CN117397453B - 一种水肥一体化设备、监测系统及全追肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于施肥方法技术领域，具体涉及一种水肥一体化设备、监测系统及全追肥方法，包括：肥料箱，所述肥料箱内存储有肥料；泵送装置和管路装置；所述泵送装置与所述管路装置连接；所述管路装置和所述肥料箱连接，并且所述管路装置与水源连接；所述泵送装置适于将水源和肥料在管路装置内进行混合后输送，以及所述泵送装置适于将水源泵入肥料箱中；实现了肥料和水在三通阀主体中的混合，并且避免混合后的液体对三通阀主体内壁的冲击，延长了三通阀主体的使用寿命，避免三通阀主体受损泄漏。

Description

一种水肥一体化设备、监测系统及全追肥方法

技术领域

本发明属于施肥方法技术领域，具体涉及一种水肥一体化设备、监测系统及全追肥方法。

背景技术

水肥一体化设备可以将肥料进行溶解后输送至后续的灌溉设备中进行灌溉，在水肥一体化设备中可以将水和肥料抽入三通阀门中，在三通阀门的连通处进行混合，肥料和水混合后由于会在流入三通阀门中锥形段时形成喷射，对锥形段的内壁形成冲击，容易造成锥形段的内壁损伤，严重的导致三通阀门泄漏。

因此，基于上述技术问题需要设计一种新的水肥一体化设备、监测系统及全追肥方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种水肥一体化设备、监测系统及全追肥方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水肥一体化设备，包括：

