日光溫室高效水肥系統(tǒng)的試驗和改進(jìn)

<p>高 效水肥系統(tǒng)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)1。該系統(tǒng)是借助壓力系統(tǒng)將可溶性固體或液體肥料 ，按土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律和特點 ，配兌成肥液與灌溉水一起在可控管道系統(tǒng)使水肥相溶后 ，通過管道和滴頭形成滴灌 ，均勻 、定時 、定量浸潤作物根系發(fā)育生長區(qū)域使根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量 。同時 ，該方法可以精確控制灌水量 、施肥量和灌溉施肥時間 ，顯著提高水分和肥料的利用率2。1 高效水肥系統(tǒng)構(gòu)成新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所針對新疆日光溫室水肥需求現(xiàn)狀 ，以 60 m 長的溫室為標(biāo)準(zhǔn) ，研發(fā)設(shè)計了溫室專用高效水肥系統(tǒng) ，該系統(tǒng)由首部樞紐 、輸配水管網(wǎng)和灌水器組成 。首部樞紐包括加壓器 、施肥罐 、過濾器 、壓力表 。輸配水管網(wǎng)指 PE 支管及連接管件 、堵頭 、直通 。灌水器指滴灌帶 、旁通3。將首部樞紐 、輸配水管網(wǎng) 、灌水器連接構(gòu)成高效水肥系統(tǒng) （圖 1）。日光溫室高效水肥系統(tǒng)的試驗和改進(jìn)馬彩雯 王 彥 王曉冬 吳樂天 傅 蓉（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所 ，新疆烏魯木齊 830091）摘要 對日光溫室高效水肥系統(tǒng)進(jìn)行試驗和改進(jìn) 。對高效水肥系統(tǒng)中水管網(wǎng)耐壓性能以及灌水器流量進(jìn)行試驗 ，驗證了系統(tǒng)中各管路系統(tǒng)壓力良好 ；單位時間內(nèi)各滴頭平均流量符合設(shè)計要求 ，高于標(biāo)定流量 。對系統(tǒng)中傳統(tǒng)的 PE 管打孔器進(jìn)行了改進(jìn) ，減少了 PE 管與旁通連接處漏水的可能性 ；對滴灌帶的排布方法提出了優(yōu)化方案 ，簡化了安裝工序 ，使安裝效率提高了 60%以上 ，使該系統(tǒng)的可靠性提高了100%。關(guān)鍵詞 日光溫室 ；水肥系統(tǒng) ；壓力 ；流量中圖分類號 S626.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2010）08-0263-02Experiment and Improvement on Efficiency Water and Fertilizer System in Solar GreenhouseMA Cai-wen WANG Yan WANG Xiao-dong WU Le-tian FU Rong（Institute of Agricultural Mechanization，Xinjiang Academy of Agrilcultural Science，Wulumuqi XinJiang 830091）Abstract Efficiency water and fertilizer system in solar greenhouse was tested and improved in this paper. The water distribution networkperformance and emitter flow pressure of efficiency water and fertilizer were tested to verify pressure piping system in each system was good ；unit timecomply with the design average flow of dripping requirements，and higher than the calibration flow. The traditional PE pipe hole puncher in the systemwas improved，which reduced the PE pipe and the possibility of junction leakage bypass；right drip irrigation