本发明属于农业设施技术领域，尤其是涉及一种光温耦合的二氧化碳气体施肥的装置及方法。
背景技术：
二氧化碳气体施肥是设施农业提高产量的主要措施之一。由于温室是相对封闭的，当中午光照强，光合作用导致室内二氧化碳浓度快速下降，导致光合速率下降，使作物产量受到限制。传统的二氧化碳补充方式是秸秆、煤炭、天然气、沼气燃烧，生物发酵等方式，主要缺点是定量控制比较难，不能按需进行气体施肥。液体二氧化碳和干冰、压缩空气由于成本较高，很难普及，比如发明专利201310271182.1用钢瓶中液体二氧化碳补充二氧化碳。用酸类和碳酸盐反应生产二氧化碳成本高，推广难度大。比如发明专利200810085036.9用电加热法加热碳酸氢铵溶液，然后用水吸收氨水，直接施肥，二氧化碳直接释放到温室内。这种方法把氮肥和气体施肥分开使用，主要问题是单位面积内氮肥需求量远远小于二氧化碳的需求量，每亩温室每天需要二氧化碳22千克，需要消耗碳铵40公斤，远远超过了作物需氮量，导致多余的氮肥产生烧苗和浪费；同时气体施肥需要根据经验控制时间和用量，导致碳铵用量增加，能源浪费，而且还需要有电力设备，所以普及较难。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种光温耦合的二氧化碳气体施肥的装置及方法，以解决现有技术中的不足。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种光温耦合的二氧化碳气体施肥的装置，包括太阳能集热装置、碳铵样品管以及气体分离室，所述碳铵样品管与太阳能集热装置相对应，且碳铵样品管与气体分离室通过软管连通，且所述气体分离室中分离出的二氧化碳通过管道送到温室。
进一步的，所述太阳能集热装置为太阳能聚光镜，所述碳铵样品管位于太阳能聚光镜的焦点上。
通过太阳能聚光镜提供高于60摄氏度的高温，加温固体碳酸氢铵使其分解产生二氧化碳、水和氨气，使光照和二氧化碳补充相耦合，使光合作用和碳同化协同，有效增加作物产量，提高作物品质，同时避免碳铵和二氧化碳的浪费；
进一步的，所述太阳能聚光镜的内侧涂有反光涂层，聚光比例在2-30，槽式或者碟式，为一维跟踪太阳聚光镜。
进一步的，所述太阳能集热装置为太阳能集热板，所述太阳能集热板的向阳面涂有黑色的吸热涂层；所述太阳能集热板为平板式陶瓷、金属或耐候性强的塑料板，为一维跟踪太阳集热板，且集热板背阳面设有导水管，导水管分别进水口和出水口分别位于集热板的两侧，且进水口位于集热板的下方，出水口位于集热板的上方，出水口与其上方的螺旋形盘管相连，所述碳铵样品管2位于螺旋形盘管的内部且紧贴螺旋形盘管。能够在冬季最冷月的晴天中午将集热板内部的纯净水温度加热到60℃以上，样品管处于集热板上部的出水管螺旋形盘管的内部紧贴盘管，样品管为导热性良好，耐高温400℃以上材料制成；
进一步的，所述气体分离室为两室容器，上部空间容积与下部空间容积为2:1，中部进气口连接于碳铵样品管。
进一步的，还包括氨气吸收塔以及酸性溶液净化池，所述气体分离室上部出气口通过软管连通于氨气吸收塔，下部出气口通过软管连通于酸性溶液净化池，并有保温层包裹外层。
进一步的，所述酸性溶液净化池的进气口在溶液底部，进气管道为网状进气管，网眼为50-40目，溶液池内为酸性溶液，溶液池为防酸材料，溶液池是密闭的，上部有集气口和温室通过管道连通。
进一步的，所述氨气吸收塔为整体高于气体分离室上部出气口的密闭式容器，顶部有冷水喷淋装置，下部有氨水收集装置，且氨水收集装置上设有出气口。
