CN114916419A - 荒漠地区蒸汽灌溉装置及种植方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种荒漠地区蒸汽灌溉装置及种植方法，属于农业种植技术领域。荒漠地区蒸汽灌溉装置包括蒸发器、扩容器、输气管路、透水透气导气通道和送风机构。荒漠地区种植方法应用上述的荒漠地区蒸汽灌溉装置。本发明不仅能够实现对土体的加湿和对植物的灌溉，而且能够以海水、盐碱水等之前难以用于灌溉的水用作灌溉，且水的利用率非常高，也能够大大节省淡水资源，有利于耐旱植物的种植和干旱地区的荒漠化治理；而且受到环境温度的影响非常小，可以一年四季都进行使用，且能够保持植物根系，有利于提升植物的存活率；且一次性投入就可以长期种植使用，并能相对低成本地做到大范围使用，具有较强的实用性和较好的应用前景。

Description

荒漠地区蒸汽灌溉装置及种植方法

技术领域

本发明属于农业种植技术领域，更具体地说，是涉及一种荒漠地区蒸汽灌溉装置及种植方法。

背景技术

在荒漠或沙漠区域，由于缺水、土壤松散和沙尘暴等因素的影响，植物的成活率非常低，很难成功种植植物。目前在荒漠或沙漠区域种植植物主要是先采用方格草或其他方法固沙防沙，然后栽培植物后通常采取水车运水灌溉或滴灌的方法维持植物的正常生长。但是这些灌溉方式存在以下问题。

1、必须使用淡水灌溉，且水资源利用率不高。由于对植物的灌溉必须使用淡水或低浓度的盐碱水，而荒漠或沙漠区域一般淡水资源比较匮乏，即使有水资源，也多是海水或盐碱水等难以用于灌溉的水，虽然海水、盐碱水也能进行淡化处理，但是直接处理的成本非常高，因此大规模的淡水灌溉成本高、难度大；因此现有技术中会采用一些节水的灌溉技术来降低灌溉的用水量，而滴灌是当前公认的最节水的灌溉方式，但是由于目前滴灌的管道一般铺设在地面上，滴出的水中很大一部分会迅速蒸发到空气中，植物根系只能吸收一小部分，使得水资源的利用率并不高。

2、植物成活率低，后期维护成本高、风险大。由于即使采用滴灌，也很难保证连续灌溉，不仅需要大量的人工巡视维护，而且实际的灌溉并不稳定，使得植物幼苗非常容易缺水死亡，为了提高幼苗的成活率，只能延长灌溉时间、加大灌溉量，又会消耗更多的水资源；而且荒漠或沙漠区域一般昼夜、冬夏温差比较大，过高或过低的温度容易造成植物的浅层根系损伤，会导致植物难以抽芽而死亡；同时，一些地区常有巨风袭击，再加上沙土质地松软，大风很容易将植物连根拔起，导致死亡，同时也容易使滴灌设备产生巨大损坏，导致植物短时间内缺水。

3、灌溉范围和种植方式受限，且种植适应性差。因为荒漠或沙漠区域往往存在高低起伏的沙丘等具有一定高差的地形，而液态水只能沿着地形向下流动或在小范围水平线上流动，因此灌溉范围和方式会受到比较大的限制，使得作物的种植，特别是经济作物的种植，往往只能整平或平缓的沙丘上进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荒漠地区蒸汽灌溉装置及种植方法，以解决现有技术中存在的荒漠或沙漠区域种植植物水资源利用率不高，植物成活率低，后期维护成本高、风险大，灌溉范围和种植方式受限，且种植适应性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种荒漠地区蒸汽灌溉装置，包括蒸发器、扩容器、输气管路、透水透气导气通道和送风机构，蒸发器用于将经过的气体加湿，形成富含水汽的湿润气体；扩容器具有容纳腔体，且与蒸发器连接，用于接收蒸发器中的湿润气体，以对湿润气体中多余的水汽或盐分进行沉降；输气管路与扩容器连接，以输送湿润气体；透水透气导气通道埋设在土体内，且与输气管路连接，以将输气管路输送来的湿润气体释放到土体中；送风机构与蒸发器连接，用于向蒸发器内吹入气体，使蒸发器内的气体加湿后经由扩容器和输气管路进入透水透气导气通道。

在一种可能的实现方式中，蒸发器内设有水气混合组件，用以将进入蒸发器的气体与蒸发器内的水混合，富含水汽的湿润气体；扩容器的容纳腔体内设有吸水透气组件，用以对经过扩容器的湿润气体进行过滤，通过吸附的方式去除去湿润气体中未变成水蒸气的液滴。

在一种可能的实现方式中，扩容器还设有清洗组件，清洗组件用于利用净水或净风对吸水透气组件进行清理，减少或去除吸水透气组件上附着的水；水气混合组件包括雾化器、喷淋组件、浸水管组件或水泡石组件；吸水透气组件包括波纹板除水器、冷凝储水器、阻水的过滤层或吸水填料。

在一种可能的实现方式中，蒸发器上设有用于注水的注水口、与送风机构连接的入风口、与扩容器连接的出风口以及用于检测内部水位的水位检测仪；扩容器上设有与蒸发器连接的进气口、与输气管路连接的出气口以及用于添加气态肥的肥料进口；输气管路上设有用于控制输气管路的气体流量的控制阀；扩容器下部与蒸发器下部连通，以将扩容器内的水导入蒸发器中；蒸发器设有加热组件，以加速气体转化为水蒸气。

在一种可能的实现方式中，输气管路包括不透气的塑料管、橡胶管、金属管、水泥管或管廊；透水透气导气通道为硬质的植物根系不能穿透的结构；透水透气导气通道包括带排气孔的导管、或者带支撑的纱网管；透水透气导气通道外设有吸水包裹层，用于吸收透水透气导气通道中释放出来的气体中的水，避免水分流失。