belt-arranged method of optimizationsolutions were put forward to simplify the installation process，so that installing efficiency was improved by more than 60% ，and the reliability of thesystem increased by 100%.Key words solar greenhouse；water and fertilizer system；pressure；flow2 試驗與測試2.1 水管網(wǎng)耐壓性能試驗為檢測 PVC 管 、PE 管與各連接件在靜態(tài)條件下承壓能力是否能達(dá)到要求 ，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所于2010 年 1 月 28 日進(jìn)行了輸配水管網(wǎng) （PE 管與 PVC 管 ）壓力承受試驗 。試驗設(shè)備有 40 mm PVC 管 、 40 mm PE 管 、加壓器 、施肥罐 、過濾器 、連接件等 。PVC 管的額定工作壓力為 0.40.5 MPa，PE 管的額定工作壓力為 0.30.4 MPa，各連接管件的額定工作壓力為 0.16 MPa，因此選擇量程為 0.6MPa，單位量程為 0.02 MPa 的微型壓力表4。試驗各部件連接完成后如圖 2 所示 ，用加壓器將水壓入管路中 ，一直加壓到壓力表讀數(shù)為 0.32 MPa 時停止加壓 ，此時壓力是連接管件工作壓力的 2 倍 ，該試驗要求保持靜態(tài)壓力 0.32 MPa 的條件下 1 h，在試驗進(jìn)行 10 min 鐘后壓力降至 0.30 MPa，再繼續(xù)通過加壓器加壓至 0.32 MPa，每隔 10 min 補(bǔ)充加壓 1 次 ，保證靜態(tài)壓力在 0.32 MPa，1 h 后管件各個連接處完好 ，無明顯漏水現(xiàn)象 。試驗證明該滴灌管基金項目 新疆維吾爾自治區(qū)科技攻關(guān)項目 （項目編號 ：200931102）；新疆維吾爾自治區(qū)科技成果轉(zhuǎn)化項目 （項目編號 ：200954123）。收稿日期 2010-03-05現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2010 年第 8 期 農(nóng)業(yè)工程學(xué)60 m40 mm PE 管施肥罐壓力表過濾器 加壓器 水源0.3 m0.8 m滴灌帶7m圖 1 高效水肥系統(tǒng)構(gòu)成圖263現(xiàn) 代農(nóng)業(yè)科技 2010 年第 8 期農(nóng)業(yè)工程學(xué)路系統(tǒng)承壓能力良好 ，PE 管 、PVC 管 、連接件符合工作標(biāo)準(zhǔn) 。2.2 灌水器流量試驗新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所于 2009 年 11 月 6日進(jìn)行了灌水器 （滴灌帶與旁通 ）流量試驗 。試驗儀器有水泵 、施肥罐 、過濾器 、壓力測試裝置 、PE 支管 、滴灌帶 、旁通 、接水皿 、電子天平 、閥門 、生膠帶 、打孔器等 。首部樞紐由水泵 、壓力表 、過濾器 、施肥罐 、閥門等組成 ，用連接管件將各部件連接起來 ，安裝完成后如圖 3 所示 。輸配水管網(wǎng) PE 管長度為 60 m，PE 管裁好后平鋪在開闊地上 ，遠(yuǎn)離水源的一端安裝堵水接頭 。保證溫室長度方向上 PE 支管為一個整體 ，盡量不要有接頭 。若存在直通接頭 ，連接時要將 PE 管塞入接頭內(nèi) 5 cm 處 。因為 PE 材料熱脹冷縮比較明顯 ，早晚時分和用地下水灌溉時材料收縮較大 ，易在接頭處形成開口漏水5。PE 管平展 、不卷曲的情況下 ，在 PE 管上鉆旁通連接孔 ，孔徑 7 mm，旁通與 PE 管連接部分直徑為 8 mm，PE 材料有較強(qiáng)的伸縮性 ，為防止漏水 ，所以在 PE 管上鉆孔孔徑 7 mm，并保證所鉆的孔在一條直線上 ?？足@好后 ，安裝旁通 。用橡膠榔頭將不帶絲扣的一端敲進(jìn)孔內(nèi) ，滴灌帶的一端通過旁通上的絲扣螺母 ，套在旁通上 ，然后旋緊絲扣螺母 ，使滴灌帶和 PE 管緊緊連在一起6。滴灌帶與旁通連接完成后 ，將滴灌帶平鋪在地面上 ，不能彎折 。安裝完成后如圖 4 所示 。滴灌系統(tǒng)安裝完畢后 ，將準(zhǔn)備好的 25 個接水皿隨機(jī)排布在 25 個不同的滴頭旁 。