一种深层土壤灌溉和增氧系统及方法

本发明涉及农业灌溉，具体涉及一种深层土壤灌溉和增氧系统及方法。

背景技术：

1、深层土壤水是深根作物重要的水分来源，是林地抵御气候干旱的“安全带”。研究表明生长在干旱环境中的果树具有较深的根系，能够通过吸收深层土壤水缓解水分胁迫。但随着树龄的增长，旱区果树会耗竭深层土壤有效水，威胁果园健康可持续发展。另一方面，受气候条件影响，农业生产存在“灌溉水盈余期”，即在极端降雨频发的雨季和非生长季，河流和水库的水资源储量较为充足，但浅层土壤又无需灌溉的时期。因此可以提出设想：将灌溉水盈余期较为充足的水资源补充至深层土壤，能够作为储备水源应对不可预期的干旱灾害，提高果园的抗旱能力。另外，深层土壤由于和大气之间的气体交换困难，常常处于缺氧状态，对深层土壤进行加气增氧可提高深层土壤含氧量，改善深层根区缺氧状况，提高果树根系和根际微生物活性，激活深层土壤，促进果树生长。

2、为实现这一设想，本发明拟利用滴灌技术，结合土壤入渗理论，创新深层灌溉和增氧的理论方法，并开发技术装置，实现对深层土壤水和氧的科学、合理地补充，激活深层土壤的生态功能，提升果园抵抗极端干旱的能力和弹性，同时促进果树生长、提高果树产量品质。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种深层土壤灌溉和增氧系统及方法解决了现有技术中深层土壤缺氧和缺水的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种深层土壤灌溉和增氧系统，包括打钻机、滴灌系统和滴头装置，打钻机在土壤上布设钻孔，滴头装置设置在钻孔内，滴灌系统与滴头装置连接；

3、滴灌系统包括控制器、进水管和用进水管依次连接的网式过滤器、变频水泵和叠片式过滤器；

4、进水管的端部设置第一支路和第二支路，第一支路上设置电磁阀一，第二支路上依次连接电磁阀二、第一流量传感器、储水罐、电磁阀三、第二流量传感器、微纳米气泡机和电磁阀四，储水罐腔体内部安装液位传感器，第一支路的端部与第二支路的端部汇合连接出水管，出水管上设置压力传感器；

5、控制器与变频水泵、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、第一流量传感器、第二流量传感器、气体流量传感器、压力传感器和液位感器电连接；

6、微纳米气泡机的进气口连接进气管，进气管上依次连接电磁阀五和气体流量传感器。

7、本发明的有益效果为：本系统通过用打钻机抵达深层土壤钻孔，可以将滴头装置直接延伸到深层土壤，实现深层土壤灌溉，满足植物根系在深层土壤中的水分需求，解决了深层滴灌滴头布设困难的问题。

8、滴灌系统综合考虑了系统灌水和增氧的协调性，具备地表灌溉、深层灌溉、深层增氧灌溉多功能于一体，滴灌系统可以对灌溉和增氧过程进行自动化控制，通过设置合适的参数，可以实现定时、定量、定点的灌溉和增氧，提高工作效率，减轻人工操作的负担；其中微纳米气泡机通过将气体注入水中形成微纳米气泡水，然后将微纳米气泡水送入土壤中，可以增加土壤中的氧气含量，充足的氧气可以促进植物的健康生长。

9、进一步地，上述深层土壤灌溉和增氧系统，滴头装置包括与出水管连接的输水管道、微管、滴头和橡胶密封塞，橡胶密封塞上设置通孔，通孔的直径与微管的直径相同，微管穿过通孔，微管连接输水管道和滴头。

10、采用上述进一步方案的有益效果是：滴头装置可以将水分和氧气通过微管直接送达植物根系所在的深层土壤，有助于植物根系更好地吸收土壤中的养分，并且无需传统的开沟、埋管、填土等工程量较大、破坏植株的根系的施工操作；同时，该方法可以方便快捷的解决地下滴灌堵塞问题，若出现滴头堵塞，只需将微管拔出，更换新的滴头重新布设即可。

11、进一步地，上述深层土壤灌溉和增氧系统，打钻机包括地钻、与地钻连接的钻杆和与钻杆连接的钻头。

12、采用上述进一步方案的有益效果是：打钻机包括依次连接的地钻、钻杆、钻头，可以根据需要灵活地更换不同长度的钻杆，可以适应不同植物根部深度的需求，提高钻孔的效率；打钻机可以快速准确地进行钻孔作业，相比传统的人工开挖方法，可以大幅缩短施工时间，提高工作效率，还可以根据需要调整钻孔直径，可以避免因为人工开挖不准确而导致的尺寸偏差问题，提升施工质量；还可以通过调整钻孔深度和角度，避开地下管线和其他障碍物，提高施工的安全性。

13、进一步地，上述深层土壤灌溉和增氧系统，地钻与钻杆用圆形公母接头连接，所述钻杆与钻头用圆形公母接头连接，所述钻杆为不锈钢圆管。

14、采用上述进一步方案的有益效果是：圆形公母接头可以确保钻杆与地钻、钻杆与钻头之间的连接牢固可靠，可以避免在施工过程中由于接头松动导致的工作中断和安全隐患；圆形公母接头的结构简单，拆装方便快捷，在需要更换或维修地钻、钻杆或钻头时，只需拆卸相应的接头即可，无需进行复杂的操作；采用不锈钢圆管作为钻杆的材料，具有良好的耐腐蚀性能，在施工过程中，地下水、土壤中的酸碱物质等对钻杆的腐蚀影响较小，可以延长钻杆的使用寿命，减少维修和更换的频率。

