滴灌肥生产设备唐小虎介绍

2023年第1期中　国　甜　菜　糖　业2023No.1文章编号:1002-0551(2023)01-0020-05收稿日期:2022-11-21作者简介:林柏森(1965-),男,内蒙古赤峰人,高级农艺师,主要从事甜菜栽培技术推广工作。

E -mail:baise@。

膜下滴灌甜菜区中耕除草机的结构及特点林柏森1,贾玉洲2∗,赵孝如3,霍宝瑜4(1.赤峰绿璐种业有限公司,赤峰024005;2.赤峰众益糖业有限公司,赤峰024005;3.安琪酵母(赤峰)有限公司,赤峰024500;4.赤峰元通工贸有限公司,赤峰024005)摘　要:甜菜中除草机将耘、旋、耥各部分器具组合在一起,以四轮车牵引和动力输出为动力,同时实现耘地、旋地、耥地功能。

由于中耕将膜下滴灌平作的栽培形式改为膜下滴灌垄作栽培模式。

同一台机械上耘、旋、耥功能相互补充,既达到了中耕的目的,又达到了除草的目的,通过甜菜生育期中耕两次,将垄作的优点体现在膜下滴灌甜菜栽培上,膜下滴灌甜菜中耕后,起到了集雨节水、改善土壤理化状况、减少除草剂用量的作用。

关键词:甜菜;中耕;除草;膜下滴灌中图分类号:S566.3 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1002-0551.2023.01.0040　前言膜下滴灌是甜菜栽培方式的一种[1],滴灌带铺在地表之上而在地膜下面[2],膜两侧种植甜菜,利用自然降雨和滴灌地下水提供甜菜生长发育所需水分。

华北地区膜下滴灌甜菜一般一膜两行、大垄双行的栽培方式,膜上两行甜菜行距35.0cm -40.0cm,相邻两膜之间大行行距60.0cm -65.0cm,膜边据播种孔约12.5cm 左右,一般采用膜面宽为85.0cm 地膜,有10.0cm -12.5cm 地膜被近似垂直褶皱地埋入膜边两侧土内,田间有近60%-65%的水平面积被地膜所覆盖。

传统甜菜地膜覆盖栽培方式中,膜的作用是提温、保墒、抑制杂草[3-4],而膜下滴灌栽培方式中,地膜的作用除上述三项功能外,膜还有如下功能:固定滴灌带、膜按前后、左右水平方向分布水分。

