專利名稱：被動式配方施肥機及施肥方法
技術領域：
本發明涉及一種施肥機，特別是涉及一種被動式配方施肥機及施肥方法。
背景技術：
水和肥是影響作物生長的兩個重要因子，研究探索通過施肥和灌溉來提高植物生產力的技術和方法一直是農業研究的熱點。灌溉施肥一體化(Fertigation)是20世紀70年代以來發展起來的一項先進的灌溉施肥技術，該技術創新地將作物生產中的灌溉與施肥這兩個重要技術有機融為一體，將肥料溶解在水中通過灌溉系統隨水一起施用，實現水肥同步一體化的供應作物。灌溉施肥技術充分發揮了水肥的耦合作用，能夠按照不同作物的需求，合理配置養分比例，適時適量供給，充分滿足作物的水分與營養需求。同時灌溉施肥一體化能夠使灌溉與施肥操作過程一次性完成，可以充分利用灌溉特別是先進的微灌技術的可控性，實現灌溉施肥量和灌溉施肥時間的精確控制，通過微灌方式將水肥均勻地施入作物根區，為作物生長提供最佳的水、肥、氣、熱生長環境，有效地降低根層土壤鹽分殘留量和養分的深層淋溶損失，顯著提高水肥利用效率，減輕土壤和地下水硝酸鹽污染。由于灌溉施肥一體化技術獨特的技術優勢和先進性，灌溉施肥一體化技術自問世以來一直是國際上的研究熱點，特別是近十年來，隨著滴灌技術的普及，美國、以色列、澳大利亞等農業先進國家對于灌溉施肥技術研究與應用取得很大的進展。我國在引進吸收國外技術的基礎上也開展了灌溉施肥技術的研究與應用，主要集中在設施園藝和經濟作物的應用技術與應用效果方面。但由于基礎薄弱目前研究還處于初始階段，在灌溉施肥技術與配套設備、技術效應的機理等方面還缺乏全面深入的研究。因此，在現有基礎上進一步加強灌溉施肥技術及相關儀器設備的研究，圍繞設施栽培水肥精準管理的核心問題，研究灌溉施肥對設施栽培作物生長的影響機理、灌溉施肥設備對水分和養分高效利用以及對土壤質量和環境的保護作用，對于促進灌溉施肥技術的應用，根本解決制約設施栽培進一步推廣及持續穩定發展的技術瓶頸具有十分重要的意義。發明內容
(一)要解決的技術問題
本發明的目的是提供一種被動式配方施肥機，不需要額外的系統外部外加動力，實現肥液與灌溉水的自動混合，方便且節約能耗。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題，本發明提供一種被動式配方施肥機，其包括:
被動式注肥系統，其進水端設置于水肥灌溉系統主泵站之后，出肥端設置于灌溉系統主管道水流方向的下游，所述注肥系統無需額外的系統外部外加動力，利用水壓差實現向所述主管道內按配方注入肥液；
所述注肥系統包括 文丘里注肥器，所述文丘里注肥器的進水口和出水口分別連接所述主管道，其真空吸附口連接肥液罐，所述進水口位于所述出水口的上游，所述文丘里注肥器在設定壓力條件下穩定運行，吸肥量始終保持恒定；
所述注肥系統還包括穩壓閥，位于所述文丘里注肥器進水口前端，在所述注肥系統運行過程中，保證進入到文丘里注肥器的水壓穩定，進而保證吸肥量恒定。
其中，所述主管道上設置有灌溉控制主閥門，位于所述主泵站下游，調節主泵站輸出水流的壓力滿足整個灌溉系統需要的同時保證被動式注肥系統的運行壓差。
其中，所述注肥系統具有多組，相鄰兩組注肥系統的文丘里注肥器，前一文丘里注肥器的出水口和后一文丘里注肥器的進水口連接。
其中，所述注肥系統中的文丘里注肥器真空吸附口與所述肥液罐之間還設置有流量計和電磁閥，實現準確掌握肥液吸入量及開關控制功能。
其中，所述主管道與所述文丘里注肥器的進水口之間的連接管路上設置有過濾器。
