专利名称：被动式配方施肥机及施肥方法
技术领域：
本发明涉及一种施肥机，特别是涉及一种被动式配方施肥机及施肥方法。
背景技术：
水和肥是影响作物生长的两个重要因子，研究探索通过施肥和灌溉来提高植物生产力的技术和方法一直是农业研究的热点。灌溉施肥一体化(Fertigation)是20世纪70年代以来发展起来的一项先进的灌溉施肥技术，该技术创新地将作物生产中的灌溉与施肥这两个重要技术有机融为一体，将肥料溶解在水中通过灌溉系统随水一起施用，实现水肥同步一体化的供应作物。灌溉施肥技术充分发挥了水肥的耦合作用，能够按照不同作物的需求，合理配置养分比例，适时适量供给，充分满足作物的水分与营养需求。同时灌溉施肥一体化能够使灌溉与施肥操作过程一次性完成，可以充分利用灌溉特别是先进的微灌技术的可控性，实现灌溉施肥量和灌溉施肥时间的精确控制，通过微灌方式将水肥均匀地施入作物根区，为作物生长提供最佳的水、肥、气、热生长环境，有效地降低根层土壤盐分残留量和养分的深层淋溶损失，显著提高水肥利用效率，减轻土壤和地下水硝酸盐污染。由于灌溉施肥一体化技术独特的技术优势和先进性，灌溉施肥一体化技术自问世以来一直是国际上的研究热点，特别是近十年来，随着滴灌技术的普及，美国、以色列、澳大利亚等农业先进国家对于灌溉施肥技术研究与应用取得很大的进展。我国在引进吸收国外技术的基础上也开展了灌溉施肥技术的研究与应用，主要集中在设施园艺和经济作物的应用技术与应用效果方面。但由于基础薄弱目前研究还处于初始阶段，在灌溉施肥技术与配套设备、技术效应的机理等方面还缺乏全面深入的研究。因此，在现有基础上进一步加强灌溉施肥技术及相关仪器设备的研究，围绕设施栽培水肥精准管理的核心问题，研究灌溉施肥对设施栽培作物生长的影响机理、灌溉施肥设备对水分和养分高效利用以及对土壤质量和环境的保护作用，对于促进灌溉施肥技术的应用，根本解决制约设施栽培进一步推广及持续稳定发展的技术瓶颈具有十分重要的意义。发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种被动式配方施肥机，不需要额外的系统外部外加动力，实现肥液与灌溉水的自动混合，方便且节约能耗。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种被动式配方施肥机，其包括:
被动式注肥系统，其进水端设置于水肥灌溉系统主泵站之后，出肥端设置于灌溉系统主管道水流方向的下游，所述注肥系统无需额外的系统外部外加动力，利用水压差实现向所述主管道内按配方注入肥液；
所述注肥系统包括 文丘里注肥器，所述文丘里注肥器的进水口和出水口分别连接所述主管道，其真空吸附口连接肥液罐，所述进水口位于所述出水口的上游，所述文丘里注肥器在设定压力条件下稳定运行，吸肥量始终保持恒定；
所述注肥系统还包括稳压阀，位于所述文丘里注肥器进水口前端，在所述注肥系统运行过程中，保证进入到文丘里注肥器的水压稳定，进而保证吸肥量恒定。
其中，所述主管道上设置有灌溉控制主阀门，位于所述主泵站下游，调节主泵站输出水流的压力满足整个灌溉系统需要的同时保证被动式注肥系统的运行压差。
其中，所述注肥系统具有多组，相邻两组注肥系统的文丘里注肥器，前一文丘里注肥器的出水口和后一文丘里注肥器的进水口连接。
其中，所述注肥系统中的文丘里注肥器真空吸附口与所述肥液罐之间还设置有流量计和电磁阀，实现准确掌握肥液吸入量及开关控制功能。
其中，所述主管道与所述文丘里注肥器的进水口之间的连接管路上设置有过滤器。
