茶園水肥一體化灌溉施肥裝置研究與設計*

2020-08-07 07:06:28阮紅麗李光輝周小波曾文明盧珍李玉玲

四川農業與農機 2020年3期

關鍵詞：質量

阮紅麗李光輝周小波曾文明盧珍李玉玲

1.四川省農業機械研究設計院，四川成都

2.南方丘區節水農業研究四川省重點實驗室，四川成都

3.農業農村部丘陵山地農業裝備技術重點實驗室，四川成都

0 引言

水肥一體化技術是一種高效的灌溉施肥技術，具有節水節肥、省時省工等優點，但該技術在茶產業中應用較少。在水肥一體化灌溉施肥裝置（以下簡稱“裝置”）中，其核心是吸肥部件，可根據作物生長需求確定最佳的肥液混合比例，實現多通道水肥混合。目前，裝置大多存在吸肥精度不易控制的問題。針對這個問題，本文研究設計了一種精度較高的裝置。

1 總體設計

在茶園灌溉、施肥制度分析計算的基礎上，對裝置進行了試制及試驗。該裝置通過確定最佳的肥液混合比例，調節吸肥腔與進水腔的體積比，將適宜于提高茶葉品質適量的肥料，均勻添加到水中，實現水和肥的精確配比。裝置組成框圖如圖1所示。

2 茶園灌溉制度

2.1 設計基本參數

以四川茶葉典型主產區成齡茶樹確定設計基本參數，詳見表1。

2.2 灌溉制度

根據滴灌灌水器參數，進行土壤濕潤比的分析計算，確定滴灌灌溉制度。茶樹按照生長時期可分為春季、夏季、秋季和冬季4個時期，根據土壤容重、成齡茶樹土壤計劃濕潤土層深度、設計土壤濕潤比、適宜茶樹生長的土壤含水率上限和下限分別計算茶樹各時期的灌水定額，進而計算灌水周期、一次灌水延續時間、灌溉次數等[1～2]參數。灌溉制度詳見表2。

圖 1 裝置組成框圖

表1 基本參數表

表 2 茶園灌溉制度表

3 茶園施肥制度

3.1 茶園施肥制度

茶園施肥主要分為基肥、追肥和根外追肥。本文只考慮在追肥階段使用本裝置進行施肥，主要施用氮肥。

追肥量根據茶園目標產量所需純氮量、氮肥中純氮含量及氮肥利用率等計算，茶園目標產量為每公頃產鮮葉6000kg，每公頃施用純氮150kg，結合當地追肥經驗，本裝置考慮追肥施用尿素（N46%），肥料利用率為54%，根據尿素每公頃年施量計算得出尿素每公頃年施約600kg，追肥全年3次，施肥量比例為50%、30%、20%。春季追肥在越冬芽萌動時施用，每公頃施用300kg尿素；夏季追肥在春茶采摘結束，茶樹輕修剪后立即進行，每公頃施用180kg尿素；秋季追肥在夏茶結束后進行，秋肥要避開“伏旱”進行，每公頃施用120kg尿素。

3.2 裝置施肥制度

通過對茶樹肥料需求量分析，計算每次施肥作業中的施肥量，按照茶園灌溉對滴灌施肥時間的分配要求[3]，確定施肥時間以及吸肥部件施肥比例，實現從灌溉、灌溉施肥和沖刷管網的灌溉施肥作業。

3.2.1 施肥時間

施肥過程是伴隨灌溉同時進行的，根據四川省內水肥一體化滴灌施用經驗，施肥操作在灌溉進行30min后開始，并確保在灌溉結束前30min以上的時間內結束[4]。因此施肥時間比灌

3.2.2 吸肥部件吸肥比例

根據單位時間內吸肥部件從肥料桶吸入的肥液質量與進口清水質量之比計算得出。施肥罐中肥料與水體積比為1∶4。裝置施肥制度詳見表3。

表 3 裝置施肥制度

4 裝置樣機及精度試驗

4.1 裝置樣機

在分析四川省茶園水肥的需求和特點的基礎上，通過多方案分析、比較及結構優化改進，搭建了一套由水泵、吸肥部件以及控制系統等組成的茶園水肥一體化灌溉施肥裝置。裝置結構示意如圖2所示。

圖 2 裝置結構示意圖

4.1.1 水泵

1）流量。在前述確定的灌溉制度基礎上，根據灌溉區域布置、毛管長度、布置間距、主管允許同時工作的滴頭數量、滴頭流量，計算得出水泵流量。

2）揚程。根據管道長度、管徑、流速依次計算管道沿程水頭損失、局部水頭損失，根據凈揚程、滴頭工作壓力等得出水泵揚程。

3）水泵選型。根據流量、揚程進行水泵選型。詳見表4。

4.1.2 吸肥部件

吸肥部件通過外部比例套筒調節吸肥腔的有效工作長度，從而實現調節吸肥腔的體積比的目的，將適宜于提高茶葉品質適量的肥料，均勻地添加到水中，實現水和肥的精確配比，從而提高了吸肥部件的精度。

吸肥部件靠水力驅動，進行了最佳的肥液混合比設定后，進水管路的水流進入吸肥部件的進水腔，驅動吸肥部件吸取肥液，然后在壓差的作用下，驅動活塞向上移動，碰到聯動換向裝置，進水腔的水就全部進入出口腔；下面的吸肥腔設置有限位裝置，當到達限位裝置時，通過小孔將肥料全部擠入出口腔，實現吸肥的功能[5-7]。參數詳見表5，結構示意圖詳見圖3。