本发明还提供了一种利用如上所述的装置进行施肥方法，通过太阳集热装置加温碳铵样品管，使其中的碳酸氢铵分解；根据气体比重的差异在气体分离室内进行初步分层分离，通过气体分离室下部出气口将下部空气，通过酸性溶液净化池脱去二氧化碳中的氨气，将二氧化碳通过管道送到温室分离出二氧化碳用于满足温室植物光合需要；气体分离室上部出气口连接于氨气吸收塔，气体通过氨气吸收塔将氨气和水气回收，用于夜间室外二氧化碳的中和，实现氨气的循环利用。
本发明通过太阳能聚光镜或聚热板加热样品管中的碳酸氢铵，产生二氧化碳、水和氨气，通过比重静置分层在气体分离室实现初步分离，通过上部出气口和氨气吸收塔相连，利用冷水喷淋实现氨气回收；通过下部出气口通往酸性溶液净化池，滤除多余的氨气，避免烧苗，净化池上部集气口和气体施肥管道相连，向设施温室内增施二氧化碳。
相对于现有技术，本发明所述的光温耦合的二氧化碳气体施肥的装置及方法，具有以下优势：
(1)本发明通过采用太阳能加热分解固体碳酸氢铵，因此实现了光温和二氧化碳施肥的耦合，当光照充足、温度升高时光合作用增强，过一段时间室内二氧化碳浓度才开降低，才需要补充二氧化碳，本发明通过光耦合加温实现按需供气，没有光照，植物不需要二氧化碳，不用补充二氧化碳；只有在光照充足时，才能加热分解碳铵产生二氧化碳，实现了按需施肥，大大节约了碳铵用量，也减少了操作成本、降低了操作难度，解决了温室中二氧化碳饥饿的问题，提高了温室内植物的产量和质量。同时对氨水的回收实现了循环利用，不会产生氮肥过量和氨气中毒的现象。氨气回收并循环吸收室外的二氧化碳，实现室内二氧化碳的高效补充，解决了碳酸氢铵直接分解施肥方法的氨气污染和烧伤，大大降低了二氧化碳施肥的成本。
(2)本发明所述的装置，通过太阳能聚光镜或聚热板加热碳铵，不需要电源，通过分解后产生的压力差，向室内释放，不需要动力设备，也不需要人为的操作，只需要更换样品管即可。每个样品管20kg，每亩日光温室只需要2个样品管即可满足一天的二氧化碳补充的需要。本发明每天消耗碳铵40kg/亩，成本32元，比燃烧焦炭的50元便宜36％。由于实现了氨气的循环利用，按照每天损失5％-10％的氨气计算，每天仅消耗碳铵2-4kg，成本降低为1.6-3.2元/亩，具有极强的竞争力。通过增施二氧化碳在同等条件下，作物产量增加10％-35％，在光温协同最佳时，每平方米干物质产量达到3-7千克/年，蔬菜产量达到60-80kg/m2.每亩的气体施肥成本为500-1000元每年，增产1000-3000公斤，增加产值2000-6000元，投资收益比例达到1:2到1:6，具有较高的推广价值。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种光温耦合的二氧化碳气体施肥的装置的简单结构示意图。
附图标记说明：
1为太阳能聚光镜，2为碳铵样品管，3为气体分离室，4为氨气吸收塔，5为酸性溶液净化池，6为氨水收集容器，7软管，8为出气口。。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种光温耦合的二氧化碳气体施肥的装置，包括太阳能集热装置、碳铵样品管以及气体分离室3，所述碳铵样品管2与太阳能集热装置相对应，且碳铵样品管2与气体分离室3通过软管7连通，且所述气体分离室3中分离出的二氧化碳通过管道送到温室。
所述气体分离室3为两室容器，上部空间容积与下部空间容积为2:1，中部进气口连接于碳铵样品管。
还包括氨气吸收塔4以及酸性溶液净化池5，所述气体分离室3上部出气口通过软管7连通于氨气吸收塔4，下部出气口通过软管7连通于酸性溶液净化池5，并有保温层包裹外层。
