CN114651582A - 一种水肥气分根区交替灌溉方法 - Google Patents

一种水肥气分根区交替灌溉方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114651582A
CN114651582A CN202210307681.0A CN202210307681A CN114651582A CN 114651582 A CN114651582 A CN 114651582A CN 202210307681 A CN202210307681 A CN 202210307681A CN 114651582 A CN114651582 A CN 114651582A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
gas
fertilizer
drip irrigation
root
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210307681.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114651582B (zh
Inventor
刘晓初
郑佳鹏
粱忠伟
萧金瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou University
Original Assignee
Guangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou University filed Critical Guangzhou University
Priority to CN202210307681.0A priority Critical patent/CN114651582B/zh
Publication of CN114651582A publication Critical patent/CN114651582A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114651582B publication Critical patent/CN114651582B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C21/00—Methods of fertilising, sowing or planting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C23/00—Distributing devices specially adapted for liquid manure or other fertilising liquid, including ammonia, e.g. transport tanks or sprinkling wagons
    • A01C23/007—Metering or regulating systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C23/00—Distributing devices specially adapted for liquid manure or other fertilising liquid, including ammonia, e.g. transport tanks or sprinkling wagons
    • A01C23/04—Distributing under pressure; Distributing mud; Adaptation of watering systems for fertilising-liquids
    • A01C23/042—Adding fertiliser to watering systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G29/00—Root feeders; Injecting fertilisers into the roots
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/22—Improving land use; Improving water use or availability; Controlling erosion

Abstract

本发明提供了一种水肥气分根区交替灌溉方法，包括如下步骤：将作物的茎干置于种植穴中心；将水肥气一体滴灌管按涡状线式布管埋设于种植穴中；在水平区域上将根系分为左右两个半区，对应着涡状线式排布的滴灌管也分为左右两个半区；在每个半区的滴灌管上安插多个滴灌器，每个滴灌器可进行水肥气灌溉且含有土壤探针获取对应湿点的含水率；控制左半区和右半区的滴灌器交替执行正常的水肥气灌溉策略，使左右根区交替出现干燥而受到干旱胁迫。本发明通过能分根区地向作物一体化输送水、肥、气、热，进行高效耦合的水肥气分根区交替灌溉，从而实现了根域土壤环境的优化，且使根系发生水肥胁迫，达到高效节水而不牺牲作物的光合产物的效果。

