一种适于液体肥料的自流式冲击波喷爆深松深施作业方法与流程

1.本发明属于肥料的精准深施技术领域，具体涉及一种适用于液体肥料的自流式冲击波喷爆深松深施作业方法。


背景技术：

2.传统的肥料施用方法大多是采用人工或施撒机将物料施撒在土壤表面，然后用拖拉机等动力设备带动旋耕机等作业设备将施撒在地表的物料混入土壤中，或采用挖机、铲车等工程装备搭载相关机具将各种物料搅拌混合进入土层。这些作业方法主要集中于土壤浅表层进行施肥，存在以下缺陷：(1)破坏表层土壤和土壤团粒结构；(2)作业受限因素多，包括受限于地形地貌、作物种类、施用的物料种类、作业季节等；(3)作业效率低、效果差、成本高、工艺复杂、劳动强度大。
3.人类活动造成了对土壤的破坏，已经超过了土壤的承载能力，导致土壤出现板结、退化和污染现象越来越严重。简单的土壤表层施肥方法已经难以将肥料有效的输送到土壤深层，作物根系无法有效吸收营养。
4.为了修复和改良土壤、维护和重建深部土壤，成都天本地源科技有限公司进行了大量的研究工作，开发了一种土壤深松深施枪及其作业方法，实现了深部土壤的修复治理与精准施肥。
5.液体肥料作为农业施肥的主要肥料形式之一，目前可以结合地表浅施和深松深施作业进行地表深层施肥，深松深施作业对于液体肥料的施用较为便利，且能够提高肥料利用率，使得肥料更容易精准输送到深层土壤，但是在高山或者丘陵地带，由于地形地貌的因素，深松深施机械存在重量大、搬运困难、多次作业的劳动强度大等问题，加大了施工难度，完成单位面积内肥料的深施作业所需的周期长、作业成本高，变向导致了肥料在高山或者丘陵地带的利用率极低，与平原地带相比施肥效率低。因此有必要针对高山或者丘陵地带等地形地貌进行深松深施作业的改革和创新，以满足大量山区果农或高山茶农对作物施肥的需求。
6.另一方面，作为液体肥料的典型代表之一，沼液具有来源广泛、价格低廉的优势，但其处理却面临着极大的现实困境。以畜禽粪便、农作物秸秆等有机废弃物为主要原料的沼气工程产生了大量的沼液，传统沼液的主要消纳方法为作为农业肥料全量直排还田。目前沼液还田的主要方式是利用沼液运输罐车或吸粪车及附带的泵送系统，将沼液直接浇灌到农田表面。但目前沼液还田的方式存在以下几个方面的问题：
7.(1)沼液浇灌在地表，土壤板结液体渗透慢，沼液在地表漫流；在太阳的照晒下其中的易挥发成分挥发，产生臭味，随风飘散，污染大气；残留在地表的沼液在雨水的冲刷下汇集到江河湖泊，造成水体污染；(2)土壤板结(特别是种植多年生经济作物的土壤)造成单位体积土壤对沼液的吸收能力有限，致使单位面积土壤对沼液的消纳能力有限，大量的沼液无处消纳；(3)土壤渗透性差，浇灌的沼液无法渗透到较深的土壤中，深部的土壤无法得到改良；且作物根系无法吸收到沼液中的有效成分，沼液的有效利用率低；(4)浅表土层浇
灌的沼液不仅利用率低而且污染环境，更重要的是浇灌的沼液浓度不能调控，常常导致沤根或烧根，造成作物枯萎、减产，甚至绝收；(5)传统沼液难以配合测土配方施肥，尽管沼液富含植物需要的有机质和多种营养物质，但沼液营养物质含量低，测土配方加上植物需要的营养物质难以直达作物根系需要的深部土壤，配方施肥效果差，成本高且利用率低；(6)采用深松深施方法进行沼液喷灌存在费工费时，需要人工拖拽管道，特别是在密植果园喷施时，一台罐车需要多人协助，人力成本高且不利于人体健康。
8.因此，如何解决上述液体肥料在高山或者丘陵等地形地貌进行施肥作业时存在的问题，以及解决沼液还田处理过程中存在的诸多问题，有效提高其肥料利用率，同时大大简化其施工操作和成本，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

