一種新型的二氧化碳氣肥施放系統

關文杰　尹愛華　尹建華　何靜霞

摘? 要：文章設計了一種新型的二氧化碳氣肥施放系統。該系統采用在農作物種植現場設置二氧化碳液體貯罐，再通過管道接通至大棚種植區，結合遠程自動控制技術，對農作物實行精準的氣肥施放。結果表明，該系統節省了生產運輸成本，很大程度地提升了農作物的產量和品質。

關鍵詞：二氧化碳;氣肥施放系統;大棚;農業種植

中圖分類號：S626? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）18-0042-02

Abstract： A new type of carbon dioxide gas fertilizer application system is designed in this paper. The system sets up a carbon dioxide liquid storage tank in the crop planting site， and then connects it to the greenhouse planting area through the pipeline， combined with the remote automatic control technology to carry out accurate gas and fertilizer release to the crops. The results show that the system saves production and transportation costs and greatly improves the yield and quality of crops.

Keywords： carbon dioxide; gas and fertilizer delivery system; greenhouse; agricultural planting

二氧化碳是農作物進行光合作用的重要物質之一，在農作物生長過程中，二氧化碳的缺乏會導致農作物產量降低等危害[1]。隨著我國對農業的重視以及市場對綠色食品的需求，我國的大棚種植發展極為迅速，形成現代化大型農業綜合體，而在大棚這種封閉環境中，又很容易造成二氧化碳的缺乏，所以目前我國對于二氧化碳氣肥的需求越來越大[2-4]。研制并科學的推廣施肥技術以及開發新的技術裝備則變為一項迫切的要求。目前社會上主要的二氧化碳氣肥使用方法如下：（1）瓶裝二氧化碳氣肥[5]：將高壓鋼瓶里面的二氧化碳液體氣化使

用，缺點是操作運輸不便，釋放量不易控制，使用時間較短。（2）固體干冰氣化施肥：此技術是將液體二氧化碳在低溫高壓環境下壓縮成干冰，運輸到大棚進行氣化，過程運輸困難，損耗較大，不易推廣;（3）固體顆粒氣肥：將球形或圓柱形顆粒二氧化碳顆粒均勻埋于田地作物中間，表面覆蓋土壤2cm。其缺點是二氧化碳氣體分布在農作物底部，不利于光合作用;（4）燃燒制氣法：在溫室大棚里點燃木炭，產生二氧化碳氣體。其方法是成本高，操作麻煩，還需要增設一氧化碳凈化裝置;（5）化學反應法：使用硫酸與碳酸氫銨化學試劑進行反應生產二氧化碳氣體，但反應過程不安全，如果發生硫酸泄漏會燒壞衣服物品，灼燒操作人員，同時操作繁瑣。

針對這種情況，我們開發出一種新型的二氧化碳氣肥施放系統，即在農作物種植現場設立二氧化碳液體貯罐及配套設施，實施自動控制施肥。

1 系統總體方案

針對我國農業實際情況及我們多年的經驗，結合我國的二氧化碳生產來源及運輸、儲存的方式以及其它行業的實際應用，我們設計了一種新型的二氧化碳氣肥施放系統，即現場設立合適容量的二氧化碳液體貯罐及配套的氣化器。施肥時先進行氣化，再將氣化后的CO2氣體均勻釋放到大棚內，通過事先布置的管路均勻釋放，用量可根據二氧化碳大棚體積進行計算，用閥門調節控制。

在具體使用過程中貯罐內的二氧化碳液體經氣化形成二氧化碳氣體，然后在壓力推動下進入輸送管線，再連接到作業點的帶孔釋放管中，根據用氣時段及用氣量的要求，用調節閥進行控制，也可以預先設定參數，通過遠程自控閥進行自動控制。二氧化碳施肥氣源比較純凈，不含有害物質，施用方便。液體貯罐壓力穩定，質量均衡，二氧化碳釋放的時間及氣量均可以通過調節閥方便的控制，自動化程度比較高，也可以通過預選設定的氣量、時間、棚內二氧化碳的濃度等參數進行遠程控制。二氧化碳質量優良，達到食品級標準要求，有害雜質極少，貯罐內產品一般是同一批產品，質量均衡穩定，且二氧化碳在裝卸、輸送、調節過程均在密閉管道內進行，基本上沒有泄漏，利用率很高。

2 系統硬件設計及工藝流程

2.1 系統硬件設計

貯罐體積設計為30m3左右，可以儲存28噸液體二氧化碳，大約可以滿足10-15天的生產需要，并且隨時可以觀察液位，避免因二氧化碳供應不足而造成損失。一則此容量便于管理和安裝，二則我們一個專用二氧化碳槽車裝載量是30m3左右，正好一車送貨，不僅降低運輸成本，而且避免了因一車多次卸貨可能會造成的質量污染。主管和支管管路的最小壓力須達到1.8bar，二氧化碳氣化后的壓力一般在2MPa（1bar=0.1MPa）左右，可根據情況進行壓力調節使用。一般進入蔬菜大棚的氣體壓力為0.15-0.2MPa之間。采用貯罐及管道供應，可以減少物料的浪費，降低人力搬運成本，省時省力。

