旋流喷射式施肥装置溶肥效率分析

吴卫熊，潘 伟，张廷强

（广西自治区水利科学研究院，南宁 530023）

旋流喷射式施肥装置溶肥效率分析

吴卫熊，潘 伟，张廷强

（广西自治区水利科学研究院，南宁 530023）

旋流喷射式施肥池是依靠加压水泵通过小孔喷射出高速水流在施肥池中形成回流进而加快肥料溶解的装置。为了探求旋流喷射式施肥装置的溶肥效率，设置了9种处理方式进行试验，结果表明：0°喷射孔倾角，5 mm喷射孔径的处理方式肥料溶解的效率最高。

旋流喷射式；施肥装置；肥料；溶解；效率

种植在旱坡地的糖料蔗施肥基本靠人工运行，需要大量的人工参与；且不能在暴雨前和日照较强的时段施肥，需要人工判断天气来确定施肥时间，部分具备施肥条件的灌溉工程也有通过人工搅拌来促进肥料溶解速度。随着农业种植集约化发展，劳动力成本越来越高，迫切需要一个提高效率、减少人工的施肥系统；滴灌是解决旱坡地糖料蔗干旱缺水的有效措施，部分滴灌工程采用在首部采用压差式施肥罐施肥，但施肥量太小，不能满足大面积农田施肥要求[1，2]。根据市场调查，目前施肥罐的规格多在300 L以下，根据试验分析，容积为300 L的施肥罐只能满足1 200～1 500亩蔗区的水肥一体化要求。目前，在广西自治区糖料蔗“双高”基地水利现代化建设中，有很多项目区的面积大于1 500亩，不能采用压差式施肥罐。因此，迫切根据糖料蔗规模化灌溉及施肥的特点，提出满足规模化糖料蔗水肥一体化的装置。根据近两年的研究成果，课题组提出一种基于旋流喷射式施肥池。

1 旋流喷射式施肥装置溶肥试验

1.1 试验装置

旋流喷射式施肥池是基于充分利用首部枢纽加压水泵的压力，把水从管道的小孔中喷射而出，形成旋流，加快肥料的溶解。

旋流式施肥池由进水溶肥池、过滤网和过滤池组成；池体由水泥砖砌筑而成，底部现浇C15混凝土；过滤网采用80目的滤网；喷射搅拌管采用dn50的PVC-U管制作成回型管，采用打孔机在管道上打孔，将其安装在进水溶肥池内，并与系统进水管连接；过滤池与系统的出水管相连接，并安装有施肥泵和叠片过滤器，施肥泵优先选用不锈钢的管道泵，其扬程要比系统的加压泵要大5 m以上，确保水肥溶液注入灌溉系统。施肥装置结构图详见图1。

图1 试验装置结构图

1.2 试验方法

1.2.1 处理方式

选择喷射孔径、喷射孔倾角作为本次试验的因素，设置9种处理方式（见表1）。

表1 试验处理统计表

1.2.2 试验步骤

（1）准备旋流式施肥装置。由dn50管道组成回型旋流器，进口处设置为法兰连接，方便拆卸与安装；

（2）进池管前安装、球阀压力表和（实时）水表流量计，记录试验期间的实时流量和压力。球阀用来调节流量和压力；

（3）试验设备安装结束后，开展各个处理的试验。保证每个处理试验的流量和压力一致。分别在1、3、5、8、10、20、30、40 min用量筒提取施肥池和过滤池100 ml的溶液，并立即用滤纸过滤，用土壤（肥料）养分速测仪测量溶液中肥料溶解量，得到各处理肥料溶解情况；

（4）停水后，收集施肥池内残留的肥料颗粒，并称重。

1.3 试验结果与分析

1.3.1 流量规律分析

同种孔径不同倾角流量相同，孔径越大流量越大，平均流量越大。5、10、15、20 mm孔径流量相对是无孔设置流量的71%、81%、94%、97%。根据试验可知，利用打孔设置可以节约施肥所需流水量，提高水利用效率（见表2）。

表2 流量规律分析表

1.3.2 肥料溶解量规律分析

根据表3分析，可得到以下结论：

（1）各种处理的肥料溶解量均是不断增加，溶解量增加速率先快后慢，并且增加的速率不断减少，在前3 min急速增加，在5 min时溶解了总肥料量的80%以上，在10～40 min期间肥料溶解相对缓慢。0°倾角的溶解量最大，45°倾角溶解量其次，无孔溶解方式溶解量最小，并且两种倾角随着孔径减小溶解量增大；

（2）0°倾角各种孔径的肥料溶解量均大于45°倾角相应孔径的肥料溶解量。在40 min时，45°倾角溶解方式比无孔溶解方式提高14%～41%的溶解量。此外，0°倾角溶解方式比45°倾角溶解方式提高10%～30%的肥料溶解量；

（3）对比0°以及45°倾角处理可知，孔径越小，其肥料溶解量就越大；孔径5、10、15 mm孔径0°倾角相对20 mm孔径0°倾角分别提升63%、57%、23%的溶解量。孔径5、10、15 mm孔径45°倾角比20 mm孔径45°倾角分别提升1%、3%、3%的溶解量；

