小麥玉米周年生產變量肥水一體化灌溉系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種小麥玉米周年生產變量肥水一體化灌溉系統，包括主管道、分支管道、小麥-玉米兩用帶和局域變量肥水控制系統；是在一條主管道上呈“工”型分別連接分支管道，分支管道分布于該主管道的左右兩側；在同一側相對的兩條分支管道之間平行安裝小麥-玉米兩用帶，相鄰兩條小麥-玉米兩用帶之間的間距為1.8-2.4m；每條小麥-玉米兩用帶兩端通過可調式注肥器和輸水比例電磁閥與分支管道連通。本實用新型實現了從每條小麥-玉米兩用帶的兩端加壓進水；可以同時適應小麥、玉米的生長發育特點和種植規格，使小麥-玉米兩用帶在小麥和玉米兩個生長季通用，實現兩季定位輸水輸肥兼用。
【專利說明】 小麥玉米周年生產變量肥水一體化灌溉系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于節水灌溉領域，特別涉及了小麥玉米周年生產變量肥水一體化灌溉系統，適用于小麥-玉米復種連作生產中進行周年節水節肥的肥水一體化管理。
技術背景
[0002]小麥玉米復種連作是我國黃淮海地區最重要的種植模式，對保障國家糧食安全具有極其重要的作用。然而水資源日益短缺的問題嚴重制約了該地區農業可持續發展，同時，在小麥和玉米肥料管理方面，一方面，缺乏有效的追肥機械，需要耗費大量人力，增加生產成本；另一方面，在小麥和玉米生育中后期，作物封壟后，農業機械下地作業困難。如何實現小麥-玉米周年節水灌溉和水肥一體化管理，減少生產環節，促進農業可持續發展，是亟待解決的技術難題。特別是，在小麥-玉米周年生產中，往往不同地塊之間土壤肥力和墑情存在明顯差異，或作物苗情長勢不同，在灌水量和施肥量上也應不同，如何實現不同區域或地塊的節肥節水變量施用，是亟待解決的技術問題。
[0003]利用小麥-玉米兩用帶灌溉能有效控制每次肥水施用量，且設施相對簡單、廉價，易于收放，在小麥和玉米節水灌溉方面具有廣闊的應用前景。小麥和玉米兩種作物的生育特點、種植規格和方式明顯不同。二者相比，小麥具有密植、窄行距、株高矮、中下部莖葉密集，上部莖葉稀疏封壟程度小的特點，而玉米則具有稀植、寬行距、株高高、中上部莖葉密集封壟程度大，下部莖葉稀疏的特點。在0°?90°噴射角(噴孔的噴射水流線在噴孔處的切線與水平面的夾角)范圍內，小麥田采用小麥-玉米兩用帶灌溉，噴射角低于70°或80°的噴射水流多被密集的小麥莖葉阻擋，玉米田采用小麥-玉米兩用帶灌溉，噴射角高于70°或80°的噴射水流則多被密集的玉米葉片阻擋，嚴重影響灌溉水在田間噴灑的均勻度。所以，兩種作物適用的小麥-玉米兩用帶噴射角度范圍及其噴孔布局方式有明顯不同。
[0004]小麥-玉米兩用帶為管帶狀結構，水流通過小麥-玉米兩用帶時會產生沿程壓力損失。相同工作壓力下，增加帶長，單位時間內灌溉面積增大，但小麥-玉米兩用帶過長，壓力損失增大，導致小麥-玉米兩用帶首尾兩端壓力差增大，噴水不均。這制約了小麥-玉米兩用帶有效鋪設長度和灌溉效率。本發明采用“工”型管道布設方式，從每條小麥-玉米兩用帶的兩端加壓進水，有效解決了這一難題。
[0005]經對現有技術文獻檢索發現，中國實用新型專利“一種多用途自動滴灌施肥控制系統(申請號:CN201320395144)”和中國實用新型專利“一種設施農業生產用標準化水肥一體化灌溉系統(申請號:CN201320511284)”公開了用于水肥一體化的變量施肥技術。但該變量施肥技術只能適應于整個灌溉系統，不能實現在同一個灌溉系統內對不同區域或地塊實現有針對性的變量肥水作業。另外，這種滴灌技術并不適合小麥玉米復種連作栽培模式。
[0006]綜上所述，亟需發明一種適合小麥玉米復種連作栽培模式下，基于小麥-玉米兩用帶節水節肥技術的變量肥水一體化管理系統。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供小麥玉米周年生產變量肥水一體化灌溉系統，適用于小麥-玉米復種連作生產中進行周年節水節肥的變量肥水管理。
