[发明专利]土壤自动地下灌溉系统及其应用

说明书

本发明涉及一种土壤湿度自动控制系统的工艺技术及装置。本发明可用于农业区或植物暖房的地下灌溉系统，根据植物生长的最佳土壤含水量需求，提供自动及实时双向的供水或排水。鉴于太空无重力情况下土生植物的灌溉困难，本工艺技术也可根据植物生长时根部所需的最佳湿度需求，提供自动的灌溉。本工艺技术同时可用于荒漠治理，提供沙漠区的有效节水及水的实时收集及利用，协助荒漠造田的理想。本工艺技术亦可用于家庭、或商业以提供或控制盆景的自动灌溉需求。亦可用于工业界作为有些颗粒产品的湿度自动控制装置。

技术领域

本发明涉及一种土壤湿度自动控制系统的工艺技术及装置。本发明可用于农业区或植物暖房的地下灌溉系统，根据植物生长的最佳土壤含水量需求，提供自动及实时双向的供水或排水。鉴于太空无重力情况下土生植物的灌溉困难，本工艺技术也可根据植物生长时根部所需的最佳湿度需求，提供自动的灌溉。本工艺技术同时可用于荒漠治理，提供沙漠区的有效节水及水的实时收集及利用，协助荒漠造田的理想。本工艺技术亦可用于家庭、或商业以提供或控制盆景的自动灌溉需求。亦可用于工业界作为有些颗粒产品的湿度自动控制装置。

背景技术

全球淡水资源中约有70％做为农业用水已被广为报道。淡水资源中仅约20％做为工业给水及约10％用于都市给水。淡水的抽取量及应用量并非相同，做为农业用水，其抽取量约占全世界水资源的93％，而仅约水资源中的4％及3％为工业及都市实际抽取量的百分比。所以农业用水的小省可有效的解决水资源短缺问题。农业的地下灌溉便是为节水而开发应用。地下灌溉系统在近二、三十年来有许多改良及专利技术的开发。其使用的主要原因及目的是节水。这些问题国内外已有不少的新型专利在不断克服。

然而地下灌溉有关水渗漏损失的问题迄今仍然未真正解决。这几十年来有关土生植物成长的研发证明各类不同土壤的含水量与生长速度及开花结果息息相关。每种土生植物的最佳成长状况皆有其最佳的土壤湿度范围。而植物在各不同成长期及外界的环境因子变化时，其最佳的土壤湿度亦随之变化。在现有的国内外专利技术文献及学术报告中尚无法找到真正能依植物的最佳成长需求而实时并自动控制土壤湿度的方法。

土生植物的灌溉可分地面或地下灌溉。现行的地面灌溉一般含(1)喷灌法(Sprayor Sprinkler Irrigation)，(2)漫灌法(Flood Irrigation)，及(3)地面滴灌法(DripIrrigation)。而现行的地下灌溉法则为(1)地下渗灌法(subsurface percolationirrigation)，(2)地下滴灌法(subsurface drip irrigation)，及(3)毛细灌溉法(subsurface capillary irrigation)，等等。用地下灌溉代替地面灌溉的主要目的是减少蒸发和地表径流造成的水分流失。然而，伴随的问题是成本高昂的地下灌溉系统的安装，堵塞管道埋入地下时维修的难度和修理，通过重力难以有效地分布水分和土壤养分，并难以有效控制水灌溉率与植物的实时利用率。为了实现“灌溉的零浪费”，则控制灌溉率等于实时用水量率就必须解决。但迄今尚未有这方面技术的发明被提出。

另一个困难的问题是在干旱或半干旱农业地区如何通过地下灌溉设备收集多余的雨水及灌溉水。如果地下灌溉系统也可用于收集超出了植物的额外水分的需求，“灌溉的零浪费”的完美理想才能真正实现。这意味着，如果地下灌溉系统既可以用于供水，又可以根据植物的实时用水需求从土壤中收集水，这才是对水流失的真正预防。这便需要在农业区有自动化且实时的“土壤双向流地下灌溉系统”。只有当灌溉系统能够响应植物的实时水分消耗需求时才能真正实现“灌溉的零浪费”。本专利稍后会进一步提供设备及方法及开发数学模型以验证这些情况。

美国专利US3,819,118公开了一个毛细管滴漏设计的地下灌溉系统。如该发明所描述的，为了维持每小时1/4至1加仑的灌溉供水量，6至22psi之间的工作压力需求必需维持住。由于该发明使用压力推动土壤中的水分迁移，因此在这种情况下无法实现自动双向流动设计来实时保持植物所需的土壤水分。其他问题，例如防止重力渗漏水的流失及有效地分布水分及养分至土壤中均无法解决。