（4）整体来说倾斜度对于肥料溶解量的影响大于孔径，在同种倾斜度情况下，孔径越小肥料溶解量越大，并且45°倾角孔径对肥料的影响大于0°倾角时孔径对肥料的影响。0°倾角时肥料溶解效率高，均在97%以上，45°倾角肥料溶解量较低且差距大，在71%～89%不等。

表3 肥料溶解量规律分析表

1.3.3 肥料溶解速率规律分析

根据表4分析，可得到以下结论：

（1）肥料溶解速率先快后慢，在0-3 min是肥料溶解速率最快的时期，初始溶解速率可达50～103 kg/min。之后随着时间增加肥料溶解速率迅速下降，在5 min时降到2.5 kg/min附近，然后溶解速率缓慢降低在10 min为1.8 kg/min附近，最后在40 min为0.5 kg/min附近；

（2）在0-5 min期间0°倾角与45°倾角设置的肥料溶解速率都随着孔径减小而增大，而在5-40 min期间，肥料的溶解速率随着孔径的减小而减小。在肥料溶解前期阶段，孔径变化所带来的水流冲击作用较大，而在肥料溶解的后期阶段，孔径变化对肥料的冲击作用减小，流量变化对肥料溶解的作用显现出来；

（3）同种孔径，0°倾角肥料溶解速率在0-5 min大于45°倾角的肥料溶解速率，且随着孔径减小溶解速率增大。而在5-40 min 0°倾角的肥料溶解速率小于45°倾角的肥料溶解速率，随孔径减小溶解速率降低。0°倾角肥料前期溶解量大，将易溶部分多数溶解；而45°倾角前期肥料溶解量较小，残余了许多易溶的肥料，因此在后期45°倾角的肥料溶解速率大于0°倾角肥料溶解速率。

表4 肥料溶解速率规律分析表

2 结语

（1）不同倾角对于肥料溶解速率影响很大，0°倾角有利于肥料的迅速溶解，因为0°倾角能够从最底部冲击肥料，形成肥料掏空，进而带动上部肥料下沉，并进入下一步冲击过程。而45°倾角只有在肥料量较大的情况下才能够对肥料起到冲击的作用。因此，对肥料溶解速率的提升不是很明显；

（2）孔径对于肥料溶解速率的影响也较大，孔径越小，对肥料的冲力越大，促使肥料拌合加快，促进了肥料的迅速溶解；

（3）除了倾角和孔径外，水量以及溶解时间对于肥料的溶解也有一定作用，在肥料溶解的后期水量以及时间对于肥料溶解的影响开始显现。流量越大溶解速率越快，时间越长溶解量越大；

（4）合理的设置倾角以及孔径，确定合适的溶解时间溶解水量对于提高肥料的溶解效率有着关键性的影响。从本试验可知：0°倾角5 mm孔径，肥料冲击时间10 min肥料溶解的效率最高。在糖料蔗实际施肥过程中，亩均施肥量一般在30 kg左右，对于一个100亩的灌区也就需要3 000 kg的施肥量，应分批次少量施肥，单次施肥量在500-1 000 kg为宜，一次施肥时间在20 min左右，这样既能保证施肥均匀性又能提高施肥效率。

[1] 何令祖，吴卫熊.广西蔗区节水灌溉技术适应条件调查与分析[J].中国农村水利水电，2015（11）：36-39.

[2] 潘 伟，吴卫熊.广西丘陵山区蔗区水利创新发展模式研究[J].节水灌溉，2015（9）：91-95.

（责任编辑：周 群）

Fertilizer dissolution efficiency analysis of swirl injection type fertilizer plant

WU Wei-xiong,PAN Wei,ZHANG Ting-qiang

（Guangxi Hydraulic Research Institute,Nanning 530023,China）

The swirl injection fertilizer pool is such a plant where high speed water flow is injected through a small hole by pressure pump,so as to form a reflux in the pool and accelerate dissolution of fertilizer.In order to study the fertilizer dissolution efficiency of swirl injection type fertilizer plant,9 alternatives were designed and tested.The re⁃sults of test demonstrate the alternative with injection hole inclined angle of 0°and diameter of 5mm has the highest fertilizer dissolution efficiency.

Swirl injection;fertilizer plant;fertilizer;dissolution;efficiency

S224.2

B

1003-1510（2016）02-0069-03

2016-02-17

水利部公益行业专项《广西糖料蔗高效节水灌溉发展模式研究》（项目编号：201301013）；广西自治区农业科技成果转化资金项目《广西百万亩糖料蔗高效节水灌溉关键技术集成与示范》（项目编号：14125004-4）；水利部“948”项目《毛细节水灌溉技术引进及在广西甘蔗高效节水灌溉中的应用》（项目编号：201322）。

吴卫熊（1982-），男，广西合浦人，广西水利科学研究院工程师，硕士，主要从事农田水利研究、规划与设计工作。