[0008]一種小麥玉米周年生產變量肥水一體化灌溉系統，包括主管道、分支管道、小麥-玉米兩用帶和局域變量肥水控制系統；
[0009]在所述的一條主管道上呈“工”型分別連接分支管道，分支管道分布于該主管道的左右兩側；在同一側相對的兩條分支管道之間平行安裝小麥-玉米兩用帶，相鄰兩條小麥-玉米兩用帶之間的間距為1.8-2.4m ；
[0010]所述的小麥-玉米兩用帶由三條相同的帶片構成，三條帶片的兩側邊緣緊密粘合在一起或融為一體，中層帶片分別與上層帶片和下層帶片形成兩個大小一致、相互獨立的管腔；每個獨立管腔的兩端分別設有一個快接頭，小麥-玉米兩用帶兩端通過快接頭與肥量可調式注肥器對接；所述的上層帶片按適宜小麥灌溉的噴孔布局打孔作為小麥噴帶側面，所述的下層帶片按適宜玉米灌溉的噴孔布局打孔作為玉米噴帶側面，中層帶片則起到小麥噴帶側面和玉米噴帶側面之間隔水的作用；灌溉時，可根據作物生長季轉換，使需要灌溉的作物對應的小麥噴帶側面或玉米噴帶側面朝上，并將其獨立管腔的快接頭與肥量可調式注肥器對接。
[0011]所述的小麥噴帶側面噴孔布局設置為:在該帶面上每隔23cm設置兩組噴孔，每組噴孔由等距離均勻排列于一條直線上的4個噴孔組成；第一組位于帶面中線左側，第二組位于帶面中線右側。兩組噴孔的噴射角(即噴孔的噴射水流線在噴孔處的切線與水平面的夾角)均在70°?85°范圍內。
[0012]所述的玉米噴帶側面噴孔布局設置為:在該帶面上每隔23cm設置兩組噴孔，每組噴孔由等距離均勻排列于一條直線上的4個噴孔組成；第一組位于帶面中線左側；第二組位于帶面中線右側。兩組噴孔的噴射角(即噴孔的噴射水流線在噴孔處的切線與水平面的夾角)均在35°?80°范圍內。
[0013]所述的局域變量肥水控制系統，包括變量控制器、系統工作狀態指示燈、輸水比例電磁閥、肥量可調式注肥器和土壤含水率傳感器。每條小麥-玉米兩用帶兩端依次串接有肥量可調式注肥器和輸水比例電磁閥，輸水比例電磁閥連接在分支管道上。每條小麥-玉米兩用帶所對應的輸水比例電磁閥和肥量可調式注肥器分別與變量控制器連接。在每條小麥-玉米兩用帶的右側相鄰兩條小麥-玉米兩用帶1/2間距的寬度范圍內布置有一個土壤含水率傳感器用于檢測該局部區域的土壤含水率，土壤含水率傳感器與變量控制器連接；每個土壤含水率傳感器檢測的土壤含水率通過變量控制器的信號輸入接口進入變量控制器。變量控制器通過控制信號輸出接口改變輸水比例電磁閥開度大小可以調節進入到相應小麥-玉米兩用帶的流量，變量控制器通過控制信號輸出接口改變肥量可調式注肥器的注肥泵流量，改變進入到相應小麥-玉米兩用帶的施肥量，從而實現對該小麥-玉米兩用帶所對應的區域進行變量施肥和灌溉水量調節。
[0014]本發明具有以下有益效果:
[0015]1、本發明中，分支管道、主管道和小麥-玉米兩用帶構成一個密閉的輸水系統，實現從每條小麥-玉米兩用帶的兩端加壓進水；可以同時適應小麥、玉米的生長發育特點和種植規格，使小麥-玉米兩用帶在小麥和玉米兩個生長季通用，無須因作物不同而更改噴水帶的鋪設位置，實現兩季定位輸水輸肥兼用。
[0016]2、提出的小麥-玉米兩用帶田間布局模式，具有較高的噴灑均勻度和灌溉效率，且成本較低、經濟合理。
[0017]3、能實現小麥-玉米復種連作生產系統周年節水定量灌溉，顯著節約灌溉用水，有利于糧食可持續增產，保障我國糧食及生態環境安全。
[0018]4、能依據小麥和玉米周年生產中的苗情和長勢的差異，在整個種植區域中實現每條小麥-玉米兩用帶對應的局部區域的變量施肥和灌溉水量的調節。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明小麥-玉米兩用帶未充水情況下的橫截面示意圖。
[0020]圖2是本發明小麥-玉米兩用帶其中一個管腔充水情況下的橫截面示意圖。
[0021]圖3是本發明小麥-玉米兩用帶的小麥噴帶側面的噴孔布局示意圖。