滴灌施肥器工作原理
滴灌施肥器是一种用于植物滴灌施肥的设备。

其工作原理如下：
1. 水箱：滴灌施肥器首先需要一个水箱，用于储存水源。

水箱通常位于较高的位置，以便产生流动的水压力。

2. 水泵：在水箱中，设有水泵来提供足够的水压。

水泵会将水从水箱抽出，并将其送入后续的管道系统。

3. 主管道系统：滴灌施肥器中的主管道系统负责将水从水泵传送到各个滴灌点。

主管道通常由塑料管道组成，以确保水源能够在管道中顺利流动。

4. 滴灌装置：在主管道系统上安装有滴灌装置，用于将水源分配到每个植物的根部。

滴灌装置通常是小型塑料管或滴灌带，其内部带有微小的孔洞或滴孔，通过这些孔洞将水滴滴入植物的根部。

5. 肥料供给系统：除了滴灌装置，滴灌施肥器还配备了肥料供给系统。

肥料供给系统通常包括一个肥料箱，内部装有肥料溶液。

通过一系列管道和阀门，肥料溶液可以被注入到滴灌装置的主管道系统中。

6. 控制系统：滴灌施肥器通常还配备了一个控制系统，用于调节滴灌装置和肥料供给系统的工作。

控制系统可以根据不同植物的需求来调整滴灌速度和肥料供给量。

总的来说，滴灌施肥器通过水泵提供水源和流动压力，通过主管道系统将水源分配到滴灌装置，再结合肥料供给系统将肥料溶液注入到主管道系统中，从而实现对植物的滴灌施肥。

第３９卷　第２期Ｖｏｌ．３９　Ｎｏ．２李红中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势李红 ，汤攀，陈超，张志洋，夏华猛（江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）收稿日期：２０２０－０２－２０；修回日期：２０２０－０４－２０；网络出版时间：２０２１－０１－２２网络出版地址：ｈｔｔｐｓ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１８１４．ＴＨ．２０２１０１２１．１５５３．０３２．ｈｔｍｌ基金项目：江苏省农业科技自主创新资金资助项目（ＣＸ（１９）２０４０）；江苏省高等学校自然科学研究面上项目（１９ＫＪＢ４７００１４）第一作者简介：李红（１９６７—），女，江苏兴化人，研究员，博士生导师（通信作者，ｈｌｉ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ），主要从事节水灌溉技术及设备开发研究．第二作者简介：汤攀（１９８９—），男，湖南常德人，助理研究员，博士（ｔａｎｇｐａｎ１９＠１６３．ｃｏｍ），主要从事节水灌溉技术及设备开发研究．摘要：为了促进中国水肥一体化施肥设备的研究开发及推广应用，总结分析了中国水肥一体化施肥设备科研、生产及实际应用中存在的问题，概述了施肥设备的发展现状，重点阐述分析了文丘里施肥器、压差施肥罐、比例施肥泵、柱塞泵及固体肥料溶解施肥装置等常用施肥设备的技术特点、研究进展和存在问题等．在此基础上，基于绿色农业发展理念和农业物联网的发展需要，指出施肥设备的发展亟需结合作物区域种植特点，综合施策，创新发展多种先进施肥装备及技术，建立节水节肥技术综合管理体系，重点研究管路中水肥流动规律、优化设计方法、产品研发与标准化、灌水施肥制度与智能水肥一体化系统，实现施肥设备的多功能、低能耗及精准化、水肥一体化系统的信息化与智能化，切实有效提高水肥利用率．关键词：施肥设备；水肥一体化；文丘里施肥器；压差施肥罐；比例施肥泵中图分类号：Ｓ２７５．９　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４－８５３０（２０２１）０２－０２００－１０Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．２０．００３６ 李红，汤攀，陈超，等．中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０２１，３９（２）：２００－２０９． ＬＩＨｏｎｇ，ＴＡＮＧＰａｎ，ＣＨＥＮＣｈａｏ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｓｅｄｉｎｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎｉｎＣｈｉ ｎａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＪＤＩＭＥ），２０２１，３９（２）：２００－２０９．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）ＲｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｓｅｄｉｎｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａＬＩＨｏｎｇ，ＴＡＮＧＰａｎ，ＣＨＥＮＣｈａｏ，ＺＨＡＮＧＺｈｉｙａｎｇ，ＸＩＡＨｕａｍｅｎｇ（ＮａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＰｕｍｐｓ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｓｅｄｉｎｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｔｅｃｈ ｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆＶｅｎｔｕｒｉｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｔａｎｋ，ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｐｕｍｐ，ｐｌｕｎｇｅｒｐｕｍｐａｎｄｓｏｌｉｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｅｘｐｌａｉｎｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｇｒｅｅｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｉｏｒｉｔｉｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｅｃｏｕｎｔｒｙ′ｓｖｉｇｏｒｏｕｓｄｅｖｅｌｏ ｐｍｅｎｔｏｆｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｉｔｉｓｕｒｇｅｎｔｔｏｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｐｌａｎ ｔｉｎｇｏｆｃｒｏｐｓ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｉｎｎｏｖａｔｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐａｖａｒｉｅｔｙｏｆａｄｖａｎｃｅｄｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｙｓｔｅｍｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｌｏｗｌａｗｏｆｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｉｐｅ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｒｏｄｕｃｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚａ ｔｉｏｎｓｃｈｅｄｕｌｅ，ａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｈｏｕｌｄｂｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ，ｌｏｗｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎ；Ｖｅｎｔｕｒｉｉｎｊｅｃｔｏｒ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｔａｎｋ；ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｐｕｍｐ 水是作物生存之源，是农业生产发展的必要条件，而肥料是作物增产高产的重要保障之一，在中国农业中占据重要地位．长期以来，肥料的不合理施用对自然生态环境造成了严重的破坏，如土壤肥力破坏、土壤污染、面源污染等，严重影响了农业的可持续发展［１－３］．中国是肥料的生产大国，同时也是肥料消费大国．由于施肥技术和肥料生产等多方面的原因导致中国的肥料利用率长期处于较低水平，氮肥为１５％～３５％，磷肥为１０％～２０％，钾肥为３５％～５０％，均远低于美国与以色列等发达国家的肥料利用率［４－６］．减少化肥使用量，合理施肥，提高化肥利用率已成为中国农业可持续发展和保障粮食安全的重要问题．近些年来，为了解决施肥过度和有效提高肥料利用率的问题，同时实现节水灌溉目标，水肥一体化技术得到了重视和发展．２０１７年中央“一号文件”明确指出要大规模实施农业节水工程，与此同时还要加大水肥一体化等先进农艺节水技术的推广力度．２０１９年发布的《〈国家节水行动方案〉分工方案》指出，要大力推进水肥一体化技术，每年发展水肥一体化面积１３３．３万ｈｍ２（２０００万亩）．由于中国地域广阔，种植的作物种类多、栽培方式多样、栽培季节差异大、田间配套设施条件不同、管理水平高低不同．因此，无论从国家政策要求，还是国内实际市场需求，研发适合中国国情的水肥一体化装备非常必要，这对于大力推进中国农业现代化发展具有重要意义．目前，精确灌溉与施肥是农业发展的主要方向，而水肥一体化系统实现精量施肥的关键在于施肥设备．因此，文中对中国水肥一体化施肥设备科研、生产及实际应用中存在的问题加以总结分析，提出需重点研究的问题，以期为水肥一体化施肥设备的发展提供参考．１　施肥设备国内外研究现状水肥一体化是将施肥技术与灌溉技术相结合的一项新技术，是精确施肥与精确灌溉相结合的产物，在灌溉技术中占有重要地位［７］．水肥一体化技术利用灌溉系统，将肥料溶解在水中，同时进行灌溉与施肥，适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求．与传统的施肥方式相比，采用水肥一体化技术施肥具有众多优点，如大幅减少肥料使用量、减少养分流失及降低面源污染、灵活调控以满足不同区域或作物对肥料的需求、提高作物产量和品质以及降低生产成本．施肥设备根据其自身特征及灌溉施肥要求安装在首部或灌水器前端，是水肥一体化系统的关键设备，其性能的优劣直接影响着灌溉与施肥的质量．目前常用的水肥一体化施肥设备有文丘里施肥器、比例施肥泵、全自动注肥设备、压差施肥罐等［８－１２］．按照施肥控制方式可分为２类：一类为定量施肥，即只能控制施肥总量，施肥浓度则随着施肥时间递减；另一类为定比例施肥，即施肥过程中施肥浓度保持不变，该类型施肥设备既可控制施肥总量，又可根据作物需求控制施肥比例．随着农业自动化与智能化的发展，定比例施肥设备正在逐渐取代定量施肥设备．１．１　文丘里施肥器文丘里施肥器一般与灌溉进口处的阀门并联安装，水流通过文丘里管的时候，利用渐缩管处产生的压差将液态肥料从敞口的肥料罐吸入管网中，通过匹配不同口径的吸肥管可以调节注入肥料的浓度．