專利名稱：：植物負(fù)壓給水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種植物栽培與農(nóng)田灌溉技術(shù)，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，可應(yīng)用于農(nóng)作物、蔬菜、林木、花卉、果樹、牧草、球場(chǎng)草坪等植物類需水自動(dòng)給水。
背景技術(shù)：
：由于我國(guó)的13億人口，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活水平提高，我國(guó)的多種資源顯露出明顯不足，其中水、能資源更顯嚴(yán)重缺乏。2003年農(nóng)業(yè)用水3433億立方米，占總用水量的64.5％。截止2003年底，全國(guó)有效灌溉面積達(dá)到8.38億畝；節(jié)水灌溉2.9億畝，農(nóng)業(yè)用電780億千瓦時(shí)占全國(guó)總用電4.81％。而我國(guó)灌溉水利用系數(shù)平均45％，發(fā)達(dá)國(guó)家在80-90％左右，埃及灌溉水利用系數(shù)70％。為扭轉(zhuǎn)這一落后面貌，我國(guó)節(jié)水灌溉發(fā)展必須以提高灌溉水有效利用系數(shù)為中心，在“中國(guó)節(jié)水灌溉規(guī)劃”中提出到2020年使我國(guó)灌溉水有效利用系數(shù)由.45提高到.7，使我國(guó)灌溉生產(chǎn)接近發(fā)達(dá)國(guó)家水平。我國(guó)加入世貿(mào)后，農(nóng)業(yè)又面臨世界農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)向精準(zhǔn)高效發(fā)展，美國(guó)八十年代初提出精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念和設(shè)想，九十年代初進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，部分技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)成熟和成型，在英國(guó)、德國(guó)、荷蘭、法國(guó)、加拿大、澳大利亞、巴西等國(guó)家都有開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究和應(yīng)用的報(bào)道。日本、韓國(guó)等國(guó)家近年來已加快開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究工作，我國(guó)也已在各地開展試點(diǎn)。該發(fā)明在節(jié)水、節(jié)能、精準(zhǔn)、高效上滿足了植物需水要求，為我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉的節(jié)水、節(jié)能、精準(zhǔn)、高效上發(fā)揮作用。愿對(duì)推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)水利現(xiàn)代化起到作用。該發(fā)明利用植物水分生理特性，利用土壤張力特性，實(shí)現(xiàn)植物對(duì)水分連續(xù)自動(dòng)獲取。
發(fā)明內(nèi)容植物負(fù)壓給水系統(tǒng)是利用植物水分生理特性，利用土壤張力特性(見附圖一A)，實(shí)現(xiàn)植物對(duì)水分連續(xù)自動(dòng)獲取，改變間歇灌溉概念，變“灌”為“給”，變“斷續(xù)”為“連續(xù)”，變?nèi)私o的“被動(dòng)”為植物獲取的“主動(dòng)”。植物負(fù)壓給水系統(tǒng)是利用土壤張力將管道中水吸取到負(fù)壓給水頭中，然后再吸取到土壤中，代替現(xiàn)有灌溉中“噴灌、滴灌、滲灌、地面灌”有壓灌溉，稱為負(fù)壓代替有壓(見附圖一B)，達(dá)到《節(jié)能》；以負(fù)壓給水下土壤的非飽和運(yùn)動(dòng)，替代現(xiàn)有灌溉土壤的重力水運(yùn)動(dòng)，減少土壤滲漏和蒸發(fā)損失，達(dá)到《節(jié)水》；以植物連續(xù)主動(dòng)從管道中需要多少吸取多少需給平衡，代替現(xiàn)有間歇式灌溉，造成忽多忽少狀態(tài)，達(dá)到《精準(zhǔn)》，最終得到《高效》。植物負(fù)壓給水系統(tǒng)與灌溉系統(tǒng)不同之處，可以總結(jié)為三變?nèi)嬉桓咝АＶ参镓?fù)壓給水系統(tǒng)的物理體系核心是由“負(fù)壓給水頭”與“零壓閥”組成，其它水泵、管道與現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)一致。