9.本发明就是为了解决上述技术问题，从而提供一种适用于液体肥料的自流式冲击波喷爆深松深施作业方法。本发明的技术目的在于，解决现有恶化板结土壤造成的液体肥料特别是沼液等恶臭性肥料难以深层施入，且施用方法存在肥料利用率低，施工操作难度大，施用成本高的问题；以及解决液体肥料在高山或者丘陵等地形地貌进行施肥作业时存在的深松深施机械重量大、搬运困难、多次作业劳动强度大、施工难度高，完成单位面积内肥料的深施作业所需的周期长、作业成本高，肥料利用率低的问题。
10.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
11.一种适用于液体肥料的自流式冲击波喷爆深松深施作业方法，所述作业方法是依据自然地形地貌构建出自流式冲击波喷爆深松深施作业系统，通过自流式冲击波喷爆深松深施作业系统实现液体肥料的自流式精准深度施肥；所述自流式冲击波喷爆深松深施作业系统包括肥料储存装置、肥料输送装置、肥料收集装置和肥料深施通道；所述肥料储存装置用于储存液体肥料；所述肥料输送装置与肥料储存装置相连通，并依据自然地形地貌形成具有一定坡度的自流线路；所述肥料收集装置位于所述自流线路上，并处于所需施肥植物的地表，用于收集自流下来的肥料；所述肥料深施通道是采用喷爆深松机冲击波喷爆深松土壤后形成的通道，并连接所述肥料收集装置和植物根系。
12.具体的，本发明提供的一种适用于液体肥料的自流式冲击波喷爆深松深施作业方法，包括以下步骤：
13.(1)在作业区依据自然地形地貌规划出自流线路，并根据自流线路建设好肥料储存装置和肥料输送装置，所述肥料储存装置设置于自流线路的起点，所述肥料输送装置铺设于所述自流线路上并形成一定坡度，肥料输送装置与肥料储存装置相连通，控制肥料输送装置内的肥料流量为1～10m3/h，肥料流速为0.1～10m/s；
14.(2)沿着自流线路在需要浇灌的植物或作物地表周围设置肥料收集装置，用于收集自流下来的肥料，于肥料收集装置底部利用喷爆深松机产生的冲击波喷爆深松土壤，控制喷爆深松机的喷爆压力为0.6～3mpa，喷爆深度为100～1000mm，形成肥料深施通道；
15.(3)根据植物或作物生长需要，于肥料储存装置中配制好液体肥料的施用浓度；
16.(4)打开肥料储存装置的出口，使液体肥料沿着肥料输送装置自流式达到步骤(2)的肥料收集装置内，并通过肥料深施通道自流式进入已深松的土壤中，实现对植物或作物的自流式精准深度施肥作业。
17.本发明提供的上述自流式深施作业方法，是一种能够很好利用自然地形地貌，实现液体肥料自流式深施作业的方法，其无需大量的劳动力和复杂的机械，也不需要高额的深施作业成本，无需将大型施肥机械搬运到山坡地带，也不需要多次作业期间进行高强度的深施机械搬运和水肥搬运，只需要按照本发明的上述作业方法进行操作，即可实现在高山或丘陵地带对液体肥料的自流式深施作业，大大减少了在高山或丘陵地带深施的施工难度和作业成本。本发明方法用于肥料的深施作业时具备操作简单方便，肥料能够直接到达土壤深层，实现精准施肥，同时按照本发明的参数控制相关深施作业，能够使得肥料自流式深施作业的周期大大缩短、肥料的利用效率显著提高，且施肥作业过程中不会造成肥料的浪费，肥料吸收率高，植物和作物生长情况良好。通过本发明的上述作业方法，与传统土壤浅层施肥和深松深施施肥相比，能够在高山和丘陵地带很好完成肥料的深施作业，既节省了成本，简化了工艺，又使得肥料的利用率得以大幅度提高。