其特点是造价低廉，使用方便，无须电力，但是其压力损失较大，多用于灌溉面积较小的区域．中国对文丘里施肥器的研究早期主要是对其水力性能参数等进行理论推导，例如，封俊等［１３］、李百军等［１４］结合伯努利方程以及连续性方程，推导了文丘里施肥器的临界流量、喉管压力、吸肥量等参数的计算公式．此后，范兴科等［１５］针对液体在文丘里施肥器中能量转化关系进行了理论推导与试验研究．这些理论公式对于文丘里施肥器的结构设计具有一定的理论指导意义．此后，国内外学者开始转向文丘里施肥器结构参数的试验研究．孟一斌［１６］、韩启彪等［１７］和严海军等［１８］对文丘里施肥器的吸肥性能进行了详细的试验研究．这些研究都为文丘里施肥器的实际应用提供了一定的指导，但无法指导文丘里施肥器的设计．王淼［１９］、孙艳琦［２０］、严海军２０１等［２１］、孔令阳［２２］使用模拟软件对文丘里施肥器的结构参数、能态转化以及水力性能等方面进行了系统研究．ＨＵＡＮＧ等［２３］采用ＣＦＤ方法分析了结构参数（喉部长度、喉部直径、吸肥口直径）对吸肥量的影响．刘永华等［２４］在综合考虑施肥设备及管路系统的沿程损失与局部损失的基础上采用ＣＦＤ方法对智能施肥机的文丘里结构参数进行了优化，并最终使智能施肥机的吸肥量提高了４７．６％．ＭＡＮＺＡＮＯ等［２５］应用研究了文丘里施肥器结构参数对压差损失的影响规律．程千等［２６］采用数值模拟的方法探讨了空化影响施肥器性能的原因．在文丘里施肥器的新产品研发方面，金永奎等［２７］研制开发出了４种新型的文丘里施肥器，为了弥补文丘里施肥器的自动控制装置的不足，李加念等［２８］基于脉宽调制技术研制开发出了一套变量的文丘里施肥设备．郑彩霞等［２９］发明了一种改进型文丘里施肥器，其喉部设置有手拧螺丝，手拧螺丝的下端设置有金属螺纹槽，使得文丘里施肥器喉部过流面积可调，从而灵活调节吸肥量．穆永航等［３０］设计了一种新型复合式文丘里施肥器，与单体文丘里施肥器相比较具有吸肥量大的特点．张建阔等［３１］为降低文丘里施肥器的吸肥临界进口压力，设计了一种双吸肥口文丘里施肥器．此外，有学者指出文丘里施肥器的制造材料也会对其水力性能产生影响．王海涛等［３２］选用了国内外６种不同材质的文丘里施肥器，对其压力能耗、吸肥效率以及振动与空化等综合性能开展了测试研究，并指出收缩率较小材质的施肥器制造偏差小且吸肥性能好．国内外学者对文丘里施肥器进行了大量研究，这些研究涵盖了文丘里施肥器的结构设计、内部流动以及工程应用等方面，从而基本掌握了文丘里施肥器的设计方法．但目前中国研发制造的文丘里施肥器的性能质量与国外尚有一定差距，例如存在倒吸现象、压力损失高以及使用寿命短等．这一方面需要从结构设计着手，另一方面也要从文丘里施肥器的材料以及制造工艺等方面加以研究改进，从而有效提高国产文丘里施肥器的综合性能．１．２　智能施肥机另一种采用文丘里结构的施肥器为目前市场上较为先进的智能施肥机，该类型智能施肥机可以通过ＥＣ／ｐＨ值及流量监控装置在可编程控制器控制下，通过机器上的一组文丘里施肥器准确地把肥料养分或其他物质注入灌溉主管网中，用户可通过物联网进行可视化监测及控制．与此同时，该类型智能施肥机也可与气象站、土壤温湿度、蒸发量、降雨量和太阳辐射等传感器相连接，实现全自动智能调节和控制灌溉施肥．但该类型智能施肥机造价昂贵，不适用于一般用户．王海涛等［３３］探究了施肥机不同管路布置方式对文丘里施肥器在吸肥性能与可支配通道数量的影响，发现旁路吸肥式可同时支配６个高效吸肥的通道数量，３吸肥通道与旁路吸肥式管路的组合形式可推荐作为施肥机管路优化布置的首选方式．吴松等［３４］采用西门子Ｓ７－２００系列ＰＬＣ作为控制器，基于ＶＢ设计了１个通过管路连接到灌溉系统的施肥机，通过控制肥水的ＥＣ／ｐＨ浓度和进入灌溉管道的肥水量来实现自动施肥．付强等［３５］采用计数器数字滤波电路以及单片机设计了１种替代简单液位浮子的实用智能液位开关，发现利用该方法也可以根据不同工况设定不同参数滤除干扰信号，提高智能液位开关适用性．房俊龙等［３６］采用传感器技术、自动控制技术、信息采集与处理技术，开发出了通用嵌入式可编程软件，实现灌溉施肥从传统模式到智能模式的相互切换．邓晓栋等［３７］基于ＺｉｇＢｅｅ设计了一种水肥一体化智能灌溉系统，用户在服务器端通过组态王软件控制水池、肥料池或者混合池电磁阀的打开，进而灌溉与施肥．江新兰等［３８］设计了基于两线解码技术和云计算的设施农业水肥一体化智能云灌溉系统，该系统利用传感器实时采集作物生长环境参数，并将其传输和存储于数据管理云平台，利用云集群的计算和分析能力确定作物生长的水肥需求和灌溉施肥制度，实现水肥一体化的智能控制．国内学者开展了大量关于设施农业滴灌施肥控制系统的研究，多采用单片机控制原理，结合硬件装置和软件系统实现滴灌施肥作业的精准控制和同步实施，集成多种自动化智能控制施肥决策系统及配套施肥设备，保证作业过程中可精准控制施肥量、灌溉水量和施肥浓度等．但所开发的控制系统研究方法单一，自动化程度低，ＥＣ／ｐＨ值控制精度稳定性差且通用性低，多处于试验调试及小范围应用阶段，无法完全满足大田滴灌施肥精准控制的要求．１．３　压差施肥罐压差施肥罐主要由肥料罐、节流阀门以及连接管组成，通过在罐体间形成压差，利用水流将罐中的肥液压入灌溉管网中．其特点是加工制造简单、使用方便，可适用于大田灌溉，但肥液的浓度会随施２０２肥时间而变化，无法控制施肥浓度，不利于精确施肥，且罐体容积有限，需要多次添加肥液．压差施肥罐的主要特征是肥液浓度随时间推进而不断衰减，而施肥罐内肥液浓度衰减规律可由阿莫斯·泰奇公式计算，该公式认为当约等于４倍罐容量的水流经罐内后，已有９８％的肥液随水进入灌溉系统．封俊等［３９］将文丘里施肥器与压差施肥罐相结合，并从理论上推导了肥液浓度衰减的计算公式．邓兰生等［４０］研究发现对于液体肥料，直接影响施肥时间的因素是流量，而不是压差；对于固体肥料，施肥时间的重要影响因素是流量和肥料的溶解速度．