一种高效节水节肥数字化农业灌溉的方法与流程

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1.本发明涉及一种高效节水节肥数字化农业灌溉的方法，尤其涉及埋入地下的废胶粉基渗灌管的方法，属于农业节水灌溉领域。

背景技术：

2.我国面临着人均淡水资源极为有限的难题，其中，农业灌溉用水占总用水量50％，但我国目前的农田灌溉水有效利用系数仅为0.50。我国目前农业种植施肥采用的方法是种肥同播，在粮种播种时，将化肥同时播撒在耕地表层，造成近80％的化肥浪费，并使土壤板结。因此，高效节水节肥数字化农业灌溉的方法对解决农业灌溉节水难题和化肥浪费及土壤板结问题具有重要意义。与目前国内采用的农业节水灌溉技术，喷灌、滴灌、微灌、低压管道输水灌溉等地表面节水灌溉方法相比，这种高效节水节肥数字化农业灌溉的方法具有更少的地面蒸发损失、更少的化肥使用量、更低的土壤板结，节水效果更佳、农作物增产等优势，具有良好的发展应用前景。
3.孔丹(cn210641776u，一种农田节水灌溉系统)及目前所有农业节水灌溉方法及设备均为地表面灌溉技术，这些方法均存在着年地表面水分蒸发量在30％以上；无法根据农作物不同生长阶段的需要，给予不同的用水量等缺点。
4.如前文所述，现有的农业节水灌溉的方法中，均属于地表面灌溉方式，这些表面节水灌溉的方法无法解决表面水分蒸发的问题，尤其是在炎热的夏季和在缺水干旱地区，灌溉水的利用率很低。更重要的是，表面节水灌溉的方法，无法通过数字化智能监测和控制系统，实现精准施肥，节省化肥的使用量，避免土壤板结问题，增加农作物产量。
5.我国在上个世纪九十年代引进、仿制废橡胶粉基微孔渗灌管(项锋，一种微渗灌管道及其制备方法，zl 201110351010.6)和塑料微孔渗灌管(生振红等，一种农业灌溉用渗水管及其制备方法，zl 201510095886.7)，经过几年的推广，均以失败而告终。主要存在的问题之一是，水质杂质颗粒过滤不够，渗灌管堵塞较为严重。本发明的实施方案中，选用了砂石过滤器、叠片过滤器和精细过滤器组成的三级水过滤系统，可将水质中的微粒细度过滤至400目以上，彻底解决了渗灌管的堵塞问题。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于彻底解决目前地表面节水灌溉方法中，对灌溉水的利用率不高，无法有效实现数字化智能监测和控制，对农作物进行高效节水灌溉、精准施肥、节省化肥、避免土壤板结和实现农作物的增产增收，提供一种高效节水节肥数字化农业灌溉的新方法。本发明采用的从地下向上渗透节水灌溉技术，无地表面水分蒸发，与喷灌和滴灌相比，可节水30％到80％，灌溉水利用率可达95％以上；一次浇水可使土壤的保墒时间比喷灌和滴灌的保墒时间长3倍左右，可使小麦和玉米增产至少5％以上；将改变目前粮食种植采用的种肥同播的种植模式，为国家的粮食种植提供一种全新的种肥分播的种植模式，可为粮农节省化肥的使用量70％以上，并可有效地解决因过量使用化肥造成的土壤板结问题。
7.一种高效节水节肥数字化农业灌溉的方法，其特征在于：采用从地下向上渗灌技术即埋管渗灌，埋管深度20厘米到60厘米，进水压力控制在0.1mpa到0.6mpa之间，且进水采用的过滤，将水源的水质微粒过滤到400目以上，采用土壤温湿度传感器监测不同深度层的土壤湿度，让植物根部的土壤湿度在生长期始终能保持在30％到80％之间。大田农业种植粮食，埋管深度在50-60厘米。对于城市绿化和牧草种植，埋管深度在20-30 厘米。对于农业种植粮食，第一和第二次湿度测试点控制分别在5厘米和25厘米，第一次浇水时，需要浇灌一次透水，即用5厘米深度的土壤湿度100％的控制，以保证把地面浇透，粮种发芽生根。第二次浇水就土壤湿度控制：低于30％时，自动浇灌，达到80％时，停止浇灌。对于城市绿化和牧草种植，第一和第二次湿度测试点控制分别在5厘米和15 厘米，即用5厘米深度的土壤湿度100％的控制，以保证把地面浇透，第二次浇水就土壤湿度控制：低于30％时，自动浇灌，达到80％时，停止浇灌。
8.应用以下装置：深井抽水泵1连接水过滤系统再连接到水肥配混罐7，肥料配混罐通过管路连接到水肥配混罐7，水肥配混罐7连接到三级供水管网；三级供水管网 14中的主管线为直径200毫米的聚乙烯管材，分管线为直径110毫米的聚乙烯管材，支管线为直径60毫米的聚乙烯管材；各种数控电磁阀负责控制深井抽水泵，水过滤系统，三级供水管网之间的开启与关闭。
9.本发明的目的是通过以下流程来实现的：一套带压供水、供肥的智能监控系统、一组三级水过滤系统和各种数控电磁阀与一套三级供水管网相连，将带压的水或化肥的水肥混合液或有机肥的水肥混合液，输送至一套由埋入地下20厘米到60厘米之间的废胶粉基渗灌管构成的地下渗透节水节肥灌溉网络，从地下渗透到农作物的根茎部位。实现数字化智能监测和控制，对农作物进行高效节水灌溉、精准施肥、节省化肥、避免土壤板结和农作物的增产增收。
10.所用废胶粉基渗灌管的材料是由20目到80目废旧轮胎胶粉和聚乙烯、聚丙烯等塑料等原材料构成的混合料。所用的三级水过滤系统是由砂石过滤器、叠片过滤器和精细过滤器组成。所用的三级供水管网管材塑料是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种。