其中，所述主管道与所述文丘里注肥器的出水口之间的连接管路上设置有过滤器。
其中，连接文丘里注肥器的进水口和出水口之间的所述主管道上设置有过滤器。
其中，所述主管道上，位于所述被动式注肥系统的下游，设置有酸碱度和电导度监测仪。
本发明还提供了一种使用上述的被动式配方施肥机的施肥方法，其中，利用灌溉系统主管道上、下游的水压差，在所述主管道上设置被动式注肥系统，依靠水压差将被动式注肥系统中的肥液按配方比例自动引导至主管道下游。
其中，在所述被动式注肥系统中设置文 丘里注肥器，依靠主管道中的灌溉水流经文丘里注肥器，在无需额外的系统外部动力的情况下由文丘里注肥器吸取肥液并送至主管道中。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的被动式配方施肥机及施肥方法，通过在引水灌溉的主管道上游设置被动式注肥系统，实现无需额外的系统外部外加动力将肥液注入主管道内，利用主管道中上游水压大、下游水压小的特点，实现肥液与灌溉水混合后自动流向下游，降低了使用及维护成本，同时节约能耗，为更好的推广精准施肥技术提供帮助。
图1是本发明实施例被动式配方施肥机的结构示意图。
其中，1:主泵站；2:主过滤器；3:主管道；4:第一过滤器；5:稳压阀；6:流量计；7:电磁阀；8:肥液罐；9:文丘里注肥器；10:注肥系统；11:第二过滤器；12:酸碱度和电导度监测仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明实施例被动式配方施肥机的结构示意图，参照图示，该施肥机包括:与水肥灌溉系统主泵站I相连的用于引水灌溉的主管道3，沿水流方向，即图中所示的与主管道3相平行的箭头的指向方向，所述主管道3的上游设置有被动式注肥系统10，所述注肥系统10进水端设置于主泵站I之后，出肥端设置于主管道3水流方向的下游，所述注肥系统无需额外的系统外部外加动力，利用水压差能够实现向所述主管道3内按配方注入肥液，实现肥液与主管道3内的灌溉水按比例混合，以流向下游对农田进行灌溉。
具体地，本实施例利用文丘里效应的原理，在所述注肥系统10内设置了文丘里注肥器9，所述文丘里注肥器9的进水口和出水口分别连接所述主管道3，其真空吸附口连接肥液罐8，所述进水口位于所述出水口的上游，所述文丘里注肥器9在设定压力条件下稳定运行，吸肥量始终保持恒定。所述注肥系统10中还包括稳压阀5，位于所述文丘里注肥器9进水口前端，在所述注肥系统10运行过程中，保证进入到文丘里注肥器9的水压稳定，进而保证吸肥量恒定。其中，本实施例中提到的“前端”、“后端”也是以水流方向为准，定义水流由前向后流动，下同。
在主管道3内有灌溉水流过时，会有部分灌溉水流向注肥系统10，水流由文丘里注肥器9的进水口进入文丘里注肥器9，再由其出水口流出，此时使文丘里注肥器9的真空吸附口处于真空状态，借助于外界大气压力的作用，将肥液罐8内的肥液吸入文丘里注肥器9，然后由于主管道3上游与下游之间有压差P存在，上游的水压大于下游的水压，所以文丘里注肥器9内混合的水肥会自动流入主管道3内，并顺着水流流向排至农田。在整个水肥混合过程中，肥液与部分灌溉水的混合，依靠文丘里效应实现，不需要额外动力；肥液与全部灌溉水的混合依靠主管道内上下游的水压差，也不需要额外的动力，节省能耗，自动化能力强。
