文丘里虹吸原理,虹吸原理简单解释

首页 > 实用技巧 > 作者:YD1662024-02-13 14:00:24

油橄榄 (Olea europ aea L .)属于木犀科 、木犀 榄属常绿小乔木 ,原产于地中海沿岸国家 ,是世界著 名的木本食用油料树种[1-2 ] ,橄榄油就是将其鲜果采 用离心冷榨的纯物理工艺制成的果汁油 ,长期食用 能增强消化系统功能 ,减少心血管疾病的发生 ,促进 骨骼发育 ,是食用油脂中最有益于人体健康的植物油 。 橄榄油不但 是欧美人的主要食用油 ,其工业用 途也十分广泛 ,是酿酒 、饮料 、医药 、日用化工 、纺织 印染 、电子仪表等行业的重要原料 、添加剂或润滑 剂 ,被誉为“液体黄金” 。 我国大规模引种栽培油橄 榄始于 20 世纪 60 年代 ,目前以甘肃 、四川 、云南种 植面积最大 ,并逐步发展到重庆 、陕西 、湖北 、湖南 、浙江 、江苏 、广东 、贵州 、安徽等省部分地区 ,全国现 已发展油橄榄 8 万 hm2 [3 ] 。

文丘里虹吸原理,虹吸原理简单解释(1)

我国是水资源严重紧缺的国家之一 ,油橄榄主产 区水资源普遍短缺 ,尤其是白龙江干热河谷区和金沙 江流域 ,这一区域气候干燥 ,降雨量小 、时空分布不 均 ,大部分油橄榄栽在半山丘陵地带 ,加上灌溉设施 和方法落后 ,造成水分利用率低 ,水分供需矛盾突出 , 严重制约油橄榄产业的高产 、高效发展 ,如何合理高 效利用有限的水资源 ,降低管理成本 ,对保证油橄榄 持续健康发展有着十分重要的意义 ,而应用水肥一体 化智能灌溉技术是解决这一问题的有效途径 。

1 水肥一体化技术概况

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农 业新技术 ,是现代农业生产中最重要的一项综合管 理技术措施 ,具有显著地节水 、节肥 、节能 、省工 、高 效 、环保等诸多特点和优点 。 它起源于无土栽培的 发展 。 随着滴灌技术的发展 ,水肥一体化技术在世 界范围内得到快速推广应用 。 目前 ,在一些水肥一 体化技术发达的国家(如以色列 、美国 、澳大利亚 、西 班牙 、荷兰等) ,已形成了完善的设备生产 、肥料配 制 、推广和服务的技术体系 。 其中以色列在水肥一 体化技术领域处于全球领先地位 。 国家“十二五”规 划明确提出发展节水农业 ,节水农业的核心是水肥 一体化 ,而水肥一体化的核心是滴灌 ,滴灌作为最理 想的节水灌溉方式 ,可直接作用于植株根部 ,再配以 首部控制系统可达到精确施肥和灌水 ,能显著提高 肥料和水分的利用率 ,大量节省劳力 ,施肥速度快 , 效率高 。 显著地增加产量和提高品质[4] 。

随着水肥一体化技术的不断发展 ,在地中海沿 岸国家的油橄榄园中水肥一体化技术被全面应用 , 并成初始建园的必配 。 滴灌是以色列人所发明 ,以 色列也是滴灌技术最发达的国家[5] ,他们每年都在 推出新的滴灌技术与设备 ,已形成世界瞩目的灌溉 与施肥一体化 、精准化的成功运行模式 ,其油橄榄种 植也广泛使用水肥一体化技术 。 现由以色列 NETAFIM 公司生产的不同流量的滴灌设备可满足不 同作物安全可靠地精准化灌溉 。

我国水肥一体化技术水平相对较低 ,普及程度也 不高 ,而在油橄榄园中的应用 ,尚处于起步阶段 ,只在 个别企业的油橄榄园中得到应用 ,且水平不高 。 由于 我国油橄榄园大多地处山坡 ,灌水 、施肥极为不便 。 推广水肥一体化技术是解决这一问题的有效途径 。

2 水肥一体化智能灌溉技术

2 1. 水肥一体化智能灌溉系统

水肥一体化智能灌溉系统以智能自动控制系统 为中心 ,包含施肥系统 ,供水首部系统 ,过滤系统 ,管 道系统 ,压力保护系统 ,田间首部系统 ,滴灌系统 ,智 能自动控制系统 。 通过执行 PC 端人为设定程序 , 各系统在智能控制器的协调下共同运作 ,完成水源 增压 ,过滤 ,调压 ,计量 ,注肥 ,输送 ,灌溉等过程 。 该 系统的核心部件是自动施肥机和滴灌系统 ,它们是 保证精准灌溉的关键 。