而自動(dòng)控制部分簡(jiǎn)單，管道部分是靠水壓驅(qū)動(dòng)“零壓閥”，不需要電磁閥與電纜。系統(tǒng)不分大小是連續(xù)向管道中給水，只泵站靠壓力控制自動(dòng)啟閉全系統(tǒng)(見附圖四、五)，會(huì)大大促進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉現(xiàn)代化發(fā)展。植物負(fù)壓給水系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)作物、蔬菜、林木、花卉、果樹、牧草等植物類需水自動(dòng)給水。植物負(fù)壓給水系統(tǒng)可應(yīng)用于不限地形，可平原，可山地。植物負(fù)壓給水系統(tǒng)可應(yīng)用于可旱田，可水田。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是植物負(fù)壓給水系統(tǒng)是利用土壤張力，將水由低于給水頭的水管中吸取到給水頭中，這一過程稱“負(fù)壓吸水”，土壤由給水頭中吸取水稱“負(fù)壓給水”，給水頭張力是按植物生長(zhǎng)最佳土壤張力設(shè)計(jì)，土壤中張力與給水頭張力平衡，土壤水分就不再增加，當(dāng)植物從土壤吸取水分，張力失去平衡，負(fù)壓給水頭繼續(xù)向土壤中供水，再達(dá)到新的平衡；如植物不從土壤中吸取水分，負(fù)壓給水頭就停止供水。該系統(tǒng)給水多少?zèng)Q定植物需要，靠生物需水自然規(guī)律達(dá)到給水的自動(dòng)化，從而做到了植物需水的科學(xué)精準(zhǔn)。對(duì)植物從土壤水分中吸取水分的“力”、“能”、“勢(shì)”、“位”等概念早在1907年(見文獻(xiàn)1)后續(xù)40年間世界各國(guó)有多人研究，直至今天，人們只限于這一過程理論解釋、數(shù)值測(cè)定、界線界定、測(cè)定方法上，沒有應(yīng)用這一原理制作物理系統(tǒng)，作為滿足植物生長(zhǎng)的需要。植物負(fù)壓給水系統(tǒng)填補(bǔ)這一空白，它使?jié)M足植物需水要求不僅有“灌”、“澆”、“噴”、“滴”的有壓形式，又多了一種“給”、“供”負(fù)壓方法，“灌”、“澆”、“噴”、“滴”的方法模擬了自然界降雨行為，而“給”、“供”負(fù)壓方法模擬了自然界地下潛水對(duì)植物的給水行為。負(fù)壓給水關(guān)鍵一是如何獲得負(fù)壓，在自然界潛水對(duì)植物的給水，是靠土壤毛管力，將低于根系1-2米多地下水吸到地面，植物負(fù)壓給水系統(tǒng)的核心技術(shù)是“負(fù)壓給水頭”，負(fù)壓給水頭模擬土壤張力，將管道中水吸引到給水頭中，該發(fā)明負(fù)壓給水頭是由砂、石英、水泥或陶土、廢瓷顆粒加工制作。使負(fù)壓給水頭張力與植物生長(zhǎng)適宜濕度時(shí)的土壤張力相當(dāng)，負(fù)壓給水頭張力控制了對(duì)土壤的給水強(qiáng)度，使土壤濕度維持在最佳狀態(tài)。負(fù)壓給水關(guān)鍵二是如何創(chuàng)造負(fù)壓條件，把與負(fù)壓給水頭一平水位稱為零壓，低于負(fù)壓給水頭的水位是負(fù)壓。與噴滴要求壓力才能灌溉相反，負(fù)壓給水頭，需要負(fù)壓條件，即管道水位要低于負(fù)壓給水頭，植物才能得到生長(zhǎng)適宜濕度，如果在有壓下，土壤水將處在飽和狀態(tài)，植物會(huì)受漬而成澇災(zāi)。附圖一中給出在二級(jí)給水系統(tǒng)中，只要設(shè)一水池，使水面低于地面，既能滿足負(fù)壓需要，但如何在山地供水系統(tǒng)中創(chuàng)造負(fù)壓條件，是負(fù)壓給水系統(tǒng)的第二難題，該發(fā)明是發(fā)明“零壓閥”來完成的(見附圖三)。在山地供水系統(tǒng)中，要使山上有水，必需將水加壓送到山上，這樣不能直接把有壓水接到負(fù)壓給水頭上，如果負(fù)壓給水頭中是有壓水，土壤就處在飽和狀態(tài)?！傲銐洪y”是將管道中有壓水變成零壓，再將零壓水送到負(fù)壓給水頭下面，變成負(fù)壓(見附圖五)。零壓閥工作原理就是浮球閥原理，但零壓閥上還裝有調(diào)節(jié)閥和通氣閥，是三閥合一，是特制的植物負(fù)壓給水系統(tǒng)管道閥(見附圖三)。