一种用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统技术方案

本发明专利技术的实施例公开一种用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统。包括：水源器、输水管道和负压双供水管，其中，水源器的数量为2个，位于目标灌溉区两侧；输水管道的数量为多个，多个输水管道通过三通阀依次连接成主输水管，依次连接的输水管道贯穿温棚灌溉区中垄和沟，第一个输水管道与一侧的水源器相连，最后一个与另一侧的水源器相连；负压双供水管的数量为多个，位于主输水管道的两侧并埋设在温棚垄中，与主输水管道通过三通阀连接；水源器包括：储水桶、肥液桶、灌溉水负压调节器、肥液负压调节器、灌溉水导气管、肥液导气管及肥液控制阀门。应用本发明专利技术，可以在温室尺度上对根区土壤含水率和养分进行精准控制，进而提高水肥利用效率。

An Integrated System of Water and Fertilizer for Negative Pressure Irrigation in Greenhouse Fields

The embodiment of the present invention discloses an integrated water and fertilizer system for negative pressure irrigation in greenhouse field. Including: water source, water conveyance pipeline and negative pressure double water supply pipeline, in which the number of water source devices is 2, located on both sides of the target irrigation area; the number of water conveyance pipelines is multiple, multiple water conveyance pipelines are connected into the main water conveyance pipeline through three-way valves in turn, and the water conveyance pipelines are connected through the ridges and ditches in the irrigation area of temperature shed, the first water conveyance pipeline is connected with the water source on one side, and the last with the water source on the The number of negative pressure double water supply pipes on the other side is more than one, which is located on both sides of the main water pipeline and buried in the ridge of the warm shed, and connected with the main water pipeline through the three-way valve. The water source includes: water storage bucket, fertilizer bucket, irrigation water negative pressure regulator, irrigation water guide pipe, fertilizer liquid guide pipe and fertilizer liquid control valve. The invention can accurately control the soil moisture and nutrients in the root zone at the greenhouse scale, thereby improving the water and fertilizer utilization efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统
本专利技术涉及农业地下微渗灌技术，尤其涉及一种用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统。
技术介绍
