一種高效多工況水肥一體化灌溉設(shè)備

□張?jiān)A/達(dá)州市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究推廣站

1 水肥一體化灌溉施肥技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

水肥一體化灌溉施肥技術(shù)，是將施肥與灌溉結(jié)合在一起的一種先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，它是通過(guò)壓力灌溉系統(tǒng)，配合使用固體或液體肥料，從而產(chǎn)生含有作物營(yíng)養(yǎng)需求的灌溉水，主要有滴灌和微噴灌兩種方式。

水肥一體化灌溉施肥時(shí)，水不在空中運(yùn)動(dòng)，不打濕葉面，也沒(méi)有有效濕潤(rùn)面積以外的土壤表面蒸發(fā)，故直接損耗于蒸發(fā)的水量最少；容易控制水量，不致產(chǎn)生地面徑流和土壤深層滲漏；對(duì)水源少和缺水的山區(qū)實(shí)現(xiàn)水利化開(kāi)辟了新途徑；由于株間未供應(yīng)充足的水分，雜草不易生長(zhǎng)，因而作物與雜草爭(zhēng)奪養(yǎng)分的干擾大為減輕，減少了除草用工；由于作物根區(qū)能夠保持最佳供水狀態(tài)和供肥狀態(tài)，故能增產(chǎn)。

水肥一體化灌溉施肥技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)肥，提高肥料利用率；簡(jiǎn)化田間施肥作業(yè)，減少施肥用工；防止土壤板結(jié)和環(huán)境污染；高效快速，可以在極短時(shí)間內(nèi)完成灌溉和施肥工作，易于實(shí)現(xiàn)大面積自動(dòng)化管理；灌溉和施肥均勻，作物長(zhǎng)勢(shì)一致，對(duì)單株植物也可以獨(dú)立灌溉；通過(guò)人為調(diào)控灌溉和施肥，達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期和上市時(shí)間的目的；施肥適用于多種作物等優(yōu)點(diǎn)。

2 達(dá)州現(xiàn)有水肥一體化灌溉設(shè)備的現(xiàn)狀

通過(guò)多次調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，達(dá)州的水肥一體化灌溉設(shè)備中，動(dòng)力設(shè)備多選IS型泵、自吸離心泵、旋渦泵或潛水泵等普通離心泵產(chǎn)品。突出的問(wèn)題是灌溉設(shè)備效率不高、使用工況窄、動(dòng)力機(jī)組體積大、笨重，吸肥用閥門(mén)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。IS泵是分離式配套系統(tǒng)設(shè)備，體積大且笨重，要安裝底閥使用，降低了系統(tǒng)效率；自吸離心泵因自吸要求造成結(jié)構(gòu)體積大且降低效率；旋渦泵配套系統(tǒng)設(shè)備由于揚(yáng)程曲線陡降，一般只能在窄小流量范圍內(nèi)使用；潛水泵配套系統(tǒng)設(shè)備在使用中存在安全隱患。

在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，一種以IS65-50-160泵為動(dòng)力機(jī)的水肥一體化灌溉施肥系統(tǒng)，其參數(shù)為：額定流量30 m3/h、揚(yáng)程30 m、效率66%、轉(zhuǎn)速2 900 r/min、軸功率3.71 kW、電機(jī)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、連電機(jī)底座一起的泵機(jī)組總重量約125 kg、進(jìn)出口配管直徑65 mm/50 mm、頻率50 Hz、電壓380 V，IS65-50-160型泵使用時(shí)需安裝底閥，這將降低灌溉設(shè)備系統(tǒng)效率，且泵揚(yáng)程偏高（揚(yáng)程在25 m以內(nèi)最適宜）。

3 高效多工況水肥一體化灌溉設(shè)備

在借鑒達(dá)州市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究推廣站已有的“一種水肥一體化噴灌系統(tǒng)設(shè)備”實(shí)用新型專利技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)出一種高效多工況水肥一體化灌溉設(shè)備，其突出特點(diǎn)是：可達(dá)到設(shè)備系統(tǒng)效率高、多工況使用、施肥穩(wěn)定可調(diào)節(jié)、動(dòng)力設(shè)備輕便的目的。高效多工況水肥一體化灌溉設(shè)備示意圖見(jiàn)圖1。

