一种地下水肥气一体化灌溉系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地下水肥气一体化灌溉系统，属于灌溉管理技术领域。
【背景技术】
[0002]随着灌溉技术的发展，对培摘灌溉技术研宄主要集中在的滴灌技术上，现代农业逐渐趋向于使用水肥一体化滴灌系统，通过灌溉系统施肥，作物在吸收水分的同时吸收养分。可以轻松实现少量多次施肥，可以按照作物需肥规律施肥；其次，可以减少因挥发、淋洗而造成的肥料浪费，从而大大地提高肥料利用率。一般来说，土壤肥力水平越低，省肥效果越明显。国内外对地下滴灌的研宄主要集中在土壤水分运动、灌溉制度、水分效率、作物产量及品质等方面的影响，没有考虑地下滴灌对土壤呼吸、通气量和氧气对作物的根系生长发育和产量及作物品质的影响。地下滴灌的滴头埋在地下，导致了很多土壤中持续的湿润度，从而导致了根区缺氧，影响根系正常生理机能。
[0003]植物的根系需要充足的氧气进行有氧呼吸来维持自身的新陈代谢和整个植株的生长发育。缺氧会导致根系呼吸作用减弱，由有氧呼吸转换为无氧呼吸，根系生长停止，离子运移减慢，根系液流失控，进而影响整个植株的生长。地下滴灌条件下，由于滴头的不断涤洗，植物根系缺氧现象尤其明显，滴头中心区域的氧气扩散率最低。因此，如何改善地下滴灌中根系土壤气体环境具有重要实践意义。在地下滴灌的基础上，通过加气设备加气灌溉将空气输送到作物根区土壤，来改善根区水气环境，促进植株生长发育以提高作物产量。将水(或者水肥混合液)和空气混为一体，由于埋在作物下方的滴头以一定的压力输出水气两相流，由气相流带动水分在土壤中侵润、扩散，将水气送达作物根部土壤中，可为植物生长提供良好的根区微环境。灌溉时，在地下形成的水气两相的气相流，一方面能有效防止滴头堵塞，从而客服了传统地下渗透易堵塞的缺点。另一方面，用气相流带动水分分布，这样通过调节水气混合比例，使作物不同生长期的根部土壤层有较高的含水率和良好的通气状况。水气一体供给对于节水增效和提高作物(蔬菜等)产量及品质等具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:本发明提供一种地下水肥气一体化灌溉系统，用于解决土壤中氧气缺失的问题，并使地下滴灌多样化，利用水肥气，达到提高利用效率，增加作物产量的目的。
[0005]本发明技术方案是:一种地下水肥气一体化灌溉系统，包括水源、水肥耦合系统、加气系统、主动运输系统、灌溉系统、控制系统；
所述水源主要包括:自来水进水管口 1、逆止阀3 ;
所述水肥耦合系统主要包括:进水阀5、混肥罐6、混肥阀8、贮肥灌9、流量计10、过滤器11、施肥泵13、止水阀27 ；
所述加气系统主要包括:空气压缩机14、电磁阀16 ;
所述主动运输系统主要包括:运输干管17 ; 所述灌溉系统主要包括:灌溉干管21、灌溉支管22、灌溉毛管23、滴头24 ;
所述控制系统:土壤湿度控制电路、大气压测试电路；
所述水源从自来水进水管口 I经管道I 2输送进入水肥耦合系统，管道I 2上设置逆止阀3;管道II 4连接管道I 2，在管道II 4上设置进水阀5，管道IV 12—端与管道I 2连接，管道IV 12另一端与施肥泵13连接，管道IV 12上设置止水阀27 ;施肥泵13通过过滤器11与混肥罐6相连；混肥罐6通过管道III 7与贮肥灌9相连，混肥罐6与贮肥灌9之间的管道III 7上依次设有混肥阀8、流量计10 ;
所述管道I 2连接运输干管17的一端，运输干管17的另一端接灌溉干管21，运输干管17上设置控制阀18、压力表19、流量表20，灌溉干管21依次接灌溉支管22、灌溉毛管23、滴头24 ;管道V 15—端并入管道I 2中，一起接入至运输干管17 ;管道V 15另一端接空气压缩机14，空气压缩机14将空气压缩至管道V 15中，且管道V 15上设有电磁阀16用于控制空气压缩机14的开关；
所述土壤湿度传感器25、土壤气压传感器26依次均匀设置在地下作物根部，土壤湿度传感器25和土壤气压传感器26分别用于监测土壤中水分及空气含量；