2 2. 工作原理

水肥一体化智能灌溉系统是利用可编程控制器 连接田间灌区的电磁阀 ,来分别控制各灌区的施肥 和灌水 ,电磁阀的控制连接分无线和有线两种方式 。 施肥时施肥机上的吸肥通道 ,将肥料罐中配好的营 养液用肥料泵注入灌溉管道 ,连同灌溉水一起适时 适量地施给作物 。 工作原理为在一定压力下 ,注肥 泵产生的吸力 ,使文丘里管道产生虹吸效果将肥料 桶内的液体肥料吸入混肥管道中 ,根据水表的流量 按照设定的母液倍数进行混肥 ,各种肥液在调节流 速下按比例吸入 ,控制系统检测注肥口下游的 EC/ pH 值 ,通过控制文丘里管道泵(电磁头)的开启关 闭频率 ,调节混合的均匀度 ,再输送至灌溉主管道 内 ,直至通过灌水器抵达作物根部或叶面 。 施肥过 程实际上是一个正弦曲线图 ,控制器通过设置的 EC 值来调节吸肥量 ,管道中营养液的 EC 值超过设 定值文丘里管道泵(电磁头)则关闭 ,反之则开启 ,这 样最终的施肥量就能无限接近设定值 ,实现自动精 准施肥的目的 。

实现精准施肥和灌水的另一个关键因素就是选 择适宜的灌水器 。 由以色列 NETAFIM 公司生产 的 PCJ 压力补偿型管上式滴头(流量 4 L /h)和 PC 压力补偿滴灌管(间距为 0 4. m 、流量为 2 0. L /h)最 适宜油橄榄的灌溉 。 管上式滴头适合山地传统橄榄 园的灌溉 ,滴灌管适合平地集约化栽培橄榄园的灌 溉 。 滴头采用迷宫流道 ,增加了抗堵性能 ;滴头内装 有压力补偿硅胶片 ,当管道内水压达到滴头工作压 力时 ,内置压力补偿硅胶片则开启 ,即使在较大的压 力偏差范围内依然可以保持流量精准均衡 。 具有压 力差分专利技术的压力补偿系统 ,能够实现在不同 的进口压力(在建议的工作压力范围内)条件下的均 一流量 ,保证了水 、肥的精确分布 。 这样的设计能够满足水肥一体化灌溉的精准性 ,管上式滴头可以按 照需求设定安装位置 ,在毛管上打孔进行安装 。 油 橄榄可按照每颗树 2 个滴头 ,前后各一个滴头进行 安装 ,滴头装好后将毛管直接铺设在树下地面上 。 滴灌管按照树行进行铺设 ,在树的两边各一条 。 灌 水时 ,智能控制器通过执行 PC 端计算机人为设置 的灌水程序 ,通过控制田间电磁阀在各系统的相互 协作下共同完成灌水过程 。

3 水肥一体化智能灌溉技术在油橄榄 上的应用效果

以陇南市油橄榄研究所大堡油橄榄试验园为例 分析水肥一体化智能灌溉技术在油橄榄上的应用效 果 。 该试验园面积是 1 7.3 hm2 ,传统灌溉方式一般 为人工管灌 ,施肥方式为人工撒施 。 引进水肥一体 化自动灌溉系统后 ,效果显著 ,具有明显的节水 、节 肥 、省工 、增产等优点 。 下面分别就应用水肥一体化 自动灌溉技术后在省工 、节水 、节肥 、增产等方面的 效果进行对比分析 。

3 1. 节省劳力

大堡油橄榄试验园在安装水肥一体化智能灌溉 系统前 ,每年施肥至少 2 次 ,施肥工价 5 元/株 ;灌水 通过人工管灌 ,全年需灌水 6 次 ,工价 1 元/株 · 次 ; 全园核心区域 26 亩 ,共 1600 株树 ,灌水和施肥人工 费为 17600 元 ,每亩需人工费 677 元 。 应用水肥一 体化系统后全园施肥和灌水一个人即可轻松完成 , 全园只需人工费 4000 元(其中施肥 3000 元 、灌水 1000 元) ,每亩只需 154 元 。 由此每亩可节约人工 费 523 元 。 节约人工达 77% 。 运用水肥一体化技 术一个人可管理 500 亩橄榄园 ,如果面积足够大 ,则 节省劳力更加显著 。 在施肥灌溉困难的丘陵山地 , 还可大幅度减轻劳动强度 。

3 2. 节水

传统灌溉方式为人工管灌 ,大堡橄榄园在本项 目实施前采用 1 2. 寸塑料管逐株浇灌 ,每颗树浇足 浇透需用时 5 min ,经测试管道流量为 600 L/h ,则 每颗树需灌水 180 kg ,要把全园 1600 株树全部浇灌 一遍至少需要 16 天 。

