專利名稱：水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)灌溉用的水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
土壤的水、肥、氣、熱是約制作物生長(zhǎng)發(fā)育的四個(gè)主要環(huán)境條件要素，其中任何一個(gè)單獨(dú)因素的變動(dòng)，都會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)、發(fā)育造成在重大影響，當(dāng)變動(dòng)達(dá)到某一臨界值后，可使作物生長(zhǎng)緩慢，停止生長(zhǎng)，甚至死亡，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的重要差別之一在于它用人為的科技手段對(duì)作物的生長(zhǎng)環(huán)境條件進(jìn)行優(yōu)化控制，解決了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)完全靠天吃飯問(wèn)題。實(shí)踐證明，在四要素中可控的要素越多，控制的程度越準(zhǔn)確，對(duì)作物的生長(zhǎng)越有利。由于北方冬季水溫和地面溫度均較低，目前尚未有升高土壤溫度的適當(dāng)辦法，往往給大棚蔬菜的長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量造成很大影響。土壤水分，含氣量及施肥量的控制，雖然已有了種種不同的方法和裝備，但往往是一種裝備只能控制廣2個(gè)要素。用一套灌溉裝置對(duì)水、 月巴、氣、熱四個(gè)要素進(jìn)行全部控制的方法尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，在不增加或少增加生產(chǎn)成本的前題下，解決了對(duì)影響作物生長(zhǎng)的主要環(huán)境因素進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在水、肥、氣、熱全方位調(diào)控條件下進(jìn)行，有利于產(chǎn)品的豐產(chǎn)豐收。上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，其組成包括供水箱，所述的供水箱連接輸水管，所述的輸水管上依次安裝閥門、加熱器、加肥罐，所述的輸水管連接一組微潤(rùn)管， 計(jì)算機(jī)通過(guò)傳感器與供水、肥、氣、熱控制系統(tǒng)連接。所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，所述的微潤(rùn)管是由內(nèi)管和透水性保護(hù)套的外管組成的具有雙層結(jié)構(gòu)的軟管，所述的內(nèi)管壁上有微通孔，孔徑為 l(T900nm，所述的加熱器為普通熱水器或者是利用低能效熱源的加熱器。所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，所述的加肥罐由罐體和一個(gè)用濾布制作的過(guò)濾袋組成，所述的過(guò)濾袋中裝有肥料，所述的肥料依靠微潤(rùn)灌溉的水流特征，緩慢溶解，自動(dòng)加肥。有益效果
1.本發(fā)明提出了一種用一套灌溉系統(tǒng)對(duì)土壤的水、肥、氣、熱四要素進(jìn)行全面優(yōu)化控制的方法和裝備。四要素全控自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)由三部分組成水、氣控制由給水灌溉單元執(zhí)行；地溫控制由加熱單元執(zhí)行；營(yíng)養(yǎng)成分由加肥單元執(zhí)行。三個(gè)單元以微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)中水的流動(dòng)特征為基本設(shè)計(jì)依據(jù)組成一個(gè)完整系統(tǒng)。改變了過(guò)去對(duì)環(huán)境條件只能用不同技術(shù)裝備單一要素調(diào)控的狀況，克服了單一要素調(diào)控中的短板效應(yīng)，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，特別是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提供了一項(xiàng)新的技術(shù)裝備。2.本發(fā)明的給水灌溉部分采用微潤(rùn)灌溉技術(shù)。普通微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)由水源(水箱)、 輸水管和微潤(rùn)管網(wǎng)三部分組成，由于微潤(rùn)灌溉是微量水以24小時(shí)不停的供水方式對(duì)作物進(jìn)行連續(xù)灌溉，其特點(diǎn)是單位長(zhǎng)度的微潤(rùn)管在單位時(shí)間內(nèi)供水量很小，在數(shù)量上以毫升為計(jì)量單位，與植物單位時(shí)間的吸水量處于同一數(shù)量級(jí)。使灌溉給水與作物吸水在數(shù)量上耦 合。