旋流噴射式施肥裝置溶肥效率分析

吳衛熊，潘 偉，張廷強

（廣西自治區水利科學研究院，南寧 530023）

旋流噴射式施肥裝置溶肥效率分析

吳衛熊，潘 偉，張廷強

（廣西自治區水利科學研究院，南寧 530023）

旋流噴射式施肥池是依靠加壓水泵通過小孔噴射出高速水流在施肥池中形成回流進而加快肥料溶解的裝置。為了探求旋流噴射式施肥裝置的溶肥效率，設置了9種處理方式進行試驗，結果表明：0°噴射孔傾角，5 mm噴射孔徑的處理方式肥料溶解的效率最高。

旋流噴射式；施肥裝置；肥料；溶解；效率

種植在旱坡地的糖料蔗施肥基本靠人工運行，需要大量的人工參與；且不能在暴雨前和日照較強的時段施肥，需要人工判斷天氣來確定施肥時間，部分具備施肥條件的灌溉工程也有通過人工攪拌來促進肥料溶解速度。隨著農業種植集約化發展，勞動力成本越來越高，迫切需要一個提高效率、減少人工的施肥系統；滴灌是解決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壓差式施肥罐施肥，但施肥量太小，不能滿足大面積農田施肥要求[1，2]。根據市場調查，目前施肥罐的規格多在300 L以下，根據試驗分析，容積為300 L的施肥罐只能滿足1 200～1 500畝蔗區的水肥一體化要求。目前，在廣西自治區糖料蔗“雙高”基地水利現代化建設中，有很多項目區的面積大于1 500畝，不能采用壓差式施肥罐。因此，迫切根據糖料蔗規模化灌溉及施肥的特點，提出滿足規模化糖料蔗水肥一體化的裝置。根據近兩年的研究成果，課題組提出一種基于旋流噴射式施肥池。

1 旋流噴射式施肥裝置溶肥試驗

1.1 試驗裝置

旋流噴射式施肥池是基于充分利用首部樞紐加壓水泵的壓力，把水從管道的小孔中噴射而出，形成旋流，加快肥料的溶解。

旋流式施肥池由進水溶肥池、過濾網和過濾池組成；池體由水泥磚砌筑而成，底部現澆C15混凝土；過濾網采用80目的濾網；噴射攪拌管采用dn50的PVC-U管制作成回型管，采用打孔機在管道上打孔，將其安裝在進水溶肥池內，并與系統進水管連接；過濾池與系統的出水管相連接，并安裝有施肥泵和疊片過濾器，施肥泵優先選用不銹鋼的管道泵，其揚程要比系統的加壓泵要大5 m以上，確保水肥溶液注入灌溉系統。施肥裝置結構圖詳見圖1。

圖1 試驗裝置結構圖

1.2 試驗方法

1.2.1 處理方式

選擇噴射孔徑、噴射孔傾角作為本次試驗的因素，設置9種處理方式（見表1）。

表1 試驗處理統計表

1.2.2 試驗步驟

（1）準備旋流式施肥裝置。由dn50管道組成回型旋流器，進口處設置為法蘭連接，方便拆卸與安裝；

（2）進池管前安裝、球閥壓力表和（實時）水表流量計，記錄試驗期間的實時流量和壓力。球閥用來調節流量和壓力；

（3）試驗設備安裝結束后，開展各個處理的試驗。保證每個處理試驗的流量和壓力一致。分別在1、3、5、8、10、20、30、40 min用量筒提取施肥池和過濾池100 ml的溶液，并立即用濾紙過濾，用土壤（肥料）養分速測儀測量溶液中肥料溶解量，得到各處理肥料溶解情況；

（4）停水后，收集施肥池內殘留的肥料顆粒，并稱重。

1.3 試驗結果與分析

1.3.1 流量規律分析

同種孔徑不同傾角流量相同，孔徑越大流量越大，平均流量越大。5、10、15、20 mm孔徑流量相對是無孔設置流量的71%、81%、94%、97%。根據試驗可知，利用打孔設置可以節約施肥所需流水量，提高水利用效率（見表2）。

表2 流量規律分析表

1.3.2 肥料溶解量規律分析

根據表3分析，可得到以下結論：

（1）各種處理的肥料溶解量均是不斷增加，溶解量增加速率先快后慢，并且增加的速率不斷減少，在前3 min急速增加，在5 min時溶解了總肥料量的80%以上，在10～40 min期間肥料溶解相對緩慢。0°傾角的溶解量最大，45°傾角溶解量其次，無孔溶解方式溶解量最小，并且兩種傾角隨著孔徑減小溶解量增大；