[0022]圖4是本發明小麥-玉米兩用帶的玉米噴帶側面的噴孔布局示意圖。
[0023]圖5是本發明一種雙向加壓輸水管道系統示意圖。
[0024]圖6是本發明一種局域變量肥水控制系統示意圖。
[0025]圖1中:1為上層帶片，2為中層帶片，3為下層帶片。
[0026]圖2中:1為上層帶片，2為中層帶片，3為下層帶片。
[0027]圖3中:4為小麥噴帶側面噴孔，5為小麥噴帶側面帶片中線。
[0028]圖4中:6為玉米噴帶側面噴孔，7為玉米噴帶側面帶片中線。
[0029]圖5中:8為水源,9為主管道,10為過濾器,11為分支管道,12為輸水比例電磁閥，13為肥量可調式注肥器，14為快接頭，15為小麥-玉米兩用帶，16為土壤含水率傳感器，17為變量控制器。
【具體實施方式】
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[0030]以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0031]本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，并不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書后，可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但是只要在本發明的權利要求范圍內都受到專利法的保護。
[0032]實施例參見附圖1、2、3、4，利用雙管腔小麥-玉米兩用帶，由三條相同的帶片構成，三條帶片的兩側邊緣緊密粘合在一起或融為一體，中層帶片分別與上層帶片和下層帶片形成兩個大小一致、相互獨立的管腔；兩個獨立管腔的一端分別對應設有兩個快接頭，小麥-玉米兩用帶通過口快接頭與肥量可調式注肥器對接；所述的上層帶片按適宜小麥灌溉的噴孔布局打孔作為小麥噴帶側面，所述的下層帶片按適宜玉米灌溉的噴孔布局打孔作為玉米噴帶側面，中層帶片則起到小麥噴帶側面和玉米噴帶側面之間隔水的作用；灌溉時，可根據作物生長季轉換，選擇相應的快接頭使小麥噴帶側面或玉米噴帶側面朝上。
[0033]如圖3所示，所述的小麥噴帶側面噴孔布局設置為:在該帶面上每隔23cm設置兩組噴孔，第一組位于帶面中線左側，包含4個噴孔，均勻排列于一條直線上，各噴孔的噴射角(噴孔的噴射水流線在噴孔處的切線與水平面的夾角)依次為70°、75。、80°和85° ;第二組位于帶面中線右側，亦包含4個噴孔，均勻排列于一條直線上，各噴孔的噴射角依次為85°、80°、75°和70°。兩組噴孔所在的直線彼此平行，間距為5cm。
[0034]如圖4所示，所述的玉米噴帶側面噴孔布局設置為:在該帶面上每隔23cm設置兩組噴孔，第一組位于帶面中線左側，包含4個噴孔，均勻排列于一條直線上，各噴孔的噴射角依次為35°、50°、65°和80° ;第二組位于帶面中線右側，亦包含4個噴孔，均勻排列于一條直線上，各噴孔的噴射角依次為80°、65°、50°和35°。兩組噴孔所在的直線彼此平行，間距為5cm。
[0035]如圖5所示，所述的雙向加壓輸水管道系統，其特征在于:在一條主管道上呈“工”型分別引出4條分支管道，分布于該主管道的左右兩側；在同一側的兩條分支管道之間安裝小麥和玉米兼用的雙面打孔小麥-玉米兩用帶，各條小麥-玉米兩用帶平行排列，構成一個密閉的輸水系統，實現從每條小麥-玉米兩用帶的兩端加壓進水。
[0036]所述的小麥-玉米兩用帶形成的兩個獨立管腔在其端部分別對應兩個快接頭，分支管道與小麥-玉米兩用帶之間通過輸水比例電磁閥和肥量可調式注肥器連通，小麥-玉米兩用帶上下帶片外表面分別標記對應的小麥噴帶和玉米噴帶，可根據作物生長季轉換，選擇相應的快頭使小麥噴帶側面或玉米噴帶側面朝上。如:灌溉小麥時，可將小麥噴帶側面朝上，將小麥噴帶管腔兩端的快接頭對接到相應的肥量可調式注肥器上。