肥料箱，所述肥料箱内存储有肥料；

泵送装置和管路装置；

所述泵送装置与所述管路装置连接；

所述管路装置和所述肥料箱连接，并且所述管路装置与水源连接；

所述泵送装置适于将水源和肥料在管路装置内进行混合后输送，以及所述泵送装置适于将水源泵入肥料箱中。

进一步，所述泵送装置包括：水泵和三通阀机构；

所述三通阀机构通过管路装置连接水泵、肥料箱和水源。

进一步，所述三通阀机构包括：三通阀主体；

所述三通阀主体的第一端通过管路装置与水源连接；

所述三通阀主体的第二端通过管路装置与肥料箱连接；

所述三通阀主体的第三端通过管路装置与水泵连接；

所述水泵将肥料和水抽入三通阀主体中进行混合。

进一步，所述三通阀主体与水泵连接的一段包括：锥形段和直筒段；

所述锥形段横截面较小的一端与三通阀主体其余部分连通，锥形段横截面较大的一端与所述直筒段连接且连通；

所述直筒段通过管路装置与所述水泵连接；

所述锥形段内设置有弧形件，所述弧形件向远离直筒段的方向拱起；

所述锥形段的内壁上开设有凹槽；

所述弧形件通过若干连接杆与所述凹槽的侧壁连接。

进一步，所述连接杆朝向锥形段轴线方向的一面呈弧形。

进一步，所述管路装置包括：进水管、肥料管、出水管和连接管；

所述进水管与水源连接，所述进水管与所述三通阀主体的第一端连接；

所述进水管同时连接肥料箱；

所述肥料管的一端与所述肥料箱连接，肥料管的另一端连接三通阀主体的第二端；

所述出水管与水泵连接；

所述三通阀主体的第三端通过连接管与所述水泵连接，并且所述连接管与所述进水管连接。

进一步，所述肥料管上设置有第一阀门。

进一步，所述进水管上设置有第二阀门和第三阀门；

所述第三阀门靠近所述肥料箱设置。

进一步，所述肥料箱的顶面开设有进料口。

第二方面，本发明还提供一种采用上述水肥一体化设备的监测系统，包括：

供水设备、过滤设备、水肥一体化设备和灌溉设备；

所述供水设备与所述过滤设备连接，所述供水设备适于供水，所述过滤设备适于对供水进行过滤后输入所述水肥一体化设备；

所述过滤设备与所述水肥一体化设备连接，所述水肥一体化设备适于将肥料和水混合融化后输入灌溉设备；

所述水肥一体化设备与所述灌溉设备连接，所述灌溉设备适于进行灌溉。

进一步，所述灌溉设备上连接有监测设备，所述监测设备适于监测灌溉情况。

第三方面，本发明还提供一种采用上述监测系统的全追肥方法，包括：

通过过滤设备对供水设备提供的水进行过滤；

根据需求通过水肥一体化设备混合肥料和水，制备所需含量的肥料；

通过灌溉设备将肥料进行灌溉；

通过监测设备对灌溉过程进行监测。

本发明的有益效果是，本发明通过肥料箱，所述肥料箱内存储有肥料；泵送装置和管路装置；所述泵送装置与所述管路装置连接；所述管路装置和所述肥料箱连接，并且所述管路装置与水源连接；所述泵送装置适于将水源和肥料在管路装置内进行混合后输送，以及所述泵送装置适于将水源泵入肥料箱中；实现了肥料和水在三通阀主体中的混合，并且避免混合后的液体对三通阀主体内壁的冲击，延长了三通阀主体的使用寿命，避免三通阀主体受损泄漏。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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是本发明的一种水肥一体化设备的结构示意图；

图2是本发明的肥料箱的结构示意图；

图3是本发明的三通阀主体的结构示意图；

图4是本发明的三通阀主体的剖视图；

图5是本发明的管路装置的结构示意图。

图中：

1肥料箱、11进料口；

2泵送装置、21水泵、22三通阀主体、23锥形段、24直筒段、25弧形件、26凹槽、27连接杆；

3管路装置、31进水管、32肥料管、33出水管、34连接管、35第一阀门、36第二阀门、37第三阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图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。

实施例1，如图1至图5所示，本实施例1提供了一种水肥一体化设备，包括：肥料箱1，所述肥料箱1内存储有肥料；泵送装置2和管路装置3；所述泵送装置2与所述管路装置3连接；所述管路装置3和所述肥料箱1连接，并且所述管路装置3与水源连接；所述泵送装置2适于将水源和肥料在管路装置3内进行混合后输送，以及所述泵送装置2适于将水源泵入肥料箱1中；实现了肥料和水在三通阀主体22中的混合，并且避免混合后的液体对三通阀主体22内壁的冲击，延长了三通阀主体22的使用寿命，避免三通阀主体22受损泄漏。

在本实施例中，所述泵送装置2包括：水泵21和三通阀机构；所述三通阀机构通过管路装置3连接水泵21、肥料箱1和水源；水泵21可以将水和肥料一起抽入三通阀机构，在三通阀机构中混合后输入后续的灌溉设备。

在本实施例中，所述三通阀机构包括：三通阀主体22；所述三通阀主体22的第一端通过管路装置3与水源连接；所述三通阀主体22的第二端通过管路装置3与肥料箱1连接；所述三通阀主体22的第三端通过管路装置3与水泵21连接；所述水泵21将肥料和水抽入三通阀主体22中进行混合；三通阀主体22分别连接水、肥料和水泵21，通过水泵21将肥料和水抽入三通阀主体22中进行混合。

在本实施例中，所述三通阀主体22与水泵21连接的一段包括：锥形段23和直筒段24；所述锥形段23横截面较小的一端与三通阀主体22其余部分连通，锥形段23横截面较大的一端与所述直筒段24连接且连通；所述直筒段24通过管路装置3与所述水泵21连接；所述锥形段23内设置有弧形件25，所述弧形件25向远离直筒段24的方向拱起；所述锥形段23的内壁上开设有凹槽26；所述弧形件25通过若干连接杆27与所述凹槽26的侧壁连接；锥形段23横截面面积较小的一端即为三通阀主体22的连通处，由于锥形段23的横截面积逐渐增大，在三通阀主体22连通位置混合的肥料和水会在进入锥形段23时由于横截面积的增加呈喷射状，若混合的肥料中存在杂质，杂质会因为喷射冲击在锥形段23的内壁上造成内壁的损伤，在锥形段23中设置弧形件25，弧形件25的拱起面朝向三通阀主体22的连通位置，混合后的肥料冲击在弧形件25的拱起面上，被弧形件25引导至凹槽26中，避免混合后的液体对锥形段23的内壁造成冲击，进入凹槽26中的液体从相邻的连接杆27之间喷出，喷出的方向朝向锥形段23的轴线方向，喷出液体互相撞击将喷洒的力抵消，避免喷出的液体冲击锥形段23的内壁；

