CN114651710A - 可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及树木水肥养护系统，具体为可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，包括储水罐、增压泵、过滤器、主输水管道、输水支管道、常闭进水电磁阀、压力储水装置、常闭出水电磁阀和渗灌出水管，储水罐、增压泵、过滤器和主输水管道依次连接，输水支管道分区分行布置在渗灌区域，输水支管道都和主输水管道连接，每个输水支管道上都依次布置常闭进水电磁阀、压力储水装置和常闭出水电磁阀，每个输水支管道上连接有布置在树苗根部的渗灌出水管。传统的植树造林方式的单苗用水量动辄数升数十升，采用本系统后依据不同的树木品种和规格，可实现单苗日均数十毫升，且可以实现水肥自动化养护，本发明具有较强优势和应用价值。

Description

可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统

技术领域

本发明涉及树木水肥养护系统，具体为可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统。

背景技术

随着荒漠化的日益严重，数十年来人们一直致力于在荒漠化地区植树造林，投入巨大，也取得了不小的成就。但这些成就基本上都集中在水资源相对富足的地区，在水资源匮乏的地区成活率低，投入产出不成比例，因此这些地区不得不被人们舍弃。不像南方湿润地区可以通过飞机播撒树木种子即可落地生根，自我成才，在干旱的北方荒漠化地区，种树依旧必须通过挖坑、插苗、培土、浇水的标准程序进行，这样的一种传统种植方法很难通过机械化方式进行实施，特别是后期对树苗的养护管理方面，更是由于面积广大，水源匮乏，往往得不到很好的落实，因此栽种的树苗成活率较低且生长缓慢。在树木栽种时必须将水浇透，否则树木不易生根不易成活，因此植树造林是一件费时费工费水的工作，在后期的养护期，由于干旱的生长环境和贫瘠的土壤，使得苗木的成活与生长极其不易。

在碳达峰碳中和渐成潮流的今天，出于追求碳汇价值的目的，各种社会力量大举介入植树创汇的领域，由于种树的同时需要消耗大量的水资源，因此往往使得当地本就匮乏的水资源受到挤压，显得愈发匮乏，实际上已经对当地的水资源环境构成破坏和挤压。

有鉴于此，寻找一种可以大幅度减少用水的植树造林方法便成为当务之急。如果能在节水的前提下还可以对树木后期生长提供自动的水肥养护，则可以有效提高树木成活率和成长质量与速度。

发明内容

本发明针对北方荒漠化地区树木水肥养护费工费水的问题，提供了可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的节水植树系统。

本发明是采用如下的技术方案实现的：可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，包括主输水管道、输水支管道、带有压力开关的常闭进水电磁阀、压力储水装置、具有时间控制装置的常闭出水电磁阀和出水管，输水支管道分区分行布置在种植区域，输水支管道都和主输水管道连接，每个输水支管道上都依次布置常闭进水电磁阀、压力储水装置和常闭出水电磁阀，每个输水支管道上连接有若干个布置在树苗根部的出水管。

主输水管道接外部水源，进水时常闭进水电磁阀打开，水进入压力储水装置，压力储水装置内部压力会逐步升高，该压力值决定常闭进水电磁阀的工作状态，当压力值到达一定数值时常闭进水电磁阀被关闭之后，压力储水装置内部储存的水便会以具有一定压力的状态储存于此；当到了设定的时间常闭出水电磁阀就会被打开，压力储水装置中的水便会在压力的作用下通过它进入后续管网，超过一定时间后，常闭出水电磁阀又会在时间控制装置作用下进入关闭状态；输水支管道中的水在带压状态下由出水管顺畅地进入树苗根部的土壤中；由此实现树苗的自动水肥养护。

