浅析一种高效水肥一体化灌溉设备

喻 晨

（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830000）

水肥一体化灌溉技术，是有效融合施肥作业与灌溉作业一体化的农业新型技术手段，水肥灌溉一体化基于压力系统（或地形自然落差），根据土壤养分情况以及种植农作物的种类，在掌握需肥特点和规律上，把液体肥料或者可溶性固体肥料合理配比形成肥液与灌溉水，并通过能够合理控制的管道系统实现一体化的供水供肥，将溶解后的水肥利用管道以及滴头均匀滴灌，定时定量对植物根系生长区域进行浸润，使植物根系生长的土壤，始终保持良好的水分条件与肥效供应，保持土壤疏松透气。并依照各种植物不同的需肥特点、土壤环境和养分含量，以及作物不同生长期对水分和肥料的需求规律科学设计，定时定量的为植物提供水分与养分，保证作物健康生长。 水肥一体化灌溉技术，主要适宜于有蓄水池、水库或者水井固定灌溉水源的区域，同时还要求水质较好，符合微观要求。 特别在一些设施农业栽培、棉花栽培、果树栽培有条件进行微灌设施建设的区域进行推广应用。 推广水肥一体化灌溉技术，离不开水肥一体化灌溉设备，为此，下文结合实践，对一种适合多工况条件下的高效水肥一体化灌溉设备进行研究与探讨，仅供参考[1]。

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把施肥和灌溉充分结合在一起的现代化农业技术手段，这项技术利用压力灌溉系统，并合理应用液体与固体肥料，由此形成含有作物生长需求营养的灌溉水，通过喷灌或者滴灌方式进行一体化灌溉施肥。 施肥过程当中，水不在空气中运动，不会打湿叶面，同时也不存在有效湿润面积之外的土壤表面蒸发，所以水量蒸发的直接损耗非常小。 水量容易控制，不会有地面径流产生，也不会有深层土壤渗漏，对水源不足比较缺水的山区种植生产非常有利，对山区水利化发展提供了非常好的途径，因植株间水分没有充足供应，不易生长杂草，所以大大减轻了作物生长过程中杂草对其养分抢夺的干扰，还避免了除草用工量。 另外，作物根部生长区域，有着良好的供水、供肥，对增产十分有利[1]。

运用水肥一体化灌溉施肥技术，不仅可以大幅减少水资源的浪费，还能提高施肥效率，降低肥料应用量，使农作物施肥作业工序大幅简化，控制施肥用工。 还能有效降低土壤板结与土壤污染，快速高效，能够在较短的时间中达到灌溉施肥的效果，这对于自动化大面积管理非常有利，还能实现均匀化的灌溉与施肥，促进作物长势一致。 实现单株植物独立灌溉，并经过人为措施对灌溉进行调控与施肥，对作物产期以及上市时间进行调节，很多作物种植都比较适用。

构建一套滴灌系统，在设计过程中，要充分考虑地形地貌、田块、单元以及土壤质地和采用的种植方式，并对水源特点充分考虑，对管道系统埋深以及灌溉区域面积和管道长度等进行设计，采用水肥一体化灌溉，可以运用管道进行喷灌、灌溉，也可进行加压滴灌、渗灌等，但忌大水漫灌，这样容易引发氮素散失，还会使水分利用率下降。

2 水肥一体化灌溉设备现状

笔者通过相应的调研发现，在水肥一体化灌溉设备中，目前多应用IS 型泵以及旋涡泵、自吸离心泵和潜水泵作为动力设备，然而普遍存在的问题是灌溉设备效率较低，而且应用的工况比较狭窄，存在较大体积的动力基础，吸肥用阀门无法稳定调节。 IS 泵属于分离式配套系统设备，体积相对较大而且较为笨重，还需要对底阀进行安装才能应用，应用效率大幅降低。 同时，由于自吸要求导致自吸离心泵存在较大结构体积，而且效率较低。 另外因扬程曲线陡降因素影响，旋涡泵配套系统设备，通常仅能应用于流量窄小的范围，潜水泵系统应用过程当中安全隐患较多。 通过调研发现，水肥一体化灌溉施肥系统中应用IS65-50-160 泵作为动力，达到125kg 总质量，而且应用过程中，还需要对底阀进行安装，使得灌溉设备系统效率大幅降低，同时存在较高的扬程[2]。