所述土壤湿度控制电路分别与逆止阀3、土壤湿度传感器25连接；大气压测试电路分别与电磁阀16、土壤气压传感器26连接。
[0006]所述土壤湿度传感器25、土壤气压传感器26相间布置，土壤湿度传感器25周围每搁3m布置气压传感器26，形成一个网格状的传感器布置群。
[0007]当水肥混合时，关闭止水阀27，开启进水阀5，水通过进水阀5进入混肥罐6 ;再打开管道III 7上的混肥阀8使肥料从贮肥灌9中进入混肥罐6中，同时管道III 7上设置的流量计10记录肥料流量；水和肥在混肥罐6充分融合，混合后的水肥经过滤器11过滤后，经管道IV 12上的施肥泵13输送回管道I 2中。
[0008]当水气混合时，所述逆止阀3开启，同时关闭进水阀5和止水阀27，启动空气压缩机14开始工作，压缩的空气在运输干管17中以气泡是形式充入水中，与水一起通过灌溉干管21、灌溉支管22、灌溉毛管23、滴头24，到达作物根部。
[0009]当水肥气混合时，所述管道I 2中的水肥与空气压缩机14压出的空气混合成水肥气之后通过运输干管17输送至灌溉系统，水肥气从运输干管17依次经过灌溉干管21、灌溉支管22、灌溉毛管23、滴头24直至作物根部。
[0010]土壤气压传感器26通过检测土壤中大气压力，将信号传至大气压测试电路，由于不同的气压值对应着不同的指示灯，所以可以根据指示灯的点亮来控制电磁阀16的启闭从而达到土壤中空气含量维持在一定的范围内的目的。
[0011]控制阀18的作用是来控制整个灌溉系统中流体的通过；压力表19与流量表20分别控制所通过的流体压力和流量；若压力较大，压力表19上设置的蜂鸣器就会发出报警声立曰ο
[0012]滴头24在土壤下的布置原则根据作物根部生长的特性来确定，尽量布置在靠近作物根部的地方；流体依次通过灌溉干管21、灌溉支管22、灌溉毛管23，最后流到滴头处进行灌溉。所述的灌溉干管21为PVC管，灌溉支管22为PPR管，灌溉毛管23为PE聚乙烯管。不同管接头处用玻璃纤维或者密封的胶布固定包裹，始终保持良好的密封性。
[0013]不同管接头处用玻璃纤维或者密封的胶布固定包裹，始终保持良好的密封性。通过设定土壤湿度控制电路和大气压测试电路中土壤水分和大气压的范围，实现整个系统的智能运行。
[0014]本发明工作过程如下:所有设备安装后，设定好土壤中适宜的水分含量范围和大气压范围，根据作物不同生长阶段，设定作物用水量、用肥量、所需空气量，同时设定加水加肥和加气的时间段。本发明可是实现以下三种工作模式:单独加水或者单独加气、水肥一体或者水气一体、水肥气三相一体。
[0015]模式一:单独加水。根部土壤湿度传感器25测定土壤含水量，当含水量低于设定最低值时，逆止阀3打开，控制阀18打开，关闭止水阀27、混肥阀5，水从进水口进入管道2后直接进入运输干管17，然后依次通过灌溉干管21、灌溉支管22、灌溉毛管23，最终运输到到滴头24处，水被根部充分吸收；当土壤湿度传感器检测根部水分达到设定最高值时，关闭逆止阀3，停止进水，即完成加水的工作。
[0016]单独加气:设定气压范围时，当所测得的根部气压低于设定最低值时，空气压缩机14开启，将压缩后的空气经过管道15进入运输干管17，然后依次通过灌溉干管21、灌溉支管22、灌溉毛管23、滴头24，到达根部被吸收，当土壤气压传感器26检测根部气压达到设定值最高值时，压缩机16停止工作，即完成加气过程。
[0017]模式二:水肥一体:当水肥同时亏缺时，逆止阀3开启，水经过管道2后进入管道4，进水阀5开启，同时开启混肥阀8，水和肥分别进入混肥罐6中进行混合，混合充分后通过过滤器11，开启施肥泵13，同时打开止水阀27，水肥重新进入管道2，然后依次经过运输干管21、灌溉干管22、灌溉支管23、滴头24，到达植物根部。水肥达到设定最高值时，逆止阀3与施肥泵13均停止工作，即完成水肥一体的灌溉。
[0018]水气一体:当水和空气含量达到设定最低值时，逆止阀3开启，同时关闭进水阀5和止水阀27，启动压缩机14开始工作，压缩的空气在运输干管17中以气泡是形式充入水中，与水一起