一種水肥氣一體化滴灌系統及滴灌方法技術方案

本發明專利技術涉及一種水肥氣一體化滴灌系統及滴灌方法，系統包括一供水泵，供水泵連接一具有浮球水位儀的混合罐；混合罐內設置有pH、EC和DO傳感器；混合罐出水管經一兩通電磁閥連接一管道泵，管道泵的出口連接一三通電磁閥；三通電磁閥的一個出口連接一篩網過濾器；三通電磁閥的另一出口連接若干文丘里注肥器的支管，各支管的出口連接混合罐；每一文丘里注肥器的進液口分別連接一罐體；混合罐的最下部通過一兩通電磁閥連接一超微米氣泡發生裝置；pH傳感器和EC傳感器連接一EC/pH控制器，DO傳感器連接DO控制器，EC/pH控制器和DO控制器連接一可編程控制器；各兩通電磁閥，三通電磁閥、浮球水位儀、供水泵、管道泵和超微米氣泡發生裝置分別電連接可編程控制器。本發明專利技術可以廣泛用于各種水肥氣一體化滴灌過程中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種滴灌系統及滴灌方法，特別是關于一種適用于溫室作物根區灌溉的水肥氣一體化滴灌系統及滴灌方法。
技術介紹
水、肥、氣、熱、光作為植物生長發育的五大外部因素，各因素之間相互聯系共同操控植物的生長發育。其中，土壤水分和肥作為植株生長的必備條件，對植株生長特性起到了明顯的調控作用，而灌溉施肥是土壤水分和肥主要來源之一。合理灌溉能夠調控作物根系生長發育，使莖、根、葉各部分維持最優生長量，從而達到最佳的產出比。土壤的通氣狀況對根區呼吸和有機質分解影響顯著，進而影響到根系的生長。作物根系環境對作物生長有很大影響，在不同土壤通 氣狀況下，作物根細胞和組織呼吸及養分吸收量不同，有氧呼吸可以形成較多ATP (三磷酸腺苷)，將更多能量貯存起來，為作物生長提供動力，保證作物正常成長。長期以來，人們研究的重點主要是放在水、肥調節對作物生長發育的影響，對光、熱的研究相對較少，對氣的研究就更少。根系缺氧可能限制根系的發展，由于灌水造成根區土壤氧氣含量嚴重不足，抑制根系和土壤微生物有氧呼吸，影響作物生長。因此，灌水后采用向作物根區通氣的做法，可以使空氣進入濕潤的土壤中，土壤孔隙中的水分向周圍迅速擴散，土壤透氣通道被打開。由于土壤水分的再分布，更多的水分向周圍擴散，濕潤體土壤含水率逐漸降低，導氣率不斷提高，土體中的水肥氣三項比例得到明顯改善。因此，在實踐中可以將肥料和氣體一起加入灌溉水中，輸送到植物根系以解決根系對水肥氣的需求。比如:中國專利公開號為:CN102487784A，名稱為“一種滴灌加氧方法及裝置”的專利文獻中公開的是一種包括水桶、加氧桶、滴灌管網和聯動裝置的滴灌加氧裝置，采用自重力水桶和聯動裝置實現了滴灌加氧，含氧原液可用雙氧水，采用行間起壟培土的方法提高所加氧氣和灌水的利用效率。該裝置在水肥氣一體化聯合調控方面取得了良好的效果，其可以根據作物的生長情況，多次向作物根區進行灌水加氧處理。但是其存在一些問題:1、由于其結構簡單實際應用時的結構穩定性有待驗證；2、氣體在水中的溶解度較低，保存時間短，使得通氣時間長、頻率高；3、灌溉方式比較單一等。又比如:現有技術中還有一種采用田間空氣注射器將空氣中的氧氣加入灌溉水流后，通過地面灌溉系統將氧氣輸送到作物根區，雖然空氣注射器向作物根區加氧極大發掘了作物增長的潛力，但是也存在以下不足:1、空氣注射器是根據文丘里原理運行的，即通過閥門控制注射器進出口的壓力使兩側形成壓力差，進而控制進入灌溉水的空氣量；但是空氣注射器安裝于水泵后面，當水流流速不穩定時必然造成注射器兩側壓力的改變，通過閥門來調節壓力的精度也比較低，不穩定的壓力很難保證進入灌溉水中空氣濃度的穩定性；其次，壓力管道內存在的氣體也會造成系統運行的不穩定性。2、由于空氣注射器將空氣直接加于灌溉水中，空氣在水中溶解度較小，地面灌溉時空氣容易從灌水點逃逸，因此只適用于地下滴灌；同時注射器過流水力損失大，吸入空氣時，進出口兩側需要保持一定工作壓差，壓力損失較大，進而造成能耗較大，因此大大地限制了加氧灌溉在實際生產中的應用。