日光温室高效水肥系统的试验和改进

高 效水肥系统是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术1。该系统是借助压力系统将可溶性固体或液体肥料 ，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点 ，配兑成肥液与灌溉水一起在可控管道系统使水肥相溶后 ，通过管道和滴头形成滴灌 ，均匀 、定时 、定量浸润作物根系发育生长区域使根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量 。同时 ，该方法可以精确控制灌水量 、施肥量和灌溉施肥时间 ，显著提高水分和肥料的利用率2。1 高效水肥系统构成新疆农业科学院农业机械化研究所针对新疆日光温室水肥需求现状 ，以 60 m 长的温室为标准 ，研发设计了温室专用高效水肥系统 ，该系统由首部枢纽 、输配水管网和灌水器组成 。首部枢纽包括加压器 、施肥罐 、过滤器 、压力表 。输配水管网指 PE 支管及连接管件 、堵头 、直通 。灌水器指滴灌带 、旁通3。将首部枢纽 、输配水管网 、灌水器连接构成高效水肥系统 （图 1）。日光温室高效水肥系统的试验和改进马彩雯 王 彦 王晓冬 吴乐天 傅 蓉（新疆农业科学院农业机械化研究所 ，新疆乌鲁木齐 830091）摘要 对日光温室高效水肥系统进行试验和改进 。对高效水肥系统中水管网耐压性能以及灌水器流量进行试验 ，验证了系统中各管路系统压力良好 ；单位时间内各滴头平均流量符合设计要求 ，高于标定流量 。对系统中传统的 PE 管打孔器进行了改进 ，减少了 PE 管与旁通连接处漏水的可能性 ；对滴灌带的排布方法提出了优化方案 ，简化了安装工序 ，使安装效率提高了 60%以上 ，使该系统的可靠性提高了100%。关键词 日光温室 ；水肥系统 ；压力 ；流量中图分类号 S626.5 文献标识码 A 文章编号 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 试验与测试2.1 水管网耐压性能试验为检测 PVC 管 、PE 管与各连接件在静态条件下承压能力是否能达到要求 ，新疆农业科学院农业机械化研究所于2010 年 1 月 28 日进行了输配水管网 （PE 管与 PVC 管 ）压力承受试验 。试验设备有 40 mm PVC 管 、 40 mm PE 管 、加压器 、施肥罐 、过滤器 、连接件等 。PVC 管的额定工作压力为 0.40.5 MPa，PE 管的额定工作压力为 0.30.4 MPa，各连接管件的额定工作压力为 0.16 MPa，因此选择量程为 0.6MPa，单位量程为 0.02 MPa 的微型压力表4。试验各部件连接完成后如图 2 所示 ，用加压器将水压入管路中 ，一直加压到压力表读数为 0.32 MPa 时停止加压 ，此时压力是连接管件工作压力的 2 倍 ，该试验要求保持静态压力 0.32 MPa 的条件下 1 h，在试验进行 10 min 钟后压力降至 0.30 MPa，再继续通过加压器加压至 0.32 MPa，每隔 10 min 补充加压 1 次 ，保证静态压力在 0.32 MPa，1 h 后管件各个连接处完好 ，无明显漏水现象 。试验证明该滴灌管基金项目 新疆维吾尔自治区科技攻关项目 （项目编号 ：200931102）；新疆维吾尔自治区科技成果转化项目 （项目编号 ：200954123）。收稿日期 2010-03-05现代农业科技 2010 年第 8 期 农业工程学60 m40 mm PE 管施肥罐压力表过滤器 加压器 水源0.3 m0.8 m滴灌带7m图 1 高效水肥系统构成图263现 代农业科技 2010 年第 8 期农业工程学路系统承压能力良好 ，PE 管 、PVC 管 、连接件符合工作标准 。2.2 灌水器流量试验新疆农业科学院农业机械化研究所于 2009 年 11 月 6日进行了灌水器 （滴灌带与旁通 ）流量试验 。