Description

一种水肥气分根区交替灌溉方法
技术领域
本发明涉及农业灌溉技术领域，尤其是涉及一种水肥气分根区交替灌溉方法。
背景技术
分根区交替灌溉，又称控制性根系分区交替灌溉，是在植物某些生育期或全部生育期交替对部分根区进行正常的灌溉，其余根区则人为的受到水分胁迫的灌溉方式。其强调交替控制部分根系区域干燥，部分根系区域湿润，干燥区的根系产生水分胁迫信号从而有效地调节气孔关闭减少水分蒸发，湿润区的根系则从土壤中吸收水分以满足作物生命之需的最小水量。同时，该技术在交替灌溉后后表层土壤总是间歇性地处于干旱处，这减少了棵间一直湿润时的无效蒸发损失和总的灌溉水量，从而达到节水而不牺牲光合产物累积的目的。
随着地下滴灌技术的发展和推广，利用滴灌系统可实现一体化的向作物分根区地输送水、肥、气、热，从而进行水肥气分根区交替灌溉。水肥气一体化灌溉技术与分根区交替灌溉技术的结合，能综合两者的优点，既能有效改善根部土壤的水气环境而促进作物生长，同时高效节水，这将是一种全新的高效节水的灌溉技术。但是目前还没有一套水肥气一体化灌溉系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水肥气分根区交替灌溉方法，通过水肥气分根区交替灌溉系统，进行高效耦合的水肥气一体化灌溉，解决根系缺氧问题，改善根区土壤环境，实现根域土壤环境的优化，促进植株生长发育。
根据本发明的一个目的，本发明提供一种水肥气分根区交替灌溉方法，包括如下步骤：
S1:种植作物
种植时，将作物的茎干置于种植穴中心，穴深30-40cm，填土时，预留10cm深度埋设水肥气一体滴灌管；
S2:设备铺设
将水肥气一体滴灌管按涡状线式布管埋设于种植穴中，其几何圆心与种植中心重合且距地表10cm；
S3:根区划分
在水平区域上对根系划分根区，将根系分为左右两个半区，对应着涡状线式排布的滴灌管也分为左右两个半区；在每个半区的滴灌管上等距打孔，安插上多个滴灌器，每个滴灌器可进行水肥气灌溉且含有土壤探针获取对应湿点的含水率；
S4：干湿定义
取同根区所有滴灌器土壤探针所探测的平均土壤含水率为该根区的土壤含水率，用E表示：
(1)干燥区：当E<a时，认定该区土壤为干土；其中，a为干旱胁迫上限值，土壤含水率低于该值时根系发生干旱胁迫效应，取值由作物类型决定，一般取25％-40％；
(2)湿润区：当E>c时，认定该区土壤为湿土；其中，c值为根系生长的最佳土壤含水率，由作物类型决定，一般取55％-85％；
(3)当E<b时，认定干燥区失水严重，将影响作物的正常生长；其中，b为干旱胁迫下限值，土壤含水率低于该值时根系无法正常生长，取值由作物类型决定，一般取15％-20％；
S5：分根区交替灌溉
通过控制左半区和右半区的滴灌器交替执行正常的水肥气灌溉策略，使左右根区交替出现干燥而受到干旱胁迫。
进一步地，S2中，水肥气一体滴灌管埋设时，在垂直方向上应保证作物的根系全部扎于滴灌器位置下土层土壤。
进一步地，S5具体如下如下步骤：
S501:设置同个根区的滴灌器执行同样的灌溉决策；
S502:所有滴灌器的土壤探针每天实时获取根区的平均土壤含水率E；
S503:系统置左根区为湿润区，右根区为干燥区；
S504:当湿润区的E<a时，湿润区的滴灌器阀门开启，进行水肥气灌溉；当湿润区的E>c时，滴灌器阀门关闭，结束灌溉；
S505:当检测到干燥区的E<b时，系统在第二天置换干燥区与湿润区；
S506:返回S4,重复执行S4-S6步骤；从而使左根区与右根区间交替出现干燥。
进一步地，S5中，水肥气灌溉包括如下步骤：
S001:所有滴灌器的土壤探针每天实时获取根区的平均土壤含水率，为水肥气分根区交替灌溉系统提供灌溉指令；
S002:根据水肥灌溉需求，水肥液一体化机配制作物所需的水肥液并输出；微纳米气泡发生器工作将气体罐中的气体转化成微纳米气泡输出；增压气泵对经过的气体进行增压，使气体压强高于压力式气阀的工作阀值；若需保温养根，可将通入的气体进行增温处理，从而使通气具有保温御寒的作用；
S003:水用电磁阀打开，气体电磁阀打开，水肥液与气体同时进入滴灌装置；
S004:水肥液从水用电磁阀流至进水管，再流至过滤器，将杂质进一步过滤掉；气体经气体电磁阀流至进气管；
S005:在强压的作用下，压力式气阀打通，部分气体从压力式气阀流至进水管，溶入水肥液，形成水肥气液；由于气体具有一定压强，能起到搅拌作用，使水肥进一步混合了，减少了水肥液由于长管道运输带来的沉淀，减少了肥料的浪费，也使滴头更加不易堵塞；
S006:水肥气液流至滴灌水管；部分气体从进气管流至滴灌气管；
S007:水肥气液流至各个滴灌器的进水口；气体流至各个滴灌器的进气口；
S008:同根区的滴灌器同样的灌溉决策；具体的，需水肥气灌溉的根区对应的滴灌器的水阀打开，水肥气液流至滴头；
S009:水肥气液从滴头均匀流出，到达根系附近的土壤中；
S0010:水肥气液在土壤中渗透，最终部分被附近根系吸收，而部分未被溶解的气体开始扩散，为根系补充氧气；
S0011:一段时间过后，水肥气灌溉结束；各开关量复位，与灌溉前一致；
S0012:滴灌器的气阀打开，由于气管存有压强，气管中的气体流至滴头,扩散到附近的土壤中，直至压强消耗完，气阀关闭；
