一种以真空负压多孔渗管为基础的根系层排盐系统及其方法

本发明涉及一种以真空负压多孔渗管为基础的根系层排盐系统及其方法，属于施农田灌溉与排水。

背景技术：

1、地下渗灌是一种农田微灌技术，通过埋设于地下的多孔渗水管道将灌溉水引至地面下一定深度的土壤中，通过调控管道内供水压力实现对作物根区低强度持续的灌溉。

2、当前，地下渗灌凭借其材料成本低、节水效果好和占地面积少的优势，在大棚种植环境下普及度较高。然而，相比大田，棚内缺少自然雨水淋洗，加之化肥和农药的频繁施用，使得田块容易出现根系层土壤盐分积聚的现象，长期发展将危害作物生长。

3、灌水淋洗是作为常见的土壤淋洗脱盐方式之一，主要通过向目标田块灌注过量的淡水，通过水分的下渗将土壤中的盐分带至深层土壤中，实现用水压盐的效果。此外，灌水淋洗通常面向整块农田，而大棚农田普遍采用的局部湿润型的微灌方式将使得田间的溶质积聚呈局部化，最终导致淋洗用水的脱盐收益下降。因此，对于大棚内的土壤盐分淋洗，一方面需提升淋溶水的侧向排出量，限制溶质在土壤垂向剖面内的积蓄和扩散，防治土壤次生污染；另一方面需注重局部土壤的针对性脱盐，避免无效淋洗。基于渗管的作用机理，在土壤淋洗过程中，可尝试将渗管内调至负压状态，进而在管壁周围形成吸力，以抵消管壁渗流过程中土壤的毛管力对水分的蓄留作用，抽取灌水入渗过程土壤中饱和或近饱和带内的水分，实现垂向入渗与侧向排水的同步，进而降低水分及溶质沿垂向的深层渗漏量，提升单位淋洗水量下的脱盐效益，达到节水控盐的目的，并降低淋溶水造成的次生污染。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种以真空负压多孔渗管为基础的根系层排盐系统及其方法，能够有效降低水分及溶质沿垂向的深层渗漏量，提升单位淋洗水量下的脱盐量，实现节水控盐和避免淋溶水造成的次生污染的效果，具体提供一种以真空负压多孔渗管为基础的根系层排盐系统及方法，包括灌排系统和田间控制系统。

2、优先地，本发明提供一种以真空负压多孔渗管为基础的根系层排盐系统，包括灌排系统和田间控制系统，田间控制系统安装在灌排系统上；

3、其中，灌排系统包括浅沟、配水坑、储水罐、若干个渗管、管道和第一电磁阀，目标田块上开设有配水坑和若干个等间距排列的浅沟，若干个等间距排列的浅沟内均铺设渗管，储水罐通过管道分别连通渗管和配水坑，管道上安装有第一电磁阀。

4、优先地，灌排系统包括第二管道、第二电磁阀、抽气泵、沉淀器和废液桶，抽气泵连通沉淀器，沉淀器通过第二管道连通渗管，第二管道上安装第二电磁阀，沉淀器连通废液桶。

5、优先地，田间控制系统包括仪器收纳桩、中央处理器、数据传输线、土壤水盐传感器，仪器收纳桩上安装有中央处理器，中央处理器通过数据传输线连接土壤水盐传感器。

6、优先地，田间控制系统包括水流量传感器，水流量传感器安装在管道上，水流量传感器连接中央处理器。

7、优先地，第一电磁阀和第二电磁阀连接中央处理器。

8、优先地，沉淀器包括沉淀器框体、三角底座、浊度感应器、铰链、可拆卸面，三角底座固定设置在沉淀器框体内部底部，浊度感应器固定设置在沉淀器框体内部上方，可拆卸面通过铰链安装在沉淀器框体上；