在本实施例中，所述连接杆27朝向锥形段23轴线方向的一面呈弧形，弧形可以避免液体中的杂质残留。

在本实施例中，所述管路装置3包括：进水管31、肥料管32、出水管33和连接管34；所述进水管31与水源连接，所述进水管31与所述三通阀主体22的第一端连接；所述进水管31同时连接肥料箱1；所述肥料管32的一端与所述肥料箱1连接，肥料管32的另一端连接三通阀主体22的第二端；所述出水管33与水泵21连接；所述三通阀主体22的第三端通过连接管34与所述水泵21连接，并且所述连接管34与所述进水管31连接；进水管31具体位置结构如图5中相应标号部分所示；进水管31连接水源可以对水等液体进行输送；肥料管32连接肥料箱1可以抽取肥料箱1内的肥料；进水管31可以连接肥料箱1，先将部分水送入肥料箱1内将肥料部分溶解，便于通过肥料管32将肥料抽出。

在本实施例中，所述肥料管32上设置有第一阀门35，通过第一阀门35可以控制肥料管32的通断。

在本实施例中，所述进水管31上设置有第二阀门36和第三阀门37；所述第三阀门37靠近所述肥料箱1设置；进水管31首先连接第二阀门36，再连接第三阀门37，并且在连接第三阀门37后连接肥料箱1，以及进水管31与三通阀主体22同样连接，进水管31在连接第二阀门36之前的部分上有旁路连接三通阀主体22；连接管34与进水管31连接部分位于第三阀门37和第二阀门36之间，通过第二阀门36和第三阀门37可以控制进水管31的通断；将第二阀门36和第三阀门37打开，第一阀门35关闭，同时将连接管34与水泵21，以及三通阀主体22与水泵21之间关闭，此时水等液体可以送入肥料箱1中，将肥料部分溶解，便于后续抽出肥料，部分溶解的肥料的浓度无法满足后续灌溉的需求，因此在灌溉前需要加水制成所需的浓度；当需要在三通阀主体22内混合溶解肥料时，将第二阀门36和第三阀门37关闭，将第一阀门35打开，此时可以将肥料和水同时抽入三通阀主体22内，此时抽出的肥料处于部分溶解状态，将肥料与水混合制成所需浓度的肥料液体；也可以设置有其他阀门以实现想要的通断效果。

在本实施例中，所述肥料箱1的顶面开设有进料口11，可以将肥料输入肥料箱1内。

实施例2，在实施例1的基础上，本实施例2还提供一种采用实施例1中水肥一体化设备的监测系统，包括：供水设备、过滤设备、水肥一体化设备和灌溉设备；所述供水设备与所述过滤设备连接，所述供水设备适于供水，所述过滤设备适于对供水进行过滤后输入所述水肥一体化设备；所述过滤设备与所述水肥一体化设备连接，所述水肥一体化设备适于将肥料和水混合融化后输入灌溉设备；所述水肥一体化设备与所述灌溉设备连接，所述灌溉设备适于进行灌溉；供水设备和过滤设备可以作为水肥一体化设备的水源，抽入水肥一体化设备中的水通过过滤，避免特殊的杂质造成肥料的反应，确保肥料的效果。

在本实施例中，所述灌溉设备上连接有监测设备，所述监测设备适于监测灌溉情况；监测设备可以检测灌溉设备的灌溉量。

实施例3，在实施例2的基础上，本实施例3还提供一种实施例2中监测系统采用的全追肥方法，包括：通过过滤设备对供水设备提供的水进行过滤；根据遥感监测及诊断结果推荐氮肥用量，并通过水肥一体化设备混合肥料和水；通过灌溉设备将肥料进行灌溉；通过监测设备对灌溉过程进行监测。