S0013:水肥气分根区交替灌溉系统进行待机状态，等待下一次灌溉指令，土壤探针继续探测土壤含水率。
进一步地，所述水肥气一体滴灌管，包括滴灌水管和滴灌气管，所述滴灌水管与过滤器连接，所述滴灌气管与进气管连接；所述滴灌水管与所述滴灌气管外表面固接。
进一步地，所述滴灌水管上等距设有若干滴灌孔，所述滴灌气管上等距设有若干滴灌气孔，所述滴灌孔和所述滴灌气孔上安插一个所述滴灌器。
进一步地，所述滴灌器设有控制模块，所述控制模块能接收智能控制系统的控制信号，从而执行灌溉决策。
进一步地，所述控制模块控制阀门的开关来控制水肥气的灌溉与否，所述控制模块控制开关开合大小来控制滴灌流量，所述控制模块控制开关的开合时间来控制滴灌时长。
进一步地，所述控制模块通过控制气阀、水阀的开关可实现水肥气灌溉，从而根据作物所需将水、肥、气输送至根区。
进一步地，所述土壤探针安装于每个滴灌器的底部，所述土壤探针与所述控制模块连接，可以收集土壤温湿度、PH值信息，并将采集的信息通过无线传输反馈回所述智能控制系统。
进一步地，所述智能控制系统控制水用电磁阀的开关从而为滴灌装置提供水肥液；所述智能控制系统控制气体电磁阀的开关从而为滴灌装置提供气体；所述智能控制系统接收所述土壤探针的探测信号，获取土壤信息；所述智能控制系统根据灌溉要求，作出分根区交替灌溉策略，并发出执行信号。
本发明的技术方案通过能分根区地向作物一体化输送水、肥、气、热，进行高效耦合的水肥气分根区交替灌溉，从而实现了根域土壤环境的优化，且使根系发生水肥胁迫，达到高效节水而不牺牲作物的光合产物的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的灌溉方法流程图；
图2为本发明实施例涡状线式水肥气一体化滴灌装置的结构示意图；
图3为本发明实施例滴灌器的结构示意图；
图4为本发明实施例滴灌管埋设情况的结构示意图；
图中，1、进水管；2、过滤器；3、涡状线式滴灌管；4、滴灌器；5、气孔；6、滴灌孔；7、压力导气阀；8、进气管；9、涡状线式气管；10、密封水口堵头；11、密封气口堵头；12、毛管；13、滴头；14、滴箭；15、导气管；16、流量控制阀；17、土壤探针。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1-图4所示，一种水肥气分根区交替灌溉系统包括如下步骤：
S1:种植作物
种植时，将作物的茎干置于种植穴中心，穴深30-40cm，填土时，预留10cm深度埋设水肥气一体滴灌管。
S2:设备铺设
将水肥气一体滴灌管按涡状线式布管埋设于种植穴中，其几何圆心与种植中心重合且距地表10cm左右，埋设情况如图3所示。埋设时，在垂直方向上应保证作物的根系全部扎于滴灌器位置下土层土壤。埋设完毕后，安装其他灌溉设施，并对灌溉系统进行调试。
S3:根区划分
本发明在水平区域上对根系进行划分根区，将根系分为左右两个半区，对应着涡状线式排布的滴灌管也分为左右两个半区。在每个半区的滴灌管上等距打孔，安插上多个滴灌器，每个滴灌器可进行水肥气灌溉且含有土壤探针获取对应湿点的含水率。
S4.干湿定义
取同根区所有滴灌器土壤探针所探测的平均土壤含水率为该根区的土壤含水率，用E表示。
(1)干燥区：当E<a时，认定该区土壤为干土。其中，a为干旱胁迫上限值，土壤含水率低于该值时根系发生干旱胁迫效应，取值由作物类型决定，一般取25％-40％。
(2)湿润区：当E>c时，认定该区土壤为湿土。其中，c值为根系生长的最佳土壤含水率，由作物类型决定，一般取55％-85％。
(3)当E<b时，认定干燥区失水严重，将影响作物的正常生长。其中，b为干旱胁迫下限值，土壤含水率低于该值时根系无法正常生长，取值由作物类型决定，一般取15％-20％。
S5.分根区交替灌溉
通过控制左半区和右半区的滴灌器交替执行正常的水肥气灌溉策略，使左右根区交替出现干燥而受到干旱胁迫。具体如下：
S1:设置同个根区的滴灌器执行同样的灌溉决策。
S2:所有滴灌器的土壤探针每天实时获取根区的平均土壤含水率E。
S3:系统置左根区为湿润区，右根区为干燥区。
S4:当湿润区的E<a时，湿润区的滴灌器阀门开启，进行水肥气灌溉。当湿润区的E>c时，滴灌器阀门关闭，结束灌溉。
S5:当检测到干燥区的E<b时，系统在第二天置换干燥区与湿润区。
S6:返回S4,重复执行S4-S6步骤。从而使左根区与右根区间交替出现干燥。
本实施例中一种水肥气分根区交替灌溉过程具体如下：
S1:所有滴灌器的土壤探针每天实时获取根区的平均土壤含水率，为水肥气分根区交替灌溉系统提供灌溉指令。
S2:根据水肥灌溉需求，水肥液一体化机配制作物所需的水肥液并输出；微纳米气泡发生器工作将气体罐中的气体转化成微纳米气泡输出；增压气泵对经过的气体进行增压，使气体压强高于压力式气阀的工作阀值。若需保温养根，可将通入的气体进行增温处理，从而使通气具有保温御寒的作用。
S3:进一步的，水用电磁阀打开，气体电磁阀打开，水肥液与气体同时进入滴灌装置。
S4:进一步的，在重力的作用下，水肥液从水用电磁阀流至进水管，再流至过滤器，将杂质进一步过滤掉；气体经气体电磁阀流至进气管。