2.2 工藝流程

圖1為新型的二氧化碳氣肥施放系統工藝流程示意圖，主要分為貯存、氣化、調節、釋放四個部分，通過對這些部分進行實時調控，實現整個系統正常運行和種植區內二氧化碳的穩態平衡。

3 系統應用效果

根據張掖海升現代農業有限公司的生產數據統計：每天施肥時間段為早上9：00-10：00，下午14：30-15：30，平均每小時每公頃供氣量為120kg-240kg。經二氧化碳氣肥增施后小番茄產量比以前增收10-15%，小番茄平均糖度可提升0.5以上，而且小番茄的發病率降低了32%，顯著的提高了農作物的產量和品質。

蘭州裕隆氣體股份有限公司將循環產業園區內企業在生產過程中產生的二氧化碳廢氣，經過加工、提純后充裝入罐變成氣肥，再成批運送到農民的大棚里。目前，該公司的二氧化碳氣肥技術示范推廣面積已達到400畝。在冬季，10公頃溫室一天的用量約5噸，夏季一天的用量平均10-15噸，陰天用量減一半。每年可消耗1200噸。減排效益十分可觀，極大地促進了當地的循環經濟產業發展。這項技術既對防治大氣污染有重要作用，又變廢為寶，為二氧化碳排放企業找到了一條減排新出路。

4 系統使用注意事項

二氧化碳是蔬菜生長光合作用中必不可少的原料。大棚種植中補充二氧化碳是必需的，但不能盲目使用。在使用新型二氧化碳氣肥施放系統時，要嚴格掌握好使用方法和用量，量多量少都會造成作物氣害，影響農作物的正常生長，造成蔬菜大棚減產。綜合菜農使用二氧化碳氣肥的誤區，在使用二氧化碳氣肥時應注意以下五點：（1）嚴格控制二氧化碳氣肥施用

量。施用過高的二氧化碳氣肥（空氣中二氧化碳的體積分數超過0.5%-0.6%）將會降低光合作用效率。因為二氧化碳的分子量比空氣的大，大量施肥將使大量的二氧化碳聚集在土壤表層，促使根系呼吸作用減弱，從而影響根系的生長發育。適當濃度的二氧化碳能促進農作物的光合作用。（2）合理安排氣肥施用時間。農作物的光合作用在白天有兩個高峰時段，分別是上午的9點到11點和下午的14點半到15點半（冬季棚室條件下），這是因為大棚內二氧化碳濃度由于作物在夜間積累了一定量的二氧化碳，在早晨揭開大棚的1小時內可直接供應，隨著光照和溫度的變化，其用量也應隨之變化。在光合作用的兩個高峰時段，施用適量的二氧化碳氣肥，將會極大地提高光合作用效率，促進農作物生長。同時也應該根據天氣情況，合理安排氣肥施用量。晴天時增加施用量，陰天不施肥。在農作物生長期，晴天增加施肥量，同時也要避免施肥過度抑制正常的光合作用。（3）施肥位置的確認。施肥時盡量均勻的施在農作物的中上部。因為農作物的中上部葉片見光多，光合能力最強，需要的二氧化碳也多。能夠很好的促進農作物的光合作用。施肥過程應該注意不能離作物生長點太近，以免應為二氧化碳濃度過高，抑制其生長。（4）不同生長階段的農作物對施肥用量也不同，當蔬菜進入開花坐果期后進行施肥，這對減少落花果，提高坐果率，促進果實生長具有明顯作用。而茄果類蔬菜從定植至開花，二氧化碳需求量少，一般不需施用。（5）農作物栽培管理。農作物在施用二氧化碳氣肥后，光合作用的養分需求也隨之增多，生理機能的改善，進而導致根系的吸收能力提高，對其它養分的需求也隨之增大，這時候應注意農作物對磷、鉀肥的需求，適當控制氮肥的用量。還應注意改善通風透光，整枝打葉，平衡植株的生殖與營養生產，減少病害的發生。

5 結束語

新型的二氧化碳氣肥施放系統采用在種植現場設置貯液罐及其配套設施的方法，極大地節省了運輸成本，而且應用管道供應和遠程自動控制，可以減少物料的浪費，降低人力搬運成本。在實際試驗過程中發現，使用該系統的農作物產量和品質都有了很大提升。該系統的氣源由工業廢氣提純加工得到，符合綠色可持續的發展理念，促進了循環經濟產業發展。

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