试验仪器有水泵 、施肥罐 、过滤器 、压力测试装置 、PE 支管 、滴灌带 、旁通 、接水皿 、电子天平 、阀门 、生胶带 、打孔器等 。首部枢纽由水泵 、压力表 、过滤器 、施肥罐 、阀门等组成 ，用连接管件将各部件连接起来 ，安装完成后如图 3 所示 。输配水管网 PE 管长度为 60 m，PE 管裁好后平铺在开阔地上 ，远离水源的一端安装堵水接头 。保证温室长度方向上 PE 支管为一个整体 ，尽量不要有接头 。若存在直通接头 ，连接时要将 PE 管塞入接头内 5 cm 处 。因为 PE 材料热胀冷缩比较明显 ，早晚时分和用地下水灌溉时材料收缩较大 ，易在接头处形成开口漏水5。PE 管平展 、不卷曲的情况下 ，在 PE 管上钻旁通连接孔 ，孔径 7 mm，旁通与 PE 管连接部分直径为 8 mm，PE 材料有较强的伸缩性 ，为防止漏水 ，所以在 PE 管上钻孔孔径 7 mm，并保证所钻的孔在一条直线上 。孔钻好后 ，安装旁通 。用橡胶榔头将不带丝扣的一端敲进孔内 ，滴灌带的一端通过旁通上的丝扣螺母 ，套在旁通上 ，然后旋紧丝扣螺母 ，使滴灌带和 PE 管紧紧连在一起6。滴灌带与旁通连接完成后 ，将滴灌带平铺在地面上 ，不能弯折 。安装完成后如图 4 所示 。滴灌系统安装完毕后 ，将准备好的 25 个接水皿随机排布在 25 个不同的滴头旁 。随后打开水泵 ，调节阀门 ，将动态压力调整到 0.090.11 MPa 之间 ，等滴头水流稳定后 ，同时将 25 个接水皿放在滴头下开始接水 ，在 25 个灌水皿中选择 6 个滴头进行接水量对比 。靠近首部的 2 个 、在整个系统中部的 2 个和系统末端的 2 个 （图 4），接水量如图 5 所示 。由所选 6 个接水皿接水量可知 ，2 号接水皿重量为332.8 g，1 号接水皿重量为 329.2 g，相差 3.6 g；3 号与 4号接水皿相差 0.6 g；5 号与 6 号接水皿相差 5.5 g。1 号为首端接水皿 ，6 号为系统末端 ，接水重量相差 36.0 g，离首部较近的滴头流量略高于离首部较远的滴头的流量 。接水 10 min 后同时将 25 个接水皿停止接水 ，然后将25 个接水皿集中进行称重 ，测量出单个滴头 10 min 的流水量 ，结果如表 1 所示 。25 个滴头中最高流量出现在 5 号测试点 ，滴头流量为 2 091.6 g/h；最低流量出现在 21 号测试点 ，滴头流量为1 691.4 g/h；系统的标定流量为 1 800.0 g/h，25 个滴头的总流量为 47 151.6 g/h，平均流量为 1 886.1 g/h。系统中高于标定流量共计 19 个滴头 ，占总数的 76%，低于标定流量为 6个滴头 ，占总数的 24%。该系统在单位时间内各滴头的平均流量符合设计要求 ，高于标定流量 ，表明流量满足作物生长的需水量 。3 系统应用与改进3.1 打孔器的改进在滴灌系统安装过程中发现 ，使用打孔器在 PE 管上打孔时 ，如果用力稍大就会将打孔器的打孔头插入 PE 管中 ，再将打孔器拔出时 ，废料出口的边缘就会刮到刚打出新孔的边缘 ，从而打出一个不规则的圆孔 （图 6）。安装好旁通后 ，在（下转第 267 页 ）编号 重量 g 流量 g/h 编号 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 总流量 - 47 151.613 305.5 1 910.4 平均流量 - 1 886.114 297.8 1 786.8表 1 接水皿流量统计2802702903003103203303401 4 632 5接水量g所选 6 个接水皿图 5 6 个接水皿接水量连接件 PE 管 堵头 PVC管过滤器施肥罐压力表 加压器 水源50 m图 2 压力试验滴灌首部 、管路排布示意图过滤器施肥罐压力表 加压表 水源图 3 滴灌首部安装示意图图 4 输水管网安装示意图1230 m60 m7m56 43注 ：图中 16 为试验选定 6 个接水皿 。