上述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，出水管为渗灌出水管，所采用的渗灌是一种最为节水的灌溉方式。现有的渗灌系统，只有一个总的储水罐，各个输水支管道上没有压力储水装置，这就造成了靠近储水罐的渗灌管出水多，远离储水罐的渗灌管出水少，渗灌系统出水不均匀，而本系统输水支管道是分区分行布置在养护区域，且每个输水支管道上都带有压力储水装置，实现分区分行带压存水，实现全种植区域内压力均衡且存水量均匀分布；压力储水装置由常闭出水电磁阀定时排水，分行灌溉，释放均匀，避免了集中供水方式造成的近泵端渗水过多、远泵端渗水不足造成的浪费水和灌溉效果不均匀的现象。

上述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，渗灌出水管由连接在输水支管道的出水口处的若干呈蓬松状态的膜管构成。由于渗灌出水管的膜管呈蓬松结构，各膜管可充分散布于树木根部的土壤中，使得树木根部土壤可以得到充分湿润，既有利于节水，也能够满足树木对于水分的需求。膜管呈松散状态，可做数量和长短的不同设置，方便依据所栽种的树木品种对于水分的要求贴合或疏离于树木根部，其松散的结构可将渗出的水分更均匀地分布于树木根部小区域内土壤中。

上述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，还包括储水罐和过滤器，储水罐通过过滤器和主输水管道连接。储水罐中预先存储水，储水罐中水经过过滤器过滤后进入到压力储水装置。

上述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，还包括带有时间控制启动开关和压力开关的增压泵，储水罐、增压泵、过滤器和主输水管道依次连接；增压泵带有时间控制启动开关和压力开关，在设定的时间可以自动启动，当管网内压力到一定值时可自动停止，当增压泵工作时常闭进水电磁阀被同步打开，此时增压泵输送过来的水通过常闭进水电磁阀进入压力储水装置。

上述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，过滤器为过滤精度达到或超过0.1微米的微滤、超滤或纳滤过滤器，膜管为过滤精度达到或超过0.1微米的微滤、超滤或纳滤膜的膜管；水中大于0.1微米的颗粒物均可被去除，因此管网中的水能够很顺畅地进入树木根部的土壤中，另外泥浆中的任何颗粒物的粒径均大于0.1微米，因此这些颗粒物无法通过回渗作用进入渗灌出水管的内部。

上述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，储水罐为带有水位控制输入开关的储水罐，外来水输入到一定水位时可自动关闭输入开关。

上述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，树苗根部局部空间的土壤为添加了保水剂、复合肥、土壤改性调节剂、酸碱调节剂、植物根部消毒剂、植物根部生长剂的改良土壤，使得小区域内的土壤环境更适合树木生长；所有这些成分在渗灌出水管输出的水分作用下被树木根部利用，渗灌出水管渗出的水部分存在于树木根部的土壤中，大部分被保水剂吸收储存起来缓慢释放；由于整个系统的用水量极低，因此这些成分在极少量的水的作用下实际上形成的是一个长效缓释的作用。呈蓬松结构的渗灌出水管将水均匀渗出在改良土壤中，改良土壤全部有效地将渗出的水吸收储存起来，二者有机结合，为树木提供一个良好的有利于生长的环境，促使树木健康快速生长。

上述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，本系统除可以用在植树造林领域外，也可以用于荒漠化干旱地区的种草与各种农作物的种植领域。

传统的植树造林方式需要的单苗用水量动辄数升数十升，采用本系统后依据不同的树木品种和规格，可实现单苗日均数十毫升，用水量可控可测，且可以实现水肥自动化养护，本发明具有较强优势和应用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为渗灌出水管的结构示意图。

图中：1-储水罐，2-增压泵，3-过滤器，4-主输水管道，5-输水支管道，6-常闭进水电磁阀，7-压力储水装置，8-常闭出水电磁阀，9-渗灌出水管，10-改良土壤，11-膜管。