其中，所述主管道與所述文丘里注肥器的出水口之間的連接管路上設置有過濾器。
其中，連接文丘里注肥器的進水口和出水口之間的所述主管道上設置有過濾器。
其中，所述主管道上，位于所述被動式注肥系統的下游，設置有酸堿度和電導度監測儀。
本發明還提供了一種使用上述的被動式配方施肥機的施肥方法，其中，利用灌溉系統主管道上、下游的水壓差，在所述主管道上設置被動式注肥系統，依靠水壓差將被動式注肥系統中的肥液按配方比例自動引導至主管道下游。
其中，在所述被動式注肥系統中設置文 丘里注肥器，依靠主管道中的灌溉水流經文丘里注肥器，在無需額外的系統外部動力的情況下由文丘里注肥器吸取肥液并送至主管道中。
(三)有益效果
上述技術方案所提供的被動式配方施肥機及施肥方法，通過在引水灌溉的主管道上游設置被動式注肥系統，實現無需額外的系統外部外加動力將肥液注入主管道內，利用主管道中上游水壓大、下游水壓小的特點，實現肥液與灌溉水混合后自動流向下游，降低了使用及維護成本，同時節約能耗，為更好的推廣精準施肥技術提供幫助。


圖1是本發明實施例被動式配方施肥機的結構示意圖。
其中，1:主泵站；2:主過濾器；3:主管道；4:第一過濾器；5:穩壓閥；6:流量計；7:電磁閥；8:肥液罐；9:文丘里注肥器；10:注肥系統；11:第二過濾器；12:酸堿度和電導度監測儀。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
圖1示出了本發明實施例被動式配方施肥機的結構示意圖，參照圖示，該施肥機包括:與水肥灌溉系統主泵站I相連的用于引水灌溉的主管道3，沿水流方向，即圖中所示的與主管道3相平行的箭頭的指向方向，所述主管道3的上游設置有被動式注肥系統10，所述注肥系統10進水端設置于主泵站I之后，出肥端設置于主管道3水流方向的下游，所述注肥系統無需額外的系統外部外加動力，利用水壓差能夠實現向所述主管道3內按配方注入肥液，實現肥液與主管道3內的灌溉水按比例混合，以流向下游對農田進行灌溉。
具體地，本實施例利用文丘里效應的原理，在所述注肥系統10內設置了文丘里注肥器9，所述文丘里注肥器9的進水口和出水口分別連接所述主管道3，其真空吸附口連接肥液罐8，所述進水口位于所述出水口的上游，所述文丘里注肥器9在設定壓力條件下穩定運行，吸肥量始終保持恒定。所述注肥系統10中還包括穩壓閥5，位于所述文丘里注肥器9進水口前端，在所述注肥系統10運行過程中，保證進入到文丘里注肥器9的水壓穩定，進而保證吸肥量恒定。其中，本實施例中提到的“前端”、“后端”也是以水流方向為準，定義水流由前向后流動，下同。
在主管道3內有灌溉水流過時，會有部分灌溉水流向注肥系統10，水流由文丘里注肥器9的進水口進入文丘里注肥器9，再由其出水口流出，此時使文丘里注肥器9的真空吸附口處于真空狀態，借助于外界大氣壓力的作用，將肥液罐8內的肥液吸入文丘里注肥器9，然后由于主管道3上游與下游之間有壓差P存在，上游的水壓大于下游的水壓，所以文丘里注肥器9內混合的水肥會自動流入主管道3內，并順著水流流向排至農田。在整個水肥混合過程中，肥液與部分灌溉水的混合，依靠文丘里效應實現，不需要額外動力；肥液與全部灌溉水的混合依靠主管道內上下游的水壓差，也不需要額外的動力，節省能耗，自動化能力強。
