注入式水肥一体化装置研究

【目的】为实现固体肥的水肥一体化,设计运行稳定、施肥均匀性高的水肥一体化装置并在设计的样机上进行试验,对注入式水肥一体化装置结构及加肥部分进行设计,分析装置运行过程参数。【方法】对装置的运行参数进行了试验测定,并采用控制变量法探究了装置的工作参数对肥液浓度均匀性的影响。通过试验探究了装置的施肥性能,并与压差施肥罐进行了对比。【结果】注入式水肥一体化装置能正常工作运行,样机的注肥流量为300L/h,加肥流量与步进电机转速成正比;本装置的搅拌速度越快、加肥流量越小、供水流量越大,肥液质量浓度均匀性就越高,且本装置施用5 kg复合肥时的最优搅拌速度为400 rpm;本装置在供水流量分别为1.5、1.0 m³/h和0.5 m³/h时,施完10 kg复合肥的施肥质量浓度偏差分别为51.67%、55.07%和52.75%,与压差施肥罐相比,本装置施完10 kg复合肥施肥质量浓度偏差总体小50%,出口肥液质量浓度的稳定性和均匀性远高于压差施肥罐。【结论】注入式水肥一体化装置能有效实现固体肥的水肥一体化,并将溶解的肥液持续注入到管道中;与同类型施肥设备相比本...     

基于柱塞泵与单片机的可控施肥机设计与喷灌试验

为了实现水肥一体化施肥装备流量精确且无水头损失,设计了一种基于柱塞泵与单片机的高精度可控施肥机,开展了恒流模式下6个流量梯度的喷灌系统施肥均匀性试验;以喷头总流量变化幅度为变量,设计了在1∶10的水肥配比下2种灌溉总流量变化幅度的不同工况,对比启、闭可控施肥机恒定水肥比例模式对水肥一体化支管内肥料浓度稳定性的影响效果.试验结果表明,高精度可控施肥机在流量分别为100,200,400,600,800,1 000 L/h的6种恒流模式时,喷灌均匀系数C_U为99.33%~99.71%、变异系数C_V为0.35%~0.75%;C_U,C_V与施肥机流量分别呈正相关与负相关关系,且喷头喷洒肥液的电导率总平均值E_C_-与施肥机流量之间具有显著的正相关性.在恒定水肥比例模式时,试验组管道内肥液浓度在160 s时趋于稳定,且稳定后肥液电导率与目标值偏差率小于4%.高精度可控施肥机恒流模式试验表明施肥机大流量下施肥均匀性变异系数仅为小流量下的50%,且改变施肥机的流量是水肥一体化喷灌系统实现高均匀度变量施肥的一种有效途径;试验证明恒水肥配比模式可有效减小支管肥料浓度受外界的影响.     

柱塞式注肥泵的设计试验及精准施肥应用

为解决水肥一体化应用中施肥流量随着灌溉管道工作压力变化而波动导致施肥浓度不均匀的问题,设计了一种额定流量为300 L/h、最大工作压力为1.0 MPa的柱塞式注肥泵,对柱塞泵进行不同行程比例和电源频率下的工作流量试验,建立了工作流量与电源频率、行程比例及灌溉管道压力的拟合公式.结果表明:研发的柱塞泵工作流量与电源频率、...     

水肥一体微喷带沿程压力及肥液浓度分布规律试验研究

为分析水肥一体化微喷带运行过程中沿程肥液浓度分布规律及影响因素,研究了肥料种类、施肥罐压差对微喷带沿程压力和肥液浓度分布的影响。结果表明,在微喷带铺设长度为40 m时,沿程压力逐渐降低,但降幅逐渐减缓;管首压力越大管道首尾压差越大,微喷带施肥均匀性越低。综合微喷带有效喷洒范围,大田微喷带存在适宜首部工作压力(本研究中的微喷带为50～60 kPa)。N肥(易溶肥料)沿程浓度受施肥罐作用压差影响明显,P肥(难溶肥料)沿程浓度变化趋势平缓,浓度随时间变化急剧。在实际生产实践中,应根据不同的肥料确定合适的工作压力及施肥罐作用压差,选择合适的喷洒时间以保证微喷带施肥均匀性及施肥量。     

