茶园水肥一体化灌溉施肥装置研究与设计*

2020-08-07阮红丽李光辉周小波曾文明卢珍李玉玲

四川农业与农机 2020年3期

关键词：肥液水肥茶园

阮红丽李光辉周小波曾文明卢珍李玉玲

1.四川省农业机械研究设计院，四川成都

2.南方丘区节水农业研究四川省重点实验室，四川成都

3.农业农村部丘陵山地农业装备技术重点实验室，四川成都

0 引言

水肥一体化技术是一种高效的灌溉施肥技术，具有节水节肥、省时省工等优点，但该技术在茶产业中应用较少。在水肥一体化灌溉施肥装置（以下简称“装置”）中，其核心是吸肥部件，可根据作物生长需求确定最佳的肥液混合比例，实现多通道水肥混合。目前，装置大多存在吸肥精度不易控制的问题。针对这个问题，本文研究设计了一种精度较高的装置。

1 总体设计

在茶园灌溉、施肥制度分析计算的基础上，对装置进行了试制及试验。该装置通过确定最佳的肥液混合比例，调节吸肥腔与进水腔的体积比，将适宜于提高茶叶品质适量的肥料，均匀添加到水中，实现水和肥的精确配比。装置组成框图如图1所示。

2 茶园灌溉制度

2.1 设计基本参数

以四川茶叶典型主产区成龄茶树确定设计基本参数，详见表1。

2.2 灌溉制度

根据滴灌灌水器参数，进行土壤湿润比的分析计算，确定滴灌灌溉制度。茶树按照生长时期可分为春季、夏季、秋季和冬季4个时期，根据土壤容重、成龄茶树土壤计划湿润土层深度、设计土壤湿润比、适宜茶树生长的土壤含水率上限和下限分别计算茶树各时期的灌水定额，进而计算灌水周期、一次灌水延续时间、灌溉次数等[1～2]参数。灌溉制度详见表2。

图 1 装置组成框图

表1 基本参数表

表 2 茶园灌溉制度表

3 茶园施肥制度

3.1 茶园施肥制度

茶园施肥主要分为基肥、追肥和根外追肥。本文只考虑在追肥阶段使用本装置进行施肥，主要施用氮肥。

追肥量根据茶园目标产量所需纯氮量、氮肥中纯氮含量及氮肥利用率等计算，茶园目标产量为每公顷产鲜叶6000kg，每公顷施用纯氮150kg，结合当地追肥经验，本装置考虑追肥施用尿素（N46%），肥料利用率为54%，根据尿素每公顷年施量计算得出尿素每公顷年施约600kg，追肥全年3次，施肥量比例为50%、30%、20%。春季追肥在越冬芽萌动时施用，每公顷施用300kg尿素；夏季追肥在春茶采摘结束，茶树轻修剪后立即进行，每公顷施用180kg尿素；秋季追肥在夏茶结束后进行，秋肥要避开“伏旱”进行，每公顷施用120kg尿素。

3.2 装置施肥制度

通过对茶树肥料需求量分析，计算每次施肥作业中的施肥量，按照茶园灌溉对滴灌施肥时间的分配要求[3]，确定施肥时间以及吸肥部件施肥比例，实现从灌溉、灌溉施肥和冲刷管网的灌溉施肥作业。

3.2.1 施肥时间

施肥过程是伴随灌溉同时进行的，根据四川省内水肥一体化滴灌施用经验，施肥操作在灌溉进行30min后开始，并确保在灌溉结束前30min以上的时间内结束[4]。因此施肥时间比灌

3.2.2 吸肥部件吸肥比例

根据单位时间内吸肥部件从肥料桶吸入的肥液质量与进口清水质量之比计算得出。施肥罐中肥料与水体积比为1∶4。装置施肥制度详见表3。

表 3 装置施肥制度

4 装置样机及精度试验

4.1 装置样机

在分析四川省茶园水肥的需求和特点的基础上，通过多方案分析、比较及结构优化改进，搭建了一套由水泵、吸肥部件以及控制系统等组成的茶园水肥一体化灌溉施肥装置。装置结构示意如图2所示。

图 2 装置结构示意图

4.1.1 水泵

1）流量。在前述确定的灌溉制度基础上，根据灌溉区域布置、毛管长度、布置间距、主管允许同时工作的滴头数量、滴头流量，计算得出水泵流量。

2）扬程。根据管道长度、管径、流速依次计算管道沿程水头损失、局部水头损失，根据净扬程、滴头工作压力等得出水泵扬程。

3）水泵选型。根据流量、扬程进行水泵选型。详见表4。

4.1.2 吸肥部件

吸肥部件通过外部比例套筒调节吸肥腔的有效工作长度，从而实现调节吸肥腔的体积比的目的，将适宜于提高茶叶品质适量的肥料，均匀地添加到水中，实现水和肥的精确配比，从而提高了吸肥部件的精度。

吸肥部件靠水力驱动，进行了最佳的肥液混合比设定后，进水管路的水流进入吸肥部件的进水腔，驱动吸肥部件吸取肥液，然后在压差的作用下，驱动活塞向上移动，碰到联动换向装置，进水腔的水就全部进入出口腔；下面的吸肥腔设置有限位装置，当到达限位装置时，通过小孔将肥料全部挤入出口腔，实现吸肥的功能[5-7]。参数详见表5，结构示意图详见图3。