作物的生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)論晝夜每一刻都在不停地吸收水分，而微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)的供水方式是M小時(shí)不停地給水，使灌溉給水與作物吸水在時(shí)間上同步。微潤(rùn)管的出水量是連續(xù)變量，與管內(nèi)壓力成正比關(guān)系。系統(tǒng)內(nèi)壓力的任何微小變化都會(huì)引起出水量響應(yīng)。因此，準(zhǔn)確調(diào)整灌溉系統(tǒng)的內(nèi)壓(如水箱的水位高度)，可以將微潤(rùn)管的出水量控制到以毫升為計(jì)量單位的任何所需數(shù)量。而且，內(nèi)壓數(shù)值一旦確定，微潤(rùn)管就會(huì)長(zhǎng)期穩(wěn)定的保持以某一確定的量向土壤供水。并且，微潤(rùn)灌溉的水分流動(dòng)特征是緩慢釋放出的水分首先進(jìn)入土壤毛細(xì)管，只有當(dāng)毛細(xì)管全充滿后，才會(huì)占據(jù)土壤中其它空隙，這是其它任何灌溉方式均不具備的特征。據(jù)此，利用田間持水量概念，通過(guò)精確控制水量，達(dá)到控制土壤含氣量的目的。微潤(rùn)灌溉的上述特點(diǎn)，使該系統(tǒng)在灌溉時(shí)不但可以調(diào)節(jié)土壤的水分含量，而且還可以調(diào)節(jié)土壤中的空氣含量。某種作物，如葡萄，在苗期需要土壤的含水量較多，而含氣量要求不高，適宜的水氣條件為土壤田間持水量的80%，即土壤毛管空間80%被水充盈而另 20%充滿空氣。根據(jù)測(cè)定，此時(shí)對(duì)應(yīng)的微潤(rùn)管出水量為450毫升/米·天，根據(jù)圖2，相應(yīng)的水箱中水位高度為1. 8米水位。將水箱水位定位在1. 80米，微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)以450毫升/ 米 天速率出水，使土壤含水量穩(wěn)定地保持在田間持水量80%水平。同時(shí)，使土壤含氣量也隨之受到控制。葡萄座果后，要求土壤含水量較低而含氣量較高，如土壤水分為田間持水量的60% 為最佳狀態(tài)，依據(jù)微潤(rùn)管出水量與壓力關(guān)系曲線(圖2)，微潤(rùn)管的出水量降至300毫升/ 米·天，對(duì)應(yīng)的水位高度為1. 40米，土壤的含水、含氣量隨之確定，使土壤的含水量及含氣量保持在田間持水量60%水平?？傊ㄟ^(guò)對(duì)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)的單一參數(shù)水位控制，可以準(zhǔn)確調(diào)控土壤的含水量和含氣量，并且使這種期望狀態(tài)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地保持，使水、氣比例長(zhǎng)期處于最有利于作物生長(zhǎng)的最佳狀態(tài)。3.本發(fā)明特有的土壤溫度控制單元，土壤溫度控制由安裝于微潤(rùn)系統(tǒng)中的加熱器執(zhí)行。由于微潤(rùn)灌溉屬地下灌溉，微潤(rùn)管全部埋于l(Tl5cm深的土壤中，通入溫水后，相當(dāng)于大棚內(nèi)全部安裝了“地?zé)峁堋?。微?rùn)管放出的熱量和管內(nèi)釋放水所攜帶的熱量全部傳導(dǎo)給土壤，使土壤升溫。土壤的保溫作用避免了熱損失，使這種地?zé)崾郊訜岱绞骄哂休^高的熱效率和良好的升溫效果。用加熱器加熱水，用溫水灌溉了控制地溫，是一件看似簡(jiǎn)單的事，此前所以未能實(shí)現(xiàn)，主要是受技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性兩方面因素約制。從技術(shù)角度看，滴灌技術(shù)是目前最先進(jìn)最節(jié)水的灌溉技術(shù)。滴灌一般采用輪灌或間歇式灌溉制度。當(dāng)對(duì)某一地塊灌溉時(shí)，如面積為一畝的大棚，一般從開(kāi)機(jī)到停水耗時(shí)廣2 個(gè)小時(shí)，在這段時(shí)間內(nèi)須將400(Γ5000公斤的水滴入田中。在這樣短的時(shí)間內(nèi)，將這樣大量的水升溫20°C左右，需要高功率的加熱器。從裝備角度看，一個(gè)大棚配一個(gè)很巨大的加熱器是不合理配置，同時(shí)，加熱過(guò)程須消耗很多能量，高額的運(yùn)行成本，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言又失去了經(jīng)濟(jì)合理性。所以，到目前為止，國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)通過(guò)加熱灌溉用水。采用微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，用水情況發(fā)生很大的變化一畝面積的溫室或大棚，用水量為每天500公斤，而且這個(gè)水量是經(jīng)M小時(shí)不斷供水逐漸進(jìn)入土壤的，因此，每小時(shí)供水量?jī)H 21公斤左右，將這樣小的水量在1小時(shí)內(nèi)升溫20°C，一般的普通熱水器都可以勝任。