負(fù)壓給水關(guān)鍵三是如何讓負(fù)壓給水頭產(chǎn)生負(fù)壓，這是工藝過程，在每段給水開始時(shí)必需排出管道內(nèi)空氣并使負(fù)壓給水頭充水，方法是要將管道和負(fù)壓給水頭充滿水，如附圖一B中所示的啟動(dòng)水壓力曲線，該狀態(tài)停留3分鐘，后使水壓維持在附圖一B工作壓力曲線狀態(tài)。應(yīng)注意是要保證管道系統(tǒng)無漏氣處，方能使系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓。本發(fā)明的有益效果是植物與常規(guī)灌溉系統(tǒng)比，①變“灌”為“給”，變“斷續(xù)”為“連續(xù)”，變?nèi)私o的“被動(dòng)”為植物獲取的“主動(dòng)”；以“負(fù)壓”替“有壓”，以土壤水“非飽和”替“飽和”，以“需給平衡”替“忽高忽低”，三變?nèi)婢彤a(chǎn)生節(jié)能、節(jié)水、精準(zhǔn)、高效。②對(duì)于小型灌溉系統(tǒng)由于連續(xù)給水，正套系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)流量縮小4-7倍；大型灌溉系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)是采用輪灌，而負(fù)壓給水系統(tǒng)連續(xù)給水，輪灌區(qū)管道縮小了輪灌次數(shù)的倍數(shù)，而總管道不變，可見系統(tǒng)投資將大幅減少。③由于適時(shí)適量滿足植物需水，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加栽培收獲。④與噴滴灌比，負(fù)壓給水頭不存在堵塞，石質(zhì)材料制成，使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行成本更低。⑤負(fù)壓給水系統(tǒng)所有管網(wǎng)和負(fù)壓給水頭都埋設(shè)地下，有利田間植物栽培管理。附圖一植物負(fù)壓給水系統(tǒng)原理與實(shí)現(xiàn)示意圖附圖二負(fù)壓給水頭效果圖附圖三零壓閥效果圖附圖四植物負(fù)壓給水系統(tǒng)示意圖(小形平原區(qū))附圖五植物負(fù)壓給水系統(tǒng)示意圖(山區(qū)或大給水系統(tǒng))具體實(shí)施方式植物負(fù)壓給水系統(tǒng)用料負(fù)壓給水頭采用砂、石英、水泥或陶土、廢陶粒、石英、成孔劑或塑料與陶粒復(fù)合材制作。零壓閥采用塑料或鋁合金或鑄鐵制作。關(guān)鍵技術(shù)1負(fù)壓給水頭《多材質(zhì)多級(jí)系列配方》，為滿足不同土壤與植物需水要求，可利用砂、石英、水泥或陶土、廢陶粒、石英、成孔劑或塑料與陶粒復(fù)合材，通過改變顆粒組成與粘結(jié)劑用量及成型壓力可形成系列產(chǎn)品，其中陶瓷制品燒制，塑料復(fù)合材由熱壓或拉制而成，產(chǎn)品指標(biāo)以材質(zhì)、透水率、供水面積區(qū)分，在植物負(fù)壓給水系統(tǒng)中負(fù)壓給水頭由細(xì)塑料管連接到支管上(見附圖四)。關(guān)鍵技術(shù)2零壓閥《三閥合一》，零壓閥是由浮球閥、注水閥、進(jìn)氣閥三閥組成。浮球閥是保證支管處在零壓狀態(tài)，它由進(jìn)水管、出水管、閥體、活塞、撥桿、浮球、閥蓋組成(見附圖三)。注水閥安裝在進(jìn)水管上方，是一個(gè)截止閥，通過閥門向負(fù)壓給水頭中注水。進(jìn)氣閥又與注水閥結(jié)合，注水閥旋桿是管狀(見附圖三放大圖B)，旋桿管上通注水閥旋鈕與空氣相通(見附圖三放大圖D)，旋桿管下通注水閥板(見附圖三放大圖C)與零壓閥內(nèi)相通(見附圖三放大圖E)。注水閥旋鈕帶外絲扣，旋鈕上再加裝帶內(nèi)絲扣帽蓋(見附圖三放大圖A)，旋轉(zhuǎn)帽蓋可打開或封閉旋鈕上氣孔(見附圖三放大圖D)。關(guān)鍵技術(shù)3負(fù)壓操作程序《負(fù)壓操作》，給水開始時(shí)打開注水閥向支管放水，使管內(nèi)水位上升至“負(fù)壓給水頭”頂部，達(dá)到水位三分鐘后，關(guān)閉注水閥，水位會(huì)自動(dòng)回落到工作水位。此時(shí)再打開進(jìn)氣閥，使零壓閥內(nèi)處于大氣壓下。此操作可手動(dòng)完成，也可作成電磁閥結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，自動(dòng)控制也只需一根電纜全系統(tǒng)同時(shí)動(dòng)作。主要文獻(xiàn)表<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="748">書名作者出版1土壤物理?xiàng)l件與植物生長(zhǎng)2植物生理學(xué)講座3農(nóng)業(yè)水文學(xué)B.T.Shaw翻譯朱祖祥等古谷雅春等等翻譯程炳嵩施成熙粟宗嵩主編科學(xué)出版社1965年科學(xué)出版社1979年農(nóng)業(yè)出版社1984年。