[发明专利]一种恒负压灌水装置及恒负压灌水方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术，特别涉及一种恒负压灌水装置及恒负压灌水方法。

背景技术

水是任何生物均需要的，农作物在生长发育过程所蒸腾掉的水分往往是其自身生物量的数百倍甚至数万倍，而土壤往往难以提供这么多水分，因此在现代生产过程中，通过灌溉给土壤补充水分继而满足作物对水分的需求是必不可少的农事活动，调控作物生长土壤水分状况的基本手段是灌水，而且每两次灌水之间总有一定的时间间隔，是一种脉冲式的灌水方式，在此过程中土壤水分含量呈现出脉冲式的变化，土壤含水量突然跃升至饱和状态，然后逐渐降低。在这个过程中，只有部分阶段的土壤水分条件是适合作物的。在高含量阶段，非常容易因为水分含量过高而对作物产生湿害或涝害。而在低含量阶段，又非常容易产生干旱胁迫和养分匮乏胁迫，导致减产、品质变劣，甚至死亡。以上问题在旱地上和设施农业中尤其突出。尽管以上问题在现代微灌技术得到了很大抑制，但是即使是现代微灌技术也还无法十分精准地即时了解作物对水分的需求，真正做到因需供水。生产经验和科学研究均表明，除了水生植物外，旱地作物生长发育的最佳水分条件是比饱和含水量低的某个非饱和水分状态，而且当作物吸水后会导致根系周围的水势下降，进一步引发根系周围远处的水分向根系周围移动，以图维持根系水势不下降，也就是说作物对于维持根系周围土壤水分状态具有一定的主动性。然而，在目前的灌水技术中，土壤和作物是被动式接受灌溉水的，作物的主动性没有得到利用。

此外，我国是水资源十分匮乏的国家，人均水资源量不到世界的25％，而且时空分布极其不均，使得我国绝大部分农田均需要灌溉，据估计正常年份我国农业年缺水量300多亿m³。在缺水的同时，我国农业水资源的利用率并不高。因此，我国粮食安全、保护环境、节约资源等形势十分严峻，亟需大力推广先进农业技术，以最小的水分消耗生产出更多、更好的粮食、蔬菜、水果、纤维等农产品。

图1为现有技术灌水装置的结构示意图。参见图1，该灌水装置包括：灌水头101、储水器102以及负压室103，其中，

灌水头101，位于灌水装置底部，与储水器102相连，放置于土壤106中生长有作物根系107的位置；

储水器102，位于灌水装置中部，一端与灌水头101相连通，另一端与负压室103相连通，用于存放灌溉水104；

负压室103，位于灌水装置顶部，下与储水器102相连通，其内充满预设气压和体积的空气，使得包含预留空气的气压的灌水头的水势高于使作物生长旺盛对应的土壤水势，小于土壤处于田间持水量时的土壤水势。这样，通过设置负压室，控制灌水头水势，在天气干燥时，土壤水势较小，灌水头水势高于作物生长旺盛对应的土壤水势，储水器中的灌溉水通过灌水头流出至土壤，从而给作物提供生长所需的水分；在下雨或土壤湿度较大时，土壤水势较高，灌水头水势低于田间持水量时的土壤水势，土壤中的水分通过灌水头流进至储水器，从而停止向作物供应水分，避免水分的流失。有效地提高了水分的利用率。

由上述可见，现有的灌水装置，灌水头水势与负压室预留的空气气压、体积以及储水器中灌溉水产生的水势相关，并随着灌溉水体积的减小，灌水头水势也逐渐降低，这样，可能使得储水器中还具有一定灌溉水的情况下，灌水头水势与土壤水势相平衡，从而停止向土壤供水，导致灌水时间较短，水分的利用率不高；进一步地，在平衡状态下，即储水器中还具有灌溉水的情况下，需要重新在储水器中灌注灌溉水以及设置预留空间以及预留空间内的空气气压，灌水所需次数较多，需要占用较多的时间和人力，使得灌水成本较高。而且，在灌水过程中，灌水头水势具有一定的波动，从而不能保证作物一直生长在稳定的、最佳的土壤水分条件下。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种恒负压灌水装置，提高水分的利用率。

本发明的另一目的在于提出一种恒负压灌水方法，提高水分的利用率。

为达到上述目的，本发明提供了一种恒负压灌水装置，该装置包括：灌水头、储水器、负压室以及恒负压调节器，其中，

灌水头，位于恒负压灌水装置底部，设置有细孔，与储水器相连，放置于土壤中生长有作物根系的预定深度以及预定距离的位置；

储水器，位于恒负压灌水装置中部，开设有出液口以及进气口，开设的出液口与灌水头相连通，进气口与恒负压调节器相连通，用于存放灌溉水；