在一种可能的实现方式中，透水透气导气通道为带支撑的纱网管时，包括支撑杆、支撑环和纱网，支撑杆支撑在支撑环内，纱网围设在若干间隔设置的支撑环外部卷成筒状，形成透气性好的纱网管；在相邻的支撑环之间环向连接若干道牵拉绳；吸水包裹层包括骨架基材和吸水填料，骨架基材为多孔结构，吸水填料填充在骨架基材内，骨架基材包括布片、海绵和沙土中的一种或多种，吸水填料包括秸秆、有机肥、无机肥中的一种或多种。

在一种可能的实现方式中，透水透气导气通道每隔预设距离设有一段下弯段或加固桩，下弯段的埋深深于透水透气导气通道的其他部位，加固桩埋设在土体的深层且与透水透气导气通道连接。

在一种可能的实现方式中，蒸发器和扩容器均埋设在地下；送风机构为电动机构，荒漠地区蒸汽灌溉装置还包括电源组件，电源组件与送风机构电连接，以进行供电；电源组件包括蓄电组件、变电组件和发电组件中的一种或多种。

在一种可能的实现方式中，荒漠地区蒸汽灌溉装置还包括尾部调节器，尾部调节器与透水透气导气通道连接，用于调节透水透气导气通道内的气压和气体流速；尾部调节器为阀门或负压抽吸设备；尾部调节器上还设有集水结构；尾部调节器包括电控阀门、湿度传感器、光敏传感器和控制器，湿度传感器用于检测电控阀门之前的透水透气导气通道内的湿度，光敏传感器用于检测外界的光照强度，控制器分别与电控阀门、湿度传感器和光敏传感器电连接，以根据湿度传感器和光敏传感器传递的数据，控制电控阀门的开度，进而控制尾部调节器排出的气体的量。

本发明提供的荒漠地区蒸汽灌溉装置的有益效果在于：与现有技术相比，具有以下优势：

1、水源可以直接采用海水、盐碱水等之前难以用于灌溉的水，且利用率非常高，有利于节水；

2、水是气态运输的，受地形、高差和温度的影响较小，能够实现跨地形地大范围灌溉，且能保护植物的根系；

3、透水透气导气通道埋设在土体内，受到风沙的影响比较小，且在植物根系在周围发育后，能够与植物共同形成比较稳固的体系，提升装置和植物的抗逆性。

具体地，本发明通过送风机构带动内部的气体循环，使干燥的空气等气体在通过蒸发器和扩容器加湿除盐后，再通过输气管路和埋设在土体中的透水透气导气通道释放到土体中，会在土体中形成一个环形的富水区域，供植物的根系吸收，而释放到土体以外的空气中的量非常少，水的利用率非常高，不仅能够实现对土体的加湿和对植物的灌溉，而且十分节水，有利于耐旱植物的种植和干旱地区的荒漠化治理；同时由于蒸发器和扩容器的配合能够以海水、盐碱水等之前难以用于灌溉的水用作灌溉，也能够大大节省淡水资源，非常适合荒漠地区的使用；而且由于是采用气体输送的方式，而且受到环境温度、地形和高差的影响非常小，能够实现跨地形地大范围灌溉，尤其是对于冻害的抵抗能力非常强，可以一年四季都进行使用，在昼夜温差大、冬夏温差大的区域中，高温时能够吸热提升灌溉效果，在低温时能够通过气体输送热量保护植物根系，能够降低植物根系被高温灼伤的可能，且能避免在冬季寒冷时期根部被冻伤，更加有利于提升植物的存活率；另外，装置整体结构简单，一次性投入就可以长期使用，且能相对低成本地做到大范围使用，具有较强的实用性和较好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种荒漠地区种植方法，应用上述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，包括以下步骤：

A、准备并安装连接送风机构、蒸发器、扩容器和输气管路；

B、按透水透气导气通道的设计路线挖掘埋管沟，并将透水透气导气通道布设在在埋管沟内，接着将透水透气导气通道一端与输气管路连接，并在透水透气导气通道上安装尾部调节器，之后向埋管沟内填入吸水包裹层，并用土将埋管沟埋起来；

C、在透水透气导气通道附近种植植物；

D、向蒸发器内注水，并开启送风机构，向蒸发器内注入空气，使空气在蒸发器内吸收水汽后，在扩容器内去除多余的水分和盐分，之后通过输气管路进入透水透气导气通道，最后被释放到土体中。

本发明提供的荒漠地区种植方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过应用上述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，不仅能够实现对土体的加湿和对植物的灌溉，而且能够以海水、盐碱水等之前难以用于灌溉的水用作灌溉，且水的利用率非常高，也能够大大节省淡水资源，有利于耐旱植物的种植和干旱地区的荒漠化治理；而且受到环境温度的影响非常小，可以一年四季都进行使用，且能够保持植物根系，有利于提升植物的存活率；且一次性投入就可以长期种植使用，并能相对低成本地做到大范围使用，具有较强的实用性和较好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的荒漠地区蒸汽灌溉装置的示意简图；

图2为本发明实施例提供的荒漠地区蒸汽灌溉装置的透水透气通道周围含水区域的示意图；

图3为本发明另一实施例提供的荒漠地区蒸汽灌溉装置的示意简图；

图4为本发明另一实施例提供的荒漠地区蒸汽灌溉装置的透水透气导气通道部位的横截面结构示意图。

其中，图中各附图标记如下：

10、送风机构；

20、蒸发器；21、水气混合组件；

30、扩容器；31、吸水透气组件；32、清洗组件；

40、输气管路；41、控制阀；

50、透水透气导气通道；51、吸水包裹层；52、支撑环；

53、纱网；54、支撑杆；55、牵拉绳；56、下弯段；

60、尾部调节器；61、电控阀门；

62、湿度传感器；63、光敏传感器；64、控制器；

70、电源组件；

80、地面；81、饱和层；82、富水层；83、含水层；84、干沙区域。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要进一步说明的是，本发明的附图和实施方式主要对本发明的构思进行描述说明，在该构思的基础上，一些连接关系、位置关系、动力机构、供电系统、液压系统及控制系统等的具体形式和设置可能并未没有描述完全，但是在本领域技术人员理解本发明的构思的前提下，本领域技术人员可以采用熟知的方式对上述的具体形式和设置予以实现。