在本实施例中，S1：通过氮平衡对马铃薯生长季氮肥施用总量进行控制，S2：通过优化光谱指数实现马铃薯生长季氮素营养指标的实时监测，S3：基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥推荐算法，S4：田间示范与验证。马铃薯生长季氮肥用量的计算公式为：K=5×（一公顷的目标产量÷1000）+57， K为马铃薯生长季氮肥用量，单位为kg/ha。氮平衡计算公式：氮素输入-氮素输出=氮素盈余；即马铃薯生长季施用的肥料氮+自然氮素带入量-马铃薯氮素吸收量=氮素盈余量。氮素输入：肥料氮和自然氮素带入量（kg/ha）；氮素输出：优化施肥条件下马铃薯作物吸收氮素量；基于6年4个实验点的田间试验，优化施氮能够在保证作物产量的同时降低马铃薯田氮肥用量，我们根据氮平衡公式，利用多年多点的田间试验反推出：氮素盈余量-自然氮素带入量=57 kg N ha^-1，而马铃薯氮素吸收量可以用千公斤吸氮量进行反推，本实施例中采用每生产1000kg马铃薯需要5kg 纯氮计算。优化光谱指数Opt-SI1与马铃薯植株氮素的定量关系为：Y1=-2.28×Opt-SI1+7.96；Y1：马铃薯植株氮素浓度（g/kg）；Opt-SI1：优化光谱指数，Opt-SI1= (R_λ1-1.8 ×R_λ2)/(R_λ3-1.8 ×R_λ2)，λ1、λ2和λ3分别代表代表马铃薯冠层在352 nm, 536 nm和562nm波段处的光谱反射率值。优化光谱指数Opt-SI2与马铃薯植株生物量的定量关系为：Y2=-217.80×Opt-SI2+109.57；Y2：马铃薯植株生物量（t/ha）；Opt-SI2：优化光谱指数，Opt-SI2= R_λ1/(R_λ2+R_λ3)，λ1、λ2和λ3分别代表代表马铃薯冠层在958 nm, 962 nm和940nm波段处的光谱反射率值。

以马铃薯氮肥吸收规律为依据，将K按照比例进行阶段性分配，苗期（20%）、块茎形成期（30%）、盛花期（20%）、块茎膨大期（20%）和淀粉积累期（10%）（每个生育时期的氮肥用量可以根据种植户的水肥管理条件再进行细化调整）。基于光谱诊断的阶段性氮肥调控。在每个生育时期进行施肥前，利用光谱诊断技术监测作物氮素营养状况，利用临界氮浓度稀释曲线判断当前作物是否缺氮，并计算施肥量，具体操作步骤如下：利用冠层光谱估测植株氮素浓度Y1和植株生物量Y2；将Y1带入全株氮浓度估测模型：X1=1.13*Y1-1.21；将Y2带入全株生物量估测模型：苗期-块茎形成期：Y4=1.10*Y21.32；块茎形成-块茎膨大期：Y4=1.84*Y2+1.84；块茎膨大-淀粉积累期：Y4=3.49*ln(Y2)+6.13；将Y4带入马铃薯临界氮浓度稀释曲线,得到临界氮素浓度：X2=4.57*Y4^-0.41 ；

阶段性优化施肥量推荐：当X1<X2时，已造成的缺氮量为：(X2-X1) *Y4；本次追氮量为已造成的缺氮量+原计划追氮量；当X1=X2时，本次追氮量为原计划追氮量；当X1>X2时，已过量吸收的氮素为：(X1-X2)×Y4,本次追氮量为计划追氮量-已过量吸收的氮素。

田间验证：

为了验证该推荐施肥算法的可行性，2019年（示范1）和2020年（示范2）在内蒙古四子王旗和卓资县对本技术进行了田间示范应用。严格按照上述描述结果在示范1和示范2进行的基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥施用技术示范结果如下：