所述酸性溶液净化池5的进气口在溶液底部，进气管道为网状进气管，网眼为50-40目，溶液池内为酸性溶液，溶液池为防酸材料，溶液池是密闭的，上部有集气口和温室通过管道连通。
所述氨气吸收塔4为整体高于气体分离室3上部出气口的密闭式容器，顶部有冷水喷淋装置，下部有氨水收集装置6，且氨水收集装置6上设有出气口8。
实施例一
如图1所示，一种光温耦合的二氧化碳气体施肥的装置，包括如上所述的结构，且所述太阳能集热装置为太阳能聚光镜1，所述碳铵样品管2位于太阳能聚光镜1的焦点上。
所述太阳能聚光镜1的内侧涂有反光涂层，聚光比例在2-30，槽式或者碟式，为一维跟踪太阳聚光镜。
通过太阳能聚光镜1加温置于聚光镜焦点上的碳氢样品管2，使其中的碳酸氢铵分解；根据气体比重的差异在气体分离室3内进行初步分层分离，通过气体分离室3下部出气口将下部空气分离出二氧化碳用于满足温室植物光合需要，气体分离室3上部出气口连接于氨气吸收塔4使氨气循环利用；并且通过酸性溶液净化池5脱去二氧化碳中的氨气，将二氧化碳通过气体施肥管道送到温室，通过气体分离室3上部出气口将气体分离室3上部气体通过氨气吸收塔将氨气和水气回收，进行循环利用。
当晴天时，阳光照到聚光镜上，温度很快升温。植物光合也越来越强，二氧化碳需要越来越多，此时碳铵分解提前放出大量的二氧化碳，满足植物生长。
所用的太阳能聚光镜1的聚光比例为1～10，集光面积为18平方米，聚光面积宽3米、长6米，样品管2长1米，共6个，每个可容纳碳铵7kg。当太阳升起，加热样品管，样品管内部温度升高至60℃以上时，碳铵开始分解，产生压力，传送到气体分离室3内。氨气向上被氨气吸收塔4内的水吸收，二氧化碳被下部酸性溶液净化池5净化后进入温室内供植物应用。
当光照较弱、阴天、雨雪天时，样品管内温度低，碳铵不分解，不工作，植物依靠呼吸产生的二氧化碳即可进行微弱的光合作用，或不需要补气。
本装置在中午时，当天的碳铵能够全部分解，产生二氧化碳21千克，能够满足每亩日光温室(按照500平方米有效面积计算)C4植物持续高强度光合作用需要的二氧化碳的量，可满足亩产1万公斤蔬菜和水果植物生长需要的二氧化碳。
实施例二
一种光温耦合的二氧化碳气体施肥的装置，包括如上所述的结构，且所述太阳能集热装置为太阳能集热板，所述太阳能集热板的向阳面涂有黑色的吸热涂层；所述太阳能集热板为平板式陶瓷、金属或耐候性强的塑料板，为一维跟踪太阳集热板，且集热板背阳面设有导水管，导水管分别进水口和出水口分别位于集热板的两侧，且进水口位于集热板的下方，出水口位于集热板的上方，出水口与其上方的螺旋形盘管相连，所述碳铵样品管2位于螺旋形盘管的内部且紧贴螺旋形盘管。
当有持续的光照时，太阳光照射到太阳能集热装置上，通过太阳能集热装置加温置于上部的螺旋形盘管内的碳氢样品管2，使其中的碳酸氢铵分解；根据气体比重的差异在气体分离室3内进行初步分层分离，通过气体分离室3下部出气口将下部空气分离出二氧化碳用于满足温室植物光合需要，分离室上部出气口连接于氨气吸收塔4使氨气循环利用；并且通过酸性溶液净化池5脱去二氧化碳中的氨气，将二氧化碳通过气体施肥管道送到温室，通过气体分离室3下部出气口将气体分离室3上部气体通过氨气吸收塔4将氨气和水气回收，进行循环利用。
当经过一上午的光合，温室内的二氧化碳浓度降到低点，形成碳饥饿，影响植物的长势和产量，影响光合产物积累。此时最需要补充二氧化碳。经过一上午的日晒，太阳能集热装置使内部的水温达到60-100℃，加热上部的碳铵样品管，使碳铵分解产生大量的二氧化碳，满足植物的光合需要，提高作物产量和质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。