具体实施方式

本发明提供了一种可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的节水植树系统，如图示1。

图中：

1是带有水位控制输入开关的储水罐，当外来水（无论是水泵输入还是水车输入）输入到一定水位时可自动关闭输入开关。

2是带有时间控制启动开关和压力开关的增压泵，在设定的时间可以自动启动，当管网内压力到一定值时可自动停止。

3是具有过滤精度达到或超过0.1微米的微滤、超滤或纳滤过滤器，可以保证进入管网内的水中不会含有大于0.1微米的颗粒物，由此杜绝在管网内部的一切可以引起沉淀堵塞的因素。

4是主输水管道，负责将水分送至不同区域的输水支管道。

5是各区域内的输水支管道，负责将水送往后续的支路压力储水装置以及渗灌出水管。

6是带有压力开关的常闭进水电磁阀，当增压泵2工作时它被同步打开，此时增压泵2输送过来的水通过它进入后续管道和压力储水装置，当管道中压力达到一定值时在压力开关的作用下关闭。

7是压力储水装置，当水通过电磁阀6进入压力储水装置后，其内部压力会逐步升高，该压力值决定电磁阀6的工作状态。当压力值到达一定数值时电磁阀6被关闭之后，其内部储存的水便会以具有一定压力的状态储存于此。

8是具有时间控制装置的常闭出水电磁阀，当到了设定的时间它就会被打开，压力储水装置7中的水便会在压力的作用下通过它进入后续管网。超过一定时间后，它又会在时间控制装置作用下进入关闭状态。

9是由具有过滤精度达到或超过0.1微米的微滤、超滤或纳滤膜的膜管11构成的渗灌出水管，各膜管11呈蓬松结构，它被埋在所种植树苗的根部，由于管网中的水已经被过滤，水中大于0.1微米的颗粒物均被去除，因此管网中的水能够很顺畅地通过它进入树木根部的土壤中，当水进入土壤中之后会在渗灌出水管9附近形成泥浆，因为泥浆中的任何颗粒物的粒径均大于0.1微米，因此这些颗粒物无法通过回渗作用进入渗灌出水管9的内部，从而有效避免渗灌出水管的堵塞。由于构成渗灌出水管的膜管呈蓬松结构，各膜管可充分散布于树木根部的土壤中，使得树木根部土壤可以得到充分湿润，既有利于节水，也能够满足树木对于水分的需求。构成渗灌出水管9的膜管呈松散状态，可做数量和长短的不同设置，方便依据所栽种的树木品种对于水分的要求贴合或疏离于树木根部，其松散的结构可将渗出的水分更均匀地分布于树木根部小区域内改良土壤10中。

10是树苗根部局部空间的改良土壤，具体讲就是挖坑栽种后回填的土壤中被添加了保水剂、复合肥、土壤改性调节剂、酸碱调节剂、植物根部消毒剂、植物根部生长剂等等有助于改良土壤有助于树木成活生长的有效成分，使得小区域内的土壤环境更适合树木生长。所有这些成分在渗灌出水管9输出的水分作用下被树木根部利用。渗灌出水管9渗出的水部分存在于树木根部的土壤中，大部分被保水剂吸收储存起来缓慢释放。由于整个系统的用水量极低，因此这些成分在极少量的水的作用下实际上形成的是一个长效缓释的作用。由于改良土壤10中保水剂的存在，它作为渗灌出水管9的有力补充，可以确保渗出的水分在土壤中的有效存储，也正是由于这些被有效存储起来的水才可以使得各种营养物起作用。

综上，本系统为了最大程度实现节水的目的，采用了渗灌的方式。其理由如下：

从形式上看，农业灌溉大致可以分为浇灌、喷灌、滴灌和渗灌四种方式。前三种方式为地表灌溉，后一种为地下灌溉。依据这一顺序，用水量分别为巨大、较大、较少和极少。据相关统计数据各种灌溉方式需要的用水量各有不同，以浇灌用水量为100计，喷灌大约需要50，滴灌大约需要30，渗灌则只需要不到10。在可用水源日趋减少的今天，农林灌溉围绕节水科技全面展开。渗灌即是最新最节水的一种灌溉方式。