大堡油橄榄试验园水肥一体化自动灌溉系统管 上式滴头灌水定额 72 kg /株 ,比传统管灌减少灌水 108 kg ,每亩节水 3240 kg ,节水达 60% ,按 2 元/ m3 ,全年灌水 6 次计 ,每亩全年节约水费 38 .9 元 。 滴灌属精细化灌溉 ,只灌到有效区域 ,相比传统灌溉水分流失小 ,水分利用率更高 。

3 3. 节肥

大堡油橄榄试验园传统施肥方式为人工撒施 , 每年施肥量为磷肥 1 .5 kg /株 ,油橄榄专用肥 1 .0 kg /株 ,共需化肥 2 .5 kg /株 ,全园 1600 株需化肥 4000 kg 。 应用水肥一体化技术后 ,施用的是水溶性 肥料 ,按照油橄榄关键期需肥规律 ,全年共施肥 5 次 ,施肥量 1 0.8 kg /株 ,全园只需 1728 kg 。 经对比 用水肥一体化灌溉系统进行施肥比传统施肥方法减 少施肥量 1 4.2 kg /株 ,全园减少施肥量 2272 kg ,节 肥 56 8.% 。 灌溉施肥可直接将养分输送到根部 ,肥 料是水溶性肥料 ,吸收率利用高 。 而传统施肥方式 施肥量大 ,吸收利用率低 ,会造成土壤富营养化和土 壤污染 ,不利于环保 。

文丘里虹吸原理,虹吸原理简单解释(2)

3 4. 增产

经对大堡油橄榄试验园进入盛果期的成年树进 行产量测定 ,在安装水肥一体化自动灌溉系统之前 , 平均亩产为 289 9. kg (2012 ~ 2015 年) ,安装水肥一 体化自动灌溉系统之后亩产达到 387 .7 kg (2016 年) ,增产 。 由此应用水肥一体化自动灌溉系统后增 产效果明显 ,投入使用后增产 33 7.4% 。

综合来看 ,应用水肥一体化自动灌溉系统后 ,节 约人工 77% ,节水 60% ,节肥 56 8.% ,增产 33 7.4% (如图 1) 。 由此则节约人工最明显 ,该套系统可满 足 66 7. hm2 橄榄园的灌溉 ,如面积足够大 ,则节约 人工成本将更加显著 。

国产水肥一体化智能灌溉系统普遍设计不够精 密 ,关键器件的规格不够全面 、普适性差 、设备精度 较低 、水肥施用量难以控制 ,无法达到水肥浓度精确 配置和控制的目的 。 进口设备虽设计精密 ,运行安 全可靠 ,设备精度高 ,但价格昂贵 、操作复杂 ,需专业 的技术人员才能操作 。 现水肥一体化自动灌溉系统严重依赖进口 ,应加快高质量水肥一体化自动灌溉 设备国产化的研制步伐 ,降低成本 。

在推广应用方面,水肥一体化智能灌溉技术适合于规模化种植 ,只有种植规模足够大才能降低单 位面积的成本投入 ,且面积越大经济效益越显著 。 当前我国油橄榄主产区种植模式大多是家庭种植为 主 ,推广该项技术有较大难度 。 只有通过资源整合 , 土地流转 ,连片集中管理 ,才适于推广 。 而水肥一体 化智能灌溉系统一次性投资大,需政策扶持才能大 范围推广 。

在使用过程中 ,应加强油橄榄不同生长时期的 需肥需水规律的研究 ,结合气象数据 ,制定科学合理的灌溉制度 ,施肥时应按照油橄榄叶片营养诊断技 术来施肥 ,按照缺啥补啥的原则 ,进行科学精准施肥 ,减少化肥的施用量 ,科学高效地灌溉 。

5 水肥一体化智能灌溉技术在油橄榄上的发展前景

水肥一体化智能灌溉技术作为一项先进的农业管理技术 ,由于其诸多优点已成农业发展的趋势 。 我国油橄榄一级适生区普遍存在干旱少雨 、水资源 缺乏的问题 ,产业发展需投入大量劳动力 ,是造成产业效益低的主要原因 ,大力发展水肥一体化自动灌溉技术是解决这一问题的有效途径 。 传统种植模式 需耗费大量劳力 ,而该项技术在节约人工方面效果最明显 ,如面积足够大 ,节约人工可达 90% 以上 ,在 目前劳动力成本日益紧缺的情况下 ,推广水肥一体化自动灌溉技术能够极大地解放劳动力 ,降低人工成本 。 有专家认为 :水肥一体化技术的大面积推广 ,将推动中国农业从传统农业向现代化农业转变 。 国 家“十三五”规划提出化肥零增长 ,倡导水肥一体化 技术的推广 。 中央一号文件多次提出 :大力推广节 水技术 ,全面实施节水灌溉行动 。 要抓住机遇 ,积极 发展水肥一体化智能灌溉技术 ,尽快实现油橄榄种 植的现代化变革 ,实现我国油橄榄可持续发展 。

作者:张海平 ,邓煜

来源:中国林福特产


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