当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

现对本发明提供的荒漠地区蒸汽灌溉装置及种植方法进行说明。

本发明主要更改了种植技术当中的灌溉技术，从原本人们熟知的液态水灌溉转型到了蒸汽式灌溉的方式。众所周知，任意水源变成水蒸气后都是淡水，因而，本发明可以应用任何水源进行灌溉，不再只依靠淡水资源。这种蒸汽式灌溉方式主要是通过自然挥发或者人工干预的方式，在蒸发器(20)等储水容器当中生成水蒸气，再通过增加储水容器的压力，或者减少容器的压力，迫使空气携带水蒸气进入地下空间，再由沙土缓慢吸收水蒸气达到一定湿度，而后达到灌溉的效果。

请参阅图1，本发明第一实施方式提供的荒漠地区蒸汽灌溉装置，包括蒸发器20、扩容器30、输气管路40、透水透气导气通道50和送风机构10，蒸发器20用于将经过的气体加湿，形成富含水汽的湿润气体；扩容器30具有容纳腔体，且与蒸发器20连接，用于接收蒸发器20中的湿润气体，以对湿润气体中多余的水汽或盐分进行沉降；输气管路40与扩容器30连接，以输送湿润气体；透水透气导气通道50埋设在土体内，且与输气管路40连接，以将输气管路40输送来的湿润气体释放到土体中；送风机构10与蒸发器20连接，用于向蒸发器20内吹入气体，使蒸发器20内的气体加湿后经由扩容器30和输气管路40进入透水透气导气通道50。

在使用时，将装置安装后，向蒸发器20中添加淡水、海水、盐碱水等能够提供水蒸气的水(也可以是其他的含水物质)，再开启送风机构10，向蒸发器20内注入空气等气体(如果有特殊需求，也可以注入其他气体，或者可以注入气态肥)，使空气在蒸发器20内经过水的表面或与水混合后能够吸收水汽形成湿润气体，之后湿润气体进入扩容器30缓冲，流速下降，其中的多余水分和盐分以液滴的形式沉降下来，使得湿润气体中仅含有较多的较为纯净的水蒸气，接着再通过输气管路40进入透水透气导气通道50，最后被释放到土体中，湿润土体，对种植在土体中的植物进行灌溉补水，从而保证一些耐旱植物的基本用水需求。

本实施例提供的荒漠地区蒸汽灌溉装置，与现有技术相比，具有以下优势：

1、水源可以直接采用海水、盐碱水等之前难以用于灌溉的水，且利用率非常高，有利于节水；

2、水是气态运输的，受地形、高差和温度的影响较小，能够实现跨地形地大范围灌溉，且能保护植物的根系；

3、透水透气导气通道50埋设在土体内，受到风沙的影响比较小，且在植物根系在周围发育后，能够与植物共同形成比较稳固的体系，提升装置和植物的抗逆性。

具体地，本发明通过送风机构10带动内部的气体循环，使干燥的空气等气体在通过蒸发器20和扩容器30加湿除盐后，再通过输气管路40和埋设在土体中的透水透气导气通道50释放到土体中，会在土体中形成一个环形的富水区域，供植物的根系吸收，而释放到土体以外的空气中的量非常少，水的利用率非常高，不仅能够实现对土体的加湿和对植物的灌溉，而且十分节水，有利于耐旱植物的种植和干旱地区的荒漠化治理；同时由于蒸发器20和扩容器30的配合能够以海水、盐碱水等之前难以用于灌溉的水用作灌溉，也能够大大节省淡水资源，非常适合荒漠地区的使用；而且由于是采用气体输送的方式，而且受到环境温度、地形和高差的影响非常小，能够实现跨地形地大范围灌溉，尤其是对于冻害的抵抗能力非常强，可以一年四季都进行使用，在昼夜温差大、冬夏温差大的区域中，高温时能够吸热提升灌溉效果，在低温时能够通过气体输送热量保护植物根系，能够降低植物根系被高温灼伤的可能，且能避免在冬季寒冷时期根部被冻伤，更加有利于提升植物的存活率；另外，装置整体结构简单，一次性投入就可以长期使用，且能相对低成本地做到大范围使用，具有较强的实用性和较好的应用前景。

请一并参阅图2至图4，本发明在第一实施方式基础上又提供的一种具体实施方式如下：

蒸发器20内设有水气混合组件21，用以将进入蒸发器20的气体与蒸发器20内的水混合，富含水汽的湿润气体；扩容器30的容纳腔体内设有吸水透气组件31，用以对经过扩容器30的湿润气体进行过滤，通过吸附的方式去除去湿润气体中未变成水蒸气的液滴，由于盐碱物质难以气化，因此会随着液滴被过滤出去，极大降低湿润气体中的盐分含量，这样就能极大减少甚至避免直接将水气混合后的气体中携带的盐分送入土体中。

扩容器30还设有清洗组件32，清洗组件32用于利用净水或净风对吸水透气组件31进行清理，减少或去除吸水透气组件31上附着的水；水气混合组件21包括雾化器、喷淋组件、浸水管组件或水泡石组件；吸水透气组件31包括波纹板除水器、冷凝储水器、阻水的过滤层或吸水填料。

水气混合组件21可以是设在蒸发器20内的雾化器、喷淋组件、浸水管组件或水泡石组件；由于本发明包含送风机构10，因此也可采用利用风力的雾化装置或结构，增加容器内水蒸气含量；吸水透气组件31可以是波纹板除水器、冷凝储水器等除水器设备，也可以是阻水的过滤层、吸水填料等结构，阻水的过滤层可以是悬垂在扩容器30进气口附件的海绵、布条等，以在吸水后使水滴落至扩容器30底部，保持中上部的吸水效果。