（2）0°傾角各種孔徑的肥料溶解量均大于45°傾角相應孔徑的肥料溶解量。在40 min時，45°傾角溶解方式比無孔溶解方式提高14%～41%的溶解量。此外，0°傾角溶解方式比45°傾角溶解方式提高10%～30%的肥料溶解量；

（3）對比0°以及45°傾角處理可知，孔徑越小，其肥料溶解量就越大；孔徑5、10、15 mm孔徑0°傾角相對20 mm孔徑0°傾角分別提升63%、57%、23%的溶解量。孔徑5、10、15 mm孔徑45°傾角比20 mm孔徑45°傾角分別提升1%、3%、3%的溶解量；

（4）整體來說傾斜度對于肥料溶解量的影響大于孔徑，在同種傾斜度情況下，孔徑越小肥料溶解量越大，并且45°傾角孔徑對肥料的影響大于0°傾角時孔徑對肥料的影響。0°傾角時肥料溶解效率高，均在97%以上，45°傾角肥料溶解量較低且差距大，在71%～89%不等。

表3 肥料溶解量規律分析表

1.3.3 肥料溶解速率規律分析

根據表4分析，可得到以下結論：

（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時期，初始溶解速率可達50～103 kg/min。之后隨著時間增加肥料溶解速率迅速下降，在5 min時降到2.5 kg/min附近，然后溶解速率緩慢降低在10 min為1.8 kg/min附近，最后在40 min為0.5 kg/min附近；

（2）在0-5 min期間0°傾角與45°傾角設置的肥料溶解速率都隨著孔徑減小而增大，而在5-40 min期間，肥料的溶解速率隨著孔徑的減小而減小。在肥料溶解前期階段，孔徑變化所帶來的水流沖擊作用較大，而在肥料溶解的后期階段，孔徑變化對肥料的沖擊作用減小，流量變化對肥料溶解的作用顯現出來；

（3）同種孔徑，0°傾角肥料溶解速率在0-5 min大于45°傾角的肥料溶解速率，且隨著孔徑減小溶解速率增大。而在5-40 min 0°傾角的肥料溶解速率小于45°傾角的肥料溶解速率，隨孔徑減小溶解速率降低。0°傾角肥料前期溶解量大，將易溶部分多數溶解；而45°傾角前期肥料溶解量較小，殘余了許多易溶的肥料，因此在后期45°傾角的肥料溶解速率大于0°傾角肥料溶解速率。

表4 肥料溶解速率規律分析表

2 結語

（1）不同傾角對于肥料溶解速率影響很大，0°傾角有利于肥料的迅速溶解，因為0°傾角能夠從最底部沖擊肥料，形成肥料掏空，進而帶動上部肥料下沉，并進入下一步沖擊過程。而45°傾角只有在肥料量較大的情況下才能夠對肥料起到沖擊的作用。因此，對肥料溶解速率的提升不是很明顯；

（2）孔徑對于肥料溶解速率的影響也較大，孔徑越小，對肥料的沖力越大，促使肥料拌合加快，促進了肥料的迅速溶解；

（3）除了傾角和孔徑外，水量以及溶解時間對于肥料的溶解也有一定作用，在肥料溶解的后期水量以及時間對于肥料溶解的影響開始顯現。流量越大溶解速率越快，時間越長溶解量越大；

（4）合理的設置傾角以及孔徑，確定合適的溶解時間溶解水量對于提高肥料的溶解效率有著關鍵性的影響。從本試驗可知：0°傾角5 mm孔徑，肥料沖擊時間10 min肥料溶解的效率最高。在糖料蔗實際施肥過程中，畝均施肥量一般在30 kg左右，對于一個100畝的灌區也就需要3 000 kg的施肥量，應分批次少量施肥，單次施肥量在500-1 000 kg為宜，一次施肥時間在20 min左右，這樣既能保證施肥均勻性又能提高施肥效率。

[1] 何令祖，吳衛熊.廣西蔗區節水灌溉技術適應條件調查與分析[J].中國農村水利水電，2015（11）：36-39.

[2] 潘 偉，吳衛熊.廣西丘陵山區蔗區水利創新發展模式研究[J].節水灌溉，2015（9）：91-95.

（責任編輯：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

水利部公益行業專項《廣西糖料蔗高效節水灌溉發展模式研究》（項目編號：201301013）；廣西自治區農業科技成果轉化資金項目《廣西百萬畝糖料蔗高效節水灌溉關鍵技術集成與示范》（項目編號：14125004-4）；水利部“948”項目《毛細節水灌溉技術引進及在廣西甘蔗高效節水灌溉中的應用》（項目編號：201322）。

吳衛熊（1982-），男，廣西合浦人，廣西水利科學研究院工程師，碩士，主要從事農田水利研究、規劃與設計工作。