S5:进一步的，在强压的作用下，压力式气阀打通，部分气体从压力式气阀流至进水管，溶入水肥液，形成水肥气液。由于气体具有一定压强，能起到搅拌作用，使水肥进一步混合了，减少了水肥液由于长管道运输带来的沉淀，减少了肥料的浪费，也使滴头更加不易堵塞。
S6:进一步的，在重力的作用下，水肥气液流至滴灌水管；部分气体从进气管流至滴灌气管；
S7:进一步的，在重力的作用下，水肥气液流至各个滴灌器的进水口；气体流至各个滴灌器的进气口；
S8:进一步的，同根区的滴灌器同样的灌溉决策。具体的，需水肥气灌溉的根区对应的滴灌器的水阀打开，水肥气液流至滴头。需注意此时，滴灌器的气阀未打开，气体保持一定压强在气管内。
S9:进一步的，水肥气液从滴头均匀流出，到达根系附近的土壤中；
S10:进一步的，水肥气液在土壤中渗透，最终部分被附近根系吸收，而部分未被溶解的气体开始扩散，为根系补充氧气。
S11:一段时间过后，水肥气灌溉结束。各开关量复位，与灌溉前一致。
S12:进一步的，滴灌器的气阀打开，由于气管存有压强，气管中的气体流至滴头,扩散到附近的土壤中，直至压强消耗完，气阀关闭；实际上，这部分气体对滴头进行了清洁工作，同时也使少量气体在土壤中扩散，从而改善土壤环境(如土壤通透性)，解决根系缺氧等问题。
S13:水肥气分根区交替灌溉系统进行待机状态，等待下一次灌溉指令，土壤探针继续探测土壤含水率。
上述实施例中，所采用的涡状线式水肥气一体化滴灌装置，如图2和图3所示，本发明涡状线式水肥气一体化滴灌装置，包括进水管1、进气管5、涡状线式滴灌管3和涡状线式气管9，进水管1与水肥一体化机连接，进气管8与微纳米气泡发生器连接。进气管8和进水管1的前端之间设有压力导气阀7，压力导气阀7包括压力气阀，压力导气阀7的进气口与进气管8的侧边出气口连接，压力导气阀7的出气口与进水管1侧壁上的进气孔连接。
涡状线式滴灌管3的管壁包括内壁和外壁，内壁和外壁为一体结构，外壁的外侧设有一层亲水保护膜。涡状线式滴灌管3的前端通过过滤器2与进水管1连接，涡状线式滴灌管3的末端通过密封水口堵头10密封封闭。
涡状线式气管9的前端与进气管8连接，涡状线式气管9的末端通过密封气口堵头11密封封闭，涡状线式气管9与涡状线式滴灌管3并列设置且涡状线式气管9和涡状线式滴灌管3固定连接；
涡状线式气管9和涡状线式滴灌管3的形状以等距涡状线做为管道轨迹，涡状线式气管9的管道轨迹与涡状线式滴灌管3的管道轨迹平行且等距，涡状线式气管9固接于涡状线式滴灌管3的正上方。
涡状线式滴灌管3的侧壁上设有若干滴灌孔6，涡状线式气管9的侧壁上设有若干气孔5，气孔5的数量与滴灌孔6的数量相同，且气孔5与滴灌孔6一一对应设置。滴灌孔6上固定有滴灌器4，滴灌器4分别与滴灌孔6和气孔5连接。
滴灌器4包括流量控制阀16和土壤探针17，流量控制阀16与滴灌孔6连接，流量控制阀16的顶部连接有导气管15，导气管15与气孔5连接，流量控制阀16通过毛管12与滴头13连接，滴头13的出水端设有滴箭14，滴箭14的出水箭头为单头箭头或双头箭头或四头箭头。土壤探针17固定在流量控制阀16的底部，土壤探针16与控制模块连接。
本发明进水管1的进水口连接水肥一体化机，出水口连接过滤器2，进水管1侧壁上的进气孔连接压力导气阀7。进水管1的功能是将水肥一体化机的水肥液输送至过滤器2；并将进气管8中的微纳米气泡经压力导气阀7输送至进水管1内，使部分气体溶解入水肥液，并促使水肥液进一步混合，防止水肥液在管道运输中产生沉淀。本发明所采用的水肥一体化机，其功能是为本装置提供作物所需的水肥液。
本发明的过滤器的进水口与进水管1连接，过滤器2的出水口与涡状线式滴灌管3的进水口连接。其功能是进一步过滤掉水肥液中的杂质和沉淀。
本发明的涡状线式滴灌管3的进水口与过滤器2的出水口连接，密封水口位于末端，被密封水口堵头10堵死密封。密封水口堵头10当涡状线式滴灌管3工作时，具有密封作用，当涡状线式滴灌管3维护清洁时可拆卸下来，使高压水流清洗涡状线式滴灌管管道内壁后从密封水口流出。
涡状线式滴灌管3的管道内径根据所灌溉作物的滴灌流量要求进行设计和选择。涡状线式滴灌管3的管体由内壁和外壁组成，内壁尽量光滑，防止沉淀产生，造成堵塞；外壁围有一层亲水保护膜，其作用是保护管体，且使滴灌的水肥液更长时间留在管体周围，减小水肥液的在土壤的渗透速率。涡状线式滴灌管3的正上方固接有涡状线式气管9。涡状线式滴灌管3的管体上开设有若干个滴灌孔6，滴灌孔6的特征包括孔的数量、大小及位置，其数量和分布位置根据作物根系的根系生长特性(包括、根系分布特征、根系密度、根长密度、根系生长速度等)等进行设计，孔的大小根据滴灌流量要求、根系密度等进行选择。滴灌孔6与滴灌器4的进水口连接，将涡状线式滴灌管3的水肥液运输至滴灌器4。
涡状线式滴灌管3的管道形状是以等距涡状线做为管道轨迹；等距涡状线，其特征包括涡状线的基圆半径、螺距、圈数。所述涡状线的螺距、圈数是根据作物根系的生长特性及养分需求特性等进行设计和选择，涡状线的基圆半径根据幼苗根盘大小进行设计，要求基圆大于幼苗根盘。