低压滴灌施肥条件下温度对滴头堵塞的影响

【目的】探究低压滴灌施肥条件下温度对滴头堵塞的影响。【方法】采用短周期间歇灌水试验方法,考虑温度、运行压力、肥料质量浓度等因素,展开完全随机试验,研究滴头堵塞过程,寻求适宜的加肥质量浓度阈值。【结果】温度越高、运行压力越大、加肥质量浓度越低滴头堵塞风险越小;温度40℃时,运行压力50kPa、加肥质量浓度3g/L的处理具有最高的平均相对流量、均匀度系数以及最低的堵塞率;不同温度下加肥质量浓度阈值不同,温度10、20、30、40℃时加肥质量浓度阈值分别为4、5、7和8g/L。【结论】升高温度、提高运行压力、降低加肥质量浓度能有效降低滴头堵塞风险;升高温度还能提高加肥质量浓度阈值及水流携带固体颗粒的能力,但升高温度对滴头堵塞风险的降低程度随着压力的升高而减弱。     

低压灌溉系统中文丘里施肥器吸肥性能试验分析

水肥一体化灌溉施肥技术是现代农业的一个重要标志,在一些发达国家已经作为一种标准作业方式进行运用。低压滴灌施肥技术作为一种能量优化的水肥一体化灌溉施肥技术,不仅具备常压滴灌施肥技术的优点,还可以降低灌溉施肥系统的成本,是未来滴灌发展的重要发展方向。为此,在基于CFD数值模拟方法得出满足低压灌溉系统的文丘里施肥器结构参数的基础上,以优化后的结构参数试制出一款文丘里施肥器样品,并在进口压力为0~0.1MPa的范围内进行试验。结果表明:进口流量比、吸肥流量和肥液浓度都是随着进口压力的增加而增大,且当进口压力为0.05MPa时,进口流量比达到最大,为11.17%;当进口压力为0.07MPa时,吸肥流量达到最大,为0.245m^3/h;当进口压力为0.0 5 MPa时,肥液浓度达到最大,为1 0.0 4%。该肥液浓度条件能满足实际灌溉要求,在获得同等或更高的吸肥性能时具有更低的工作进口压力,更适用于低压滴灌系统,为低压灌溉的研究提供了参考。     

水力驱动式比例施肥器性能影响因素试验研究

水力驱动式比例施肥器具有施肥精度高,运行稳定的优点,在滴灌系统中使用越来越普遍。为了达到设计要求的灌溉均匀度,滴灌系统毛管首部压力应不低于设计压力,在保持滴灌带首部压力不变的前提下,进行了水力驱动式比例施肥器的性能试验,分析了吸肥泵作用压差、施肥比例、吸肥比例对吸肥量及管道内肥液浓度的影响。结果表明:在设计流量范围内,施肥泵入口流量随作用压差的增大呈现先增后减的趋势,施肥比例对入口流量基本没有影响,在压差0.02~0.035 MPa时运行性能较稳定;同一压差下,吸肥比例的实测值与设定值的偏差随着吸肥比例的增加而增大,同一吸肥比例的条件下,施肥泵出口和汇入干管后肥液的质量百分浓度基本不随时间变化,随着施肥桶中的肥液浓度的增加而增加,反映出比例施肥泵均匀性高的特点。为了提高施肥精度,在运行时不要使用较大压差与较小施肥比例配合以及较小压差与较大施肥比例配合。     

水肥一体化灌溉施肥机吸肥器结构优化与性能试验

为了优化水肥一体化灌溉施肥机并提高其吸肥性能,在分析文丘里吸肥器工作原理基础上,依据经济流速流量对照表,综合考虑施肥装置及管路系统的沿程损失与局部损失,以吸肥流量为评价指标,应用CFD数值计算对影响系统吸肥性能的关键核心部件文丘里吸肥器的渐缩角α、渐扩角β、喉部直径d0进行单因素性能优化设计,获得了3个主要结构参数对其吸肥性能的影响规律;通过三因素三水平的正交试验方案,得出基于CFD数值计算的文丘里吸肥器最优结构参数组合,渐缩角α为20°、渐扩角β为8°、喉部直径d0为6 mm,且当吸肥管与文丘里主管道呈40°倾角时吸肥性能最优。模拟数据与水肥一体化灌溉施肥机运行数据表明,CFD数值优化后的文丘里吸肥器吸肥流量提高约38.6%,与模糊自动控制系统相配合的水肥一体化灌溉施肥机的吸肥流量总体提高约47.6%,节能效果显著。     

文丘里施肥器控制性能试验分析

在水肥一体化滴灌设施中,为优选文丘里施肥器的最佳控制方式,以规格为32mm的并联式文丘里施肥器为对象,在文丘里施肥器的进水口、出水口和与水管的并联连接处3个位置安装球阀调节压差进行试验。试验结果表明,在进水口处调节压差,肥液质量分数低于13％时不能调节;在与水管的并联连接处调节压差,可实现对肥液质量分数的调节,但当压差...     

