淺析一種高效水肥一體化灌溉設備

喻 晨

（新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

水肥一體化灌溉技術，是有效融合施肥作業與灌溉作業一體化的農業新型技術手段，水肥灌溉一體化基于壓力系統（或地形自然落差），根據土壤養分情況以及種植農作物的種類，在掌握需肥特點和規律上，把液體肥料或者可溶性固體肥料合理配比形成肥液與灌溉水，并通過能夠合理控制的管道系統實現一體化的供水供肥，將溶解后的水肥利用管道以及滴頭均勻滴灌，定時定量對植物根系生長區域進行浸潤，使植物根系生長的土壤，始終保持良好的水分條件與肥效供應，保持土壤疏松透氣。并依照各種植物不同的需肥特點、土壤環境和養分含量，以及作物不同生長期對水分和肥料的需求規律科學設計，定時定量的為植物提供水分與養分，保證作物健康生長。 水肥一體化灌溉技術，主要適宜于有蓄水池、水庫或者水井固定灌溉水源的區域，同時還要求水質較好，符合微觀要求。 特別在一些設施農業栽培、棉花栽培、果樹栽培有條件進行微灌設施建設的區域進行推廣應用。 推廣水肥一體化灌溉技術，離不開水肥一體化灌溉設備，為此，下文結合實踐，對一種適合多工況條件下的高效水肥一體化灌溉設備進行研究與探討，僅供參考[1]。

1 水肥一體化灌溉施肥技術的優點

水肥一體化灌溉施肥技術是把施肥和灌溉充分結合在一起的現代化農業技術手段，這項技術利用壓力灌溉系統，并合理應用液體與固體肥料，由此形成含有作物生長需求營養的灌溉水，通過噴灌或者滴灌方式進行一體化灌溉施肥。 施肥過程當中，水不在空氣中運動，不會打濕葉面，同時也不存在有效濕潤面積之外的土壤表面蒸發，所以水量蒸發的直接損耗非常小。 水量容易控制，不會有地面徑流產生，也不會有深層土壤滲漏，對水源不足比較缺水的山區種植生產非常有利，對山區水利化發展提供了非常好的途徑，因植株間水分沒有充足供應，不易生長雜草，所以大大減輕了作物生長過程中雜草對其養分搶奪的干擾，還避免了除草用工量。 另外，作物根部生長區域，有著良好的供水、供肥，對增產十分有利[1]。

運用水肥一體化灌溉施肥技術，不僅可以大幅減少水資源的浪費，還能提高施肥效率，降低肥料應用量，使農作物施肥作業工序大幅簡化，控制施肥用工。 還能有效降低土壤板結與土壤污染，快速高效，能夠在較短的時間中達到灌溉施肥的效果，這對于自動化大面積管理非常有利，還能實現均勻化的灌溉與施肥，促進作物長勢一致。 實現單株植物獨立灌溉，并經過人為措施對灌溉進行調控與施肥，對作物產期以及上市時間進行調節，很多作物種植都比較適用。

構建一套滴灌系統，在設計過程中，要充分考慮地形地貌、田塊、單元以及土壤質地和采用的種植方式，并對水源特點充分考慮，對管道系統埋深以及灌溉區域面積和管道長度等進行設計，采用水肥一體化灌溉，可以運用管道進行噴灌、灌溉，也可進行加壓滴灌、滲灌等，但忌大水漫灌，這樣容易引發氮素散失，還會使水分利用率下降。

2 水肥一體化灌溉設備現狀

筆者通過相應的調研發現，在水肥一體化灌溉設備中，目前多應用IS 型泵以及旋渦泵、自吸離心泵和潛水泵作為動力設備，然而普遍存在的問題是灌溉設備效率較低，而且應用的工況比較狹窄，存在較大體積的動力基礎，吸肥用閥門無法穩定調節。 IS 泵屬于分離式配套系統設備，體積相對較大而且較為笨重，還需要對底閥進行安裝才能應用，應用效率大幅降低。 同時，由于自吸要求導致自吸離心泵存在較大結構體積，而且效率較低。 另外因揚程曲線陡降因素影響，旋渦泵配套系統設備，通常僅能應用于流量窄小的范圍，潛水泵系統應用過程當中安全隱患較多。 通過調研發現，水肥一體化灌溉施肥系統中應用IS65-50-160 泵作為動力，達到125kg 總質量，而且應用過程中，還需要對底閥進行安裝，使得灌溉設備系統效率大幅降低，同時存在較高的揚程[2]。