相應(yīng)地，能量消耗也可降低至農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可接受的合理范圍內(nèi)。微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)的水量及水流特征，同時(shí)又提供了用低能量密度的熱源提高灌溉水溫的可能例如北方溫室冬季都需要采暖爐或暖墻，若在系統(tǒng)中串聯(lián)一個(gè)排管換熱器，將換熱器置于煙道中，利用煙道余熱將灌溉水加熱，即可達(dá)到提升地溫的目的。在有條件的地方也可以使用太陽(yáng)能熱水器。太陽(yáng)能熱水器利用的是低密度能量， 水升溫需用較長(zhǎng)的時(shí)間，每日加熱的水量也有限。這兩個(gè)特點(diǎn)恰好與微潤(rùn)灌溉的水量及水流特點(diǎn)匹配，用于控制地溫。總之，本發(fā)明充分利用了微潤(rùn)灌溉的低流量，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)供水的水流特征和耗水量很低的技術(shù)特點(diǎn)，在充分考慮設(shè)備配置合理性和運(yùn)行消耗的經(jīng)濟(jì)可靠性前題下，提出了用小型加熱器或低能量密度的熱源加熱灌溉水，用灌溉系統(tǒng)對(duì)土壤溫度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的方法。4.本發(fā)明特有的土壤營(yíng)養(yǎng)成分的控制單元，土壤營(yíng)養(yǎng)成分的控制由安裝在系統(tǒng)內(nèi)的自動(dòng)加肥罐執(zhí)行。加肥罐由罐體和一個(gè)用濾布制作的過(guò)濾袋組成，將肥料裝入過(guò)濾袋中， 將過(guò)濾袋放進(jìn)加肥罐內(nèi)，加肥罐連接到灌溉水管路上。當(dāng)灌溉水緩慢流徑加肥罐時(shí)，肥料逐漸被水溶解，隨水進(jìn)入微潤(rùn)管，被直接送達(dá)作物根區(qū)內(nèi)。由于微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)的水流特點(diǎn)，給肥料提供了充裕的溶解時(shí)間，使肥料的溶解過(guò)程不再受時(shí)間限制，因此，不必像滴灌系統(tǒng)那樣需要專用的快速溶解設(shè)備和噴射加入設(shè)備，也不需要專人按時(shí)操控管理。本系統(tǒng)將加肥工作簡(jiǎn)化到只要將需用量肥料向罐中一放，其余工作均由灌溉系統(tǒng)自動(dòng)完成。每次加肥成為舉手之勞，從而為提高投肥頻度和降低每次投肥數(shù)量提供了方便，為精準(zhǔn)控制土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量提供了條件，可以按照不同作物，不同生長(zhǎng)期吸肥量的差異，準(zhǔn)確控制每天或某一時(shí)段的供肥量，可以一天投一次肥，或2、3天投一次肥，按需投放，而不必象常施肥那樣， 將一個(gè)月甚至二個(gè)月的肥料一次投入田地中，肥料長(zhǎng)時(shí)間滯留在土壤中，讓作物隨機(jī)吸收。這種精準(zhǔn)調(diào)控施肥方式的優(yōu)點(diǎn)是
肥隨水走，水肥耦合，直接到達(dá)作物根部，被作物快速吸收，避免了肥料在土壤中被固定而造成的固定損失和淋溶損失。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，在作物生長(zhǎng)狀況相同的前題下，肥料用量至少可節(jié)省50%。根據(jù)作物不同生長(zhǎng)期不同的吸肥量和不同的營(yíng)養(yǎng)種類需要高頻度、低用量施肥， 更有利于作物生長(zhǎng)?？傊?，以微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)的技術(shù)特征為基礎(chǔ)，利用微潤(rùn)灌溉特有的水分流動(dòng)與釋放特點(diǎn)，配套加熱單元和施肥單元后，通過(guò)計(jì)算機(jī)的定量控制形成一個(gè)對(duì)土壤的水、肥、氣、熱四要素均可向?qū)ψ魑镉幸娣较蛘{(diào)控的系統(tǒng)。在不增加或少增加生產(chǎn)成本的前題下，解決了土壤升溫難題，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在水、肥、氣、熱全方位調(diào)控條件下進(jìn)行，有利于產(chǎn)品的豐產(chǎn)豐收。本發(fā)明應(yīng)用于①、對(duì)環(huán)境條件控制要求較高的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。②、高寒地區(qū)農(nóng)業(yè)種植，在解決春旱的同時(shí)解決春季地溫過(guò)低，種子難發(fā)芽問(wèn)題。③、特別適用于北方溫棚冬季蔬菜生產(chǎn)。