264提 高效率 15 倍以上 ，提高了劳动效率 ，降低了卷放帘的劳动强度 ，改善了操作的环境 。据测试 ，1 个 70 m 长的大棚 ，卷帘机卷放 1 次仅需 8 min，而人工卷放 1 次需要 2 人工作 2h，相比之下 ，机械卷帘每天能延长光照时间近 2 h，充分利用增加时间差来提高和保持棚内温度 ，使棚内温度提高 35 ，棚内种植物生长周期缩短 、早熟 ，比人工卷帘提前 510 d 上市 ，价格平均提高 1.01.5 元 /kg。同时 ，能减少草帘子的破损 ，延长草帘子的使用寿命 ，节省的劳动力可从事其他工作 ，多增加收入等 ，1 年内就可以收回投资 。5 参考文献1 马全福 .温室大棚机械化卷帘技术 J.河北农业科技 ，2008（9）：51.2 侯少丽 .大棚机械卷帘技术 J.农业开发与装备 ，2009（8）：44.3 郭光喜 ，杨富民 ，杨永林 .城郊蔬菜大棚机械化生产技术研究应用 J.湖北农机化 ，2009（2）：56.4 刘洪祥 ，李玉财 .大棚机械化增产技术 J.农业机械化与电气化 ，2003（1）：28.!姚春刚等 ：温室大棚机械卷帘技术（上接第 264 页 ）灌溉过程中发现有部分旁通与 PE 管连接处有漏水现象 ，主要是因为打出的孔不规则造成的 。经过改进后 ，在打孔器头部加入挡板 （图 7）。使用带有挡板的打孔器为 PE 管打孔时用力过大也不会打出不规则的孔 ，从而解决了 PE 管于旁通连接处漏水的问题 。3.2 滴灌带排布方法改进在安装滴灌带的过程中发现 ，传统的滴灌带排布方法在安装时费工费时 ，而且在发生堵塞时容易造成部分植株浇不到水的现象 ，如图 8 所示 ，A 点是扎死的 ，假如 B 点发生堵塞 ，B 点到 A 点之间水就不能流通了 。经过改进 ，新的滴灌带排布方法如图 9 所示 。新的排布方法减少了扎死滴灌带的工作量 ，提高了排布速度 。用传统排布方法安装一套高效水肥系统 ，2 人安装需要约 4 h，用新的排布方法 2 人安装只需 1.5 h 左右就可安装完毕 。与传统方法相比 ，这种排布方法比传统排布方法省时省工 ，安装效率可提高 60%以上 。如果 C 点发生堵塞 ，水依然能从 D 方向流过去 。在发生单管堵塞时也不影响灌溉 ，提高了水流效率 ，使得该系统的可靠性提高了 100%。4 结论（1）对 PE 管的专用打孔器进行设计改进 ，改进后打孔均匀规则 、孔径标准 ，连接旁通后紧密 ，有效改善了连接处的漏水现象 。（2）对滴灌带的排布方法进行了优化 ，降低了劳动 ，节约了劳动时间 ，有效提高工作效率 60%以上 ，当发生单管堵塞时 ，不影响正常的浇灌 ，从而使该系统的可靠性提高了 100%。（3）日光温室高效水肥系统经过试验和改进 ,验证了系统的使用性能 ，该系统与原始的灌溉方式比较 ，有效降低了环境湿度及病虫害发生率 ，高效水肥系统能有效控制作物对水肥的需求量 ，达到按需灌水按量施肥的目的 。5 参考文献1 张子鹏 ，陈仕军 .水肥一体化滴灌技术在大田蔬菜生产上的应用初报J.广东农业科学 ，2009（6）：89-90.2 周舟 ，傅泽田 ，王秀 ，等 .滴灌施肥机灌水与施肥均匀性试验 J.农业工程学报 ，2009（5）：7-13.3 刘霞 .日光温室滴灌系统的设计和安装 J.新疆农机化 ，2009（6）：30-31.4 姜鲁艳 ，马彩雯 ，吴乐天 ，等 .温室专用高效节水施肥灌溉系统 J.新疆农机化 ，2009（6）：32-33.5 李秋田 .日光大棚滴灌节水技术 J.山西农业科学 ，2009，37（4）：92.6 赵明江 ，曹青海 ，刘洋 ，等 .大棚滴灌技术的设计与安装 J.水利工程 ，2009（10）：11-12.DC图 9 滴灌带新型排布方法新加挡板图 7 改进后的打孔器与打出的孔废料出口图 6 改进前的打孔器与打出的孔图 8 传统滴灌带排布方法BA267