水流通過(guò)QG80-32型手壓排氣直聯(lián)式汽油機(jī)離心泵、旋流分離器、第一閥門(mén)、過(guò)濾器、流向滴灌或微噴灌支管，裝在水肥容器中的水肥通過(guò)單向閥門(mén)被吸入文丘里管中，文丘里管上面安裝的調(diào)節(jié)螺釘可按流量調(diào)節(jié)所需肥料溶液的量還可將肥液吸入率穩(wěn)定在要求的水平上。

高效多工況水肥一體化灌溉設(shè)備主要包括：QG80-32型泵1臺(tái)、閥門(mén)若干、壓力表2個(gè)、過(guò)濾器2個(gè)、滴灌帶（滴灌帶直徑一般為20 mm，滴頭孔徑一般為1 mm）或微噴管若干、管路若干，約可以滴灌或微噴蔬菜或果樹(shù)面積1.33 hm2。種植面積在10 hm2以內(nèi)的蔬菜或果樹(shù)種植專業(yè)合作社配置一套高效多工況水肥一體化灌溉設(shè)備輪灌即可。

動(dòng)力機(jī)：QG80-32型手壓排氣直聯(lián)式汽油機(jī)離心泵，葉輪系加大流量高效設(shè)計(jì)，在泵進(jìn)口直管段設(shè)置手壓式排氣裝置。該灌溉設(shè)備的主要性能參數(shù)指標(biāo)為：額定流量35 m3/h、揚(yáng)程25 m、效率72%、轉(zhuǎn)速3 600 r/min、軸功率3.31 kW、配置汽油機(jī)功率為4 kW、吸程7 m、機(jī)組外形尺寸約500 nm×450 nm×450 nm、機(jī)組總重量約35 kg、進(jìn)出口配管直徑80 mm/80 mm。該灌溉設(shè)備流量大、效率高、揚(yáng)程曲線平坦、流量使用范圍大、泵揚(yáng)程最為適宜（微噴壓力0.1～0.2 MPa）、吸肥裝置采用螺釘緩慢調(diào)節(jié)吸肥量和穩(wěn)定性、適宜水肥一體化滴灌或微噴灌。QG80-32型手壓排氣直聯(lián)式汽油機(jī)離心泵是3 600 r/min的高速設(shè)計(jì)且無(wú)自吸結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)體積小、重量輕且機(jī)組效率高。

過(guò)濾器是滴灌成敗的關(guān)鍵設(shè)備，泥沙較多的水源，要在泵進(jìn)水前面安裝砂石過(guò)濾器，再在吸肥裝置后面安裝120目的疊片式過(guò)濾器過(guò)濾肥料殘?jiān)?/p>

4 動(dòng)力機(jī)組對(duì)比

性能參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1，其他對(duì)比見(jiàn)表2。

5 節(jié)能節(jié)資計(jì)算

5.1 節(jié)能計(jì)算

IS65-50-160型單級(jí)單吸離心泵的效率為66%、軸功率為3.31 kW，QG80-32型手壓排氣直聯(lián)式汽油機(jī)離心泵的效率為72%、軸功率為3.71 kW，單個(gè)灌溉設(shè)備每小時(shí)節(jié)能3.71-3.31=0.40 kW，以每年80 d連續(xù)灌溉計(jì)算可以節(jié)電0.40×80×24=768 kW·h，僅按100套估算1年可以節(jié)電768×100=76 800 kW·h=7.68萬(wàn)kW·h，節(jié)電效益明顯，具有明顯的社會(huì)效益。IS65-50-160型泵在使用時(shí)需要安裝底閥，這將降低灌溉設(shè)備系統(tǒng)效率。

圖1 高效多工況水肥一體化灌溉設(shè)備示意圖

5.2 節(jié)資計(jì)算

IS65-50-160型泵動(dòng)力機(jī)的價(jià)格約4 000元，QG80-32型泵動(dòng)力機(jī)的價(jià)格約2 800元，兩者相差1 200元，按100套估算可以節(jié)資12萬(wàn)元。

6 應(yīng)用前景和效益

達(dá)州市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究推廣站研究設(shè)計(jì)出的高效多工況水肥一體化灌溉設(shè)備，具有系統(tǒng)效率高、多工況使用、施肥穩(wěn)定可調(diào)節(jié)、動(dòng)力機(jī)輕便等特點(diǎn)。該灌溉設(shè)備可以在蔬菜專業(yè)合作社和果樹(shù)種植專業(yè)合作社中大量推廣使用，也適宜在達(dá)州市缺電少水的600 m以上海拔地區(qū)果樹(shù)或茶葉種植專業(yè)合作社中推廣使用，有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

表1 性能參數(shù)對(duì)比表

表2 其他對(duì)比表