CN115856222B - 一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于作物灌溉试验方法领域，具体涉及一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，包括挖掘栽培槽及蒸腾槽，铺设隔水塑料膜，栽培槽及蒸腾槽内回填土壤并埋设渗灌管，在栽培槽内定植作物，记录此时栽培槽及蒸腾槽的计量水表读数，通过栽培槽及蒸腾槽的计量水表读数计算得到作物水分消耗量。本发明采用增设蒸腾槽作为对比试验，通过与栽培槽进行相同处理使得两槽的土壤湿度、单位面积蒸发量接近，为后续计算获得实时的作物水分消耗数据奠定基础。
Description
技术领域
本发明属于作物灌溉试验方法领域，具体涉及一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法。
背景技术
负压灌溉是利用渗灌管埋入土壤中，并配合密封的储水桶进行灌溉，负压灌溉设备通过调整与储水桶连通的调压管数量，来调整储水桶的负压压力，其原理是在储水桶产生的负压、水位压强、大气压力、土壤吸水力、管路阻力等多种条件的作用下达到平衡状态，实现土壤含水量的稳定、可控，按照作物需水量供给的水分，避免了水资源浪费。
在进行作物试验时，由于土壤存在自然蒸腾现象，导致储水桶中水量变化量中包含了作物需水量及土壤蒸腾水量，导致针对作物需水量的测定的试验存在较大偏差。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，能够克服土壤蒸腾水量对作物水分消耗计量的干扰，有助于提高试验精度。
本发明采用的具体技术方案是：
一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，包括如下步骤：
a、挖掘栽培槽及蒸腾槽，铺设隔水塑料膜；
b、栽培槽及蒸腾槽内回填土壤并埋设渗灌管；
c、渗灌管与储水桶之间串联计量水表，开启渗灌管对挖掘栽培槽及蒸腾槽内的土壤渗水养护；
d、在栽培槽内定植作物，记录此时栽培槽及蒸腾槽的计量水表读数；
e、通过栽培槽及蒸腾槽的计量水表读数计算得到作物水分消耗量。
所述步骤a中，在试验棚内挖掘栽培槽，并在栽培槽一侧平行挖掘蒸腾槽，蒸腾槽与栽培槽的长度、深度相同。
所述步骤b中，在栽培槽及蒸腾槽内铺设塑料膜后，分别回填部分土壤至隔水塑料膜上，土壤厚度为h，铺设渗灌管，并将渗灌管与储水桶连通，再继续回填土壤至与地面平齐。
所述步骤a中，栽培槽中隔水塑料膜开口面积s1、蒸腾槽中隔水塑料膜开口面积s2、栽培槽中渗灌管数量q1、蒸腾槽中渗灌管数量q2，s1、s2、q1、q2数量关系为s1/q1=s2/q2。。
所述步骤e中在t时间内栽培槽的计量水表读数增加量为w1，蒸腾槽内的计量水表读数增加量为w2，则作物在时间t内的水分消耗量c=w1-w2×q1。
所述储水桶内设置有柱状的水囊，水囊与储水桶侧壁固定，所述水囊与蒸腾槽内的渗灌管连通，所述水囊高度大于储水桶内液面高度。
所述渗灌管包括多个串联的渗灌单元，所述渗灌单元包括陶瓷管及陶瓷管两端设置的连接管，相邻陶瓷管借助连接管串联形成渗灌管，所述渗灌管内还穿插有匀水管，所述匀水管与储水桶连通，所述匀水管的管壁上设置有出水孔。
所述匀水管的管壁外设置有呈螺旋片状的导水螺片，所述匀水管上的出水孔沿导水螺片呈螺旋状设置在匀水管中段，所述导水螺片在匀水管与陶瓷管之间的环形管腔内形成螺旋状的水流通道。
本发明的有益效果是：
本发明采用增设蒸腾槽作为对比试验，通过与栽培槽进行相同处理使得两槽的土壤湿度、单位面积蒸发量接近，为后续计算获得实时的作物水分消耗数据奠定基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为栽培槽、蒸腾槽的截面示意图；
图3为储水桶俯视方向的示意图；
图4为陶瓷管拆分后的结构示意图；
附图中，1、栽培槽，2、蒸腾槽，3、渗灌管，4、储水桶，5、计量水表，6、水囊，7、陶瓷管，8、连接管，9、匀水管，10、导水螺片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明：