Y型网式过滤器堵塞过程对有机肥浓度的响应研究

为研究水肥一体化设备中用于过滤有机肥的Y型网式过滤器的堵塞规律,对Y型网式过滤器在初始流量500 L/h、水源压力117.6 k Pa下,设置25、30、40、50 g/L共4种黄腐酸钾有机肥肥液质量浓度,进行了过滤器堵塞试验,分析了Y型网式过滤器的局部水头损失与单个滤孔滤网清洁度(单个滤孔有效过水断面面积与孔隙总面积比值) S/S0的关系,并利用XRD分析了过滤器内堵塞物质的成分。结果表明:肥液质量浓度对过滤器滤网清洁度影响显著,建议肥液质量浓度不超过40 g/L;过滤器局部水头损失在S/S0减小到10%后才逐渐开始增大,过滤器局部水头损失与滤网清洁度、肥液质量浓度有关,利用多项式拟合给出了过滤器滤网清洁度与肥液质量浓度、施肥持续时间的关系式及局部水头损失与肥液质量浓度、滤网清洁度的关系式;滤网堵塞物质主要成分为硫酸钙、草酸钙。本研究结果可为水肥一体化设备中过滤器的选择提供理论参考。     

不同水肥措施下的冬小麦水氮利用和生物效应研究

【目的】寻找合适的冬小麦水肥方案。【方法】采用田间试验方法,在传统畦灌和水肥一体化微喷灌下分别设置不同施氮肥处理,研究了小麦干物质积累、产量、水氮利用和土壤贮水量。【结果】与传统畦灌比,微喷灌各处理灌水量减少50%,干物质积累量、产量、氮肥生产效率、水分利用效率分别增加28.2%～41.1%、0.2%～27.3%、0.8%～76.6%和23.3%～61.7%。其中传统畦灌下,推荐施氮肥与不施氮肥、农民习惯施氮肥和推荐施氮肥减氮20%处理比较,小麦干物质积累量、产量、氮肥生产效率、水分利用效率分别增加4.0%～11.4%、1.8%～26.9%、32.1%～75.3%、0.8%～28.2%。微喷灌下,与推荐施氮肥比,推荐施氮肥减氮20%的小麦干物质积累量、产量、氮肥生产效率、水分利用效率分别提高6.4%、4.5%、0.8%、2.3%。【结论】综合比较,水肥一体化微喷灌下推荐施氮肥减氮20%表现最优,提高冬小麦水氮利用效率,稳定产量,是节水减肥可推荐的有效途径。     

河南轻质土壤畦灌水肥耦合技术参数试验研究

水肥耦合是当前我国农业灌溉施肥技术发展的趋势,近年来与高效节水灌溉技术结合发展迅速,然而,畦灌水肥耦合技术的研究相对落后,无法满足我国当前和近期相当长一段时期内的农业节水节肥发展需求。【目的】要探索地面灌溉水肥一体化节水节肥适宜参数。【方法】以河南轻质土壤为例,开展了畦灌水肥耦合试验研究,探索畦灌随水施肥模式下的节水节肥和灌水施肥质量控制的适宜参数。【结果】对于畦灌,50 m以内的畦长可获得较好的灌水质量,间隔灌溉方式灌水质量最好,从不冲不淤以及灌水质量综合考虑,入畦单宽流量宜小于1.98 L/(m·s),畦长小于35 m时,间隔加肥下,N和K的施肥均匀度均在80%以上,N和K的储肥率均在85%以上,连续加肥下,N和K的施肥均匀度分别在80%、45%以上,N和K的储肥率均在80%以上。【结论】从灌水施肥综合效果来看,轻质壤土畦灌的畦长不宜大于35 m,入畦单宽流量控制在1.98 L/(m·s)左右,施肥方式宜采取间隔加肥方式。     

基于ORYZA＿V3模型的水稻水肥综合调控模式研究

[目的]探索赣抚平原灌区不同水文年型适宜的水稻水肥综合调控模式,为灌区水稻水肥管理提供决策依据。[方法]基于江西省灌溉试验中心站2012 2013年晚稻试验资料对ORYZA_V3模型进行了率定与验证,并以率定后的模型模拟分析了不同水文年组及水肥模式下晚稻灌溉定额、产量、氮肥利用率等指标。[结果]降低灌前水分下限能降低腾发量与灌溉定额。耕作层灌前土壤含水率大于饱和含水率的70%~75%时,降低灌前水分下限均能提高晚稻的产量与氮肥利用率。耕作层灌前土壤含水率低于饱和含水率的60%~65%时,晚稻产量、氮肥利用率均有所下降。施氮肥量增加会降低氮肥利用率,施氮肥次数增加能提高氮肥利用率,二者增加均能增加晚稻产量,但会导致晚稻耐旱能力降低。从节水、增产、增效的角度,推荐试验区采用的水肥综合调控模式:氮肥量135 kg/hm2,分3次施用(基肥∶分蘖肥∶穗肥为5∶3∶2),丰水年采用重旱节水灌溉模式(耕作层灌前土壤含水率下限占饱和含水率的60%~65%),平、枯水年采用中旱节水灌溉模式(耕作层灌前土壤含水率下限占饱和含水率的70%~75%)。[结论]与传统水肥模式相比,所推荐水肥模式在丰、平、枯水年能分别节水41.4%、30.0%、21.9%,增产7.5%、5.4%、3.4%,提高氮肥利用率57.3%、51.2%、44.9%,节省氮肥25%。     