本发明涡状线式气管9的进气口与进气管8的出气口连接，密封气口位于末端被密封气口堵头11堵死密封。涡状线式气管9的管道内径根据所灌溉作物所需的气体量和气压等要求进行设计和选择。涡状线式气管9管体的管道轨迹与涡状线式滴灌管3的管道轨迹平行且等距，保持管体固接于涡状线式滴灌管3的正上方。涡状线式气管9的管体上开设有若干个气孔5，气孔5的特征包括孔的数量、大小及位置，其数量与分布位置由滴灌孔6决定，即每个滴灌孔6的正上方开设有对应的气孔5，孔的大小根据所灌溉作物所需的气体量和气压等进行选择。气孔5与滴灌器4的进气口连接，将涡状线式气管9的气体运输至滴灌器4。
本发明压力导气阀7的进气口与进气管8的侧边出气口连接，出气口与进水管1的进气孔连接，力导气阀7的压力气阀当进气口的气体到达一定压力时会单向打通，使气体进入进水管1，且防止进水管的水肥液回流进入进气管8。
进气管8的进气口与微纳米气泡发生器连接，侧边出气口与压力导气阀7的进气口连接，出气口与涡状线式气管9的进气口连接。
滴灌器4在每组气孔和滴灌孔对应有一个滴灌器4，滴灌器4的导气管的进气口与气孔5连接，导气管的出气口与流量控制阀16的进气口连接。毛管12与滴头13连接，最终将水肥气送至作物根区。滴头13出水口与滴箭14的进水口连接进行滴灌。滴箭14进水口与滴头13出水口连接，出水箭头则根据根系特性选择单头箭头、双头箭头、四头箭头，其作用是将水肥液均匀稳定送至根区。
土壤探针17与阀门装置的控制模块连接，可以收集土壤温湿度、PH值等土壤信息，并将信息通过无线传输反馈回智能控制系统。
流量控制阀16与滴灌孔6连接，使水肥液进入流量控制阀16，水肥液从流量控制阀16经出水毛管12流到滴头13；流量控制阀16的进气口与导气管15的出气口连接，使气体进入流量控制阀16的进气口，从而使气体进入滴头13。
流量控制阀16由水阀、气阀及控制模块组成。工作时，水肥液或水肥气从进水口经水阀流至出水口，气体则从进气口经气阀流至出水口，两者都从出水口经毛管12流至滴头13。所述控制模块其能接收智能控制系统的控制信号，从而执行灌溉决策。具体表现为:控制阀门的开关来控制水肥气的灌溉与否，控制开关开合大小来控制滴灌流量，控制开关的开合时间来控制滴灌时长。
本发明单个滴灌器4便可实现水、气、水肥液、水肥气四种滴灌方案的灵活切换。从而，通过控制本发明装置的全部滴灌器进行多点滴灌，便可实现土壤不同位点的水肥气调控，使滴灌更加高效灵活、贴合作物的营养需求。值得一提的是，当滴灌结束后，往滴头13通入有一起压强的气体，既能改善土壤环境(如通透性)又能防止土壤或根系堵塞滴头。
本发明的创新在于结合了水肥气一体化灌溉技术和分根区交替灌溉技术的优点，提供一种水肥气分根区交替灌溉系统和灌溉方法，能分根区地向作物一体化输送水、肥、气、热，进行高效耦合的水肥气分根区交替灌溉。从而实现了根域土壤环境的优化，且使根系发生水肥胁迫，达到高效节水而不牺牲作物的光合产物的效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:种植作物
种植时，将作物的茎干置于种植穴中心，穴深30-40cm，填土时，预留10cm深度埋设水肥气一体滴灌管；
S2:设备铺设
将水肥气一体滴灌管按涡状线式布管埋设于种植穴中，其几何圆心与种植中心重合且距地表10cm；
S3:根区划分
在水平区域上对根系划分根区，将根系分为左右两个半区，对应着涡状线式排布的滴灌管也分为左右两个半区；在每个半区的滴灌管上等距打孔，安插上多个滴灌器，每个滴灌器可进行水肥气灌溉且含有土壤探针获取对应湿点的含水率；
S4：干湿定义
取同根区所有滴灌器上的土壤探针所探测的平均土壤含水率为该根区的土壤含水率，用E表示：
(1)干燥区：当E<a时，认定该区土壤为干土；其中，a为干旱胁迫上限值，土壤含水率低于该值时根系发生干旱胁迫效应，取值由作物类型决定，一般取25％-40％；
(2)湿润区：当E>c时，认定该区土壤为湿土；其中，c值为根系生长的最佳土壤含水率，由作物类型决定，一般取55％-85％；
(3)当E<b时，认定干燥区失水严重，将影响作物的正常生长；其中，b为干旱胁迫下限值，土壤含水率低于该值时根系无法正常生长，取值由作物类型决定，一般取15％-20％；
S5：分根区交替灌溉
通过控制左半区和右半区的滴灌器交替执行正常的水肥气灌溉策略，使左右根区交替出现干燥而受到干旱胁迫。
2.根据权利要求1所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，S2中，水肥气一体滴灌管埋设时，在垂直方向上应保证作物的根系全部扎于滴灌器位置下土层土壤。
3.根据权利要求1所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，S5具体如下如下步骤：
S501:设置同个根区的滴灌器执行同样的灌溉决策；
S502:所有滴灌器的土壤探针每天实时获取根区的平均土壤含水率E；
S503:系统置左根区为湿润区，右根区为干燥区；
S504:当湿润区的E<a时，湿润区的滴灌器阀门开启，进行水肥气灌溉；当湿润区的E>c时，滴灌器阀门关闭，结束灌溉；
S505:当检测到干燥区的E<b时，系统在第二天置换干燥区与湿润区；