通常的渗灌技术是采用渗灌管埋入地表以下接近植物根部的位置，通过渗灌管的微隙向植物根部渗水，由于渗出的水量有限，向下因水量较少不会继续渗透，向上由于有地表土层的遮挡，蒸发量也几乎没有，渗出的水量与植物生长所需的水量大致吻合，从而达到节约用水的目的。

目前渗灌采用的渗灌管采用有机高分子材料制成，其渗水孔利用物理或化学方法使其形成管壁微隙，如颗粒橡胶管，也有利用机械打孔方法形成微孔的，如PE管。无论哪种方式，其微隙或微孔都需要控制在一定的尺寸范围，否则渗水量便会增大，达不到节水的目的。而当孔径尺寸适当时，开始渗水量合适，但使用一段时间之后渗水量便会随着微隙或微孔的堵塞逐渐减少，直至完全堵塞。当微隙或微孔堵塞到一定程度，渗水量不足以维持植物生长所需时，该渗水管便宣告报废。

造成微隙或微孔堵塞的主要原因大致有两种，一是反向渗透压，二是微生物。在渗水管中有压力时，管中的水才可以向外渗透。当停止浇灌，关闭渗水管水源阀门时，渗水管中压力趋于减小，这时管道外部的水压受土壤压力和日夜温差的影响在一定的时间段反倒会比管内压力高（如同做皮下注射时刚注射完皮下液体也会有一定压力，需要用棉签压一会儿注射孔，免得液体流出一样），此时渗水管外部的水（实际上是泥浆）会向管内回渗，时间一长，反复作用，泥浆便会堵塞渗水孔甚至于将整个管道堵死。在渗水管外部的土壤中既有一定的土壤间隙，此间隙中含有空气，又有渗出的水，还有大量的矿物质和营养物，这样就为微生物的生长提供了极好的环境，微生物便会在渗水孔附近生长并逐步包裹住渗水管，从而堵塞微隙或微孔。

由于以上原因的存在，渗水管的堵塞便成为必然。当微隙或微孔堵塞后，该管道即报废。重新铺设是一件工作量和成本都很大的事情，况且很多情况下还不能重新铺设，比如在木本植物下边的管道。渗水孔堵塞的问题成为阻碍渗灌技术发展的关键难题。

由此可以看出，渗灌确实是一种最为节水的灌溉方式，而堵塞是影响渗灌实施的最大障碍。针对渗灌管网堵塞，也有许多技术人员进行专项研究，出台了很多种解决方案，大家普遍能够想到的解决方案一般是在水源入口端先采取过滤，而后在出水端采用滤网装置，以抵挡泥浆中的颗粒物回渗进入管网。采用的材料和方案形形色色不一而足。但这些方案鲜有落地实施的。究其原因，在于：采用的过滤材料孔径较大的（比如毫米级的），起不到过滤效果，依旧会有能够引起沉淀的颗粒物进入管网内部形成沉淀堵塞，达不到设计目的。采用的过滤材料孔径较细的（比如微米级的），此时因为过滤材料致密的原因，需要有较高的管网压力差，才能将水压迫通过过滤材料起到过滤作用，否则也会影响过滤，要么由于压力小的缘故水通过不了过滤材料，要么能够通过的水的流速流量也会小到失去应用价值。因此采用致密的精度高的过滤材料必须在过滤材料前施加足够的工作压力。以目前的过滤材料市场看，能够达到微米级及以上的过滤材料有微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。由于反渗透膜的过滤需要伴随对膜的冲洗，不是一种节水模式的过滤材料，因此在这个领域无人采用反渗透膜。大家普遍采用的就是上述前三种过滤材料。采用这三种过滤材料一般需要给予100KP以上的工作压力。如此高的工作压力使得在出水终端对于出水的控制就非常必要，否则很容易造成局部出水过量，大部分区域供水不足的现象，造成水资源的浪费和灌溉效果不佳的状况。