附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是出水量與壓力關(guān)系圖。附圖3是微潤(rùn)管的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4是加肥罐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，其組成包括供水箱1，其特征是所述的供水箱連接輸水管2，所述的輸水管上依次安裝閥門3，加熱器4，加肥罐5，所述的輸水管連接一組微潤(rùn)管6，計(jì)算機(jī)通過(guò)傳感器與供水、肥、氣、熱控制系統(tǒng)連接。實(shí)施例2
所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，所述的微潤(rùn)管是由內(nèi)管7和透水性保護(hù)套的外管8組成的具有雙層結(jié)構(gòu)的軟管，所述的內(nèi)管壁上有微通孔9，孔徑為 l(T900nm，所述的加熱器普通熱水器或者是利用低能效熱源的加熱器。實(shí)施例3
所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，所述的加肥罐由罐體10和一個(gè)用濾布11制作的過(guò)濾袋組成，所述的過(guò)濾袋中裝有肥料，所述的肥料依靠微潤(rùn)灌溉的水流特征，緩慢溶解，自動(dòng)加肥。由于微潤(rùn)灌溉是微量水以24小時(shí)不停的供水方式對(duì)作物進(jìn)行連續(xù)灌溉
A、單位長(zhǎng)度的微潤(rùn)管在單位時(shí)間內(nèi)供水量很小，在數(shù)量上以毫升為計(jì)量單位，與植物單位時(shí)間的吸水量處于同一數(shù)量級(jí)。使灌溉給水與作物吸水在數(shù)量上耦合。B、 作物的生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)論晝夜每一刻都在不停地吸收水分，而微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)的供水方式是24小時(shí)不停地給水，使灌溉給水與作物吸水在時(shí)間上同步。C、微潤(rùn)管的出水量是連續(xù)變量，與管內(nèi)壓力成正比關(guān)系。系統(tǒng)內(nèi)壓力的任何微小變化都會(huì)引起出水量響應(yīng)。因此，準(zhǔn)確調(diào)整灌溉系統(tǒng)的內(nèi)壓(如水箱的水位高度)，可以將微潤(rùn)管的出水量控制到以毫升為計(jì)量單位的任何所需數(shù)量。而且，內(nèi)壓數(shù)值一旦確定，微潤(rùn)管就會(huì)長(zhǎng)期穩(wěn)定的保持以某一確定的量向土壤供水。微潤(rùn)灌溉的上述特點(diǎn)，使該系統(tǒng)在灌溉時(shí)不但可以調(diào)節(jié)土壤的水分含量，而且還可以調(diào)節(jié)土壤中的空氣含量。加熱單元和加肥單元充分利用了微潤(rùn)灌溉的水流特征，組成了一個(gè)水、肥、氣、熱四要素全部可控的完整系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，其組成包括供水箱，其特征是所述的供水箱連接輸水管，所述的輸水管上依次安裝閥門、加熱器、加肥罐，所述的輸水管連接一組微潤(rùn)管，計(jì)算機(jī)通過(guò)傳感器與供水、肥、氣、熱控制系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，其特征是所述的微潤(rùn)管是由內(nèi)管和透水性保護(hù)套的外管組成的具有雙層結(jié)構(gòu)的軟管，所述的內(nèi)管壁上有微通孔，孔徑為l(T900nm，所述的加熱器是普通熱水器或者是利用低能量密度熱源的加熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)，其特征是所述的加肥罐由罐體和一個(gè)用濾布制作的過(guò)濾袋組成，所述的過(guò)濾袋中裝有肥料，所述的肥料依靠微潤(rùn)灌溉的水流特征，緩慢溶解，自動(dòng)加肥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水、肥、氣、熱四要素全控的自動(dòng)微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)。土壤的水、肥、氣、熱是約制作物生長(zhǎng)發(fā)育的四個(gè)主要環(huán)境條件要素，其中任何一個(gè)單獨(dú)因素的變動(dòng)，都會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)、發(fā)育造成在重大影響，當(dāng)變動(dòng)達(dá)到某一臨界值后，可使作物生長(zhǎng)緩慢，停止生長(zhǎng)，甚至死亡。本產(chǎn)品包括供水箱(1)，所述的供水箱連接輸水管(2)，所述的輸水管上依次安裝閥門(3)、加熱器(4)、加肥罐(5)，所述的輸水管連接一組微潤(rùn)管(6)，計(jì)算機(jī)通過(guò)傳感器與供水、肥、氣、熱控制系統(tǒng)連接。本產(chǎn)品用于設(shè)施農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)A01C21/00GK102150600SQ201110054750
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者楊瀟 申請(qǐng)人:楊瀟