11.所用数字化智能监测和控制系统中的各种监测传感器为土壤温湿度传感器、土壤酸碱度传感器、土壤微量元素传感器，植物生长传感器，水压力传感器、液体流量传感器等。通过对不同深度层的土壤湿度的监测和给水系统的智能控制，以保证植物根茎位置的土壤湿度始终保持在30％到80％之间。
12.所用一套带压供水、供肥的智能监控系统中选用深井抽水机，一组三级水过滤器，过滤器出水口水压为0.1兆帕到0.6兆帕，肥料配混罐。根据不同地区不同的土壤渗透性和植物不同的生长时期对水量的不同需求，调节进入渗灌管的水压，给植物根部提供所需的渗水量。
13.通过对比考察现有的喷灌、滴灌、微灌、膜下灌等地表面节水灌溉方法，发现了现有的地表面节水灌溉方法无法高效利用灌溉水资源和不能精准施肥、不能解决土壤板结问题。本发明改变了现有的地表面节水灌溉方法，通过一套高效节水节肥数字化农业灌溉系统，实现了对农作物的高效节水灌溉，精准施肥、节省化肥的使用量、土壤不会板结、农作物增产增收。
14.本发明采用一套高效节水节肥数字化农业灌溉系统，通过各种监测传感器监测土
壤的湿度、温度和植物的生长速度，经由数字化智能监测和控制系统，对农作物进行高效节水地下渗灌和精准施肥。为我国在大面积农田上进行农业高效节水节肥智能化灌溉和为农业增产增收，提供了一条新途径。
附图说明：
15.图1是本发明示意图。图2是深度为45厘米，25厘米和5厘米处的土壤温度和湿度。图3是土壤温湿度传感器17监测到土壤深度为15厘米的湿度。其中，1-深井抽水泵；2-深井抽水流量计；3-三级水过滤系统；4-出水泵；5-过滤水流量计；6-过滤水计量器；7-水肥配混罐；8-肥料计量器；9-肥料流量计；10-肥料输出泵；11-肥料配混罐；12
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数字化智能监控系统；13-水肥输出流量计；14-三级供水管网；15-各种数控电磁阀；16
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废胶粉基渗灌管构成的地下渗透节水节肥灌溉网络；17-各种传感器监测点。
具体实施方式：
16.下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述。
17.实施例1：深井抽水泵1选用35千瓦功率一台；三级水过滤系统3容积为 35立方米；肥料配混罐11容积为3立方米；数字化智能监控系统12可实时远程收集各种传感器监测点17的监测数据，自动控制深井抽水泵1、三级水过滤系统3、肥料配混罐11、三级供水管网14；三级供水管网14中的主管线为直径200毫米的聚乙烯管材，分管线为直径110毫米的聚乙烯管材，支管线为直径60毫米的聚乙烯管材；地下渗透节水节肥灌溉网络16选用外径为16毫米的废胶粉基渗灌管，渗灌管被埋入地下深30厘米。各种传感器监测点17选用土壤温湿度传感器。各种数控电磁阀15负责控制深井抽水泵1，三级水过滤系统3，三级供水管网14之间的开启与关闭。
18.土壤温湿度传感器17可实时监测土壤深度为45厘米，25厘米和5厘米处的土壤温度和湿度，见图2。当温湿度传感器17监测到土壤深度为25厘米处的湿度低于 30％，数字化智能监控系统12内的农业专家监控系统判断出需要进行节水灌溉，该系统向深井抽水泵1下达启动指令，从深井抽出地下水送入三级水过滤系统3内，三级水过滤系统3内的水压达到0.2兆帕时，数字化智能监控系统12向三级供水管网14下达输水指令，并开启各种数控电磁阀15，将0.2兆帕的水送入废胶粉基渗灌管构成的地下渗透节水节肥灌溉网络16，实施地下渗水灌溉。当土壤温湿度传感器17监测到土壤深度为25厘米的湿度达到80％时，数字化智能监控系统12向深井抽水泵1下达关闭指令，到此，这套高效节水节肥数字化农业灌溉系统完成了一次对农作物的节水灌溉作业。
19.实施例2：深井抽水泵1选用35千瓦功率一台；三级水过滤系统3容积为35 立方米；肥料配混罐用容积为3立方米一台；数字化智能监控系统12可实时远程收集各种传感器监测点17的监测数据，自动控制深井抽水泵1、三级水过滤系统3、肥料配混罐11、三级供水管网14；三级供水管网14中的主管线为直径200毫米的聚乙烯管材，分管线为直径110毫米的聚乙烯管材，支管线为直径60毫米的聚乙烯管材；地下渗透节水节肥灌溉网络16选用外径为16毫米的废胶粉基渗灌管，渗灌管被埋入地下深30厘米。各种传感器监测点17选用土壤温湿度传感器和植物生长传感器。各种数控电磁阀15负责控制深井抽水泵1，三级水过滤系统3，三级供水管网14之间的开启与关闭。
20.当土壤温湿度传感器17监测到土壤深度为15厘米的湿度低于30％(见图 3)，植物生长传感器17监测到植物生长速度低于农业专家监控系统的指标时，数字化智能监控系统12内的农业专家监控系统判断出需要进行施肥灌溉，该系统向深井抽水泵1 下达启动指令，从深井抽出地下水送入三级水过滤系统3内，并向肥料配混罐11下达按照农业专家监控系统肥料配混方案进行配混作业，三级水过滤系统3内的水压达到0.2兆帕时，数字化智能监控系统12向三级供水管网14下达输水指令，并开启各种数控电磁阀15，将0.2兆帕的水和配混肥料液体送入废胶粉基渗灌管构成的地下渗透节水节肥灌溉网络16，实施地下渗水灌溉。当土壤温湿度传感器17监测到土壤深度为15厘米的湿度达到80％时，数字化智能监控系统12向深井抽水泵1和肥料配混罐11下达关闭指令，到此，这套高效节水节肥数字化农业灌溉系统完成了一次对农作物的节水节肥灌溉作业。