清洗组件32可以是设在吸水透气组件31的上方的淋水器或注水管，也可以是设在吸水透气组件31的上方或周围的风管。净水或净风是指不含或含有少量盐分等对植物有害的物质的水或风。采用淋水或注水的方式进行清洗，可以降低吸水透气组件31上的盐分，起到较好的过滤效果，通过还能对湿润气体继续加湿，使其保持较高的水蒸气含量；而采用吹风的方式，通过风力的气流影响和震动影响能使吸水透气组件31上的水迅速下落，同时无需引入净水，有利于节水。

蒸发器20上设有用于注水的注水口、与送风机构10连接的入风口、与扩容器30连接的出风口以及用于检测内部水位的水位检测仪；扩容器30上设有与蒸发器20连接的进气口、与输气管路40连接的出气口以及用于添加气态肥的肥料进口。

输气管路40上设有用于控制输气管路40的气体流量的控制阀41。

扩容器30下部与蒸发器20下部连通，以将扩容器30内的水导入蒸发器20中。

蒸发器20设有加热组件，以加速气体转化为水蒸气。

加热组件可以是设在蒸发器20内的加热器，也可以是设在蒸发器20上的换热器，以将外部空气或阳光的热量导入蒸发器20内。

输气管路40包括不透气的塑料管、橡胶管、金属管、水泥管或管廊等形式，用以将湿润气体输送到预定位置；透水透气导气通道50为硬质的植物根系不能穿透的结构；

透水透气导气通道50应为硬质结构，以避免埋设后被土体压扁，而难以保持良好的灌溉效果，且透水透气导气通道50最好为植物根系不能穿透的结构，如采用密眼网为外层材料或外包裹材料的管道，这样植物根系就不会穿过透水透气导气通道50将其堵塞，而是会生长在透水透气导气通道50周围，一方面可以更好地吸收水分，另一方面也能起到更好地加固效果，以抵抗风沙等外界恶劣环境的破坏。

透水透气导气通道50包括带排气孔的导管、或者带支撑的纱网53管等形式，用以将湿润气体逐步释放到土体中；透水透气导气通道50外设有吸水包裹层51，用于吸收透水透气导气通道50中释放出来的气体中的水，避免水分流失。

透水透气导气通道50可以为一条或多条，也可以有多个分支，每一条都可以作为一个独立的整体进行灌溉。

透水透气导气通道50为带排气孔的导管时，可以是打设出排气孔的金属管、塑料管、水泥管等，也可以是自身为多孔结构的水泥管、复合管材等。

透水透气导气通道50为带支撑的纱网53管时，包括支撑杆54、支撑环52和纱网53，支撑杆54支撑在支撑环52内，纱网53围设在若干间隔设置的支撑环52外部卷成筒状，形成透气性好的纱网53管，这种纱网53管透气性好，不易堵塞，且成本非常低，有利于大面积使用。

为了保证纱网53管的纵向强度，可以在相邻的支撑环52之间环向连接若干道牵拉绳55，在纱网53管铺设时，如果拉力过大就会将牵拉绳55绷紧，一方面能够避免拉力过大将纱网53管拉得过细，另一方面牵拉绳55绷紧后对纱网53管的侧壁的纱网53能够起到支撑作用，提升其抗压性。

吸水包裹层51包括骨架基材和吸水填料，骨架基材为多孔结构，吸水填料填充在骨架基材内，骨架基材包括布片、海绵和沙土中的一种或多种，吸水填料包括秸秆、有机肥、无机肥中的一种或多种。

具体地，吸水包裹层51可以使用吸水性材料(例如布片、海绵等)包裹透水透气导气通道周围即可，可减少沙土入侵通道，也因为吸水性材料比沙土的吸水能力更强达到增加灌溉量的效果；也可以使用秸秆、有机肥等材料与沙土混合，增加吸水能力；还可以使用草木灰、沙土和水的混合物包裹透水透气导气通道周围，其效果最佳。

透水透气导气通道50每隔预设距离设有一段下弯段56或加固桩，下弯段56的埋深深于透水透气导气通道50的其他部位，加固桩埋设在土体的深层且与透水透气导气通道50连接。

设置下弯段56或加固桩有利于让整体结构更加牢固，尤其是设置下弯段56，可以使植物根系扎根在更深处，能够通过植物的根系起到更好地加固作用，有利于防止龙卷风等风险等外界恶劣环境的破坏。

蒸发器20和扩容器30可以均埋设在地下，一方面能够避免占用地上的土地，另一方面能够避免过高或过低温度对灌溉的影响，免产生冻裂或高温气体烫伤植物根系的情况的发生。

送风机构10为电动机构，荒漠地区蒸汽灌溉装置还包括电源组件70，电源组件70与送风机构10电连接，以进行供电；电源组件70包括蓄电组件、变电组件和发电组件中的一种或多种。

具体地，电源组件70可以是风力发电组件或光伏发电组件，这样可以避免在荒漠布设线缆，解决一些地区难以布设供电线路的问题，有利于降低成本，且更加节能环保；而且由于灌溉装置无需连续使用，因此可以在有风、光的时候运行，而没有风、光的时候就暂停灌溉。

荒漠地区蒸汽灌溉装置还包括尾部调节器60，尾部调节器60与透水透气导气通道50连接，用于调节透水透气导气通道50内的气压和气体流速。

尾部调节器60最好与透水透气导气通道50远离输气管路40的一端连接，以使透水透气导气通道50所有的部分都能均匀释放湿润空气。

尾部调节器60可以是阀门或负压抽吸设备

所述尾部调节器(60)上还设有集水结构，以进一步节水。

优选地，尾部调节器60包括电控阀门61、湿度传感器62、光敏传感器63和控制器64，湿度传感器62用于检测电控阀门61之前的透水透气导气通道50内的湿度，光敏传感器63用于检测外界的光照强度，控制器64分别与电控阀门61、湿度传感器62和光敏传感器63电连接，以根据湿度传感器62和光敏传感器63传递的数据，控制电控阀门61的开度，进而控制尾部调节器60排出的气体的量，这样能够根据需求自动化地进行控制，节省人力。

本发明第二实施方式提供的一种荒漠地区种植方法，应用上述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，包括以下步骤：