S506:返回S4,重复执行S4-S6步骤；从而使左根区与右根区间交替出现干燥。
4.根据权利要求1所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，S5中，水肥气灌溉包括如下步骤：
S001:所有滴灌器的土壤探针每天实时获取根区的平均土壤含水率，为水肥气分根区交替灌溉系统提供灌溉指令；
S002:根据水肥灌溉需求，水肥液一体化机配制作物所需的水肥液并输出；微纳米气泡发生器工作将气体罐中的气体转化成微纳米气泡输出；增压气泵对经过的气体进行增压，使气体压强高于压力式气阀的工作阀值；若需保温养根，可将通入的气体进行增温处理，从而使通气具有保温御寒的作用；
S003:水用电磁阀打开，气体电磁阀打开，水肥液与气体同时进入滴灌装置；
S004:水肥液从水用电磁阀流至进水管，再流至过滤器，将杂质进一步过滤掉；气体经气体电磁阀流至进气管；
S005:在强压的作用下，压力式气阀打通，部分气体从压力式气阀流至进水管，溶入水肥液，形成水肥气液；由于气体具有一定压强，能起到搅拌作用，使水肥进一步混合了，减少了水肥液由于长管道运输带来的沉淀，减少了肥料的浪费，也使滴头更加不易堵塞；
S006:水肥气液流至滴灌水管；部分气体从进气管流至滴灌气管；
S007:水肥气液流至各个滴灌器的进水口；气体流至各个滴灌器的进气口；
S008:同根区的滴灌器同样的灌溉决策；具体的，需水肥气灌溉的根区对应的滴灌器的水阀打开，水肥气液流至滴头；
S009:水肥气液从滴头均匀流出，到达根系附近的土壤中；
S0010:水肥气液在土壤中渗透，最终部分被附近根系吸收，而部分未被溶解的气体开始扩散，为根系补充氧气；
S0011:一段时间过后，水肥气灌溉结束；各开关量复位，与灌溉前一致；
S0012:滴灌器的气阀打开，由于气管存有压强，气管中的气体流至滴头,扩散到附近的土壤中，直至压强消耗完，气阀关闭；
S0013:水肥气分根区交替灌溉系统进行待机状态，等待下一次灌溉指令，土壤探针继续探测土壤含水率。
5.根据权利要求1所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，所述水肥气一体滴灌管，包括滴灌水管和滴灌气管，所述滴灌水管与过滤器连接，所述滴灌气管与进气管连接；所述滴灌水管与所述滴灌气管外表面固接。
6.根据权利要求5所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，所述滴灌水管上等距设有若干滴灌孔，所述滴灌气管上等距设有若干滴灌气孔，所述滴灌孔和所述滴灌气孔上安插一个所述滴灌器。
7.根据权利要求6所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，所述滴灌器设有控制模块，所述控制模块能接收智能控制系统的控制信号，从而执行灌溉决策，所述控制模块控制阀门的开关来控制水肥气的灌溉与否，所述控制模块控制开关开合大小来控制滴灌流量，所述控制模块控制开关的开合时间来控制滴灌时长。
8.根据权利要求7所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，所述控制模块通过控制气阀、水阀的开关可实现水肥气灌溉，从而根据作物所需将水、肥、气输送至根区。
9.根据权利要求8所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，所述土壤探针安装于每个滴灌器的底部，所述土壤探针与所述控制模块连接，可以收集土壤温湿度、PH值信息，并将采集的信息通过无线传输反馈回所述智能控制系统。
10.根据权利要求9所述的水肥气分根区交替灌溉方法，其特征在于，所述智能控制系统控制水用电磁阀的开关从而为滴灌装置提供水肥液；所述智能控制系统控制气体电磁阀的开关从而为滴灌装置提供气体；所述智能控制系统接收所述土壤探针的探测信号，获取土壤信息；所述智能控制系统根据灌溉要求，作出分根区交替灌溉策略，并发出执行信号。
CN202210307681.0A 2022-03-25 2022-03-25 一种水肥气分根区交替灌溉方法 Active CN114651582B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210307681.0A CN114651582B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种水肥气分根区交替灌溉方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210307681.0A CN114651582B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种水肥气分根区交替灌溉方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114651582A true CN114651582A (zh) 2022-06-24
CN114651582B CN114651582B (zh) 2023-03-21

