为滨海盐碱地；根据S1所测土壤pH值、含盐量确定各采样点土壤土壤盐碱化程度，其中盐化标准分为轻度(土壤含盐量0.1％～0.2％)、中度(土壤含盐量0.2％～0.4％)、重度(土壤含盐量0.4％～0.6％)、碱化标准分为轻度(pH值7.1～8.5)、中度(pH 值8.5～9.5)、重度(pH值9.5以上)。

S3根据S2步骤确定的改良区盐碱地类型及盐碱化程度针对性选择改良材料，通常根据公司技术积累选用脱硫石膏，硫酸亚铁，河沙，酒糟，腐植酸，微生物菌剂等物料中的一种或几种组合，并通过改良材料的多种组合方式作为处理组，以不加改良材料的原始土壤作为对照组，同时种植改良区拟种植作物，通过比对各处理与对照之间根长、株高、存活率等指标，筛选最优处理材料组合作为最终配方，然后将改良区不同盐碱化程度土壤分别以不同施加梯度施加最终调理剂配方，重复上述试验，确定各盐碱化程度土壤最适调理剂用量。

S4以各采样点经纬度作为x、y属性，盐碱化程度作为z属性，运用ArcGIS 软件采用克里金法进行插值分析，得到改良区土壤盐碱化程度分布情况。导出数据，保存为shapefile格式，将数据加载到奥维地图上，提高面文件透明度，结合改良区卫星影像地图，划分各地块盐碱化程度，然后根据地块盐碱化程度，对照S3中确定的不同盐程度调理剂用量，确定各地块调理剂施加量。

S5如图2所示，采用优化设备进行调理剂精准施肥。即撒肥机料斗采用螺旋下料的方式，与普通料斗相比，增加了螺旋下料转轴，并配备电动减速机。在施加调理剂时，通过调节螺旋转轴转速控制撒肥量。所述撒肥设备下料优化结构中入料斗1通过牵引杆与撒肥拖拉机相连，螺旋转轴2固定于入料斗内，与下料口紧密贴合，减速电机3和撒肥电机4通过连接固定固定于入料斗左右，并通过传动装置分别为螺旋转轴和撒肥圆盘提供动力。

为了清楚说明精准施肥过程，做以下解释：

所述螺旋下料结构为圆桶式外壁，螺旋转轴外径与外壁贴合，为减少摩擦损耗，预留1～3mm间隙，下料时，调理剂颗粒受螺旋作用及重力影响，在圆通内处于全填充状态，下料量Q(m³/min)满足以下公式：

Q＝47D²·S·n·Ψ

式中：D为下料口的内径，m；S为螺旋叶片之间的螺距，m；n为螺旋转轴转速r/min；Ψ为物料充填系数，取值为0.6-0.8。

撒肥机撒肥时，平均每亩撒施量又满足如下公式：

X＝Q·666.67/VL

式中：V为撒肥机行进速度m/min；L撒肥机肥料抛洒直径，m；

撒肥机每亩撒施量

X＝47D²·S·n·Ψ·666.67/VL

因此，在圆管的内径D、螺距S、物料充填系数Ψ、肥料抛洒直径L、撒肥机行进速度V恒定时，通过调节螺旋转轴转速即可控制撒肥量。

撒肥电机控制撒肥圆盘根据设定的转速转动，用于撒肥机进行撒肥。

需要说明的是，以上实施例仅仅理解为本发明的实施方式，并不对本发明范围构成限制，本发明具体保护范围应以权利要求为准。

Claims (7)

1.一种盐碱地改良方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：采集改良区域土壤样品，并进行测试，得到测试土壤的理化性质；

步骤二：根据改良区域地理位置以及测试土壤的理化性质，判断改良区域盐碱地类型以及测试土壤盐碱程度；

步骤三：将改良区域土壤采样点的经纬度坐标以及土壤盐碱程度作为输入，通过上位机对其进行处理，得到改良区域采样点的土壤盐碱化程度分布情况，并在上位机上进行展示；

步骤四：结合改良区域实际所在的盐碱地类型，确定调理剂施加量并通过上位机无线发送给撒肥机；

步骤五：撒肥机根据调理剂施加量控制撒肥装置对改良区域施加土壤调理剂。

2.根据权利要求1所述的一种盐碱地改良方法，其特征在于，所述步骤一具体为：

采用pH计测量测试土壤pH值，采用重量法测量测试土壤含盐量，采用滴定法测量测试土壤各离子含量。

3.根据权利要求1所述的一种盐碱地改良方法，其特征在于，所述步骤二具体为：

根据测试土壤各离子含量，确定改良区域盐碱地类型；

根据测试土壤pH值，确定测试土壤碱化程度；

根据测试土壤含盐量，确定测试土壤盐化程度。

4.根据权利要求1所述的一种盐碱地改良方法，其特征在于，所述步骤三具体为：

以各采样点经纬度分别作为x、y属性，盐碱化程度作为z属性，采用克里金法进行插值分析，得到改良区域采样点的土壤盐碱化程度分布情况，将数据导出并加载到地图上，实现数据可视化。

5.根据权利要求1所述的一种盐碱地改良方法，其特征在于，所述撒肥机撒肥时，平均每亩调理剂施加量X满足以下公式：

X＝47D²·S·n·Ψ·666.67/VL

其中，D为圆管的内径；S为螺旋叶片之间的螺距；n为螺旋转轴转速；Ψ为物料充填系数，V为撒肥机行进速度；L撒肥机肥料抛洒直径。

6.一种盐碱地改良装置，其特征在于，包括：

上位机，用于对改良区域土壤采样点的经纬度坐标以及土壤盐碱程度进行处理，得到调理剂施加量，通过无线装置发送给撒肥机；

撒肥机，用于根据调理剂施加量控制撒肥装置对改良区域施加土壤调理剂。

7.根据权利要求6所述的一种盐碱地改良装置，其特征在于，所述撒肥装置包括：入料斗、螺旋转轴、减速电机、撒肥电机以及撒肥圆盘，其中：

入料斗通过牵引杆与撒肥机相连，螺旋转轴固定于入料斗内，与下料口贴合，减速电机和撒肥电机分别固定在入料斗左右两侧，减速电机和撒肥电机分别驱动螺旋转轴和撒肥圆盘转动。

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