隨后打開水泵 ，調(diào)節(jié)閥門 ，將動態(tài)壓力調(diào)整到 0.090.11 MPa 之間 ，等滴頭水流穩(wěn)定后 ，同時將 25 個接水皿放在滴頭下開始接水 ，在 25 個灌水皿中選擇 6 個滴頭進(jìn)行接水量對比 ?？拷撞康?2 個 、在整個系統(tǒng)中部的 2 個和系統(tǒng)末端的 2 個 （圖 4），接水量如圖 5 所示 。由所選 6 個接水皿接水量可知 ，2 號接水皿重量為332.8 g，1 號接水皿重量為 329.2 g，相差 3.6 g；3 號與 4號接水皿相差 0.6 g；5 號與 6 號接水皿相差 5.5 g。1 號為首端接水皿 ，6 號為系統(tǒng)末端 ，接水重量相差 36.0 g，離首部較近的滴頭流量略高于離首部較遠(yuǎn)的滴頭的流量 。接水 10 min 后同時將 25 個接水皿停止接水 ，然后將25 個接水皿集中進(jìn)行稱重 ，測量出單個滴頭 10 min 的流水量 ，結(jié)果如表 1 所示 。25 個滴頭中最高流量出現(xiàn)在 5 號測試點 ，滴頭流量為 2 091.6 g/h；最低流量出現(xiàn)在 21 號測試點 ，滴頭流量為1 691.4 g/h；系統(tǒng)的標(biāo)定流量為 1 800.0 g/h，25 個滴頭的總流量為 47 151.6 g/h，平均流量為 1 886.1 g/h。系統(tǒng)中高于標(biāo)定流量共計 19 個滴頭 ，占總數(shù)的 76%，低于標(biāo)定流量為 6個滴頭 ，占總數(shù)的 24%。該系統(tǒng)在單位時間內(nèi)各滴頭的平均流量符合設(shè)計要求 ，高于標(biāo)定流量 ，表明流量滿足作物生長的需水量 。3 系統(tǒng)應(yīng)用與改進(jìn)3.1 打孔器的改進(jìn)在滴灌系統(tǒng)安裝過程中發(fā)現(xiàn) ，使用打孔器在 PE 管上打孔時 ，如果用力稍大就會將打孔器的打孔頭插入 PE 管中 ，再將打孔器拔出時 ，廢料出口的邊緣就會刮到剛打出新孔的邊緣 ，從而打出一個不規(guī)則的圓孔 （圖 6）。安裝好旁通后 ，在（下轉(zhuǎn)第 267 頁 ）編號 重量 g 流量 g/h 編號 重量 g 流量 g/h1 329.2 1 975.2 15 329.3 1 975.82 332.8 1 996.8 16 301.8 1 810.83 337.1 2 022.6 17 321.4 1 928.44 341.3 2 047.8 18 294.6 1 767.65 348.6 2 091.6 19 318.4 1 833.06 316.2 1 897.2 20 287.4 1 724.47 309.8 1 858.8 21 281.9 1 691.48 317.5 1 905.0 22 301.6 1 809.69 331.3 1 987.8 23 309.8 1 792.210 336.6 2 019.6 24 298.7 1 858.811 311.9 1 871.4 25 293.2 1 759.212 304.9 1 829.4 總流量 - 47 151.613 305.5 1 910.4 平均流量 - 1 886.114 297.8 1 786.8表 1 接水皿流量統(tǒng)計2802702903003103203303401 4 632 5接水量g所選 6 個接水皿圖 5 6 個接水皿接水量連接件 PE 管 堵頭 PVC管過濾器施肥罐壓力表 加壓器 水源50 m圖 2 壓力試驗滴灌首部 、管路排布示意圖過濾器施肥罐壓力表 加壓表 水源圖 3 滴灌首部安裝示意圖圖 4 輸水管網(wǎng)安裝示意圖1230 m60 m7m56 43注 ：圖中 16 為試驗選定 6 個接水皿 。264提 高效率 15 倍以上 ，提高了勞動效率 ，降低了卷放簾的勞動強(qiáng)度 ，改善了操作的環(huán)境 。據(jù)測試 ，1 個 70 m 長的大棚 ，卷簾機(jī)卷放 1 次僅需 8 min，而人工卷放 1 次需要 2 人工作 2h，相比之下 ，機(jī)械卷簾每天能延長光照時間近 2 h，充分利用增加時間差來提高和保持棚內(nèi)溫度 ，使棚內(nèi)溫度提高 35 ，棚內(nèi)種植物生長周期縮短 、早熟 ，比人工卷簾提前 510 d 上市 ，價格平均提高 1.01.5 元 /kg。同時 ，能減少草簾子的破損 ，延長草簾子的使用壽命 ，節(jié)省的勞動力可從事其他工作 ，多增加收入等 ，1 年內(nèi)就可以收回投資 。5 參考文獻(xiàn)1 馬全福 .