[0037]所述的相鄰的兩條小麥-玉米兩用帶之間的距離設定為2m，以適應小麥-玉米復種連作種植模式下小麥、玉米的生長發育特點和種植規格，使小麥-玉米兩用帶在小麥和玉米兩個生長季通用，無須因作物不同而更改小麥-玉米兩用帶的鋪設位置，實現兩季定位輸水輸肥兼用。
[0038]如圖5、6所示，所述的局域變量肥水控制系統，包括變量控制器、系統工作狀態指示燈、各小麥-玉米兩用帶對應的輸水比例電磁閥、肥量可調式注肥器和土壤含水率傳感器構成。灌溉時，將每個小麥-玉米兩用帶兩端通過快接頭連接在相對的兩個肥量可調式注肥器上，肥量可調式注肥器再與輸水比例電磁閥串接，輸水比例電磁閥與分支管道連接。每條小麥-玉米兩用帶所對應的輸水比例電磁閥和肥量可調式注肥器分別與變量控制器連接。所述的變量控制器可采用單片機系統、DSP系統或工控機，變量控制器通過控制信號線或無線透傳模塊與各輸水比例電磁閥和肥量可調式注肥器相連。本實例中輸水比例電磁閥可采用VA-7100比例積分電動二通水閥。在每條小麥-玉米兩用帶的右側，相鄰兩條小麥-玉米兩用帶1/2間距的寬度范圍內布置有一個土壤含水率傳感器用于檢測該局部區域的土壤含水率，土壤含水率傳感器根據需要埋入一定深度土層中，每個土壤含水率傳感器檢測的土壤含水率通過變量控制器的信號輸入接口進入變量控制器。本實例中土壤含水率傳感器可采用FR-SMS 土壤濕度傳感器。變量控制器通過控制信號輸出接口改變輸水比例電磁閥開度大小可以調節進入到相應小麥-玉米兩用帶的流量，變量控制器通過控制信號輸出接口改變肥量可調式注肥器的注肥泵流量，改變進入到相應小麥-玉米兩用帶的施肥量，從而實現對該小麥-玉米兩用帶所對應的區域進行變量施肥和灌溉水量調節。系統工作狀態指示燈用于標示變量控制器的工作狀態。
【權利要求】
1.一種小麥玉米周年生產變量肥水一體化灌溉系統，其特征在于:包括主管道、分支管道、小麥-玉米兩用帶和局域變量肥水控制系統； 在一條主管道上呈“工”型分別連接分支管道，分支管道分布于該主管道的左右兩側；在同一側相對的兩條分支管道之間平行安裝小麥-玉米兩用帶，相鄰兩條小麥-玉米兩用帶之間的間距為1.8-2.4m； 所述的小麥-玉米兩用帶由三條相同的帶片構成，三條帶片的兩側邊緣緊密粘合在一起或融為一體，中層帶片分別與上層帶片和下層帶片形成兩個大小一致、相互獨立的管腔；每個獨立管腔的兩端分別設有一個快接頭，小麥-玉米兩用帶兩端通過快接頭與肥量可調式注肥器對接；所述的上層帶片按適宜小麥灌溉的噴孔布局打孔作為小麥噴帶側面，所述的下層帶片按適宜玉米灌溉的噴孔布局打孔作為玉米噴帶側面，中層帶片則起到小麥噴帶側面和玉米噴帶側面之間隔水的作用； 所述的小麥噴帶側面噴孔布局設置為:在該帶面上每隔23cm設置兩組噴孔，每組噴孔由等距離均勻排列于一條直線上的4個噴孔組成；第一組位于帶面中線左側，第二組位于帶面中線右側；兩組噴孔的噴射角均在70°?85°范圍內； 所述的玉米噴帶側面噴孔布局設置為:在該帶面上每隔23cm設置兩組噴孔，每組噴孔由等距離均勻排列于一條直線上的4個噴孔組成；第一組位于帶面中線左側；第二組位于帶面中線右側；兩組噴孔的噴射角均在35°?80°范圍內； 所述的局域變量肥水控制系統，包括變量控制器、系統工作狀態指示燈、輸水比例電磁閥、肥量可調式注肥器和土壤含水率傳感器；每條小麥-玉米兩用帶兩端依次串接有肥量可調式注肥器和輸水比例電磁閥，輸水比例電磁閥連接在分支管道上；每條小麥-玉米兩用帶所對應的輸水比例電磁閥和肥量可調式注肥器分別與變量控制器連接；在每條小麥-玉米兩用帶的右側相鄰兩條小麥-玉米兩用帶1/2間距的寬度范圍內布置有一個土壤含水率傳感器，土壤含水率傳感器通過變量控制器的信號輸入接口進入變量控制器；所述的系統工作狀態指示燈與變量控制器連接。
【文檔編號】A01C23/04GK204047162SQ201420556811
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】王東, 苑進 申請人:山東農業大學