一种高效多工况水肥一体化灌溉设备

□张元华/达州市农业机械研究推广站

1 水肥一体化灌溉施肥技术的优点

水肥一体化灌溉施肥技术，是将施肥与灌溉结合在一起的一种先进农业技术，它是通过压力灌溉系统，配合使用固体或液体肥料，从而产生含有作物营养需求的灌溉水，主要有滴灌和微喷灌两种方式。

水肥一体化灌溉施肥时，水不在空中运动，不打湿叶面，也没有有效湿润面积以外的土壤表面蒸发，故直接损耗于蒸发的水量最少；容易控制水量，不致产生地面径流和土壤深层渗漏；对水源少和缺水的山区实现水利化开辟了新途径；由于株间未供应充足的水分，杂草不易生长，因而作物与杂草争夺养分的干扰大为减轻，减少了除草用工；由于作物根区能够保持最佳供水状态和供肥状态，故能增产。

水肥一体化灌溉施肥技术具有节水、节肥，提高肥料利用率；简化田间施肥作业，减少施肥用工；防止土壤板结和环境污染；高效快速，可以在极短时间内完成灌溉和施肥工作，易于实现大面积自动化管理；灌溉和施肥均匀，作物长势一致，对单株植物也可以独立灌溉；通过人为调控灌溉和施肥，达到调节产期和上市时间的目的；施肥适用于多种作物等优点。

2 达州现有水肥一体化灌溉设备的现状

通过多次调研发现，目前，达州的水肥一体化灌溉设备中，动力设备多选IS型泵、自吸离心泵、旋涡泵或潜水泵等普通离心泵产品。突出的问题是灌溉设备效率不高、使用工况窄、动力机组体积大、笨重，吸肥用阀门调节不稳定。IS泵是分离式配套系统设备，体积大且笨重，要安装底阀使用，降低了系统效率；自吸离心泵因自吸要求造成结构体积大且降低效率；旋涡泵配套系统设备由于扬程曲线陡降，一般只能在窄小流量范围内使用；潜水泵配套系统设备在使用中存在安全隐患。

在调研中发现，一种以IS65-50-160泵为动力机的水肥一体化灌溉施肥系统，其参数为：额定流量30 m3/h、扬程30 m、效率66%、转速2 900 r/min、轴功率3.71 kW、电机功率5.50 kW、吸程7 m、泵重量36 kg、泵外形尺寸465 mm×240 mm×292 mm、连电机底座一起的泵机组总重量约125 kg、进出口配管直径65 mm/50 mm、频率50 Hz、电压380 V，IS65-50-160型泵使用时需安装底阀，这将降低灌溉设备系统效率，且泵扬程偏高（扬程在25 m以内最适宜）。

3 高效多工况水肥一体化灌溉设备

在借鉴达州市农业机械研究推广站已有的“一种水肥一体化喷灌系统设备”实用新型专利技术的基础上，研究设计出一种高效多工况水肥一体化灌溉设备，其突出特点是：可达到设备系统效率高、多工况使用、施肥稳定可调节、动力设备轻便的目的。高效多工况水肥一体化灌溉设备示意图见图1。

水流通过QG80-32型手压排气直联式汽油机离心泵、旋流分离器、第一阀门、过滤器、流向滴灌或微喷灌支管，装在水肥容器中的水肥通过单向阀门被吸入文丘里管中，文丘里管上面安装的调节螺钉可按流量调节所需肥料溶液的量还可将肥液吸入率稳定在要求的水平上。

高效多工况水肥一体化灌溉设备主要包括：QG80-32型泵1台、阀门若干、压力表2个、过滤器2个、滴灌带（滴灌带直径一般为20 mm，滴头孔径一般为1 mm）或微喷管若干、管路若干，约可以滴灌或微喷蔬菜或果树面积1.33 hm2。种植面积在10 hm2以内的蔬菜或果树种植专业合作社配置一套高效多工况水肥一体化灌溉设备轮灌即可。

动力机：QG80-32型手压排气直联式汽油机离心泵，叶轮系加大流量高效设计，在泵进口直管段设置手压式排气装置。该灌溉设备的主要性能参数指标为：额定流量35 m3/h、扬程25 m、效率72%、转速3 600 r/min、轴功率3.31 kW、配置汽油机功率为4 kW、吸程7 m、机组外形尺寸约500 nm×450 nm×450 nm、机组总重量约35 kg、进出口配管直径80 mm/80 mm。该灌溉设备流量大、效率高、扬程曲线平坦、流量使用范围大、泵扬程最为适宜（微喷压力0.1～0.2 MPa）、吸肥装置采用螺钉缓慢调节吸肥量和稳定性、适宜水肥一体化滴灌或微喷灌。QG80-32型手压排气直联式汽油机离心泵是3 600 r/min的高速设计且无自吸结构，所以结构体积小、重量轻且机组效率高。

过滤器是滴灌成败的关键设备，泥沙较多的水源，要在泵进水前面安装砂石过滤器，再在吸肥装置后面安装120目的叠片式过滤器过滤肥料残渣。

4 动力机组对比

性能参数对比见表1，其他对比见表2。

5 节能节资计算

5.1 节能计算

IS65-50-160型单级单吸离心泵的效率为66%、轴功率为3.31 kW，QG80-32型手压排气直联式汽油机离心泵的效率为72%、轴功率为3.71 kW，单个灌溉设备每小时节能3.71-3.31=0.40 kW，以每年80 d连续灌溉计算可以节电0.40×80×24=768 kW·h，仅按100套估算1年可以节电768×100=76 800 kW·h=7.68万kW·h，节电效益明显，具有明显的社会效益。IS65-50-160型泵在使用时需要安装底阀，这将降低灌溉设备系统效率。

图1 高效多工况水肥一体化灌溉设备示意图

5.2 节资计算

IS65-50-160型泵动力机的价格约4 000元，QG80-32型泵动力机的价格约2 800元，两者相差1 200元，按100套估算可以节资12万元。

6 应用前景和效益

达州市农业机械研究推广站研究设计出的高效多工况水肥一体化灌溉设备，具有系统效率高、多工况使用、施肥稳定可调节、动力机轻便等特点。该灌溉设备可以在蔬菜专业合作社和果树种植专业合作社中大量推广使用，也适宜在达州市缺电少水的600 m以上海拔地区果树或茶叶种植专业合作社中推广使用，有较好的经济和社会效益。

表1 性能参数对比表

表2 其他对比表