Family

ID=82032805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210307681.0A Active CN114651582B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种水肥气分根区交替灌溉方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114651582B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2696310Y (zh) * 2004-03-16 2005-05-04 康绍忠 一种果树根区交替滴灌的灌溉系统
CN101574053A (zh) * 2009-05-21 2009-11-11 中国农业大学 一种智能式作物局部根区交替灌溉控制方法及系统
CN102150603A (zh) * 2010-12-01 2011-08-17 中国农业大学 一种实现多区域选择的智能灌溉系统
CN102550372A (zh) * 2011-12-13 2012-07-11 中国农业大学 根系分区交替灌溉控制器及其灌溉系统
CN203985296U (zh) * 2014-07-22 2014-12-10 黑龙江省农业科学院植物脱毒苗木研究所 温室智能控制分根交替滴灌系统
CN104351020A (zh) * 2014-11-04 2015-02-18 无锡北斗星通信息科技有限公司 基于图像采集的农田自动灌溉系统
US20160374277A1 (en) * 2015-06-29 2016-12-29 Stingray Watering System, LLC Plant irrigation device
CN207505518U (zh) * 2017-09-29 2018-06-19 新疆农业科学院经济作物研究所 一种利用田间滴灌系统对地膜下作物根部输气的装置
CN207543925U (zh) * 2017-09-27 2018-06-29 浙江园冶生态建设有限公司 一种园林灌溉设备
CN110178710A (zh) * 2019-07-03 2019-08-30 西安理工大学 一种基于根区土壤水分胁迫响应的灌溉装置及灌溉方法
US20210015056A1 (en) * 2019-07-17 2021-01-21 Jeffery Charles Main Aeration and Irrigation Apparatus for Plants and Seeds