18.更为重要的是，本发明提供的上述作业方法，能够广泛适用于现有的沼液还田处理，解决现有土壤板结造成的沼液还田效果差，还田难度大，特别是在高山或丘陵等地带无法有效实现肥料还田的问题。
19.进一步的是，所述肥料输送装置包括浇灌沟渠或浇灌管道，其当量水力直径为30～200mm。
20.进一步的是，所述坡度为不小于5度。
21.进一步的是，所述自然地形地貌包括山地、丘陵、平原或沙漠。
22.进一步的是，所述肥料收集装置的大小为5～20l。
23.进一步的是，所述液体肥料包括水、沼液或水溶性肥料中的至少一种。
24.进一步的是，所述植物或作物包括适合在坡地种植的植物或作物，所述植物包括草本植物和/或木本植物，所述作物包括农作物，具体包括果树和/或茶树和/或多年生中药材植物。
25.进一步的是，步骤(4)中待肥料收集装置中的液体肥料收集满后，关闭肥料储存装置的出口。
26.进一步的是，于所述肥料输送装置内还设置有可自流式滚动的液体囊袋，所述液体囊袋的体积小于所述肥料收集装置的体积。该可以自流式滚动的液体胶囊的设计，能够在肥料输送装置内随着液体肥料的自流式输送不停地流动，最终到达肥料收集装置内，每一段肥料收集装置之间的输送管道内均可设置一个液体囊袋，其目的是可以实现液体肥料在输送管道内的缓冲，避免流速过快，同时方便液体肥料更匀速有效的到达肥料收集装置内，促进肥料更好的吸收利用。
27.本发明的有益效果如下：
28.(1)本发明提供了一种液体肥料的自流式冲击波喷爆深松深施作业方法，其能够很好利用自然地形地貌，实现在高山或丘陵地带的自流式精准深度施肥作业，无需大量的劳动力和复杂的机械，也不需要高额的深施作业成本，减少了水肥的搬运和施肥作业强度；具备施工方式简单、作业高效、降低了施工操作难度、节约了施工成本、且大大提高了肥料利用率；
29.(2)本发明提供的作业方法，能够很好适用于沼液的还田，即使是针对板结土壤也能够具备很好的沼液施肥效果，同时能够将沼液用于高山或丘陵地带的肥料施用，扩大了
沼液的施用面积和施用地域，同时加快了沼液的吸收利用效率，是一种很好解决沼液问题的方法。
附图说明
30.图1为本发明提供的自流式冲击波喷爆深松深施作业系统的整体路线宏观示意图，其中液体肥储存池位于坡体的最高处，需浇灌的植物位于坡体各个地方，自流式路线用于对坡体各部位的植物进行精准施肥，并使得肥料在作物周围得以不断积累和浇灌。
31.图2为本发明的自流式冲击波喷爆深松深施作业系统中设置的浇灌沟或管道的示意图，以及植物地表周围的积液槽示意图。
32.图3为本发明的自流式冲击波喷爆深松深施作业系统输送的肥料通过在和肥料收集槽积累关渗透到植物根部的示意图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
34.实施例1
35.(一)利用丘陵地形自流式浇灌液体肥料
36.(1)试验地为重庆江津示范基地柑橘果园代表性地块，位于重庆市江津区先锋镇仙池坝(29
°
13＇n，106
°
17＇e)，地形为丘陵地带，坡体高度295m，坡度20～25
°
。土壤类型为黄壤土，ph为6.41，全氮1251mg/kg，碱解氮109.32mg/kg，有效磷4.8mg/kg，有效钾0.46mg/kg，有机质20780mg/kg。供试沼肥为江津试验基地养猪场猪粪-秸秆混合原料沼气发酵后，经沼渣泵剪切匀浆调配成干物质含量15％的液态沼肥，沼肥的养分含量为：有机质含量68.5g/kg、全n含量5.24g/kg、全p含量1.85g/kg、全k含量3.08g/kg。