不同灌溉施肥时机对稻田肥料分布和水稻生长的影响

[目的]探索水肥耦合灌溉方式下最佳的灌溉施肥时机.[方法]设置4个处理,分别为撒施(CK)、灌水0～2h内灌液体肥(T1)、灌水2～4h内灌液体肥(T2)和灌水4～6h内灌液体肥料(T3),研究了不同施肥时机对稻田肥料分布均匀性、水稻农艺性状、产量及水分利用效率的影响.[结果]在相同施肥量与灌水量条件下,T1处理在肥料...     

施肥机管路布置对文丘里施肥器吸肥性能的影响

为探究施肥机不同管路布置方式对文丘里施肥器在吸肥性能与通道数量等方面的影响,研究选用相同规格的5个文丘里施肥器,针对不同主管压力和2种管路布置方式进行了多通道吸肥室内试验.结果表明:旁路吸肥式与旁路助肥式相比,可同时支配高效吸肥的通道数量较多,最多可达到6个,且对灌溉系统主管压力范围要求更宽泛,可同时满足多种营养液的精准配比施肥;当吸肥通道数量小于3个时,旁路助肥式单通道吸肥量随主管压力的增大而减小,而旁路吸肥式单通道吸肥量随主管压力增大基本保持稳定值;相同通道数量下,旁路吸肥式管路布置下的总吸肥流量和注肥比例明显大于旁路助肥式管路,“3吸肥通道+旁路吸肥式管路”可推荐作为施肥机管路优化布置的首选方式.     

水肥一体化系统首部研究现状与展望

为分析当前水肥一体化系统首部存在的问题及探索其发展方向,首先,以施肥机和灌溉系统匹配方式为依据,对系统首部进行分类,阐明支管路注肥旁通式系统首部和主管路肥料预混式系统首部的结构和原理;其次,总结常见的施肥机控制系统实现方式,分析单机控制系统和网络型控制系统的控制方式和控制逻辑,以及各种控制方式的优缺点;第三,对目前新兴的水肥一体化+新技术(装备)进行总结,阐述水肥一体化与传统技术装备融合的过程中出现的新技术、新装备;第四,指出系统首部存在的主要问题,主要论证首部控制系统的控制逻辑难以农艺管理相适应、难以按相应阈值自动启停等短板问题,以及土壤与作物生理信息原位在线检测技术、按不同作物的需水需肥规律进行水肥决策等难点问题;最后,探讨系统首部的发展方向,终端型设备向小型化便携式发展,控制中心型系统首部与边缘计算的智能网关相结合,智能控制系统应与具体种植模式和庄稼结合精细化设计,从而实现无人化管理。     

水动注入式滴灌施肥机水肥均匀性研究

为了探究在灌溉系统中水动注入式滴灌施肥机灌水与施肥的分布特征,在整个灌溉施肥周期进行测试,对各滴头进行连续取样,并采用光度比色法作为检测肥液浓度的方法,从而分析灌水和施肥均匀性。结果表明:施肥机的灌水和施肥均匀性良好,各项统计指标均在98%以上,且各滴头的灌水流量与施肥量受滴头到支管进口与毛管进口的距离影响。     

水肥一体化施肥机变量吸肥系统的设计与试验

依据现代农业生产中作物施肥与灌溉融为一体的发展趋势,对水肥一体化施肥机的关键部分—吸肥系统进行结构设计及吸肥通道的变量吸肥展开研究。设计了基于射流器并联的水肥一体化施肥机三通道吸肥系统,通过Solid Works三维软件建立水肥一体化水肥一体化施肥机三通道吸肥系统三维结构,并应用Flo EFD对吸肥系统吸肥性能进行仿真分析。构造了5种边界条件方案进行吸肥性能仿真分析对比,并以进口压力0. 5MPa出口压力0. 1MPa为例进行性能试验,结果表明:吸肥系统各通道吸肥精度最高可达98. 1%。对三吸肥通道的变量吸肥进行了控制器及管道机械部件的设计,并通过试验验证其可行性,旨在为水肥一体化施肥机的深入研究和发展提供参考。