随着劳动力资源减少、水资源紧张局势的加剧，如何提高我国农业灌溉技术的自动化、机械化水平，提升农业生产效率，是发展我国现代农业首要考虑的问题。其中，依靠科技创新，推广负压节能输水是缓解或解决我国农业缺水现状、走发展节水型现代农业道路的有效技术手段。目前，在负压节能输水技术中，水肥一体化是提高水分、养分利用效率，促进作物增产的重要手段。负压节能输水是一种将灌水器埋于地下的新型自动补给节水灌溉技术，通过控制供水负压，可以使得在作物整个生长期间，土壤水势可以保持与供水负压的动态平衡，从而实现作物对水分的连续自动获取。由于负压节能输水不破坏土壤结构，可以使得土壤内部水、肥、气、热保持适宜于农作物生长的良好状况；同时，蒸发损失小、不产生地面径流、灌水量小，一次灌水延续时间较长，水资源利用率高；而且，负压节能输水是以作物耗水而产生的负压(水势差)为作物吸水的主动压力，因而能够较准确地控制灌水量，可减少无效的棵间蒸发，极大减少水的浪费。图1为现有负压灌溉水肥一体化系统结构示意图。参见图1，该负压灌溉水肥一体化系统包括：灌水器11、输水管12、储水桶13和负压发生器14。其中，灌水器11埋设在土壤(基质)中，是一种“透水不透气”的陶土管。储水桶13上安装有水位管131，用于测量桶内水位(h1)的变化。负压发生器14由三部分组成，分别为：电磁阀141、控压开关142和气体罐143，负压发生器14与储水桶13通过气体管道15相连通，气体管道15内充满空气。控压开关142用于设置预定的负压强，当气体罐143中的压强达到控压开关142设定的负压强，进而继续下降时，控压开关142触发电磁阀141，使得外界空气通过电磁阀141进入气体罐143。当进入气体罐143内的空气的压强等于控压开关142设定的负压强时，电磁阀141关闭，由此可保证气体罐143内部压强稳定。由于负压灌溉水肥一体化系统是密封的且气体管道和气体罐中充满空气，因而，气体罐中控压开关上设置的负压强与陶土管内的压强相等。依据土壤水动力学原理，将陶土管埋于土壤中，依靠土壤与陶土管之间的水势梯度差，当陶土管中的水流进入土壤，储水桶中的水位下降，导致储水桶内压强减小，当小于预定的负压强时，负压发生器中的气体进入储水桶，使得整个系统压强维持一个动态平衡状态。其中，预定的负压强称为供水水头(供水负压)，可以通过改变预定的负压强来控制土壤含水量。但现有的负压灌溉水肥一体化系统，直接将肥料加入储水桶中形成肥液进行灌溉。因为负压灌溉是小流量入渗，因此在供水过程中会长时间向作物提供肥液，不能实现根据作物不同生育阶段的需肥规律进行施肥，导致肥液的利用效率不高，同时，不能及时消耗的肥液也会污染储水桶中的灌溉水；由于灌溉水本身含有一定的气体，因此，现有负压灌溉过程中，随着灌溉水从渗水器渗入根区土壤，灌溉水内的气体停留在灌溉系统的输水管内，如果气体无法有效及时排除出灌溉系统，会在输水管内产生气柱，从而阻塞灌溉水的流动，导致灌溉水无法及时向作物供水，引起负压灌溉失效；并且，目前负压灌溉系统采用的负压渗水器只能供小区域范围内的作物生长，如果扩大供水范围将会极大提高工程造价，并且一块地单个的负压渗水器的使用量过大，会导致管理不便和供水不均匀；现有负压灌溉水肥一体化系统存在供水压力在一定范围内波动，不能维持供水水压的恒定，从而不能保证农作物生长在稳定的土壤水肥分条件下。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统，可以在温室尺度上对根区土壤含水率和养分进行精准控制，进而提高水肥利用效率。本专利技术实施例提供的用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统，包括：水源器、输水管道和负压双供水管，其中，水源器的数量为2个，位于目标灌溉区两侧；输水管道的数量为多个，多个输水管道通过三通阀依次连接成主输水管道，依次连接的主输水管道贯穿温棚灌溉区中垄和沟，其中，第一个输水管道与一侧的水源器相连，最后一个输水管道与另一侧的水源器相连；负压双供水管的数量为多个，位于主输水管道的两侧并埋设在温棚垄中，与主输水管道通过三通阀连接；水源器包括：储水桶、肥液桶、灌溉水负压调节器、肥液负压调节器、灌溉水导气管、肥液导气管以及肥液控制阀门，其中，灌溉水导气管的一端与储水桶底部相连通，另一端与灌溉水负压调节器顶部相连通；灌溉水负压调节器，包括第一密封容器以及第一进气管，第一密封容器内容置有水，第一进气管为中空的直通管道，通过第一密封容器顶部插入到第一密封容器的水液面内，第一进气管底部与第一密封容器内水液面之间水位差为预先设置的第一负压水位差阈值；连通储水桶底部与灌溉水负压调节器顶部的灌溉水导气管内形成气液分界面，该负压调节器内顶部的气体压强在系统工作时与第一负压水位差阈值对应的阈值压强之和等于大气压；肥液导气管的一端与肥液桶底部相连通，另一端与肥液负压调节器顶部相连通；肥液负压调节器，包括第二密封容器以及第二进气管，第二密封容器内容置有水，第二进气管为中空的直通管道，通过第二密封容器顶部插入到第二密封容器的水液面内，第二进气管底部与第二密封容器内水液面的水位差为预先设置的第二负压水位差阈值；肥液桶底部还通过出液管道与输水管道相连通，输肥管道上设置有用于控制肥液输出的肥液控制阀门；储水桶底部还通过输水管道与主输水管道一端相连通。可选地，主输水管道的第一个输水管道一端接入水源器输水管道和肥料管道交接处，另一端接入三通阀，三通阀另外两个接口与第二输水管道和负压双供水管相连，剩余的负压双供水管和输水管通过三通阀依次相连；可选地，所述储水桶的出水管道、肥液桶的出液管道与第一个输水管道的三管交接处高于主输水管道中心点3-5cm。可选地，所述第一密封容器上开设的用于与灌溉水导气管相连通的第一气体调节孔的位置高于储水桶内的水液面。可选地，所述第一气体调节孔的位置高于储水桶的进水口。可选地，所述肥液负压发生器中液位与第二进气管底部的高度差小于灌溉水负压发生器中水位与第一进气管底部的高度差。