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2696310Y (zh) * 2004-03-16 2005-05-04 康绍忠 一种果树根区交替滴灌的灌溉系统
CN101574053A (zh) * 2009-05-21 2009-11-11 中国农业大学 一种智能式作物局部根区交替灌溉控制方法及系统
CN102150603A (zh) * 2010-12-01 2011-08-17 中国农业大学 一种实现多区域选择的智能灌溉系统
CN102550372A (zh) * 2011-12-13 2012-07-11 中国农业大学 根系分区交替灌溉控制器及其灌溉系统
CN203985296U (zh) * 2014-07-22 2014-12-10 黑龙江省农业科学院植物脱毒苗木研究所 温室智能控制分根交替滴灌系统
CN104351020A (zh) * 2014-11-04 2015-02-18 无锡北斗星通信息科技有限公司 基于图像采集的农田自动灌溉系统
US20160374277A1 (en) * 2015-06-29 2016-12-29 Stingray Watering System, LLC Plant irrigation device
CN207543925U (zh) * 2017-09-27 2018-06-29 浙江园冶生态建设有限公司 一种园林灌溉设备
CN207505518U (zh) * 2017-09-29 2018-06-19 新疆农业科学院经济作物研究所 一种利用田间滴灌系统对地膜下作物根部输气的装置
CN110178710A (zh) * 2019-07-03 2019-08-30 西安理工大学 一种基于根区土壤水分胁迫响应的灌溉装置及灌溉方法
US20210015056A1 (en) * 2019-07-17 2021-01-21 Jeffery Charles Main Aeration and Irrigation Apparatus for Plants and Seeds

Also Published As

Publication number Publication date
CN114651582B (zh) 2023-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114223521B (zh) 一种基于根系空间分布的滴灌装置
CN205030117U (zh) 一种温室水培循环灌溉系统
CN103503741B (zh) 灌溉系统及应用该灌溉系统浇灌水紫树幼苗的方法
CN105325278A (zh) 一种温室水培循环灌溉系统和营养液ec值控制方法
CN101695268A (zh) 管道灌溉加氧控制器
CN105210533A (zh) 一种温室水培循环灌溉系统和营养液ph值控制方法
CN108834873A (zh) 一种自动化水培种植系统和方法
CN205030116U (zh) 一种温室水培循环灌溉系统
CN114568269B (zh) 一种多根区循环交替滴灌方法
CN114568270B (zh) 一种远近根区交替灌溉系统的灌溉方法
CN114651582B (zh) 一种水肥气分根区交替灌溉方法
CN212279001U (zh) 一种植物种植家用智能灌溉装置
CN114532197B (zh) 一种涡状线式水肥气一体化地下滴灌装置及滴灌方法
CN205266420U (zh) 一种节水型植物墙
CN114698540B (zh) 一种基于湿点时长偏差诱导根系向下生长的灌溉方法
CN216874286U (zh) 一种茶叶种植用滴灌装置
KR101357111B1 (ko) 배양액 공급조건의 조정이 가능한 하부급수 방식의 수경재배장치
CN115039680A (zh) 一种基于干深时域诱导根系向下生长的灌溉装置及方法
CN206136852U (zh) 无土水栽培式灌溉装置
CN213029405U (zh) 用于植物培育装置中的虹吸式水循环系统
CN208691812U (zh) 一种封闭式栽培灌溉补氧增温一体化供给系统
CN107306688B (zh) 一种蕨类植物水肥氧微型集成板
CN106688419B (zh) 一种可控温循环式灌溉施肥装置
CN206165534U (zh) 一种低湿度的烟蚜寄主作物繁育装置
CN216960929U (zh) 一种工业大麻灌溉装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Liu Xiaochu

Inventor after: Zheng Jiapeng

Inventor after: Liang Zhongwei

Inventor after: Xiao Jinrui

Inventor before: Liu Xiaochu

Inventor before: Zheng Jiapeng

Inventor before: Liang Zhongwei

Inventor before: Xiao Jinrui

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant