專利名稱：一種節(jié)水栽培灌溉作物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種節(jié)水栽培灌溉作物的新方法，其技術(shù)特征是，由外套管內(nèi)伸出的、涂布有特殊化學(xué)物質(zhì)的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束和集水防蒸發(fā)裝置、作物地表下的微型儲水池等組成，通過伸出的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束與植物根毛的緊密結(jié)合，在根毛的吸引力作用下，實(shí)現(xiàn)水份的轉(zhuǎn)移。使作物由自身需要來自行調(diào)節(jié)水量的供應(yīng)。在毛細(xì)管吸水所能達(dá)到的高度內(nèi)，毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束對作物單位時間輸水量與水壓大小無關(guān)，與毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束橫截面積的大小和毛細(xì)管自身對水吸引力的大小有關(guān)，更與伸出管外的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束及作物的根毛結(jié)合程度有關(guān)。在沒有任何外加能量和壓力的情況下，毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束能將低于作物根系的水不斷地提升并通過伸出管套外的毛細(xì)管轉(zhuǎn)移給高于水源的植物；能將水壓高于植物根部的水轉(zhuǎn)化為無壓力的水，使水輸送均勻、穩(wěn)定、精確，無重力水產(chǎn)生，沒有水的浪費(fèi)。
眾所周知，目前灌溉作物的形式有漫灌、噴灌、微灌等，而微灌又分滴灌、微噴灌，涌泉灌及管道滲水。微灌技術(shù)比漫灌噴灌都能節(jié)約水，對農(nóng)業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但尚有不足之處。一是受水壓影響。水壓越大流出的水就越多，除管道滲灌外，沒有正水壓的驅(qū)動，微灌就停止，為保持水壓，就需要消耗能量；二是有重力水流失。當(dāng)水壓較大時，滴、噴、滲的水就越多，就會產(chǎn)生徑流水、重力水、使水流失浪費(fèi)。三是堵塞。涌泉灌及管道滲灌，由于受熱脹冷縮影響，埋入地下涌泉灌的管道孔易被泥土堵塞，管道滲灌也易被污染物細(xì)粒所堵塞、影響持續(xù)灌溉。需要清洗才能重新運(yùn)作。四是管壁滲灌及孔眼滲灌都不適合在無土的地面、空中應(yīng)用，也不適合與盆栽連接耕作。五是最重要的，目前的所有灌溉方式都不能在無外壓、無外加能量的情況下，將低于作物相當(dāng)距離的水源進(jìn)行提升，對處高位的作物進(jìn)行有效的灌溉。雖然也有文獻(xiàn)介紹，利用棉芯或天然纖維作為吸水毛細(xì)管引水種植物，但運(yùn)用的是虹吸的原理，同時毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束既不從管套內(nèi)伸出，也不進(jìn)行特殊化學(xué)處理，就不能將水從低處向高處轉(zhuǎn)移出去，更不能防腐，維持供水持續(xù)性。
本發(fā)明力圖克服上述這些不足，采用經(jīng)特殊處理的毛細(xì)管集束與水源、輸水管道和集水防蒸發(fā)裝置相結(jié)合技術(shù)的辦法，利用毛細(xì)管對水的吸引力，通過從管內(nèi)伸出的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束將水引至所栽培作物的根部活動區(qū)，作物根毛可直接吸收；或通過從管內(nèi)伸出的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束先將水轉(zhuǎn)移至土壤，再經(jīng)土壤的毛細(xì)管將水?dāng)U散，然后供植物吸收。根據(jù)科學(xué)家測定，植物根毛對水的吸收力相當(dāng)于15.2×105帕，大于毛細(xì)管對水的吸引力。只要植物根系中的根毛與伸出的毛細(xì)管緊密結(jié)合，就能直接從插入水源的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束取得水份。本發(fā)明一般采用毛細(xì)管布吸收和輸送水份并與作物根系交換水份，因為毛細(xì)管布除了縱向吸收輸送水份外還能夠橫向?qū)⑺輸U(kuò)散分布并能較均勻的涂布和固定化學(xué)物質(zhì)使作物能更好的吸收，較之毛細(xì)管集束有明顯的優(yōu)越性。
植物對水份的吸收打破了毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束對水份吸引的平衡現(xiàn)象，毛細(xì)管需從水源再吸引水份建立新的平衡，使對植物的灌溉得以繼續(xù)進(jìn)行。植物的需水量調(diào)節(jié)著毛細(xì)管的輸水量。植物在通過伸出套管外的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束吸收水份的同時，還吸收緩釋出來的減少葉孔蒸騰的化學(xué)物質(zhì)、微量元素、生長調(diào)節(jié)劑，能更大地發(fā)揮這些物質(zhì)的作用收到節(jié)水和增產(chǎn)的效果。這種灌溉形式有別于目前任何一種灌溉形式。它的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是1.能將處于作物下方的水，在無外加能量和壓力的情況下，由毛細(xì)管吸收提升通過伸出套管外的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束供作物吸收。毛細(xì)管將水吸引提升所能達(dá)到的高度，決定于水源位置的高低和毛細(xì)管自身對水吸引力的大小及植物根毛與伸出管外毛細(xì)管結(jié)合的緊密程度。
2.在無外加能量的情況下，能依靠伸出管套外的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束與土壤毛細(xì)管或植物根毛的密接，完成水份的不斷轉(zhuǎn)移，最終完成灌溉過程和保持灌溉的持續(xù)性。
3.毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束單位時間的供水大小，與水的壓力大小無關(guān)，只與毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束所含毛細(xì)管數(shù)和毛細(xì)管對水吸引力有關(guān)，與植物根毛同伸出管外的毛細(xì)管結(jié)合度(含結(jié)合面積、互相間的緊密程度)有關(guān)，因此，由植物需要作為動力，能使所供應(yīng)的水做到穩(wěn)定、均勻、定向、精確。沒有重力水產(chǎn)生，沒有水的浪費(fèi)。
4.毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束輸送出來的毛細(xì)管水易被土壤的毛細(xì)管吸收、擴(kuò)散，能使板結(jié)的土壤變得疏松、有利于作物根系活動層生態(tài)環(huán)境的改善和空氣交流，使作物更好地生長。
5.通過集雨防蒸發(fā)裝置的采用，通過向伸出管套外的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束涂布的能調(diào)節(jié)作物葉面蒸騰的化學(xué)物質(zhì)和超強(qiáng)吸水劑等，又更能節(jié)約水分。同時，涂布在毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束的物質(zhì)，由于相對集中緩釋，能發(fā)揮更大作用。
6.適用于一切栽培空間和地域。
這種栽培灌溉方式是這樣來實(shí)現(xiàn)的先將毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束用防腐劑等特殊物質(zhì)處理好，并將伸出套管外的部分涂布能調(diào)節(jié)葉面蒸發(fā)孔大小的化學(xué)物質(zhì)、超強(qiáng)吸水劑、微量元素、生長調(diào)節(jié)劑或它們的復(fù)配混合物。毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束可用植物纖維、化學(xué)纖維、礦物纖維單獨(dú)或互相組合制成，只要經(jīng)處理后吸水快、輸水能力強(qiáng)、耐酸堿、耐老化、實(shí)用價廉就可以。為了防止水份在毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束輸送過程中的損失，毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束要有不透水的外套、可用塑料薄膜或橡膠制成。毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束與水接觸一端是開孔的，有利于水的進(jìn)入；與土壤或植物根系接觸的一端，毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束露出外套，有利于水份轉(zhuǎn)移至土壤或直接被植物吸收。水源是通過輸水管道供應(yīng)時，毛細(xì)管布或毛細(xì)管束必須插入水管里，在插入交界處互相之間必須緊密銜接，以防止溢水。有外套并伸出外套的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束，也可直接插入水源，如插入微型小水窖，以取得水份供作物吸收。在使用集雨防蒸發(fā)裝置時，先將該裝置放入泥土或其他基質(zhì)，再在其上凹中央打孔栽入作物，其下面與預(yù)先放好的伸出管套外的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束緊密連接。具體實(shí)施方案有一、水源(供水管道、儲水池)通過有伸出外套的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束與栽培容器或土壤的作物相連接。
此種情況要按栽種作物的密度、作物的需水量、水源的水面與栽培容器的垂直距離、伸出管套外的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束與作物根系的距離來決定毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束的分布和毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束的長度。
1.栽培容器或土壤的作物與供水管的垂直距離為零，只要很短的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束，就可完成將水轉(zhuǎn)移給作物，這種栽培，有利于節(jié)約毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束，即可在地面或土壤進(jìn)行，也可用栽培容器埋入地下或在空中進(jìn)行。埋在泥土、沙子進(jìn)行栽培時，栽培容器可用薄膜制成，以降低成本減少水份蒸騰。
2.栽培容器或栽在土壤的作物根部與水源(供水管道或儲水池)有距離。
(1)栽種在容器或栽在土壤的作物高于水源(供水管道、儲水池)的栽培。這種栽培，作物在上，水源(供水管道、儲水池)在下。作物與水池的垂直距離一般在200cm以內(nèi)。如在平原的莊稼地，挖掘一個深200cm的水窖，將地表徑流水引聚于內(nèi)、然后將水從窖底用輸水管道引出，并按這個深度水平延伸至要灌溉的作物。按作物的距離在供水管道上打好孔，將有保護(hù)外套的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束的一端插入供水管內(nèi)，另一端有毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束從管套內(nèi)伸出，與栽種的作物相連接，將水通過毛細(xì)管物質(zhì)吸引至作物根部或土壤基質(zhì)供植物吸收。
(2)一條輸水管與多行栽種的作物相連接。即用一條供水管道，按照所種作物行數(shù)及株與株之間距離打孔，通過插入長短不一的毛細(xì)管集束，分別與栽種的作物進(jìn)行連接，一條輸水管道即可為多行的作物灌溉。
(3)栽種在容器或栽種在土地里的作物低于水源(供水管道或儲水池)的栽培。這種栽培灌溉，一是直接用毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束將水源(供水管道或儲水池)的水引入下面栽種的作物，將毛細(xì)管布或毛細(xì)管束埋入土壤里。如在大棚，可在地面上建筑一個水池，在地面下也可構(gòu)筑一個水池引聚大棚邊緣雨水。當(dāng)上層儲水池的水用完后，通過移動水泵將地下水池的水抽入上層水池，維持水從上至下的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束灌溉。
3.盛水容器與栽培容器相連接栽培。用毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束將盛水容器與栽培容器相連接，既可將儲水容器置于作物之上，也可置于作物之下。并可把栽培容器和儲水容器制成各種造型，如動物型、人物型、礦物型、植物型、還可相互組合搭配，以增加藝術(shù)觀賞性。
二、在平地和坡地里建微型儲水庫栽培灌溉。
在平地或坡地挖坑，作防滲處理。坑的容積視栽種作物和當(dāng)?shù)赜炅慷?。下雨時，將一定范圍的地表徑流水引入儲存，然后用輸水管道和毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束將水引灌作物，也可單獨(dú)使用毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束插入微型水池完成灌溉。
三、空中立體栽培灌溉。
根據(jù)需要，可將供水管道組裝成各種立體形狀，固定在空間并放置與之相應(yīng)的栽培容器，可形成寶塔式、斜坡式、圓柱式、方柱式、平面與斜坡結(jié)合式、寶塔與平面結(jié)合式、圓柱與斜坡結(jié)合式、方柱與平面結(jié)合式等圖案。栽在容器的作物所需要的水份，通過毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束從供水管道內(nèi)引至容器作物根系活動區(qū)，供作物吸收。
四、在樓頂、沙石地面上進(jìn)行栽培灌溉。
在樓頂建儲水池，離儲水池底部10cm之處安裝有總開關(guān)的出水管，出水管外接橫向的具有多出水口的管道，每個出水口的管道距離，以所種作物的行距要求而定。然后將安裝有毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束的供水管與之緊密銜接。將裝有種植泥土或其他基質(zhì)的容器的底部插入輸水的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束，在容器種上作物，淋定根水后，只要栽培基質(zhì)營養(yǎng)配合得當(dāng)或在儲水池中加入營養(yǎng)液，作物就可正常生長。在波浪式起伏的地形特別是硬石地帶，只要波峰與水源水面垂直距離不超過毛細(xì)管對水吸引提升的高度，將填充有毛細(xì)管物質(zhì)的供水管道一端插入水源，水就可沿供水管道越過波峰供給所栽種的作物吸收。
五、在沙漠地進(jìn)行栽培灌溉。
首先在沙漠地適當(dāng)?shù)牡胤綐?gòu)筑儲水池。水池上面要密封以防水份蒸發(fā)。在儲水池離底部10cm處引出總開關(guān)管道，管道出口橫向銜接具有多出口開關(guān)的管道，此管道是定位在沙漠地表面還是埋入沙漠地層里，依據(jù)儲水池的位置和種植作物的需要而定。一般采用將集雨防蒸發(fā)的裝置容器埋入沙土內(nèi)。將植物生長需要的有機(jī)和無機(jī)肥料與沙漠的沙摻混，填滿該容器。植物從集雨防蒸發(fā)裝置中央種入，并從容器底部將導(dǎo)水的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束插入。在沙漠的種植還可采用超強(qiáng)吸水物質(zhì)相對固定水份，除在伸出的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束涂布防植物葉面的化學(xué)物質(zhì)外，還采用噴灑能形成膜的技術(shù)防止植物所需要水份的蒸騰損失。
此外，該方法還可與電子化監(jiān)控地下水和作物生長情況相結(jié)合，使耕作更現(xiàn)代化。
本發(fā)明創(chuàng)造的節(jié)水栽培灌溉方法，有巨大的現(xiàn)實(shí)性和社會意義。一是適應(yīng)面廣?？捎糜谏呈貛А⑸衬?、干旱地區(qū)、平原無水庫地區(qū)、漏水地、海島、水面、空中、家居陽臺、樓頂、墻壁等空間和平面。如在缺水平原地，有雨水時很快流失。沒有池塘和水庫截流。用這種灌溉方法，可在地表下面挖窖或水池，將地表水聚集、儲蓄，用輸水管道與之銜接，再通過毛細(xì)管物質(zhì)吸引提升到作物根系活動區(qū)，供植物吸收。不消耗能量，投入少，易于實(shí)行。用這種方法可擴(kuò)大人類生活所需食物的種植面積。二是既節(jié)水又增產(chǎn)。本發(fā)明人在廣西博白縣大田用供水管道和從管套伸出的毛細(xì)管集束輸水做栽培萵筍實(shí)驗，加入極少防蒸騰物質(zhì)，在空氣濕度50-70％，氣溫20℃±5℃下，畝產(chǎn)比一般傳統(tǒng)方法增加50％，達(dá)到7492.5公斤，節(jié)水顯著，每公斤萵筍才耗水4.5公斤，比滴灌節(jié)水70％。三是節(jié)能節(jié)肥。因為所用的水可為地表面以下的水，無須加壓和提高水位，用的是自然力量。無需能源。沒有重力水帶走肥料。四是疏松土壤。節(jié)約勞力。毛細(xì)管水有巨大活力，不管是由下向上走還是由上往下走，可將土壤疏松，防止板結(jié)、再加上施肥、施藥工作可通過供水管道和毛細(xì)管物質(zhì)進(jìn)行，大大節(jié)約了勞力。五是投入少。無須特殊的加壓和提高水位設(shè)備，所建水池可在地表以下，投資者種植西瓜、葡萄等瓜果類作物，每畝地只需投入300余元，可用10年以上。
總而言之，這種節(jié)水栽培灌溉方法，是當(dāng)今世界上最節(jié)水的辦法，對解決世界性缺水具有現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)聯(lián)合國預(yù)測，進(jìn)入21世紀(jì)初期，全世界就有三分之一的國家嚴(yán)重缺水。我國也列入了貧水國家。再加上土地由于荒漠、沙化等原因日益減少，許多科學(xué)家論證，地球至多只能養(yǎng)活100億人，而現(xiàn)在地球的人口已超過60億。人口對水源、土地的壓力很大。埋伏了社會動蕩的因素。本發(fā)明是節(jié)水和利用一切平面，空間栽種作物的有效手段，也是改造沙漠和阻止土地荒漠化的有效手段，可作到社會效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一，具有巨大的市場潛力，值得大力推廣。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)水栽培灌溉作物的新方法，其技術(shù)特征是，由裝入外套管內(nèi)、并從管內(nèi)伸出的、涂布有特殊化學(xué)物質(zhì)的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束和集水防蒸發(fā)的裝置、作物地表下的微型儲水池等組成，使作物由自身需要來自行調(diào)節(jié)水量供應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，其技術(shù)特征是，伸出外套的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束與作物根系活動層相連接，另一端與水源或輸水主管道連接，被連接的管道內(nèi)既可以是空心式的，也可以是充滿毛細(xì)管物質(zhì)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，其技術(shù)特征是，在一定高度內(nèi)，毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束對作物單位時間輸水量與水壓大小無關(guān)，與毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束橫截面積的大小和毛細(xì)管自身對水吸引力的大小有關(guān)，更與作物根毛和伸出管外的毛細(xì)管結(jié)合的緊密程度有關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，其技術(shù)特征是，伸出套管外與作物根系相連接的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束可展開成扇形或圓形，其上面所涂布的特殊化學(xué)物質(zhì)是指能調(diào)節(jié)作物葉面蒸騰的化學(xué)物質(zhì)以及微量元素和生長調(diào)節(jié)劑、超強(qiáng)吸水劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，其技術(shù)特征是，集水防蒸發(fā)裝置是一個上凹下開的圓筒，上凹中央開孔，使雨露能聚集滲入土里并種入作物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，其技術(shù)特征是，在地表以下建筑微型儲水池，引聚地表徑流蓄水，用有外套的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束能將低于作物的水提升并通過伸出管套外的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束將水轉(zhuǎn)移對作物進(jìn)行灌溉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，其技術(shù)特征是，與毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束連接的栽培容器，可成行地固定在地面、樓頂、陽臺、水面、空中或埋在土壤內(nèi)，容器形狀可制成動物型、人物型、植物型、礦物型及組合型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，其技術(shù)特征是，毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束是經(jīng)過防腐和提高輸水性能處理的植物纖維、化學(xué)纖維及礦物纖維。
全文摘要
本發(fā)明是一種節(jié)水栽培灌溉作物的方法,其技術(shù)特征是,由裝入外套管內(nèi)并從管內(nèi)伸出的、涂布有特殊化學(xué)物質(zhì)的毛細(xì)管布或毛細(xì)管集束和集水防蒸發(fā)裝置、微型儲水池等組成,使作物由自身需要來自行調(diào)節(jié)水量供應(yīng);排除了水壓對輸水量的影響;使水輸送均勻、穩(wěn)定、精確,無重力水產(chǎn)生,沒有水浪費(fèi)。耗用6噸水就可產(chǎn)生一噸生菜或萵筍。是世界上最省水的栽培灌溉技術(shù)。此技術(shù)的推廣使用,有難于估量的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號A01G9/02GK1347638SQ0012977
公開日2002年5月8日 申請日期2000年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月12日
發(fā)明者王貞良, 王哲 申請人:韓玉娥