3 高效多工况水肥一体化灌溉设备

笔者结合农业机械研究推广站的一种新型水肥一体化灌溉系统设备前提下，进行相应的研究和探讨，设计出一种适合多种工况条件下水肥一体化灌溉设备，该设备具有的特点主要体现在效率非常高，可以应用于多工况条件，并能稳定的调节施肥，有着比较轻便的动力设备。适宜于多工况条件下的高效水肥一体化灌溉设备，如图1所示。

图1 高效多工况水肥一体化灌溉设备示意图

水流利用手压排气直联式汽油机离心泵 （QG80-32型）以及旋流分离器，通过阀门与过滤器向滴管流入，或者向微喷灌支管流入，水肥装入水肥容器中，并利用单向阀向文丘里管吸入，调节螺丝安装在文丘里管之上，可以依照流量对应用的肥料溶液量进行调节，把肥液吸入量控制在相关要求水平。

适宜于多工况条件下的高效水肥一体化灌溉设备在组成方面主要有1 台QG80-32 型泵、多个阀门、两个压力表、两个过滤器、20mm 直径的滴灌带、若干个微喷管和相关管路，可以对1.33hm2蔬菜和果树进行微喷和滴灌。 如果果树和蔬菜种植专业合作社在10hm2的种植面积，配置一套适合多工况条件下的水肥一体化灌溉设备，便能达到轮灌效果[3]。

动力机选择应用手压排气直联式汽油机离心泵（QG80-32 型），设计大流量的高效叶轮系，将手压式排气装置设置在泵进口直管部位上，这一灌溉设备具有非常大的流量，具有平坦的扬程曲线和较高的效率，具有较大范围的流量应用，吸肥装置运用螺钉进行调节，确保吸肥量的稳定性，使其更加适合水肥一体化微喷灌与滴灌。

手压排气直联式汽油机离心泵（QG80-32 型），转速设计为3 600 r/min，结构体积相对较小，而且具有相对较轻的重量，机组具有高效率的特点。在滴管过程中，过滤器的应用是最为重要的设备，特别是水源当中存在较多泥沙时，需要将砂石过滤器安装在泵进水前面，并将碟片式120目过滤器安装在吸肥装置后面，对肥料残渣进行过滤。

4 动力机组对比

性能参数对比如表1 所示。

?

5 节能节资计算

5.1 节能计算

单级单吸离心泵（IS65-50-160 型）达到66%的效率水平以及3.31 kW 轴功率，手压排气直联式汽油机离心泵（QG80-32 型） 达到 72%的效率水平以及 3.71 kW 轴功率，每小时中单个灌溉设备能够达到0.40 kW 节能效果。以一年中持续性的灌溉80 天为例进行计算，可以达到768kW·h 的节能作用，仅仅依照100 套进行相应估算，一年当中，可以达到7.68 万kW·h 的节电水平，具有十分明显的节电效益，而且社会效益也十分突出。 在应用IS65-50-160 型泵过程当中需要对底阀进行安装，这会使灌溉设备系统效率得到大幅降低[4]。

5.2 节资计算

应用IS65-50-160 型泵动力机需要4 000 元左右，而选择应用QG80-32 型泵动力机则需要2 800 元左右，二者之间有着1 200 元的差价，根据100 套进行估算，能够减少12 万元左右的投资。

6 应用前景和效益

设计的水肥一体化灌溉设备，不仅高效，而且适宜于多工况条件，效率非常高，能够更加稳定地调节施肥，动力机相对轻便，在果树种植以及蔬菜种植合作社推广应用这种水肥一体化灌溉设备具有非常重要的现实意义。 同时，在海拔600m 以上缺水少电区域果树种植过程当中推广应用这套水肥一体化灌溉设备，具有很好的经济效益与社会效益。