</table></tables>權(quán)利要求1.一種“植物負(fù)壓給水系統(tǒng)”，由負(fù)壓給水頭、零壓閥及管道系統(tǒng)組成，其特征是利用植物水分生理特性，利用土壤張力特性，實(shí)現(xiàn)植物對(duì)水分連續(xù)自動(dòng)獲取，改變間歇灌溉概念，變“灌”為“給”，變“斷續(xù)”為“連續(xù)”，變?nèi)私o的“被動(dòng)”為植物獲取的“主動(dòng)”，該發(fā)明物理體系核心是由“負(fù)壓給水頭”與“零壓閥”組成，系統(tǒng)不分大小是連續(xù)向管道中給水，末級(jí)管道水面低于地面，負(fù)壓給水頭高于末級(jí)管道水位，可應(yīng)用于農(nóng)作物、蔬菜、林木、花卉、果樹、牧草、球場(chǎng)草坪等植物類自動(dòng)給水，也可用于水田濕潤(rùn)給水。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物負(fù)壓給水系統(tǒng)，負(fù)壓給水頭《多材質(zhì)多級(jí)系列配方》，其特征是為滿足不同土壤與植物需水要求，可利用砂、石英、水泥或陶土、廢陶粒、石英、成孔劑或塑料與陶粒復(fù)合材，通過改變顆粒組成與粘結(jié)劑用量及成型壓力可形成系列產(chǎn)品，其中陶瓷制品燒制，塑料復(fù)合材由熱壓或拉制而成，產(chǎn)品指標(biāo)以材質(zhì)、透水率、供水面積區(qū)分，在植物負(fù)壓給水系統(tǒng)中負(fù)壓給水頭由細(xì)塑料管連接到支管上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物負(fù)壓給水系統(tǒng)，零壓閥《三閥合一》，其特征是零壓閥是由浮球閥、注水閥、進(jìn)氣閥三閥組成，浮球閥是保證支管處在零壓狀態(tài)，它由進(jìn)水管、出水管、閥體、活塞、撥桿、浮球、閥蓋組成；注水閥安裝在進(jìn)水管上方，是一個(gè)截止閥，通過閥門向負(fù)壓給水頭中注水；進(jìn)氣閥又與注水閥結(jié)合，注水閥旋桿是管狀，旋桿管上通注水閥旋鈕與空氣相通，旋桿管下通注水閥板與零壓閥內(nèi)相通，注水閥旋鈕帶外絲扣，旋鈕上再加裝帶內(nèi)絲扣帽蓋，旋轉(zhuǎn)帽蓋可打開或封閉旋鈕上氣孔。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物負(fù)壓給水系統(tǒng)，操作程序《負(fù)壓操作》，其特征是給水開始時(shí)打開注水閥向支管放水，使管內(nèi)水位上升至“負(fù)壓給水頭”頂部，達(dá)到水位三分鐘后，關(guān)閉注水閥，水位會(huì)自動(dòng)回落到工作水位，此時(shí)再打開進(jìn)氣閥，使零壓閥內(nèi)處于大氣壓下，此操作可手動(dòng)完成，也可作成電磁閥結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。全文摘要植物負(fù)壓給水系統(tǒng)是由負(fù)壓給水頭、零壓閥及管道系統(tǒng)組成，利用土壤張力特性，實(shí)現(xiàn)植物對(duì)水分連續(xù)自動(dòng)獲取，改變間歇灌溉概念，變“灌”為“給”，變“斷續(xù)”為“連續(xù)”，變?nèi)私o的“被動(dòng)”為植物獲取的“主動(dòng)”，節(jié)能、節(jié)水、精準(zhǔn)、高效系統(tǒng)投資將大幅減少。系統(tǒng)不分大小同時(shí)保證管道中有水，零壓閥能將壓力管道中水位變?yōu)榱銐?，末?jí)管道水面低于地面，負(fù)壓給水頭高于末級(jí)管道水位但可連續(xù)按最佳土壤濕度向植物供水，能適時(shí)適量滿足植物需水量，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加栽培收獲。負(fù)壓給水頭不堵塞，使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行成本更低，設(shè)備埋設(shè)地下，有利田間植物栽培管理?？蓱?yīng)用于農(nóng)作物、蔬菜、林木、花卉、果樹、牧草、球場(chǎng)草坪等植物類自動(dòng)給水。文檔編號(hào)A01G27/00GK1823578SQ200510045890公開日2006年8月30日申請(qǐng)日期2005年2月21日優(yōu)先權(quán)日2005年2月21日發(fā)明者宋毅夫申請(qǐng)人:宋毅夫