针对传统渗灌技术的弊端以及各种改进方案的不足，本发明从产品结构入手进行了改进，在渗灌终端——也就是渗灌出水管9采用了膜结构装置使得泥浆反渗的情况得到了根本解决。为了避免管网中水含有的杂质从内部堵塞渗灌出水管9，所以在管网起始端口便将水进行了预过滤，保障进入管网的水中不会含有可以引起沉淀堵塞的物质。

由于所用膜具有致密结构，需要有一定的压力方可使水通过，因此。将整个管网设为全程带压运行。由于有压力的存在，控制出水量便成为关键，使管网中的水能够得到均匀释放，否则难以达到节水的目的。现有渗灌技术几乎全部都是在微压或较低压力状态下运行的，因为微压状态可以减缓渗水速度，便于控制总体用水量，压力稍高，其出水量便会剧增，造成水资源浪费。为了解决这个问题，设计了控制进和出的两个电磁阀6、8以及一个压力储水装置7进行分区逐行设置，达到均匀排水的目的，以保障灌溉效果。常闭进水电磁阀6的关闭是依据压力储水装置7的压力值工作的，该压力值决定了压力储水装置7中水的容量，通过调整该压力值调节压力储水装置7中的水容量，从而实现终端渗水量的可控和可测性，从而保障节水的目的。

在渗灌出水管9周围进行的小区域土壤改良，既可以全部有效地将渗出的水吸收储存起来，经过缓慢释放溶解土壤中的各种营养物，能够为树木提供一个良好的有利于生长的环境，促使树木健康快速生长。

Claims (10)

1.可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：包括主输水管道（4）、输水支管道（5）、带有压力开关的常闭进水电磁阀（6）、压力储水装置（7）、具有时间控制装置的常闭出水电磁阀（8）和出水管，输水支管道（5）分区分行布置在养护区域，输水支管道（5）都和主输水管道（4）连接，每个输水支管道（5）上都依次布置常闭进水电磁阀（6）、压力储水装置（7）和常闭出水电磁阀（8），每个输水支管道（5）上连接有若干个布置在树苗根部的出水管。

2.根据权利要求1所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：出水管为渗灌出水管（9）。

3.根据权利要求2所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：渗灌出水管（9）由连接在输水支管道（5）的出水口处的若干呈蓬松状态的膜管（11）构成。

4.根据权利要求3所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：还包括储水罐（1）和过滤器（3），储水罐（1）通过过滤器（3）和主输水管道（4）连接。

5.根据权利要求4所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：还包括带有时间控制启动开关和压力开关的增压泵（2），储水罐（1）、增压泵（2）、过滤器（3）和主输水管道（4）依次连接。

6.根据权利要求4或5所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：过滤器（3）为过滤精度达到或超过0.1微米的微滤、超滤或纳滤过滤器，膜管（11）为过滤精度达到或超过0.1微米的微滤、超滤或纳滤膜的膜管。

7.根据权利要求3所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：膜管（11）为过滤精度达到或超过0.1微米的微滤、超滤或纳滤膜的膜管。

8.根据权利要求4或5所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：储水罐（1）为带有水位控制输入开关的储水罐。

9.根据权利要求1或2或3或4或5所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：树苗根部局部空间的土壤为添加了保水剂、复合肥、土壤改性调节剂、酸碱调节剂、植物根部消毒剂、植物根部生长剂的改良土壤（10），其中的内容物通过渗灌出水管（9）渗出的水经溶解后作用于植物根部。

10.根据权利要求1或2或3或4或5所述的可在荒漠化干旱地区实现自动水肥养护的可控节水植树系统，其特征在于：本系统除可以用在植树造林领域外，也可以用于荒漠化干旱地区的种草与各种农作物的种植领域。

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