技术特征：

1.一种高效节水节肥数字化农业灌溉的方法，其特征在于：采用从地下向上渗灌技术即埋管渗灌，埋管深度20厘米到60厘米，进水压力控制在0.1mpa到0.6mpa之间，且进水过滤是将水源的水质微粒过滤到400目以上，采用土壤温湿度传感器监测不同深度层的土壤湿度，让植物根部的土壤湿度在生长期始终能保持在30％到80％之间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：农业种植粮食，埋管深度在50-60厘米；对于城市绿化和牧草种植，埋管深度在20-30厘米。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于农业种植粮食，第一和第二次湿度测试点控制分别在5厘米和25厘米，第一次浇水时，需要浇灌一次透水，即用5厘米深度的土壤湿度100％的控制，以保证把地面浇透，粮种发芽生根；第二次浇水就土壤湿度控制：低于30％时，自动浇灌，达到80％时，停止浇灌。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于城市绿化和牧草种植，第一和第二次湿度测试点控制分别在5厘米和15厘米，即用5厘米深度的土壤湿度100％的控制，以保证把地面浇透，第二次浇水就土壤湿度控制：低于30％时，自动浇灌，达到80％时，停止浇灌。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用以下装置：深井抽水泵连接水过滤系统再连接到水肥配混罐，肥料配混罐通过管路连接到水肥配混罐，水肥配混罐连接到三级供水管网；三级供水管网中的主管线为直径200毫米的聚乙烯管材，分管线为直径110毫米的聚乙烯管材，支管线为直径60毫米的聚乙烯管材；各种数控电磁阀负责控制深井抽水泵，水过滤系统，三级供水管网的开启与关闭。

技术总结

一种高效节水节肥数字化农业灌溉的方法，属于农业水利灌溉设备领域。采用从地下向上渗灌技术即埋管渗灌，埋管深度20厘米到60厘米，进水压力控制在0.1MPa到0.6MPa之间，且进水过滤是将水源的水质微粒过滤到400目以上，采用土壤温湿度传感器监测不同深度层的土壤湿度，让植物根部的土壤湿度在生长期始终能保持在30％到80％之间。本发明由于无表面蒸发量和智能控制渗水深度，可节水30％到80％，灌溉水利用率可达95％以上。用率可达95％以上。用率可达95％以上。