本实施例 中，所述主管道3上设置有灌溉控制主阀门(图中未示出)，位于所述主泵站后端，调节主泵站输出水流的压力满足整个灌溉系统需要的同时保证被动式注肥系统的运行压差，该运行压差通常大于20m，即通过主阀门的设置，可以调节主泵站I泵出水流的速度和压力，满足注肥系统的进水端和出肥端之间的水压差达到20米以上均能保证注肥系统在没有外加动力的情况下，利用水力就能够实现向主管道3内按配方注入肥液。
上述肥液罐8内的肥液可以是各种原料混合后的复合肥液，通过一组注肥系统10即可实现水肥的混合。
若肥液都是单组份的液体，需要根据不同的农田作物要求进行不同的配比，那么可以参照图1所示，设置多组注肥系统10，多组注肥系统10中的文丘里注肥器9串联，第一个文丘里注肥器9的进水口和最后一个文丘里注肥器9的出水口分别和主管道3连接，相邻两组注肥系统10的文丘里注肥器9中，前一文丘里注肥器9的出水口和后一文丘里注肥器9的进水口连接，每个文丘里注肥器9对应连接肥液罐8。
在主管道3内有灌溉水流过时，会有部分灌溉水流向第一个注肥系统10，水流由第一个文丘里注肥器9的进水口进入文丘里注肥器9，再由其出水口流出，此时使文丘里注肥器9的真空吸附口处于真空状态，借助于外界大气压力的作用，将肥液罐8内的肥液吸入文丘里注肥器9，第一个文丘里注肥器9出水口流出的水肥混合液经第二个文丘里注肥器9的进水口进入第二个文丘里注肥器9，基于相同原理，第二个文丘里注肥器9内实现水肥混合，依次类推，最后由于主管道3上游与下游之间有压差P存在，上游的水压大于下游的水压，所以最后一个文丘里注肥器9内混合的水肥会自动流入主管道3内，并顺着水流流向排至农田。
根据肥液的需求量和选取的组份需求，所述文丘里注肥器9真空吸附口与所述肥液罐8之间还设置有流量计6和电磁阀7，流量计6用于计量文丘里注肥器9吸入的肥液量，电磁阀7用于控制其对应的肥液罐8内的肥液是否使用，实现准确掌握肥液吸入量及开关控制功能。
进一步地，所述主管道3与所述文丘里注肥器9的进水口之间的连接管路上设置有第一过滤器4和，第一过滤器4用于对流向文丘里注肥器9的灌溉水进行过滤，保证该部分水流中不含杂质，避免对文丘里注肥器9的工作性能产生不良影响。所述主管道3与所述文丘里注肥器9的出水口之间的连接管路上设置有第二过滤器11，滤除灌溉水与肥液混合之后的水肥液中的杂质，避免对主管道3下游的灌溉系统造成堵塞。连接文丘里注肥器9的进水口和出水口之间的所述主管道3上设置有主过滤器2，对直接进入主管道3内的灌溉水进行过滤，滤除灌溉水中的杂质，避免对主管道3下游的灌溉系统造成堵塞。
此外，所述主管道3上，位于所述注肥系统10的下游，设置有酸碱度和电导度监测仪12，用于实时监测通向农田的水肥混合液的酸碱度和电导度，以监测水肥混合是否达到要求的指标，保证整个水肥灌溉系统的正常稳定工作，一旦监测到异常数据出现，可以查看是否有部分结构出现问题，及时·修复。
此外，本实施例还提供了一种使用上述被动式配方施肥机的施肥方法，利用灌溉系统主管道上、下游的水压差，在所述主管道上设置被动式注肥系统，依靠水压差将被动式注肥系统中的肥液按配方比例自动引导至主管道下游。其中，在所述被动式注肥系统中设置文丘里注肥器，依靠主管道中的灌溉水流经文丘里注肥器，在无需额外的系统外部动力的情况下由文丘里注肥器吸取肥液并送至主管道中。