37.试验时间为2021年6月-10月，根据该试验地地形地貌、植物(主要为柑橘树)覆盖面积及浇灌量需要，于丘陵从高处到低处规划自流线路，于最高处建设液体肥储存池，然后顺着规划路线挖浇灌沟或铺设管道，储液池的大小要足够满足所需覆盖面积的液体肥料浇灌量。浇灌沟或管道的铺设需要使得覆盖面积内的所有作物均能得到有效的浇灌，控制其当量水力直径为100mm；在进行具体作业时，控制浇灌沟或浇灌管道的肥料流量为5m3/h，肥料流速为2m/s；坡度为5度；
38.(2)在需要浇灌的植物地表周围设置肥料积液槽，积液槽的大小按每亩植物每年浇灌量3～10m3进行设计，最终确定其大小为5l，于积液槽下方利用喷爆深松机深松土壤，控制喷爆深松机的喷爆压力为0.6mpa，喷爆深度为500mm，形成深松裂隙，深松孔与积液槽底部相连通；
39.(3)将液体肥料调配好，存放在储存池中；
40.(4)打开储存池出口，液体肥料随着铺设好的浇灌沟或者管道，自流式达到肥料积液槽，并顺着深松孔快速进入到土壤深层中，随着喷爆产生的深松裂隙自流式进入待浇灌植物的根系，实现液体肥料在丘陵上的自流式深施浇灌。
41.实施例2
42.(二)利用山体地形自流式浇灌液体肥料
43.(1)试验地位于贵州省贵阳市修文县久长镇某茶山种植基地(26
°
83＇n，106
°
59＇e)，地形为山体地带，山体高度580m，坡度超过30
°
。土壤类型为黄壤土，ph为6.45，全氮1450mg/kg，碱解氮103.56mg/kg，有效磷4.5mg/kg，有效钾0.85mg/kg，有机质21300mg/kg。供试沼肥主要以当地猪粪便和部分农作物秸秆为发酵基料，正常产气3个月以上的沼气池出料间里的沼液，其ph为7.43，全氮1.07g/l、全磷0.10g/l、全钾2.67g/l。
44.试验时间为2020年9月-2021年5月，根据根据该试验地山体地形地貌、植物(主要为茶树)覆盖面积及浇灌量需要，规划自流线路，于山体顶上建设储液池，然后顺着规划路线挖浇灌沟渠或铺设管道，储液池的大小满足所需覆盖面积的液体肥料浇灌量，沟渠或管道的铺设需要使得覆盖面积内的所有作物均能得到有效的浇灌；在浇灌沟渠或浇灌管道内设置可自流式滚动的液体胶囊袋，液体胶囊袋内装入水，起到对液体肥料的缓冲作用，控制浇灌沟渠或浇灌管道的肥料流量为10m3/h，肥料流速为5m/s；坡度为8度；
45.(2)在需要浇灌的植物地表周围设置肥料收集池，肥料收集池的大小按每亩植物每年浇灌量3～10m3进行设计，最终确定其大小为10l，于肥料收集池下方或周围利用喷爆深松机深松土壤并形成连通肥料收集池底部的深松裂隙，控制喷爆深松机的喷爆压力为1mpa，喷爆深度为100mm，在土壤深层形成深松裂隙；
46.(3)根据植物生长需要，于储液池中配制好液体肥料的施用浓度；有储存池的园区将液体肥料调配好后存放在储存池中；未建储存池的园区，可采用将液体肥料储存在罐车中拉到浇灌点的方法进行替代；
47.(4)打开储液池或者罐车的出口，液体肥料随着铺设好的浇灌沟渠或者管道，自流式达到肥料收集池，并随着喷爆产生的裂隙自流式进入已深松的土壤中，实现液体肥料在山体地带的自流式深施浇灌。
48.实施例3
49.(三)利用平原地形自流式浇灌液体肥料
50.(1)选择平原作为作业园区，试验地位于湖北省荆州市江陵县某棉花种植基地(30
°
04＇n，112
°
42＇e)，试验地为平地无坡地形，土壤类型为黄壤土，ph为6.86，全氮1982mg/kg，碱解氮193.61mg/kg，有效磷6.7mg/kg，有效钾1.74mg/kg，有机质30025mg/kg。供试沼肥为当地猪场沼气池内发酵的沼液，养分含量为：有机质2.59％、全氮0.45％、速效磷0.16mg/kg、速效钾0.99mg/kg、ph 7.1、腐殖酸0.18％。