15、进一步地，上述深层土壤灌溉和增氧系统，滴头为流量10l/h以上的大流量压力补偿式滴头。

16、采用上述进一步方案的有益效果是：深层土壤土体深厚，大流量滴头在灌溉过程中会产生一定的水压，能够提供更多的水量，使得土壤能够更快速地吸收水分；同时，压力补偿式滴头可以确保在不同地势高低的情况下，每个滴头的灌溉量基本相同，避免了因地势差异导致的不均匀灌溉。

17、进一步地，上述深层土壤灌溉和增氧系统，微管为pvc软管，微管的内径为3～9mm。

18、采用上述进一步方案的有益效果是：pvc软管具有较好的耐腐蚀性能，可以抵抗土壤中多种化学物质的侵蚀，pvc软管具有良好的柔韧性和弹性，可以在不同的环境中弯曲和扭转，适应土壤中的布置要求；微管内径采用3～9mm是为了与滴头适配。

19、进一步地，上述深层土壤灌溉和增氧系统，滴头表面设置无纺布层。

20、采用上述进一步方案的有益效果是：用无纺布包裹滴头形成略大于孔径的圆柱形，可以防止滴头滑动脱离橡胶密封塞的孔洞，无纺布层还可以过滤掉土壤中的杂质，防止滴头堵塞。

21、进一步地，上述深层土壤灌溉和增氧系统的使用方法，包括将滴头送入钻孔底部，将橡胶密封塞推至钻孔中，设置控制器打开第一支路上的电磁阀一，关闭第二支路上的电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四；设置控制器开启变频水泵，水流吸入进水管，水流经网式过滤器、叠片式过滤器过滤后，经由第一支路达到出水总管，压力传感器将实时管道压力反馈给控制器，控制器调节变频水泵直至以设定的压力为滴头装置供水；灌溉结束时，控制器关闭变频水泵和电磁阀一。

22、采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置控制器和压力传感器，可以实时监测管道压力并调节变频水泵的工作状态，从而精确控制滴头装置的供水量，可以避免过量或不足的灌溉水量，提高水资源利用效率；在灌溉系统中设置网式过滤器和叠片式过滤器，可以有效地过滤水中的杂质和悬浮物，保证供给植物的水质清洁，有助于减少土壤污染和滴头装置堵塞的风险；通过使用变频水泵，可以根据实际需求调节水泵的运行速度，避免过度能耗；同时，通过控制器的智能控制，可以实现自动化的操作，减少人工干预和管理成本；由于钻孔直径较小，所需填埋土方量也相对较少，进一步降低了施工成本；若出现滴头堵塞，只需将微管拔出，更换新的滴头重新布设即可。

23、进一步地，上述深层土壤灌溉和增氧系统的使用方法，设置控制器关闭第一支路上的电磁阀一，打开第二支路上的电磁阀二；

24、设置控制器开启变频水泵，水流吸入进水总管，水流经网式过滤器、叠片式过滤器过滤后，经由第二支路电磁阀二和第一流量传感器进入储水罐，储水罐水位上升；

25、储水罐水位上升至设定的允许最大值时，控制器开启电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五，然后开启微纳米气泡机，储水罐中的水经由微纳米气泡机制备成微纳米气泡水后通过电磁阀四流向出水管，压力传感器将实时的管道压力反馈给控制器，同时液位传感器将水位实时反馈给控制器；

26、液位传感器反馈的水位值等于设定的最小水位之前，控制器调节变频水泵直至第一流量传感器和第二流量传感器的数值相同，滴灌系统为滴头装置提供稳定的微纳米气泡水，对深层土壤进行增氧灌溉；若液位传感器反馈的水位值小于设定的最小水位值，控制器关闭微纳米气泡机、电磁阀三和电磁阀四，直至液位传感器水位值等于设置的最大水位；

27、增氧灌溉结束时，控制器关闭变频水泵、微纳米气泡机、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四。

28、采用上述进一步方案的有益效果是：通过微纳米气泡机制备的微纳米气泡水，可以在灌溉过程中释放大量的氧气，增加土壤中的氧气含量，提高土壤通气性，充足的氧气可以促进土壤中微生物的活动，增强土壤呼吸作用，有利于土壤中有机质的分解和养分的释放，提高土壤肥力；通过设置流量传感器和液位传感器，监测储水罐的水位和微纳米气泡水的流量，为滴头装置提供稳定的微纳米气泡水。

29、本发明的有益效果为：

30、1.该发明提出了将深层土壤补水灌溉和增氧灌溉相结合的模式，解决干旱果园深层土壤需水和需氧的困境，同时该系统首部还可以连接常规地表灌溉管网，综合考虑了系统灌水和增氧的协调性，具备地表灌溉、深层灌溉、深层增氧灌溉多功能于一体。

31、2.该发明改进了市场现有的、用于栽种和施肥的土壤打洞机的尺寸适配问题，解决了深层滴灌滴头布设困难的问题。其次，该方法可用于地下滴灌的滴头布设，无需传统的开沟、埋管、填土等工程量较大、破坏植株的根系的施工操作。同时，该方法可以方便快捷的解决地下滴灌堵塞问题，若出现滴头堵塞，只需将微管拔出，更换新的滴头重新布设即可。

32、3.该发明利用空气给灌溉水增氧，并结合自动控制系统预设参数，实现对加气浓度的自动调节，以应对不同果树以及不同生育期对氧的需求，提升了系统对于不同对象的适应性。