ＬＩ等［４１］和孟一斌等［４２］对压差施肥罐的出口肥液浓度动态变化进行了试验研究，并通过试验数据回归分析得到了肥液浓度随时间和压差、施肥量的变化关系式，以及施肥结束时间与上述因素的关系式．韩启彪［４３］也采用相同的研究方法得到了类似的计算公式．然而这些计算公式都是在特定的压差施肥罐和肥料下获得的，故缺乏一定的通用性．韩启彪等［４４］使用ＣＦＤ技术对施肥罐肥液浓度衰减规律进行了模拟研究，为压差施肥罐浓度衰减规律的研究提供了新的思路．为了克服压差施肥罐浓度变化的缺陷，鄢一新等［４５］通过在压差施肥罐中增加柔性防水薄膜，设计了一种差压隔膜式施肥设备，施肥罐中柔性薄膜起分隔水和肥的作用，从而保持施肥罐中肥液浓度不变．韩启彪等［４６］发明了一种轻小型半自动滴灌压差施肥车，其通过ＰＬＣ控制器、电磁阀以及流量浓度传感器对压差施肥罐的出口肥液浓度实现调控．目前中国已经能够生产各种规格的压差施肥罐，但出口肥液浓度随时间衰减的问题至今尚无较好的解决方法．因此，随着农业现代化的发展，精确变量施肥已成为当下农业发展的主要趋势之一，国内已有学者开始呼吁逐步淘汰压差施肥罐，进而采用施肥浓度恒定且可调的施肥设备．１．４　比例施肥泵比例施肥泵是一种先进的水肥一体化施肥装备，其通过水压驱动内部吸液活塞的运动来向管网中定比地添加肥液．与其他施肥设备相比，比例施肥泵的施肥精度高，且注入比例可在一定范围内进行调节．图１为比例施肥泵工作过程示意图．比例施肥泵直接安装在水管上，由管路中水流驱动比例施肥泵工作．在带压水流的驱动下，驱动活塞进行往复运动，带动吸液活塞，吸液活塞按比例定量吸入肥液，再与作为动力的水混合，随后被输送到下游．吸入的肥液始终同进入比例施肥泵水的体积成比例，从而实现肥液与水的成比例混合．如图１ａ－１ｄ所示，水从进口进入泵内，在驱动活塞下表面形成较大的作用力推动驱动活塞上行，当驱动活塞向上运动到行程末端时，换向机构通过改变液体流道使液体进入驱动活塞上表面，从而使驱动活塞上表面所受到的作用力大于下表面所受到的作用力，迫使驱动活塞向下运动．当驱动活塞向下运动到行程末端时，换向机构通过改变液体流道使驱动活塞进入下一往复运动．图１　比例施肥泵工作原理示意图Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｆｏｒｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｐｕｍｐ法国ＤＯＳＡＴＲＯＮ公司早在１９７４年就开发出了比例施肥泵［４７］，此后经过不断发展，目前已经开发出了比例施肥泵的系列产品以满足不同应用场合的需求，但有关比例施肥泵的技术研究都属于保密内容，无公开的研究资料．中国在施肥泵方面的研究较晚，李百军等［４８］与赵立新等［４９］都从原理及试验上初步研制过水动比例施肥泵，但这些都没有形成产品．高本虎等［５０］、徐茂云等［５１］在“九五”“十五”期间相继申请了关于活塞式水力驱动比例施肥泵的专利，王建东等［５２］在其基础上进行了进一步的修改，制造出施肥泵样品，并进行了试验测试．为了研究国外水力驱动比例施肥泵的水力性能并借鉴其结构设计方面的先进经验，韩启彪等［５３］对市场上应用较为广泛的一些典型产品进行了性能测试，根据试验结果给出了典型产品的工作压差和流量关系以及工作压差的合理控制范围等参数．赵友俊［５４］在参考国外同类型产品的基础上设计了一种水力驱动式比例施肥泵，认为其性能可以达到国外同类产品的水平．杨大森等［５５－５６］对国内外同类型及相同参数的比例施肥泵进行了对比分析试验，指出国内产品的肥液注入精度以及同压差下进口流量不如国２０３外产品；另外还采用高速摄影技术拍摄了不同工作压差下比例施肥泵驱动活塞的运动过程并分析了运动规律．骆志文等［５７］对３种比例施肥泵的水力性能进行了试验，提出比例施肥泵驱动腔和抽液腔的容积效率计算公式．汤攀等［５８］在比例施肥泵运行机理分析的基础上，采用流固耦合动网格技术进行数值模拟，分析其内部流动以及活塞受力．骆志文等［５７］研究了比例施肥泵进出口、进口腔、驱动腔、进水阀口、出水阀口直径以及换向弹簧的刚度对比例施肥泵的水力性能的影响．目前国内对比例施肥泵的研究已逐渐增多，但是依然缺乏自主的设计方法和优秀产品，国内市场主要被法国Ｄｏｓａｔｒｏｎ、以色列Ｍｉｘｒｉｔｅ和美国Ｄｏｓｍａｔｉｃ等国外公司的产品所占据．总体而言，虽然不同学者针对不同应用场合开发出了相应的施肥设备，但比例施肥泵仍然是较通用的施肥设备，而目前仍缺乏对比例施肥泵深入系统的基础理论研究．比例施肥泵关键水力尺寸对进口流量、注入流量和注肥精度等水力性能的影响，比例施肥泵设计方法等都有待进一步研究．１．５　柱塞泵及其他类型泵严海军等［５９］针对圆形喷灌机实际应用和作物的施肥特点，设计了一台双缸柱塞式注肥泵（包括液力端、传动端、柱塞、密封及配套动力等），并指出改变柱塞行程和电源频率可以有效调节注肥泵的注肥流量．在此基础上，严海军等［６０］又以注射喷嘴的孔口直径、安装位置以及注肥泵的电源频率为试验因素，对圆形喷灌机应用该施肥设备时的喷灌施肥均匀性进行了试验研究．美国Ａｇｒｉ－ｉｎｊｅｃｔ公司也开发出了相同的设备，该施肥设备主要由搅拌器、肥液桶及柱塞泵组成，该类型施肥设备主要配套平移式喷灌机及圆形喷灌机等大型喷灌机使用．其他应用于水肥一体化系统的泵类型主要包括离心泵、隔膜泵及蠕动泵等，但其应用范围较小．１．６　固体肥料溶解施肥装置张志洋等［６１－６３］设计了２种固体肥料溶解混施的水肥一体化装置，一种是自流式溶解施肥装置，装置主要由直流水泵、流量传感器、进水管、混肥桶、滤网桶、加肥装置、出口管和排污管８个部件组成，如图２所示．工作时，将固体肥料填入加肥装置中，肥料均匀地落入滤网桶中，滤网桶起到过滤固体肥料中不溶于水的杂质的作用；同时直流水泵从水源往混肥桶中注水，进水管偏心安装在混肥桶外壁，进水可切向冲击混肥桶中的肥液，推动肥液旋转，加速混肥桶中固体肥料的溶解速度；当混肥桶中的肥液上升到出口管位置时，肥液从出口管中流出；流量传感器用于检测装置的进口流量；装置工作完成后，混肥桶中残余肥液从排污管排出．