另外現有技術中使用的滴灌灌水器非常容易發生堵塞，一旦發生堵塞就不能使用，而需要停止系統操作進行清理，費時費力。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種集提高作物根區的氧氣含量、降低灌水器堵塞、殺菌消毒等多種功能于一身的適用于溫室作物根區灌溉的水肥氣一體化滴灌系統及滴灌方法為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案:一種水肥氣一體化滴灌系統，其特征在于:它包括一供水泵，所述供水泵通過一兩通電磁閥連接一具有浮球水位儀的混合罐；所述混合罐內設置有PH傳感器、EC傳感器和DO傳感器；所述混合罐下部設置有一出水管，所述出水管經一兩通電磁閥連接一管道泵，所述管道泵的出口連接一三通電磁閥；所述三通電磁閥的一個出口通過管道連接一篩網過濾器，所述篩網過濾器的出口通過管道經單向止回閥連接灌溉系統；所述三通電磁閥的另一出口通過一進水干管并聯連接若干具有一兩通電磁閥和一文丘里注肥器的支管·，各所述支管的出口通過一出水干管連接所述混合罐的上部；每一所述文丘里注肥器的進液口分別通過一連接管連接一罐體；所述混合罐的最下部通過另一連接管經一兩通電磁閥連接一超微米氣泡發生裝置；所述pH傳感器和EC傳感器連接一 EC/pH控制器，所述DO傳感器連接DO控制器，所述EC/pH控制器和DO控制器連接一可編程控制器；各所述兩通電磁閥，三通電磁閥、浮球水位儀、供水泵、管道泵和超微米氣泡發生裝置分別電連接所述可編程控制器。在所述供水泵與所述混合罐之間的主管道設置有一流量傳感器，所述流量傳感器連接所述可編程控制器。在所述文丘里注肥器的進肥口處連接有一吸肥速度顯示儀。在所述吸肥速度顯示儀上連接一傳感器，將所述傳感器連接所述可編程控制器。使用本專利技術系統的一種水肥氣一體化滴灌方法，其包括以下步驟:1)設置一水肥氣一體化滴灌系統，設置一自動控制裝置，通過可編程控制器控制水、肥和氣的加入量，通過相應設置的傳感器實現閉環控制；2)供水泵啟動，兩通電磁閥導通，向混合罐中注水，當水到達流量傳感器設定的數值或水位到達浮球水位儀時，供水泵和兩通電磁閥關閉，停止向混合罐注水；3)控制連接文丘里注肥器的各兩通電磁閥、連接管道泵的兩通電磁閥和連接超微米氣泡發生裝置的兩通電磁閥導通，并將三通電磁閥連接混合罐的出口導通，連接篩網過濾器的出口關閉，開始從個罐體中向混合罐中抽營養液，從超微米氣泡發生裝置向混合罐中充氣，此時在混合罐的下部出口和上部進口之間的管道上形成一配置營養液循環回路；4)與步驟3同時，DO控制器收集DO傳感器采集的溶解氧濃度數據信息，EC/pH控制器收集PH傳感器和EC傳感器采集的pH值和營養液含量數據信息，并將各項數據信息發送給可編程控制器，由可編程控制器根據預置的各項參數，自動控制各兩通電磁閥的開度大小；5)當營養液達到程序設定的控制參數時，可編程控制器控制超微米氣泡發生裝置關閉，控制三通電磁閥連接混合罐的出口關閉，連接篩網過濾器的出口導通，控制連接管道泵的兩通電磁閥繼續導通，管道泵繼續工作，營養液開始輸出，通過篩網過濾器和單向止回閥進入灌溉系統中預先設定的水培器具或灌溉小區。所述步驟4)控制參數的精度要求EC值為±0.15ms/cm, pH值為±0.15pH，穩定時間3分鐘以內，系統超調小于15% ;以分鐘為單位按時灌溉施肥，控制參數為時間，控制精度為10秒。所述步驟4)控制參數中氣體溶解度為6 7mg/L,不斷循環達到8 9mg/L,每次灌溉時根據土壤的性質及作物的屬性制定相應的加氣時間和濃度，可將水中的溶氧濃度控制在所需要的溶解度。