由以上实施例可以看出，本发明实施例通过在引水灌溉的主管道上游设置被动式注肥系统，应用文丘里效应设置文丘里注肥器，利用主管道中上游水压大、下游水压小的特点将肥液注入主管道内，实现肥液与灌溉水混合后自动流向下游，降低了使用及维护成本，同时节约能耗，为更好的推广精准施肥技术提供帮助。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种被动式配方施肥机，其特征在于，包括: 被动式注肥系统，其进水端设置于水肥灌溉系统主泵站之后，出肥端设置于灌溉系统主管道水流方向的下游，所述注肥系统无需额外的系统外部外加动力，利用水压差实现向所述主管道内按配方注入肥液； 所述注肥系统包括文丘里注肥器，所述文丘里注肥器的进水口和出水口分别连接所述主管道，其真空吸附口连接肥液罐，所述进水口位于所述出水口的上游，所述文丘里注肥器在设定压力条件下稳定运行，吸肥量始终保持恒定； 所述注肥系统还包括稳压阀，位于所述文丘里注肥器进水口前端，在所述注肥系统运行过程中，保证进入到文丘里注肥器的水压稳定，进而保证吸肥量恒定。
2.如权力要求I所述的被动式配方施肥机，其特征在于，所述主管道上设置有灌溉控制主阀门，位于所述主泵站下游，调节主泵站输出水流的压力满足整个灌溉系统需要的同时保证被动式注肥系统的运行压差。
3.如权利要求1所述的被动式配方施肥机，其特征在于，所述注肥系统具有多组，相邻两组注肥系统的文丘里注肥器，前一文丘里注肥器的出水口和后一文丘里注肥器的进水口连接。
4.如权利要求3所述的被动式配方施肥机，其特征在于，所述注肥系统中的文丘里注肥器真空吸附口与所述肥液罐之间还设置有流量计和电磁阀，实现准确掌握肥液吸入量及开关控制功能。
5.如权利要求1所述的被动式配方施肥机，其特征在于，所述主管道与所述文丘里注肥器的进水口之间的连接管路上设置有过滤器。
6.如权利要求1所述的被动式配方施肥机，其特征在于，所述主管道与所述文丘里注肥器的出水口之间的连接管路上设置有过滤器。
7.如权利要求1所述的被动式配方施肥机，其特征在于，连接文丘里注肥器的进水口和出水口之间的所述主管道上设置有过滤器。
8.如权利要求1所述的被动式配方施肥机，其特征在于，所述主管道上，位于所述被动式注肥系统的下游，设置有酸碱度和电导度监测仪。
9.一种使用如权利要求1所述的被动式配方施肥机的施肥方法，其特征在于，利用灌溉系统主管道上、下游的水压差，在所述主管道上设置被动式注肥系统，依靠水压差将被动式注肥系统中的肥 液按配方比例自动引导至主管道下游。
10.如权利要求9所述的施肥方法，其特征在于，在所述被动式注肥系统中设置文丘里注肥器，依靠主管道中的灌溉水流经文丘里注肥器，在无需额外的系统外部动力的情况下由文丘里注肥器吸取肥液并送至主管道中。
全文摘要
本发明公开了一种被动式配方施肥机及施肥方法，所述施肥机包括与泵站相连的用于引水灌溉的主管道，沿水流方向，所述主管道的上游连接有被动式注肥系统，所述注肥系统无需额外的系统外部动力实现向所述主管道内按配方比例注入肥液。本发明利用主管道上游水压大、下游水压小的特点，在引水灌溉的主管道上游设置被动式注肥系统，无需额外的系统外部动力将肥液注入灌溉主管道内，实现肥液与灌溉水混合后自动流向下游灌溉农田，降低了使用及维护成本，同时节约能耗，为更好的推广精准施肥技术提供帮助。
文档编号A01C23/04GK103141204SQ201310080290
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者郝卫平, 毛丽丽, 梅旭荣, 龚道枝, 刘琪, 李昊儒, 郭瑞 申请人:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所