A、准备并安装连接送风机构10、蒸发器20、扩容器30和输气管路40；

B、按透水透气导气通道50的设计路线挖掘埋管沟，并将透水透气导气通道50布设在在埋管沟内，接着将透水透气导气通道50一端与输气管路40连接，并在透水透气导气通道50上安装尾部调节器60，之后向埋管沟内填入吸水包裹层51，并用土将埋管沟埋起来；

C、在透水透气导气通道50附近种植植物；

D、向蒸发器20内注水，并开启送风机构10，向蒸发器20内注入空气，使空气在蒸发器20内吸收水汽后，在扩容器30内去除多余的水分和盐分，之后通过输气管路40进入透水透气导气通道50，最后被释放到土体中。

本实施例提供的荒漠地区种植方法，与现有技术相比，通过应用上述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，不仅能够实现对土体的加湿和对植物的灌溉，而且能够以海水、盐碱水等之前难以用于灌溉的水用作灌溉，且水的利用率非常高，也能够大大节省淡水资源，有利于耐旱植物的种植和干旱地区的荒漠化治理；而且受到环境温度的影响非常小，可以一年四季都进行使用，且能够保持植物根系，有利于提升植物的存活率；且一次性投入就可以长期种植使用，并能相对低成本地做到大范围使用，具有较强的实用性和较好的应用前景。

实施例一：

一、本发明提供的一种具体实施例中，荒漠地区蒸汽灌溉装置包括以下主要设备。

Ⅰ、以相对密闭的储水容器作为蒸发器20，且满足以下要点：1、为相对封闭的储水容器；2、必须有水和空气才能达到效果；3、容器与其他部件存在大气压力差才能达到效果；4、包含水位仪、注水口、入风口、出风口等结构。

Ⅱ、二级扩容器和空气开关若干，且满足以下要点：1、相对封闭的储水容器；2、不必须有水；3、有入气口，并与相对密闭的储水容器连接，且连接后成相对整体；4、具有出风口；5、有空气开关等因素主动控制空气的流动；6、能够减缓海水、咸水等有害物质；7、有独立开口，方便添加化肥，或者处理杂物的功能。

Ⅲ、以鼓风设备作为送风机构10，且满足以下要点：1、能够改变相对密闭的储水容器或二级扩容器的空气压力，最终导致二级扩容器中的空气压力增大，迫使空气流出。2、能够使相对密闭的储水容器中产生更多水蒸气。

Ⅳ、透水透气导气通道50，且满足以下要点：1、水份容易穿透管道壁；2、空气容易穿透管道壁；3、必须埋入沙土内；4、沙土很难穿透管道壁；5、结构坚固，能够起到支撑沙土的作用；6、长距离；7、有入气口和出气口，能够保证空气顺利流通；8、入气口和出气口的开度可以控制，如利用阀门；9、出气口横截面小于通道横截面。

Ⅴ、尾部调节器60，且满足以下要点：1、是透水透气导气通道尾部出气口；2、出气口大小可以调节；3、灌溉时可以流通空气；4、出气口闭合可以阻止空气流通。

Ⅵ、以不透气导气管作为输气管路40，且满足以下要点：为不透水和气的管道。

二、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置的组装包括以下步骤。

放置储水容器。将储水容器为中心放置在沙漠种植区域，最好埋入地下，并加入适量水源，保留适量空气，水源最佳容量为25％-75％。

安装鼓风设备。将鼓风设备的出风口用不透气导气管连接储水容器的入风口，鼓风设备在储水容器内的出风口最好在水面以下，才能产生更多的水蒸气。

安装二级扩容器。通过导气管连接储水容器和二级扩容器。

挖掘埋管沟。二级扩容器外侧以线型的特征向远处挖埋管沟，埋管沟深度和宽度都大于透水透气导气通道的高度和宽度。

安装透水透气导气通道。透水透气导气通道共有一条或多条，每一条都是一个独立的整体，可以有无数个分支，放入埋管沟后，靠近二级扩容器的一端通过不透气导气管连接二级扩容器。

安装尾部调节器。在透水透气导气通道远离二级扩容器的另一端安装尾部调节器。

掩埋透水透气导气通道。安装好所有设备后将所有透水透气导气通道用沙土掩埋，即完成整体装置的安装。

三、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置的灌溉具体原理如下。

通过上述蒸汽式灌溉的结构，当鼓风设备开启后，空气穿过水体或吹拂水体后，进入储水容器内部，在产生额外水蒸气的同时，增大储水容器内部大气压力，空气和水蒸气流入二级扩容器。此时，二级扩容器与透水透气导气通道之间产生大气压力，迫使空气和水蒸气从二级扩容器内流出，进入透水透气导气通道。

空气和水蒸气在透水透气导气通道流通的过程中，沙土会缓慢的吸收水蒸气，最后部分水蒸气和空气从尾部调节器流出。

由于透水透气导气通道距离非常长，尾部调节器出风口很小，使得透水透气导气通道形成一个相对封闭的环境，再加上源源不断的流入水蒸气，成为相对封闭的潮湿环境，最终逼迫沙土吸收水蒸气，达到灌溉的目的。

由于透水透气导气通道中几乎不存在液态水，只有水蒸气，而沙土对水蒸气的吸收缓慢，特别是潮湿的沙土对水蒸气的吸收更加缓慢，所以，此时的灌溉量小，但足以提供植物生长，特别是持续灌溉的情况下，让透水透气导气通道周围成为了最适合植物根系生长的环境。

当种植之后，根据植物根系的向水和下下生长特性，最终植物根系将会包围在透水透气导气通道周围，让灌溉更接近植物根茎的同时，也让透水透气导气通道更加坚固。

四、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置的透水透气通道周围含水区域、作用及效果，如图2所示。

饱和层：分布在透水透气导气通道周围5-20厘米左右，顶部区域较小，下部区域较大，呈鸡蛋型，沙土中的水份含量达到饱和状态，吸水能力变弱、透气能力减弱，并向周围沙土扩散水份。此区域水分充足、含氧丰富，最适合植物根系生长，最终将被植物根系完全控制，将透水透气导气通道周围完全包裹。