表1：基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥施用技术示范

综上所述，本发明通过肥料箱1，所述肥料箱1内存储有肥料；泵送装置2和管路装置3；所述泵送装置2与所述管路装置3连接；所述管路装置3和所述肥料箱1连接，并且所述管路装置3与水源连接；所述泵送装置2适于将水源和肥料在管路装置3内进行混合后输送，以及所述泵送装置2适于将水源泵入肥料箱1中；实现了肥料和水在三通阀主体22中的混合，并且避免混合后的液体对三通阀主体22内壁的冲击，延长了三通阀主体22的使用寿命，避免三通阀主体22受损泄漏。

本申请中选用的各个器件（未说明具体结构的部件）均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

Claims (4)

1.一种水肥一体化设备，其特征在于，包括：

肥料箱，所述肥料箱内存储有肥料；

泵送装置和管路装置；

所述泵送装置与所述管路装置连接；

所述管路装置和所述肥料箱连接，并且所述管路装置与水源连接；

所述泵送装置适于将水源和肥料在管路装置内进行混合后输送，以及所述泵送装置适于将水源泵入肥料箱中；

所述泵送装置包括：水泵和三通阀机构；

所述三通阀机构通过管路装置连接水泵、肥料箱和水源；

所述三通阀机构包括：三通阀主体；

所述三通阀主体的第一端通过管路装置与水源连接；

所述三通阀主体的第二端通过管路装置与肥料箱连接；

所述三通阀主体的第三端通过管路装置与水泵连接；

所述水泵将肥料和水抽入三通阀主体中进行混合；

所述三通阀主体与水泵连接的一段包括：锥形段和直筒段；

所述锥形段横截面较小的一端与三通阀主体其余部分连通，锥形段横截面较大的一端与所述直筒段连接且连通；

所述直筒段通过管路装置与所述水泵连接；

所述锥形段内设置有弧形件，所述弧形件向远离直筒段的方向拱起；

所述锥形段的内壁上开设有凹槽；

所述弧形件通过若干连接杆与所述凹槽的侧壁连接；

所述连接杆朝向锥形段轴线方向的一面呈弧形；

所述管路装置包括：进水管、肥料管、出水管和连接管；

所述进水管与水源连接，所述进水管与所述三通阀主体的第一端连接；

所述进水管同时连接肥料箱；

所述肥料管的一端与所述肥料箱连接，肥料管的另一端连接三通阀主体的第二端；

所述出水管与水泵连接；

所述三通阀主体的第三端通过连接管与所述水泵连接，并且所述连接管与所述进水管连接；

所述肥料管上设置有第一阀门；

所述进水管上设置有第二阀门和第三阀门；

所述第三阀门靠近所述肥料箱设置；

所述肥料箱的顶面开设有进料口；

弧形件的拱起面朝向三通阀主体的连通位置；

进水管首先连接第二阀门，再连接第三阀门，并且在连接第三阀门后连接肥料箱，以及进水管与三通阀主体同样连接，进水管在连接第二阀门之前的部分上有旁路连接三通阀主体；连接管与进水管连接部分位于第三阀门和第二阀门之间，通过第二阀门和第三阀门能够控制进水管的通断。

2.一种采用如权利要求1所述水肥一体化设备的监测系统，其特征在于，包括：

供水设备、过滤设备、水肥一体化设备和灌溉设备；

所述供水设备与所述过滤设备连接，所述供水设备适于供水，所述过滤设备适于对供水进行过滤后输入所述水肥一体化设备；

所述过滤设备与所述水肥一体化设备连接，所述水肥一体化设备适于将肥料和水混合融化后输入灌溉设备；

所述水肥一体化设备与所述灌溉设备连接，所述灌溉设备适于进行灌溉。

3.如权利要求2所述的监测系统，其特征在于：

所述灌溉设备上连接有监测设备，所述监测设备适于监测灌溉情况。

4.一种采用如权利要求2所述监测系统的全追肥方法，其特征在于，包括：

通过过滤设备对供水设备提供的水进行过滤；

根据需求通过水肥一体化设备混合肥料和水，制备所需含量的肥料；

通过灌溉设备将肥料进行灌溉；

通过监测设备对灌溉过程进行监测。