本專利技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本專利技術由于設置了一加水、加肥和加氣的一體化滴灌系統，特別是在系統中首次加入了超微米氣泡發生裝置，因此可以使灌溉水中溶解更多的氧氣，有效地提升作物根區氧氣含量，提高作物對肥料的吸收效率和利用效率，促進作物根系的生長發育，與傳統灌溉施肥方法相比，節水50 65%，節肥25 35%，蔬菜增產20 40%。2、本專利技術由于設置了超微米氣泡發生裝置，因此不但在灌溉水中加入的微納米氣泡體積小，溶氧率高，上升速度慢，在水中停留時間長；而且設備體積小，成本低，效率高；結構簡單，部件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水肥氣一體化滴灌系統，其特征在于：它包括一供水泵，所述供水泵通過一兩通電磁閥連接一具有浮球水位儀的混合罐；所述混合罐內設置有pH傳感器、EC傳感器和DO傳感器；所述混合罐下部設置有一出水管，所述出水管經一兩通電磁閥連接一管道泵，所述管道泵的出口連接一三通電磁閥；所述三通電磁閥的一個出口通過管道連接一篩網過濾器，所述篩網過濾器的出口通過管道經單向止回閥連接灌溉系統；所述三通電磁閥的另一出口通過一進水干管并聯連接若干具有一兩通電磁閥和一文丘里注肥器的支管，各所述支管的出口通過一出水干管連接所述混合罐的上部；每一所述文丘里注肥器的進液口分別通過一連接管連接一罐體；所述混合罐的最下部通過另一連接管經一兩通電磁閥連接一超微米氣泡發生裝置；所述pH傳感器和EC傳感器連接一EC/pH控制器，所述DO傳感器連接DO控制器，所述EC/pH控制器和DO控制器連接一可編程控制器；各所述兩通電磁閥，三通電磁閥、浮球水位儀、供水泵、管道泵和超微米氣泡發生裝置分別電連接所述可編程控制器。

【技術特征摘要】
1.一種水肥氣一體化滴灌系統，其特征在于:它包括一供水泵，所述供水泵通過一兩通電磁閥連接一具有浮球水位儀的混合罐；所述混合罐內設置有PH傳感器、EC傳感器和DO傳感器；所述混合罐下部設置有一出水管，所述出水管經一兩通電磁閥連接一管道泵，所述管道泵的出口連接一三通電磁閥；所述三通電磁閥的一個出口通過管道連接一篩網過濾器，所述篩網過濾器的出口通過管道經單向止回閥連接灌溉系統；所述三通電磁閥的另一出口通過一進水干管并聯連接若干具有一兩通電磁閥和一文丘里注肥器的支管，各所述支管的出口通過一出水干管連接所述混合罐的上部；每一所述文丘里注肥器的進液口分別通過一連接管連接一罐體；所述混合罐的最下部通過另一連接管經一兩通電磁閥連接一超微米氣泡發生裝置；所述pH傳感器和EC傳感器連接一 EC/pH控制器，所述DO傳感器連接DO控制器，所述EC/pH控制器和DO控制器連接一可編程控制器；各所述兩通電磁閥，三通電磁閥、浮球水位儀、供水泵、管道泵和超微米氣泡發生裝置分別電連接所述可編程控制器。2.如權利要求1所述的一種水肥氣一體化滴灌系統，其特征在于:在所述供水泵與所述混合罐之間的主管道設置有一流量傳感器，所述流量傳感器連接所述可編程控制器。3.如權利要求1或2所述的一種水肥氣一體化滴灌系統，其特征在于:在所述文丘里注肥器的進肥口處連接有一吸肥速度顯示儀。4.如權利要求3所述的一種水肥氣一體化滴灌系統，其特征在于:在所述吸肥速度顯示儀上連接一傳感器，將所述傳感器連接所述可編程控制器。5.使用如權利要求1 5任一項所述系統的一種水肥氣一體化滴灌方法，其包括以下步驟: 1)設置一水肥氣一體化滴灌系統，設置一自動控制裝置，通過可編程控制器控制水、月巴和氣的加入量，通過相應設置的傳感器實現閉環控制； 2)供水泵啟動，兩通電磁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李云開，劉秀娟，徐飛鵬，王昕然，張慶龍，賈瑞卿，
申請(專利權)人：中國農業大學，
類型：發明
國別省市：