可选地，所述输水管道包括：第一输水管、第二支撑水管、第三输水管、输水软管以及钢丝网骨架聚乙烯醇缩甲醛PVFM复合管，其中，第一输水管倾斜放置，第三输水管水平放置，第二支撑水管竖直放置，钢丝网骨架PVFM复合管埋设在土壤中，向土壤以预定负压供水；第一输水管上端通过四通阀与输水主管道相连通，第一输水管还与第二支撑水管相连通，第二支撑水管与第三输水管相连通，第三输水管与输水软管相连通，输水软管与钢丝网骨架PVFM复合管相连通。可选地，所述第一输水管与第三输水管呈3°-5°夹角。可选地，所述钢丝网骨架PVFM复合管包括：内硬质层、中间增强层以及外软质层，其中，内硬质层采用硬质PVFM材料制作形成中空管道，中间增强层为用于增强复合管刚度和强度的钢丝网格层，覆盖内硬质层，外软质层采用软质PVFM材料制作形成，覆盖中间增强层。本专利技术实施例提供的一种用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统，包括：水源器、输水管道和负压双供水管，其中，水源器的数量为2个，位于目标灌溉区两侧；输水管道的数量为多个，多个输水管道通过三通阀依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统，其特征在于，包括：水源器、输水管道和负压双供水管，其中，水源器的数量为2个，位于目标灌溉区两侧；输水管道的数量为多个，多个输水管道通过三通阀依次连接成主输水管道，依次连接的输水管道贯穿温棚灌溉区中垄和沟，其中，第一个输水管道与一侧的水源器相连，最后一个输水管道与另一侧的水源器相连；负压双供水管的数量为多个，位于主输水管道的两侧并埋设在温棚垄中，与主输水管道通过三通阀连接；水源器包括：储水桶、肥液桶、灌溉水负压调节器、肥液负压调节器、灌溉水导气管、肥液导气管以及肥液控制阀门，其中，灌溉水导气管的一端与储水桶底部相连通，另一端与灌溉水负压调节器顶部相连通；灌溉水负压调节器，包括第一密封容器以及第一进气管，第一密封容器内容置有水，第一进气管为中空的直通管道，通过第一密封容器顶部插入到第一密封容器的水液面内，第一进气管底部与第一密封容器内水液面之间水位差为预先设置的第一负压水位差阈值；连通储水桶底部与灌溉水负压调节器顶部的导气管内形成气液分界面，该负压调节器内顶部的气体压强在系统工作时与第一负压水位差阈值对应的阈值压强相等；肥液导气管的一端与肥液桶底部相连通，另一端与肥液负压调节器顶部相连通；肥液负压调节器，包括第二密封容器以及第二进气管，第二密封容器内容置有水，第二进气管为中空的直通管道，通过第二密封容器顶部插入到第二密封容器的水中，第二进气管底部与第二密封容器内水液面之间水位差为预先设置的第二负压水位差阈值；肥液桶底部还通过输肥管道与输水管道相连通，输肥管道上设置有用于控制肥液输出的肥液控制阀门；储水桶底部还通过输水管道与主输水管道一端相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统，其特征在于，包括：水源器、输水管道和负压双供水管，其中，水源器的数量为2个，位于目标灌溉区两侧；输水管道的数量为多个，多个输水管道通过三通阀依次连接成主输水管道，依次连接的输水管道贯穿温棚灌溉区中垄和沟，其中，第一个输水管道与一侧的水源器相连，最后一个输水管道与另一侧的水源器相连；负压双供水管的数量为多个，位于主输水管道的两侧并埋设在温棚垄中，与主输水管道通过三通阀连接；水源器包括：储水桶、肥液桶、灌溉水负压调节器、肥液负压调节器、灌溉水导气管、肥液导气管以及肥液控制阀门，其中，灌溉水导气管的一端与储水桶底部相连通，另一端与灌溉水负压调节器顶部相连通；灌溉水负压调节器，包括第一密封容器以及第一进气管，第一密封容器内容置有水，第一进气管为中空的直通管道，通过第一密封容器顶部插入到第一密封容器的水液面内，第一进气管底部与第一密封容器内水液面之间水位差为预先设置的第一负压水位差阈值；连通储水桶底部与灌溉水负压调节器顶部的导气管内形成气液分界面，该负压调节器内顶部的气体压强在系统工作时与第一负压水位差阈值对应的阈值压强相等；肥液导气管的一端与肥液桶底部相连通，另一端与肥液负压调节器顶部相连通；肥液负压调节器，包括第二密封容器以及第二进气管，第二密封容器内容置有水，第二进气管为中空的直通管道，通过第二密封容器顶部插入到第二密封容器的水中，第二进气管底部与第二密封容器内水液面之间水位差为预先设置的第二负压水位差阈值；肥液桶底部还通过输肥管道与输水管道相连通，输肥管道上设置有用于控制肥液输出的肥液控制阀门；储水桶底部还通过输水管道与主输水管道一端相连通。2.根据权利要求1所述的用于温室田间的负压灌溉水肥一体化系统，其特征在于，构成主输水管道的第一个输水管道一端接入水源器输水管道和肥料管道交接处，另一端接入三通阀，三通阀另外两个接口与第二输水管道和负压双供水管相连，剩余的负压双供水管和输水管通过三通阀依次相连；负压双供水管主要有PVC输水管、PE输水软管、三通阀、四通阀和钢丝网骨架聚乙烯醇缩甲醛泡沫(PVFM)复合管，其中，所述PVC输水管道由三通阀和四通阀连接；PE输水软管一端用四通阀与PVC输水管相连，另...

【专利技术属性】
技术研发人员：李生平，武雪萍，刘志平，郑凤君，宋霄君，张梦妮，卢晋晶，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11