在此基础上，张志洋等［６３］以滤网桶直径、滤网桶网孔数、滤网桶安装高度、进口水流量、加肥速度和加肥方式为试验因素，对装置运行时的性能（主要表现为出口肥液浓度均匀性）进行了试验研究．此外，夏华猛等［６４］又在此基础上搭建了控制系统，采用ＳＴＭ３２微控制器作为控制核心，对出口肥液的质量浓度实时检测，采用ＰＷＭ脉宽调节固体肥料添加速度，构建闭环控制回路，提高了装置的施肥均匀性．该装置主要应用于灌溉系统末端，结构简单，操作方便，能够直接施用固体肥料，可有效降低水肥一体化使用成本，但施肥量不大、施肥面积小且其自动化和智能化水平有待进一步提高．图２　自流式溶解施肥装置Ｆｉｇ．２　Ｇｒａｖｉｔ ｆｌｏｗｉｎｇｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇｄｅｖｉｃｅ另一种是泵入式溶解施肥装置，主要由加肥装置、搅拌器、滤网桶、混肥腔、蓄肥腔、泄流口、供水泵和注肥泵等构成，如图３所示．装置运行时，固体肥料经过加肥机构后均匀定量地落入滤网桶中，同时供水泵向混肥腔中注水至设定液位，搅拌器运行加快肥料溶解速度，肥料溶解完成后电磁阀打开，混好的肥液流入蓄肥腔中，注肥泵开始注肥；当混肥腔中的肥液全部流入蓄肥腔后电磁阀关闭，混肥腔中重复以上混肥工作．通过控制进水量和加肥量即可调节施肥浓度．该装置安装在灌溉系统首部，施肥控制面积大，配比母液浓度范围广且精确可调，已实现自动化运行，但智能化程度尚有待提高．刘林等［６５］也开发了一种施用固体肥料的大田移动式精量配肥灌溉施肥一体机，其机械部分包括移动行走架、精量配肥装置和首部枢纽装置．其中，移动行走架便于一体机在田间移动，精量配肥装置用于肥料比例掺混溶解和母液浓度动态调控，首部２０４枢纽装置用于输送灌溉水和肥料母液，并为水肥一体化系统提供灌溉压力．该施肥设备控制系统集成了灌溉施肥时间分配模型和母液浓度动态调控方法，可实现母液浓度精准调控和全自动灌溉施肥．图３　泵入式溶解施肥装置Ｆｉｇ．３　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇｄｅｖｉｃｅ２　未来研究重点与发展趋势精确灌溉与施肥是农业发展的主要方向，在国家大力发展可持续生态农业背景下，亟需结合作物区域种植特点，创新发展多种先进施肥设备及技术，建立节水节肥技术管理体系，切实、有效地提高水肥利用率．基于绿色农业发展理念和农业物联网的发展需要，提出未来中国水肥一体化施肥设备的研究重点及发展趋势．２．１　发展趋势１）多功能、低能耗及精准化是施肥设备的发展趋势．随着能源危机的加剧，国家将节约能源提到战略高度，开发低能耗及精准化的产品，降低能源消耗，提高水肥利用率将是微灌技术与产品研发的一个重要趋势．与此同时，考虑农药与水肥一体化系统的有机结合，研究相应配套水肥药装备，开发出高效及多功能的水肥药一体化系统也是重要的发展趋势．２）信息化与智能化是水肥一体化系统的发展趋势．随着信息技术、计算机智能控制技术、机电一体化技术、３Ｓ技术、传感与检测技术等在节水灌溉技术中更为广泛的应用，考虑将单一施肥作业逐渐转变为变量施肥作业，开发设计多种关键部件结构，实现多变量在线配肥及施肥功能，进一步提高施肥系统自动化和智能化水平．结合高效节水灌溉技术与作物信息采集技术，重点开展基于农业物联网的智慧精准灌溉施肥系统及配套装备研究，加快推进滴灌施肥及喷灌施肥等节约型技术发展．２．２　研究重点１）水肥流动规律．采用更有效的研究方法对文丘里的流动机理及结构参数进行研究，达到降低其压差损失的目的；通过大量试验，寻找不同种类肥料施用时的施肥浓度随时间变化的规律，作为压差施肥应用推广的重要支撑；通过模拟与试验相结合的方法，掌握肥液进入田间后的流动过程，总结出流动规律以进一步指导设备的施肥作业；针对作物（不同作物或不同生长阶段）对肥液的需求，结合作物的种植方式以及系统布置方式，研究管网中水肥运移规律，探索肥液特性对系统灌水施肥均匀性的影响．２）优化设计方法．加强水动比例施肥泵的机理及设计方法的研究，促进产品的国产化，降低应用成本；优化文丘里施肥器设计方法，解决国产文丘里施肥器倒吸和压力损失过高等问题；基于柱塞泵的机理研究，降低柱塞泵出口由于柱塞往复运动而产生的压力脉动．设计出更大流量的柱塞泵，扩大柱塞泵的使用范围，优化柱塞泵的设计方法；针对不同的评价指标（系统能耗、施肥均匀性和经济性等），建立施肥设备的优化选型方法，采用不同的优化算法（遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等）优化配置施肥设备，建立多目标优化配置模型．３）产品研发与标准化．根据现有灌溉施肥制度，研发配套的施肥设备；针对作物区域种植特点，加强适用于低压管道及渠灌施肥设备的研究开发；针对中国耕地特点研发适用于大田的水肥一体化设备；针对中国农业肥料施用特点，开发推广施用固体肥料的水肥一体化设备；针对不同施肥设备在不同系统中的应用情况，制定相应的操作技术规程，指导实际应用；重点研发高效液体肥料及水溶肥料，实现肥料产业绿色转型升级；建立水肥一体化设备的行业标准，制定设备性能检测方法及平台，促进水肥一体化设备市场健康有序地发展．４）灌水施肥制度．根据不同区域条件、植物种类，研究土壤养分水分技术参数、灌溉技术参数、施肥技术参数，研究作物在不同生长阶段的水分和养分利用特点；研究水肥一体化条件下不同水肥组合处理下作物生长、产量和品质等指标的响应规律，结合气象因素，探索作物节水节肥调制机理；采用综合评判方法，以实现最大产量和最佳品质为目标，确定施肥比例、灌水施肥的次数、定额、周期和最佳时期，建立高效经济的灌水施肥制度及相应设备和系统的灌水施肥操作规程．２０５。