具体实施例如图1及图2所示，本发明提供了一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，包括如下步骤：
a、挖掘栽培槽1及蒸腾槽2，铺设隔水塑料膜；
b、栽培槽1及蒸腾槽2内回填土壤并埋设渗灌管3；
c、渗灌管3与储水桶4之间串联计量水表5，开启渗灌管3对挖掘栽培槽1及蒸腾槽2内的土壤渗水养护；
d、在栽培槽1内定植作物，记录此时栽培槽1及蒸腾槽2的计量水表5读数；
e、通过栽培槽1及蒸腾槽2的计量水表5读数计算得到作物水分消耗量。
所述步骤a中，在试验棚内挖掘栽培槽1，并在栽培槽1一侧平行挖掘蒸腾槽2，蒸腾槽2与栽培槽1的长度、深度相同。使得蒸腾槽2与栽培槽1的内土壤总量、蒸腾面积成比例关系，便于后续计算作物水分的消耗量。
进一步的，如图2所述步骤b中，在栽培槽1及蒸腾槽2内铺设塑料膜后，分别回填部分土壤至隔水塑料膜上，土壤厚度为h，铺设渗灌管3，并将渗灌管3与储水桶4连通，再继续回填土壤至与地面平齐。
通过预回填部分土壤，使得渗灌管3与土壤充分接触，其中h取值为15-20cm，渗灌管3距离地面深度为30-35cm，而作为试验的作物主要以浅根系经济作物为主，如西瓜根系深度主要分布在15-25cm的土层，而渗灌管3埋入深度相对较深，通过管围周边的土壤浸润扩大水分供给范围，避免根系趋水集中，保证试验作物根系充分吸收水分生长正常，并且渗灌管3下侧垫土避免水分直接滴落在隔水塑料膜上，防止存水，提高槽内土壤通透性。
所述步骤a中，栽培槽1中隔水塑料膜开口面积s1、蒸腾槽2中隔水塑料膜开口面积s2、栽培槽1中渗灌管3数量q1、蒸腾槽2中渗灌管3数量q2，s1、s2、q1、q2数量关系为s1/q1=s2/q2。
如图1所示，栽培槽1、蒸腾槽2内的渗灌管3长度、型号相同，由于槽内都铺设了隔水塑料膜，槽内土壤仅通过槽口的土壤进行蒸腾作用，因此通过测定未种植作物的蒸腾槽2内的蒸发量，即可推算出栽培槽1内的蒸发量，具体的所述步骤e中在t时间内栽培槽1的计量水表5读数增加量为w1，蒸腾槽2内的计量水表5读数增加量为w2。
其中w1包含了栽培槽1中自然蒸腾量与作物水分消耗量的总和，由于栽培槽1在步骤b中，设置了渗灌管3所对应的槽口开口面积相同，蒸腾槽2内计量水表5的读书增加量w2就是单根渗灌管3在单位t时间内的蒸发量，则作物在时间t内的水分消耗量c=w1-w2×q1。
进一步的，如图1及图3所示，所述储水桶4内设置有柱状的水囊6，水囊6与储水桶4侧壁固定，所述水囊6与蒸腾槽2内的渗灌管3连通，所述水囊6高度大于储水桶4内液面高度。
其中水囊6竖直设置，其截面积为sa2，为sa2=sa1/[3*（q1+q2）]，其中储水桶4截面积为sa1，即为保证水囊6中液面下降速度比储水桶4中液面下降速度快，而水囊6采用隔水塑料膜封烫制作，成本低廉制作方便，塑性形变较小，储水桶4中充水时，先对水囊6进行充水，再对储水桶4充水，使得储水桶4液面高于水囊6液面，借助隔水薄膜柔软的特性，水囊6被压扁，水囊6内的水面恢复与储水桶4液面平齐，此时水囊6侧壁无张力，但保证了水囊6中的水与储水桶4 中的水分离。
当试验进行时，由于水囊6截面积较小，在试验过程中通过储水桶4的水压挤压，水囊6中水流出后水囊6进一步被压扁，但是始终保持水囊6中液面与储水桶4中总体液面平齐，即蒸腾槽2中渗灌管3所受水压与栽培槽1内的渗灌管3所受水压相同，而水囊6上端开口，与储水桶4液面处于统一的负压环境中，从而严格控制渗灌管3试验变量，提高了试验精度。
进一步的，如图1及图4所示，试验所用渗灌管3长度达5-6米，为避免渗灌管3内阻较大使得渗灌管3前后水量差别较大，所述渗灌管3包括多个串联的渗灌单元，所述渗灌单元包括陶瓷管7及陶瓷管7两端设置的连接管8，相邻陶瓷管7借助连接管8串联形成渗灌管3，所述渗灌管3内还穿插有匀水管9，所述匀水管9与储水桶4连通，所述匀水管9的管壁上设置有出水孔。
所述匀水管9的管壁外设置有呈螺旋片状的导水螺片10，所述匀水管9上的出水孔沿导水螺片10呈螺旋状设置在匀水管9中段，所述导水螺片10在匀水管9与陶瓷管7之间的环形管腔内形成螺旋状的水流通道。