溫室大棚機(jī)械化卷簾技術(shù) J.河北農(nóng)業(yè)科技 ，2008（9）：51.2 侯少麗 .大棚機(jī)械卷簾技術(shù) J.農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 ，2009（8）：44.3 郭光喜 ，楊富民 ，楊永林 .城郊蔬菜大棚機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)研究應(yīng)用 J.湖北農(nóng)機(jī)化 ，2009（2）：56.4 劉洪祥 ，李玉財 .大棚機(jī)械化增產(chǎn)技術(shù) J.農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化 ，2003（1）：28.!姚春剛等 ：溫室大棚機(jī)械卷簾技術(shù)（上接第 264 頁 ）灌溉過程中發(fā)現(xiàn)有部分旁通與 PE 管連接處有漏水現(xiàn)象 ，主要是因為打出的孔不規(guī)則造成的 。經(jīng)過改進(jìn)后 ，在打孔器頭部加入擋板 （圖 7）。使用帶有擋板的打孔器為 PE 管打孔時用力過大也不會打出不規(guī)則的孔 ，從而解決了 PE 管于旁通連接處漏水的問題 。3.2 滴灌帶排布方法改進(jìn)在安裝滴灌帶的過程中發(fā)現(xiàn) ，傳統(tǒng)的滴灌帶排布方法在安裝時費工費時 ，而且在發(fā)生堵塞時容易造成部分植株澆不到水的現(xiàn)象 ，如圖 8 所示 ，A 點是扎死的 ，假如 B 點發(fā)生堵塞 ，B 點到 A 點之間水就不能流通了 。經(jīng)過改進(jìn) ，新的滴灌帶排布方法如圖 9 所示 。新的排布方法減少了扎死滴灌帶的工作量 ，提高了排布速度 。用傳統(tǒng)排布方法安裝一套高效水肥系統(tǒng) ，2 人安裝需要約 4 h，用新的排布方法 2 人安裝只需 1.5 h 左右就可安裝完畢 。與傳統(tǒng)方法相比 ，這種排布方法比傳統(tǒng)排布方法省時省工 ，安裝效率可提高 60%以上 。如果 C 點發(fā)生堵塞 ，水依然能從 D 方向流過去 。在發(fā)生單管堵塞時也不影響灌溉 ，提高了水流效率 ，使得該系統(tǒng)的可靠性提高了 100%。4 結(jié)論（1）對 PE 管的專用打孔器進(jìn)行設(shè)計改進(jìn) ，改進(jìn)后打孔均勻規(guī)則 、孔徑標(biāo)準(zhǔn) ，連接旁通后緊密 ，有效改善了連接處的漏水現(xiàn)象 。（2）對滴灌帶的排布方法進(jìn)行了優(yōu)化 ，降低了勞動 ，節(jié)約了勞動時間 ，有效提高工作效率 60%以上 ，當(dāng)發(fā)生單管堵塞時 ，不影響正常的澆灌 ，從而使該系統(tǒng)的可靠性提高了 100%。（3）日光溫室高效水肥系統(tǒng)經(jīng)過試驗和改進(jìn) ,驗證了系統(tǒng)的使用性能 ，該系統(tǒng)與原始的灌溉方式比較 ，有效降低了環(huán)境濕度及病蟲害發(fā)生率 ，高效水肥系統(tǒng)能有效控制作物對水肥的需求量 ，達(dá)到按需灌水按量施肥的目的 。5 參考文獻(xiàn)1 張子鵬 ，陳仕軍 .水肥一體化滴灌技術(shù)在大田蔬菜生產(chǎn)上的應(yīng)用初報J.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) ，2009（6）：89-90.2 周舟 ，傅澤田 ，王秀 ，等 .滴灌施肥機(jī)灌水與施肥均勻性試驗 J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 ，2009（5）：7-13.3 劉霞 .日光溫室滴灌系統(tǒng)的設(shè)計和安裝 J.新疆農(nóng)機(jī)化 ，2009（6）：30-31.4 姜魯艷 ，馬彩雯 ，吳樂天 ，等 .溫室專用高效節(jié)水施肥灌溉系統(tǒng) J.新疆農(nóng)機(jī)化 ，2009（6）：32-33.5 李秋田 .日光大棚滴灌節(jié)水技術(shù) J.山西農(nóng)業(yè)科學(xué) ，2009，37（4）：92.6 趙明江 ，曹青海 ，劉洋 ，等 .大棚滴灌技術(shù)的設(shè)計與安裝 J.水利工程 ，2009（10）：11-12.DC圖 9 滴灌帶新型排布方法新加擋板圖 7 改進(jìn)后的打孔器與打出的孔廢料出口圖 6 改進(jìn)前的打孔器與打出的孔圖 8 傳統(tǒng)滴灌帶排布方法BA267</p>