51.试验时间为2021年6月-2021年9月，根据该平原地带地形地貌、植物(以棉花为考查对象)覆盖面积及浇灌量需要，规划自流线路(可以不具有坡度或具有很小的坡度，如2
°
，主要通过液肥泵进行输送)，建设储液池，然后顺着规划路线挖浇灌沟渠或铺设管道，储液池的大小满足所需覆盖面积的液体肥料浇灌量，沟渠或管道的铺设需要使得覆盖面积内的所有作物均能得到有效的浇灌；在沟渠或管道内设置可自流式滚动的液体囊袋；控制浇灌沟渠或浇灌管道的肥料流量2m3/h，肥料流速为0.2m/s；
52.(2)在需要浇灌的植物地表周围设置肥料收集池，肥料收集池的大小为按每亩植物每年浇灌量3～10m3进行设计，最终确定肥料收集池的大小为20l，于肥料收集池底部利用喷爆深松机深松土壤，控制喷爆深松机的喷爆压力为3mpa，喷爆深度为1000mm，形成深松
裂隙，深松孔与积液槽底部相连通；
53.(3)将液体肥料调配好，存放在储液池中；
54.(4)打开储液池出口，利用液肥泵将液体肥料抽送到铺设好的沟渠或者管道中，在抽送压力的作用下自流式达到肥料收集池，并随着喷爆产生的裂隙自流式进入已深松的土壤中，实现液体肥料在平原上的自流式深施浇灌。
55.对比例1
56.在实施例1的丘陵地带尝试采用深松深施机进行液体肥料的深施作业，将液体肥料储存在罐车中拉到浇灌点，于每一处作物周围进行深松作业后浇灌液体肥料，由于丘陵坡度较大，植物密集，罐车难以在丘陵坡体上移动，导致作业难度度，人工成本高，深松深施机完成每一作业点费力费时，单位时间内完成液体肥料的施入效率低。该方法与实施例1的自流式深施作业方法相比，完成每亩施肥作业的成本高出两倍以上，施肥周期延长一倍，肥料施入效率与实施例1相比减少了50％，同时增加了能源消耗60％以上。
57.对比例2
58.按照实施例2的方法，在利用山体地形自流式浇灌液体肥料的过程中，控制浇灌沟渠或浇灌管道的肥料流量为15m3/h，肥料流速为12m/s；坡度为10度。该方法与自流式深施作业方法相比，肥料自流到积液槽的效率虽然有所提高，但是肥料从积液槽中渗透进入深松裂隙再自流到植物根系的效率反而出现降低，大量肥料停留在积液槽内，且容易发生肥料的渗漏，造成肥料损失。
59.对比例3
60.按照实施例1的方法，在利用山体地形自流式浇灌液体肥料的过程中，在植物地表周围不设置肥料收集池，而是直接通过管道浇灌到已深松的土壤中。该方法容易损坏深松裂隙，肥料堵塞在深松裂隙中无法顺利到达植物根系，造成肥料利用率变低。
61.对照例
62.利用山体地形建立自流式管道，但并不采用深松深施机来喷爆土壤，而是直接通过土壤渗透的方式进行自然浇灌，该方法使得肥料无法顺利到达植物根系，造成肥料利用率极低，大量肥料只是留在浅表土层，不能实现精准深松深施的效果。
63.实验例
64.测定上述实施例和对比例的作业方法肥料利用率和肥料施入深度情况。
65.肥料利用率以完成每亩作业区植物施肥作业，施肥总量达到10kg时，肥料到达作物根系的量进行考查，计算公式为：到达根系的肥料量
÷
施肥总量
×
100％。
66.肥料施入深度以施肥总量达到10kg时，液体肥料进入到土层的深度计算，统计每一个施肥点的肥料到达深度，然后取平均值，即为总体肥料施入深度。
67.统计上述测试内容所得结果如下表1。
68.表1
[0069][0070][0071]
从表1可以看出，本发明实施例1提供的作业方法对肥料的利用率更高，肥料更容易自流式进入土壤深层，实现植物根部的精准施肥作业。