通过在匀水管9与陶瓷管7之间形成螺旋状的缓冲水腔，从整根渗灌管3来看，由于匀水管9上出水孔数量较少，在渗灌管3前端压力损失较小，避免渗灌管3前后压力差别过大，而螺旋状水流通道内的水流缓和，便于陶瓷管7孔隙充分浸润，保证较好的渗灌效果。
Claims (7)
1.一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、挖掘栽培槽（1）及蒸腾槽（2），铺设隔水塑料膜；
b、栽培槽（1）及蒸腾槽（2）内回填土壤并埋设渗灌管（3）；
c、渗灌管（3）与储水桶（4）之间串联计量水表（5），开启渗灌管（3）对挖掘栽培槽（1）及蒸腾槽（2）内的土壤渗水养护；
d、在栽培槽（1）内定植作物，记录此时栽培槽（1）及蒸腾槽（2）的计量水表（5）读数；
e、通过栽培槽（1）及蒸腾槽（2）的计量水表（5）读数计算得到作物水分消耗量；
所述储水桶（4）内设置有柱状的水囊（6），水囊（6）与储水桶（4）侧壁固定，所述水囊（6）与蒸腾槽（2）内的渗灌管（3）连通，所述水囊（6）高度大于储水桶（4）内液面高度；
水囊（6）较储水桶（4）的截面积小，在试验过程中通过储水桶（4）的水压挤压，水囊（6）中水流出后水囊（6）进一步被压扁，但是始终保持水囊（6）中液面与储水桶（4）中总体液面平齐，即蒸腾槽（2）中渗灌管（3）所受水压与栽培槽（1）内的渗灌管（3）所受水压相同，而水囊（6）上端开口，与储水桶（4）液面处于统一的负压环境中，从而严格控制渗灌管（3）试验变量，提高了试验精度。
2.根据权利要求1所述的一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，其特征在于：所述步骤a中，在试验棚内挖掘栽培槽（1），并在栽培槽（1）一侧平行挖掘蒸腾槽（2），蒸腾槽（2）与栽培槽（1）的长度、深度相同。
3.根据权利要求1所述的一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，其特征在于：所述步骤b中，在栽培槽（1）及蒸腾槽（2）内铺设塑料膜后，分别回填部分土壤至隔水塑料膜上，土壤厚度为h，铺设渗灌管（3），并将渗灌管（3）与储水桶（4）连通，再继续回填土壤至与地面平齐。
4.根据权利要求1所述的一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，其特征在于：所述步骤a中，栽培槽（1）中隔水塑料膜开口面积s1、蒸腾槽（2）中隔水塑料膜开口面积s2、栽培槽（1）中渗灌管（3）数量q1、蒸腾槽（2）中渗灌管（3）数量q2，s1、s2、q1、q2数量关系为s1/q1=s2/q2。
5.根据权利要求4所述的一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，其特征在于：所述步骤e中在t时间内栽培槽（1）的计量水表（5）读数增加量为w1，蒸腾槽（2）内的计量水表（5）读数增加量为w2，则作物在时间t内的水分消耗量c=w1-w2×q1。
6.根据权利要求1所述的一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，其特征在于：所述渗灌管（3）包括多个串联的渗灌单元，所述渗灌单元包括陶瓷管（7）及陶瓷管（7）两端设置的连接管（8），相邻陶瓷管（7）借助连接管（8）串联形成渗灌管（3），所述渗灌管（3）内还穿插有匀水管（9），所述匀水管（9）与储水桶（4）连通，所述匀水管（9）的管壁上设置有出水孔。
7.根据权利要求6所述的一种基于负压的作物水分消耗实时动态监测方法，其特征在于：所述匀水管（9）的管壁外设置有呈螺旋片状的导水螺片（10），所述匀水管（9）上的出水孔沿导水螺片（10）呈螺旋状设置在匀水管（9）中段，所述导水螺片（10）在匀水管（9）与陶瓷管（7）之间的环形管腔内形成螺旋状的水流通道。
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