3 高效多工況水肥一體化灌溉設備

筆者結合農業機械研究推廣站的一種新型水肥一體化灌溉系統設備前提下，進行相應的研究和探討，設計出一種適合多種工況條件下水肥一體化灌溉設備，該設備具有的特點主要體現在效率非常高，可以應用于多工況條件，并能穩定的調節施肥，有著比較輕便的動力設備。適宜于多工況條件下的高效水肥一體化灌溉設備，如圖1所示。

圖1 高效多工況水肥一體化灌溉設備示意圖

水流利用手壓排氣直聯式汽油機離心泵 （QG80-32型）以及旋流分離器，通過閥門與過濾器向滴管流入，或者向微噴灌支管流入，水肥裝入水肥容器中，并利用單向閥向文丘里管吸入，調節螺絲安裝在文丘里管之上，可以依照流量對應用的肥料溶液量進行調節，把肥液吸入量控制在相關要求水平。

適宜于多工況條件下的高效水肥一體化灌溉設備在組成方面主要有1 臺QG80-32 型泵、多個閥門、兩個壓力表、兩個過濾器、20mm 直徑的滴灌帶、若干個微噴管和相關管路，可以對1.33hm2蔬菜和果樹進行微噴和滴灌。 如果果樹和蔬菜種植專業合作社在10hm2的種植面積，配置一套適合多工況條件下的水肥一體化灌溉設備，便能達到輪灌效果[3]。

動力機選擇應用手壓排氣直聯式汽油機離心泵（QG80-32 型），設計大流量的高效葉輪系，將手壓式排氣裝置設置在泵進口直管部位上，這一灌溉設備具有非常大的流量，具有平坦的揚程曲線和較高的效率，具有較大范圍的流量應用，吸肥裝置運用螺釘進行調節，確保吸肥量的穩定性，使其更加適合水肥一體化微噴灌與滴灌。

手壓排氣直聯式汽油機離心泵（QG80-32 型），轉速設計為3 600 r/min，結構體積相對較小，而且具有相對較輕的重量，機組具有高效率的特點。在滴管過程中，過濾器的應用是最為重要的設備，特別是水源當中存在較多泥沙時，需要將砂石過濾器安裝在泵進水前面，并將碟片式120目過濾器安裝在吸肥裝置后面，對肥料殘渣進行過濾。

4 動力機組對比

性能參數對比如表1 所示。

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5 節能節資計算

5.1 節能計算

單級單吸離心泵（IS65-50-160 型）達到66%的效率水平以及3.31 kW 軸功率，手壓排氣直聯式汽油機離心泵（QG80-32 型） 達到 72%的效率水平以及 3.71 kW 軸功率，每小時中單個灌溉設備能夠達到0.40 kW 節能效果。以一年中持續性的灌溉80 天為例進行計算，可以達到768kW·h 的節能作用，僅僅依照100 套進行相應估算，一年當中，可以達到7.68 萬kW·h 的節電水平，具有十分明顯的節電效益，而且社會效益也十分突出。 在應用IS65-50-160 型泵過程當中需要對底閥進行安裝，這會使灌溉設備系統效率得到大幅降低[4]。

5.2 節資計算

應用IS65-50-160 型泵動力機需要4 000 元左右，而選擇應用QG80-32 型泵動力機則需要2 800 元左右，二者之間有著1 200 元的差價，根據100 套進行估算，能夠減少12 萬元左右的投資。

6 應用前景和效益

設計的水肥一體化灌溉設備，不僅高效，而且適宜于多工況條件，效率非常高，能夠更加穩定地調節施肥，動力機相對輕便，在果樹種植以及蔬菜種植合作社推廣應用這種水肥一體化灌溉設備具有非常重要的現實意義。 同時，在海拔600m 以上缺水少電區域果樹種植過程當中推廣應用這套水肥一體化灌溉設備，具有很好的經濟效益與社會效益。