滴灌冲肥器的工作原理滴灌冲肥器是一种用于农业灌溉的设备，其工作原理是通过自动化的方式将营养液滴灌到植物根系中，既能满足作物对水分的需求，又能有效提供植物所需的营养元素。

下面我将详细介绍滴灌冲肥器的工作原理。

滴灌冲肥器主要由营养液供给系统、控制系统和滴灌系统组成。

营养液供给系统通常由储液池、肥液泵、过滤器和养液管道组成，其主要作用是提供营养液供给滴灌系统使用。

滴灌系统通常由输送管道、放肥器和滴灌器组成。

输送管道主要起到输送营养液的作用，通常采用高强度塑料制成，具有抗压、耐腐蚀等特点。

放肥器位于输送管道中，其作用是将营养液分配到各个滴灌器中。

滴灌器通常由塑料材料制成，具有微孔结构，可以通过调节滴孔的大小来控制滴灌速度，以满足不同作物的需求。

控制系统是滴灌冲肥器的核心部分，其主要功能是根据作物的需求自动调节营养液的供给量和滴灌速度。

控制系统通常由传感器、控制器和执行器组成。

传感器主要用于检测土壤湿度、温度和养液的pH值等参数，以提供给控制器参考。

控制器根据传感器反馈的数据进行计算，并通过执行器控制肥液泵和滴灌器的工作状态。

通过监测土壤湿度，控制系统可以自动控制营养液的供给量，确保作物根系获取到适量的水分。

同时，通过监测土壤温度和养液的pH值，控制系统可以调整肥液的浓度和pH值，满足作物对营养元素的需求。

滴灌冲肥器的工作过程如下：首先，控制系统通过传感器获取土壤湿度、温度和养液的pH值等参数，并根据设定的阈值进行比较。

然后，控制器根据比较结果计算得出所需的营养液供给量和滴灌速度，并通过执行器控制肥液泵和滴灌器的工作状态。

营养液通过输送管道进入放肥器，经过放肥器后进入滴灌器，最后滴灌器滴出营养液到作物根系周围的土壤中。

在此过程中，控制系统不断监测土壤湿度、温度和养液的pH值等参数，并根据变化对肥液的供给量和滴灌速度进行调整，以保证作物能够获得适量的水分和营养元素。

滴灌冲肥器的工作原理主要依赖于控制系统的精确计算和调节。

1、滴灌带：侧翼迷宫滴灌带（迷宫有月牙形状和长城形状的），贴片滴灌带，型号：￠16一种，其中侧翼迷宫滴灌带还有一种是￠8的，但它不属于国家标准范围以内，壁厚一般有0.16 0.18 0.20 0.22 0.24mm，底孔间距一般为200和300mm的，贴片式滴灌带可以做成任何间距的。