富水层：分布在饱和层周围，主要吸收饱和层中沙土水份，顶部区域较小，下部区域较大，呈鸡蛋型，区域大小很难用肉眼辨别，只因为沙土中水份含量较高，非常适合植物根系生长，所以，可以根据植物根系的密度辨别。

含水层：分布在富水层周围，主要是富水层再次向周围扩散的少量水份，水份含量极少却比周围干沙区域的含水量高，抗旱能力极强的植物可以获得水份，也就是可生长植物的区域。

五、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置和滴灌的节水对比：

1、水份侵入沙土的范围小。根据液态水灌溉的原理可知，液态水都是全浸透式灌溉，也就是土壤表层完全湿透，然后依靠水份下渗达到灌溉效果，会有很大一部分水份下渗到地底深层。而蒸汽式灌溉仅仅影响部分区域土壤，也就是透水透气导气通道周围很小的一个范围，大幅度减少水份下渗的损失。

2、更加缓慢的灌溉。液态水可以始终灌溉土壤，灌溉是否充足都由人为确定，但是，蒸汽式灌溉有一个饱和程度，原因是沙土对水蒸气的吸水性小，以及风力会带走部分水分子等因素，也就是透水透气导气通道周围达到饱和后，几乎不会再吸收水分，比任何液态水灌溉都要节水。

3、更加持续的灌溉。一般液态水都有一个灌溉饱和度，也就是达到一定程度后需要停止灌溉，一方面因为节水，另一个方面也是保证植物根系的透气性，也就是不能持续灌溉。而蒸汽式灌溉方式中，沙土自身就有饱和度，可以持续不断地进行灌溉，且节水。

4、更严密的节水。液态水灌溉时，在沙土上方覆盖塑料膜会导致植物根系缺氧，但蒸汽式灌溉中存在透水透气导气通道，有流通的空气，所以上下均可覆盖塑料薄膜，做到最大程度节水。

5、更省力的灌溉。任何液态水灌溉都需要人工干预，人工判断，但是蒸汽式灌溉不需要人工管理，能够节省大量的人力资源，做到智能化节水，也就更加节水。

6、可以进行更智能的灌溉。当沙土全部达到饱和后，为了更加节水，则需要更多的节水方案。下面的六中和实施例二中提供了此类解决方案。

六、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置的节水和控制灌溉原理：

1、更有效的控制灌溉。每一条透水透气导气通道都是独立的通道，并且都有二级扩容器的空气开关，和尾部调节器，可以轻易地控制是否灌溉。

2、更远的距离。根据管道流体力学，水蒸气比液态水能够流通的距离更远，而且不受地形的影响，做到长距离输送，会形成更长更封闭的潮湿环境。也就是说，通过增大灌溉范围的方式，进一步降低各种成本，并减少水体损失。

3、更好的适应性。由于水蒸气是气体流通在管道内，能够适应各种地形，降低了扩大种植范围的成本，并减少水体损失。

4、更均衡的灌溉。由于透水透气导气通道封闭的环境，水蒸气无路可去，只能慢慢的进入沙土之内，最终被植物根系缓缓地吸收，能减少水分损失。

5、更灵活的方式。由于气体具有更好的流动性，可以有更多的灌溉方法，如利用光敏元器件和湿度元器件等的检测，当灌溉饱和后，尾部调节器自动关闭。

七、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置灌溉的恒温原理：

沙漠环境中的气候特点是“昼夜温差极大”，也就是白天极热，夜间极冷，特别是夏季和冬季两个季节，很容易导致植物死亡，包括已经冬眠的植物。本发明中的水蒸气可以有效的调节附近稳定，减少温差、恒定温度。

1、水对温度的调节。水的比热容较大，白天可以吸收部分空气热量，夜晚释放热量，无论是夏季还是冬季，都会减少周围温度的范围，更靠近植物的存活区间。

2、地下通道的调节。透水透气导气通道封闭的环境有一定的恒温效果，再加上其中水蒸气的存在，以及周围水份的存在，无论夏季还是冬季，都能进一步调节温度，保证植物根系的存活。

八、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置设备安装后的幼苗种植过程和后续维护过程。

蒸汽式灌溉比较缓慢，需要等待几天时间才能达到适合植物生长，也可以借此查看设备的各项参数是否合理。如不合理，可以进行适应性调节。

等待透水透气导气通道适合植物生长后，挖开覆盖在透水透气导气通道附近的沙土，将植物的根系放置在透水透气导气通道顶部，根系沿透水透气导气通道侧壁平铺放置，最后埋上沙土即可。为了更加节水，沙土上可铺设塑料薄膜防止水份蒸发。

此时，只有透水透气导气通道周围的沙土之内含有水分，而水分很少很难向周围扩散，而又源源不断，既能保证植物幼苗生长，又能节水。再加上透水透气导气通道源源不断的空气流通，更有利于植物根系生长，能够有效的保证植物幼苗的生长。

1、更牢固的根系。当植物正常生长后，植物根系已经周围在透水透气导气通道周围，一般的强风不会影响植物生存，保障植物的生存。

2、更简便的施肥。当需要施肥时，只需要将易挥发的化肥放入二级扩容器即可，施肥原理和灌溉原理相似。

3、更简单的灌溉。正由于蒸汽式灌溉的缓慢特点，再加上气体流动的长距离特性，后续灌溉也会很简单，很少需要人工干预。

4、更长久的设备。本发明当中的蒸汽式灌溉设备仅需一次铺设，多年内无需再次铺设，且维护成本低廉。

八、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置的先进性。

1、无需淡水。由于水蒸气的灌溉原理，本发明是目前少有甚至没有的、不需要淡水资源便能够低成本灌溉的种植方式。

2、更节水。由于透水透气导气通道周围的持续灌溉性和节水性，本发明是当前世界范围内，种植技术当中最节水的种植方式。

3、植物幼苗成活率低。由于透水透气导气通道周围的持续灌溉性和节水性，本发明是当前世界范围内，沙漠环境下，不浪费水资源和其他成本的情况下，幼苗成活率最高的种植方式。