本實施例 中，所述主管道3上設置有灌溉控制主閥門(圖中未示出)，位于所述主泵站后端，調節主泵站輸出水流的壓力滿足整個灌溉系統需要的同時保證被動式注肥系統的運行壓差，該運行壓差通常大于20m，即通過主閥門的設置，可以調節主泵站I泵出水流的速度和壓力，滿足注肥系統的進水端和出肥端之間的水壓差達到20米以上均能保證注肥系統在沒有外加動力的情況下，利用水力就能夠實現向主管道3內按配方注入肥液。
上述肥液罐8內的肥液可以是各種原料混合后的復合肥液，通過一組注肥系統10即可實現水肥的混合。
若肥液都是單組份的液體，需要根據不同的農田作物要求進行不同的配比，那么可以參照圖1所示，設置多組注肥系統10，多組注肥系統10中的文丘里注肥器9串聯，第一個文丘里注肥器9的進水口和最后一個文丘里注肥器9的出水口分別和主管道3連接，相鄰兩組注肥系統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的進水口連接，每個文丘里注肥器9對應連接肥液罐8。
在主管道3內有灌溉水流過時，會有部分灌溉水流向第一個注肥系統10，水流由第一個文丘里注肥器9的進水口進入文丘里注肥器9，再由其出水口流出，此時使文丘里注肥器9的真空吸附口處于真空狀態，借助于外界大氣壓力的作用，將肥液罐8內的肥液吸入文丘里注肥器9，第一個文丘里注肥器9出水口流出的水肥混合液經第二個文丘里注肥器9的進水口進入第二個文丘里注肥器9，基于相同原理，第二個文丘里注肥器9內實現水肥混合，依次類推，最后由于主管道3上游與下游之間有壓差P存在，上游的水壓大于下游的水壓，所以最后一個文丘里注肥器9內混合的水肥會自動流入主管道3內，并順著水流流向排至農田。
根據肥液的需求量和選取的組份需求，所述文丘里注肥器9真空吸附口與所述肥液罐8之間還設置有流量計6和電磁閥7，流量計6用于計量文丘里注肥器9吸入的肥液量，電磁閥7用于控制其對應的肥液罐8內的肥液是否使用，實現準確掌握肥液吸入量及開關控制功能。
進一步地，所述主管道3與所述文丘里注肥器9的進水口之間的連接管路上設置有第一過濾器4和，第一過濾器4用于對流向文丘里注肥器9的灌溉水進行過濾，保證該部分水流中不含雜質，避免對文丘里注肥器9的工作性能產生不良影響。所述主管道3與所述文丘里注肥器9的出水口之間的連接管路上設置有第二過濾器11，濾除灌溉水與肥液混合之后的水肥液中的雜質，避免對主管道3下游的灌溉系統造成堵塞。連接文丘里注肥器9的進水口和出水口之間的所述主管道3上設置有主過濾器2，對直接進入主管道3內的灌溉水進行過濾，濾除灌溉水中的雜質，避免對主管道3下游的灌溉系統造成堵塞。
此外，所述主管道3上，位于所述注肥系統10的下游，設置有酸堿度和電導度監測儀12，用于實時監測通向農田的水肥混合液的酸堿度和電導度，以監測水肥混合是否達到要求的指標，保證整個水肥灌溉系統的正常穩定工作，一旦監測到異常數據出現，可以查看是否有部分結構出現問題，及時·修復。
此外，本實施例還提供了一種使用上述被動式配方施肥機的施肥方法，利用灌溉系統主管道上、下游的水壓差，在所述主管道上設置被動式注肥系統，依靠水壓差將被動式注肥系統中的肥液按配方比例自動引導至主管道下游。其中，在所述被動式注肥系統中設置文丘里注肥器，依靠主管道中的灌溉水流經文丘里注肥器，在無需額外的系統外部動力的情況下由文丘里注肥器吸取肥液并送至主管道中。