￠8滴灌带迷宫分为长城形和链状的，流量为长城2.7L。

链状为3.4L。

￠16流量为2.2-2.4L，出水均匀度不超过5%-10%。

应用领域：适合甘蔗，棉花，辣椒，土豆，地面坚果，洋葱，蔬菜，香蕉，草莓，花卉等作物灌溉。

适合地表和地下灌溉。

2、滴灌管：滴灌管分为：内镶迷宫式滴灌管和管间式滴灌管两种。

型号有￠8 12 16 20四种￠8 12 16流量为2.2-2.5L。

￠20流量3L-3.5L.出水均匀度不超过5%-10%。

壁厚一般有0.12 0.16 0.18 0.20 0.30 0.35 0.40 0.50 0.60mm 滴孔间距一般为200和300mm，应用领域：适合甘蔗，棉花，辣椒，土豆，地面坚果，洋葱，蔬菜，香蕉，草莓，花卉等作物灌溉。

适合地表和地下灌溉。

3、PE管，一种好的管道，不仅应具有良好的经济性，而且应具备接口稳定可靠、材料抗冲击、抗开裂、耐老化、耐腐蚀等一系列优点，同传统管材相比，HDPE管道系统具有以下一系列优点：⑴连接可靠：聚乙烯管道系统之间采用电热熔方式连接，接头的强度高于管道本体强度。

⑵低温抗冲击性好：聚乙烯的低温脆化温度极低，可在-60-60℃温度范围内安全使用。

冬季施工时，因材料抗冲击性好，不会发生管子脆裂。

⑶抗应力开裂性好：HDPE具有低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗刮痕能力，耐环境应力开裂性能也非常突出。

⑷耐化学腐蚀性好：HDPE管道可耐多种化学介质的腐蚀，土壤中存在的化学物质不会对管道造成任何降解作用。

聚乙烯是电的绝缘体，因此不会发生腐烂、生锈或电化学腐蚀现象；此外它也不会促进藻类、细菌或真菌生长。

一四八团塑料制品厂滴灌节水器材俏销疆内市场作者：樊宏图李新国新闻来源：本站原创点击数：67 更新时间：2010-4-8 11:43:47兵团新闻网石河子4月8日电（樊宏图李新国）4月8日一大清早，一辆辆装满各种滴灌节水器材的运输车辆，从新疆生产建设兵团农八师一四八团塑料制品厂大门驶出，这是该厂依托产品订单向塔城、博乐、伊犁及周边团场热销各种滴灌器材的场景。

外销的自压灌溉软管（小白龙）产品正在装车。

2000年，该塑料制品厂研制开发的膜下低压灌溉软管系列节水技术，通过多年的推广使用，以投入成本低、使用方便、节水增产效果好，深受广大农户的欢迎和信赖，产品远销疆内外20多个县地。

2001年以来，中央领导以及自治区和兵、师等领导先后多次来厂检查指导工作，对此项节水技术研发给予充分的肯定，认为是农业生产的一项“伟大革命”，2001年膜下软管灌技术被列入国家“星火计划”发展项目，2002年获得自治区科技成果二等奖，并拥有独立的知识产权，获六项国家专利，成为国家、自治区重点扶持项目。

滴灌带生产车间现场。

多年来，该塑料制品厂始终坚持“以人为本，诚信至上”的经营理念，牢固树立质量就是销量，品级就是价格，管理就是效益，精品就是市场的观念，树立向质量要产量，向质量要效益的思想，狠抓产品质量不放松，不断增强企业的市场竞争能力。

严格落实企业、车间、班组三级质量检验制度，强化质量管理，将产品质量与管理人员和操作工工资挂钩，产品质量做到有奖有罚，奖罚分明，产品质量合格率达到了100%。

质检人员正在对滴灌产品进行质量检测。

质检人员正在对拉管产品进行质量抽检。

质检人员正在对自压灌溉软管产品进行质量检测。

该厂每年还根据广大用户的实际需求，组织技术骨干开展技术培训和现场技术指导，并设立了服务监督电话，对产品质量进行公开承诺，全方位为用户提供方便、快捷的售后服务。

企业生产的“西云”牌农用节水产品从质量到售后服务以及产品信誉，深得精河、塔城、博乐、伊犁及周边团场农户的青睐，企业连续多年被石河子市人民政府评为“重合同守信誉企业”。

加工番茄膜下滴灌栽培技术
郭永锋
【期刊名称】《科技创新与生产力》
【年(卷),期】2008(000)004
【摘要】从土壤准备、施肥、整地、播种、田间管理、病虫害防治等环节介绍了新疆地区加工番茄膜下滴灌栽培技术,为生产提供指导.
【总页数】3页(P45-47)
【作者】郭永锋
【作者单位】国家节水灌溉工程技术研究中心,新疆,新疆,石河子,832000
【正文语种】中文
【中图分类】S641.2
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