4、种植成活率高。由于透水透气导气通道周围的持续灌溉性和节水性，本发明是当前世界范围内，沙漠环境下，部分植物成活率最高的种植方式。

5、抗风性能好。由于透水透气导气通道的坚固性和整体性，本发明是当前世界范围内，沙漠环境下，抗风能力最好的种植方式之一。

6、种植范围广。由于气体的管道的流动性，本发明是当前世界范围内，沙漠环境下，以水源为中心且没有额外水源的情况下，种植范围最广阔的种植方式。

7、更多的种植手段。由于气体的管道的流动性，本发明可以应用更多更奇特的种植方式。例如，横断整个沙漠的分割线。

8、更适应复杂地形。由于气体的管道的流动性，本发明可以适应各种欺负地形，不受山丘高地的影响。

9、更低的种植风险。由于蒸汽式灌溉设备均在地下，可以抵抗沙漠当中绝大部分风险，降低了投资风险。

10、更低的人工成本。由于后续灌溉、施肥、管理等成本的降低，本发明是当前世界范围内，维护成本最低的种植方式。

综上所述，本发明是一种可以采用任意水源便可以灌溉、更节水、保证幼苗成活率、保证成年植物存活、抗风能力强、更大范围种植、更多种植手段、更适应地形、降低经济风险、降低人工维护成本等问题，让沙漠环境更加顺利的种植部分植物的发明。

九、本实施例中的荒漠地区蒸汽灌溉装置的最优适用植物和最优适用范围举例。

1、适用于藤蔓类植物。因成本问题，本发明的设备成本远大于滴灌设备，最适合藤蔓类植物的生长，能够极大地降低成本。

2、适用于线型种植类植物。因设计问题，本发明适合特定线型形态的植物种植，例如线型绿化带的种植，字体形态绿化种植等。

3、适用于沙漠治理。通过增大透水透气导气通道间间距降低成本，种植抗寒抗旱的藤蔓植物。例如种植爬山虎，透水透气导气通道间间距为90米，极大地降低单亩成本，迅速有效的治理大片沙漠。也可以借助蒸汽的长距离传输，单线型防风防沙。

4、适用于沙漠经济作物。通过合理的透水透气导气通道间间距降低成本，可种植葡萄、金银花等经济作物，通过减少维护成本，更强的抗风能力，更高的成活率等优势取得更好的经济效果。

实施例二：

本发明提供的一种具体实施例中，荒漠地区蒸汽灌溉装置还有如下的优化方案。

一、电能优化。本发明需要长期且持续的供电，但是，由于本发明的用电时刻均为白天，可添加太阳能电池板，减少维护成本。

二、水蒸气优化。本发明需要大量水蒸气，因此，储水容器内可增加雾化器等水气混合组件21。而本发明包含鼓风设备，因此，可利用风力制作雾化器，增加容器内水蒸气含量。最佳方案：在储水容器内顶部区域增加大量吸水性材料(例如多空海绵、大量布条等)，增加水与空气的接触面积，增加更多的水蒸气。

三、二级扩容器优化。当灌溉水源为海水、咸水等水源时，为了更进一步减少水蒸气中的有害物质，以及更多的产生水蒸气，可向二级扩容器内入风口区域增加大量吸水性材料(例如多空海绵、大量布条等)，减少未彻底蒸汽化的小水滴，减少有害物质，并且增加水与空气的接触面积，增加更多的水蒸气。

四、透水透气导气通道优化。如果蒸汽式设备的灌溉量不足，则可以通过该优化方案进一步增加灌溉量。优化方案1：使用吸水性材料(例如布片、海绵等)包裹透水透气导气通道周围即可，可减少沙土入侵通道，也因为吸水性材料比沙土的吸水能力更强达到增加灌溉量的效果。优化方案2：也可使用秸秆、有机肥等材料与沙土混合，增加吸水能力。优化方案3(推荐)：使用草木灰、沙土和水的混合物包裹透水透气导气通道周围效果最佳。

五、透水透气导气通道固化优化。为了更大程度的起到固定作用，4透水透气导气通道每隔一段距离应当额外设有一段向下的通道，让整体结构更加牢固，再通过植物根系起到更加牢固的作用，防止龙卷风等风险。

六、尾部调节器优化。可在尾部设置集水装置，进一步节水。可在尾部调节器和透水透气管道前增加湿度探测器，通过尾部区域湿度自动控制调节器开口大小。通过光敏元器件自动控制开合。

实施例三：

本发明提供的一种具体实施例中，荒漠地区蒸汽灌溉装置可以采用如下方式进行原理性验证。

选取的器材如下：

1、储水容器，顶部留有注水孔、入气孔和数个排气孔的大型封闭铁桶一个，入水孔活塞一个；2、二级扩容器，用数个铁桶焊接而成的环形二级扩容器；3、鼓风设备，采用普通鼓风机一个；4、透水透气通道，采用30cm直径软式透水管和相关接口若干；5、尾部调节器，由塑料管、支架和钢丝组成的简易尾部调节器；6、不透气导气管采用普通塑料管若干。

种植过程1(爬山虎)：

依照技术原理组装后，近距离透水透气管道呈太阳射线的的形式铺设，远距离为蛇形铺设，管道间距为90米-100米范围，透水透气通道铺设长度为1千-1万米之间，撒下爬山虎种子后埋上沙土即可无需理会，只需要保证储水容器的任意水源，及鼓风设备白天运转即可，也可适当向二级扩容器添加二胺等化肥助力爬山虎的生长，可应用于纯沙漠治理。

种植过程2(葡萄)：

依照技术原理组装后，透水透气管道(软式透水管)呈网状铺设，种植范围约50亩左右，除交叉管道外，管道间距30米左右，埋上沙土和有机肥料的混合物后，等待管道周围沙土适合葡萄生长后，即可种植葡萄。后续灌溉仅需保证充足水源，保证鼓风设备白天运转，适当向二级扩容器添加易挥发性化肥，以及其他种植葡萄需要的条件即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于，包括：