9、浅沟沟底从田首到田尾产生2°～6°坡度，田首沟底的高度高于田尾沟底。

10、优先地，一种以真空负压多孔渗管为基础的根系层排盐方法，基于任一项所述的一种以真空负压多孔渗管为基础的根系层排盐系统，执行以下步骤：

11、若目标田块中作物仍在生长，利用中央处理器采取紧急性淋洗策略；

12、若目标田块中无作物生长，利用中央处理器采取维护性淋洗策略；

13、其中，紧急性淋洗策略包括：

14、利用中央处理器控制第一电磁阀开启，储水罐内的水注入配水坑内，配水坑内的水随着浅沟的田尾；

15、若田尾埋设的土壤水盐传感器检测到渗管的土壤水分数据达到预设目标田块土壤的饱和含水量，则利用中央处理器控制第一电磁阀关闭；

16、当田尾与渗管同埋深的土壤水盐传感器反馈的土壤含水量第一次达到预设目标田块的田间持水量，利用中央处理器控制抽气泵开启，与抽气泵连接的沉淀器内负压强度逐渐增大，进而在渗管内部产生相同的强度负压；

17、当渗管周边的土壤毛管水吸力低于渗管内的负压强度时，渗管周边的水分进入渗管内，利用渗管将淋溶水从土体内抽出；

18、渗管抽出的淋溶水进入沉淀器中，利用浊度传感器监测沉淀器中淋溶水中的颗粒泥沙状漂浮物数据，中央处理器控制第二电磁阀打开，将沉淀器内的水排放到废液桶中；

19、当土壤水盐传感器反馈的土壤含水量低于预设目标田块的田间持水量时，利用中央处理器控制抽气泵关闭。

20、优先地，维护性淋洗策略包括：

21、计算淋洗用水总量：

22、

23、式中：q是维护性淋洗所需的淋洗用水量；n是浅沟数量；h1是浅沟的田首底部深度与渗管埋深之间的距离；w1是浅沟的田首底部宽度；h2是浅沟的田尾底部深度与渗管埋深之间的距离；w2是浅沟的田尾底部宽度；l是目标田块的长度；θs是目标田块土壤体积饱和含水率；

24、利用中央处理器控制第一电磁阀开启，利用水流量传感器准确记录流经第一电磁阀的水量并将反馈到中央处理器；

25、当水流量传感器感应到流经第一电磁阀的水量达到设定的水量阈值后，利用中央处理器控制第一电磁阀关闭；

26、储水罐流出的水分注入配水坑内后流至每个浅沟内；

27、当土壤水盐传感器反馈的土壤含水量第一次达到预设目标田块的田间持水量时，利用中央处理器控制抽气泵开启，沉淀器内负压强度逐渐增大，进而在渗管内部产生相同的强度负压；

28、当渗管周边的土壤毛管水吸力低于渗管内的负压强度时，渗管周边的水分进入渗管内，利用渗管将淋溶水从土体内抽出；

29、渗管抽出的淋溶水通过进水口进入沉淀器中；

30、利用浊度传感器监测沉淀器中淋溶水中的颗粒泥沙状漂浮物；

31、依据浊度感应器反馈的颗粒泥沙状漂浮物数据，利用中央处理器控制第二电磁阀打开，将沉淀器内的淋溶水排放到废液桶中；

32、当土壤水盐传感器反馈的土壤含水量低于预设目标田块的田间持水量时，利用中央处理器控制抽气泵关闭。

33、优先地，作物种植后，利用土壤水盐传感器实时采集土壤水分数据并将反馈到中央处理器中；

34、若中央处理器收到土壤水盐传感器的土壤水分数据达到预设作物耐旱下限，则利用中央处理器控制第一电磁阀打开，使储水罐内水流入每根渗管中，直到土壤水盐传感器反馈的土壤水分数据达到预设目标田块的田间持水量的70％～75％之间时关闭第一电磁阀。

35、本发明所达到的有益效果：

36、(1)本发明能够有效降低水分及溶质沿垂向的深层渗漏量，提升单位淋洗水量下的脱盐量，实现节水控盐和避免淋溶水造成的次生污染的效果，具体提供一种以真空负压多孔渗管为基础的根系层排盐系统及方法，包括灌排系统和田间控制系统。本发明在满足脱盐要求的前提下，利用灌排系统和田间控制系统降低对淡水资源的依赖，提升农田脱盐效益。

37、(2)无需重新布设用于脱盐相关管道，只需要在田块下方设置渗管，本发明不对原有的种植面积造成缩减。

38、(3)本发明中土壤水盐实时监测与调控，土壤水盐管理动态精度高。

39、(4)本发明系统全自动操作，节省人力。

40、(5)本发明集纳污水功能，避免抽出的淋溶水造成二次污染。