由以上實施例可以看出，本發明實施例通過在引水灌溉的主管道上游設置被動式注肥系統，應用文丘里效應設置文丘里注肥器，利用主管道中上游水壓大、下游水壓小的特點將肥液注入主管道內，實現肥液與灌溉水混合后自動流向下游，降低了使用及維護成本，同時節約能耗，為更好的推廣精準施肥技術提供幫助。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種被動式配方施肥機，其特征在于，包括: 被動式注肥系統，其進水端設置于水肥灌溉系統主泵站之后，出肥端設置于灌溉系統主管道水流方向的下游，所述注肥系統無需額外的系統外部外加動力，利用水壓差實現向所述主管道內按配方注入肥液； 所述注肥系統包括文丘里注肥器，所述文丘里注肥器的進水口和出水口分別連接所述主管道，其真空吸附口連接肥液罐，所述進水口位于所述出水口的上游，所述文丘里注肥器在設定壓力條件下穩定運行，吸肥量始終保持恒定； 所述注肥系統還包括穩壓閥，位于所述文丘里注肥器進水口前端，在所述注肥系統運行過程中，保證進入到文丘里注肥器的水壓穩定，進而保證吸肥量恒定。
2.如權力要求I所述的被動式配方施肥機，其特征在于，所述主管道上設置有灌溉控制主閥門，位于所述主泵站下游，調節主泵站輸出水流的壓力滿足整個灌溉系統需要的同時保證被動式注肥系統的運行壓差。
3.如權利要求1所述的被動式配方施肥機，其特征在于，所述注肥系統具有多組，相鄰兩組注肥系統的文丘里注肥器，前一文丘里注肥器的出水口和后一文丘里注肥器的進水口連接。
4.如權利要求3所述的被動式配方施肥機，其特征在于，所述注肥系統中的文丘里注肥器真空吸附口與所述肥液罐之間還設置有流量計和電磁閥，實現準確掌握肥液吸入量及開關控制功能。
5.如權利要求1所述的被動式配方施肥機，其特征在于，所述主管道與所述文丘里注肥器的進水口之間的連接管路上設置有過濾器。
6.如權利要求1所述的被動式配方施肥機，其特征在于，所述主管道與所述文丘里注肥器的出水口之間的連接管路上設置有過濾器。
7.如權利要求1所述的被動式配方施肥機，其特征在于，連接文丘里注肥器的進水口和出水口之間的所述主管道上設置有過濾器。
8.如權利要求1所述的被動式配方施肥機，其特征在于，所述主管道上，位于所述被動式注肥系統的下游，設置有酸堿度和電導度監測儀。
9.一種使用如權利要求1所述的被動式配方施肥機的施肥方法，其特征在于，利用灌溉系統主管道上、下游的水壓差，在所述主管道上設置被動式注肥系統，依靠水壓差將被動式注肥系統中的肥 液按配方比例自動引導至主管道下游。
10.如權利要求9所述的施肥方法，其特征在于，在所述被動式注肥系統中設置文丘里注肥器，依靠主管道中的灌溉水流經文丘里注肥器，在無需額外的系統外部動力的情況下由文丘里注肥器吸取肥液并送至主管道中。
全文摘要
本發明公開了一種被動式配方施肥機及施肥方法，所述施肥機包括與泵站相連的用于引水灌溉的主管道，沿水流方向，所述主管道的上游連接有被動式注肥系統，所述注肥系統無需額外的系統外部動力實現向所述主管道內按配方比例注入肥液。本發明利用主管道上游水壓大、下游水壓小的特點，在引水灌溉的主管道上游設置被動式注肥系統，無需額外的系統外部動力將肥液注入灌溉主管道內，實現肥液與灌溉水混合后自動流向下游灌溉農田，降低了使用及維護成本，同時節約能耗，為更好的推廣精準施肥技術提供幫助。
文檔編號A01C23/04GK103141204SQ201310080290
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者郝衛平, 毛麗麗, 梅旭榮, 龔道枝, 劉琪, 李昊儒, 郭瑞 申請人:中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所