蒸发器(20)，用于将经过的气体加湿，形成富含水汽的湿润气体；

扩容器(30)，具有容纳腔体，且与所述蒸发器(20)连接，用于接收所述蒸发器(20)中的湿润气体，以对湿润气体中多余的水汽或盐分进行沉降；

输气管路(40)，与所述扩容器(30)连接，以输送所述湿润气体；

透水透气导气通道(50)，埋设在土体内，且与所述输气管路(40)连接，以将所述输气管路(40)输送来的湿润气体释放到土体中；

送风机构(10)，与所述蒸发器(20)连接，用于向所述蒸发器(20)内吹入气体，使蒸发器(20)内的气体加湿后经由扩容器(30)和输气管路(40)进入透水透气导气通道(50)。

2.如权利要求1所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于：所述蒸发器(20)内设有水气混合组件(21)，用以将进入所述蒸发器(20)的气体与所述蒸发器(20)内的水混合，富含水汽的湿润气体；所述扩容器(30)的容纳腔体内设有吸水透气组件(31)，用以对经过所述扩容器(30)的湿润气体进行过滤，通过吸附的方式去除去湿润气体中未变成水蒸气的液滴。

3.如权利要求2所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于：所述扩容器(30)还设有清洗组件(32)，所述清洗组件(32)用于利用净水或净风对吸水透气组件(31)进行清理，减少或去除吸水透气组件(31)上附着的水；所述水气混合组件(21)包括雾化器、喷淋组件、浸水管组件或水泡石组件；所述吸水透气组件(31)包括波纹板除水器、冷凝储水器、阻水的过滤层或吸水填料。

4.如权利要求1所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于：所述蒸发器(20)上设有用于注水的注水口、与所述送风机构(10)连接的入风口、与所述扩容器(30)连接的出风口以及用于检测内部水位的水位检测仪；所述扩容器(30)上设有与所述蒸发器(20)连接的进气口、与所述输气管路(40)连接的出气口以及用于添加气态肥的肥料进口；所述输气管路(40)上设有用于控制所述输气管路(40)的气体流量的控制阀(41)；所述扩容器(30)下部与所述蒸发器(20)下部连通，以将所述扩容器(30)内的水导入蒸发器(20)中；所述蒸发器(20)设有加热组件，以加速气体转化为水蒸气。

5.如权利要求1所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于：所述输气管路(40)包括不透气的塑料管、橡胶管、金属管、水泥管或管廊；所述透水透气导气通道(50)为硬质的植物根系不能穿透的结构；所述透水透气导气通道(50)包括带排气孔的导管、或者带支撑的纱网(53)管；所述透水透气导气通道(50)外设有吸水包裹层(51)，用于吸收透水透气导气通道(50)中释放出来的气体中的水，避免水分流失。

6.如权利要求5所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于：所述透水透气导气通道(50)为带支撑的纱网(53)管时，包括支撑杆(54)、支撑环(52)和纱网(53)，支撑杆(54)支撑在支撑环(52)内，纱网(53)围设在若干间隔设置的所述支撑环(52)外部卷成筒状，形成透气性好的纱网(53)管；在相邻的支撑环(52)之间环向连接若干道牵拉绳(55)；所述吸水包裹层(51)包括骨架基材和吸水填料，所述骨架基材为多孔结构，所述吸水填料填充在所述骨架基材内，所述骨架基材包括布片、海绵和沙土中的一种或多种，所述吸水填料包括秸秆、有机肥、无机肥中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于：所述透水透气导气通道(50)每隔预设距离设有一段下弯段(56)或加固桩，所述下弯段(56)的埋深深于所述透水透气导气通道(50)的其他部位，所述加固桩埋设在土体的深层且与所述透水透气导气通道(50)连接。

8.如权利要求1所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于：所述蒸发器(20)和所述扩容器(30)均埋设在地下；所述送风机构(10)为电动机构，所述荒漠地区蒸汽灌溉装置还包括电源组件(70)，所述电源组件(70)与所述送风机构(10)电连接，以进行供电；所述电源组件(70)包括蓄电组件、变电组件和发电组件中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，其特征在于：所述荒漠地区蒸汽灌溉装置还包括尾部调节器(60)，所述尾部调节器(60)与所述透水透气导气通道(50)连接，用于调节所述透水透气导气通道(50)内的气压和气体流速；所述尾部调节器(60)为阀门或负压抽吸设备；所述尾部调节器(60)上还设有集水结构；所述尾部调节器(60)包括电控阀门(61)、湿度传感器(62)、光敏传感器(63)和控制器(64)，所述湿度传感器(62)用于检测电控阀门(61)之前的透水透气导气通道(50)内的湿度，所述光敏传感器(63)用于检测外界的光照强度，所述控制器(64)分别与所述电控阀门(61)、所述湿度传感器(62)和所述光敏传感器(63)电连接，以根据所述湿度传感器(62)和所述光敏传感器(63)传递的数据，控制所述电控阀门(61)的开度，进而控制所述尾部调节器(60)排出的气体的量。

10.一种荒漠地区种植方法，其特征在于，应用如权利要求1-9任一项所述的荒漠地区蒸汽灌溉装置，包括以下步骤：

A、准备并安装连接送风机构(10)、蒸发器(20)、扩容器(30)和输气管路(40)；

B、按透水透气导气通道(50)的设计路线挖掘埋管沟，并将透水透气导气通道(50)布设在在埋管沟内，接着将透水透气导气通道(50)一端与输气管路(40)连接，并在透水透气导气通道(50)上安装尾部调节器(60)，之后向埋管沟内填入吸水包裹层(51)，并用土将埋管沟埋起来；

C、在透水透气导气通道(50)附近种植植物；

D、向蒸发器(20)内注水，并开启送风机构(10)，向蒸发器(20)内注入空气，使空气在蒸发器(20)内吸收水汽后，在扩容器(30)内去除多余的水分和盐分，之后通过输气管路(40)进入透水透气导气通道(50)，最后被释放到土体中。

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