一种基于夏玉米密植后用滴灌技术调控水肥的设计与操作方法与流程

本发明涉及农业工程，尤其涉及一种基于夏玉米密植后用滴灌技术调控水肥的设计与操作方法。

背景技术：

1、滴灌技术是将具有一定压力的水，过滤后经管网和出水管道(滴灌带)或滴头以水滴的形式缓慢而均匀地滴入植物根部附近土壤的一种灌水方法；滴灌系统主要由水源、首部(包括水泵、动力机、过滤器、肥液注入装置、测量控制仪表等)、各级输配水管道和滴头等四部分组成。

2、由于其具有精准定量、省工省力、节本增效的作用，目前滴灌技术在经济作物、设施农业上已经得到广泛的应用，但在大田粮食作物还应用较少，且在实际使用中仍然存在一些问题，比如，首部多为简易式、管网布局不合理等不能与灌溉区域的地理环境及种植模式相配合，首部和各级输配水管道性能的选择没有相应的对应参数不能与灌溉区域的面积及种植作物的种植要求相配合等等。

3、国家明确提出，今后一个时期，抓紧抓好粮食和重要农产品稳产保供，全力抓好粮食生产，确保全国粮食产量保持在1.3万亿斤以上；同时将“开展吨粮田创建”、“实施玉米单产提升工程”作为当前我国农业生产的主要任务，强调“统筹推进高效节水灌溉”、“加快农业投入品减量增效技术推广应用，推进水肥一体化”。作为黄淮海夏玉米区，气象条件不稳定、水与土地资源分布不均衡、水肥利用率低、生产成本高等问题制约着玉米产业的发展。如何解决滴灌技术在黄淮海夏玉米大田中的应用，减少水肥资源的浪费，提高水肥利用率，提高玉米单产，是技术融合与技术创新是解决这一问题的关键。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种基于夏玉米密植后用滴灌技术调控水肥的设计与操作方法，是针对黄淮海夏玉米合理密植技术形成的、结合区域内雨热同季等气象特点、科学配置水肥一体化设备和设计滴灌管网布局、通过水量水压调控并实时计量修正、按照玉米阶段性施肥要求、完成水肥精准投送、满足玉米各生育期需求、提高水肥利用率、提高玉米整齐度、最终达到高产目标的农业工程技术；是解决现有滴管技术不能适应黄淮海夏玉米区生产需求，导致灌溉、施肥与玉米生长需求不匹配，造成水肥利用率低，水肥资源浪费及影响玉米产量等的有效原创性方法与手段。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于夏玉米密植后用滴灌技术调控水肥的设计与操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

3、步骤一、水肥调控首部设计与设备的选型；

4、步骤二、灌溉分区的设计与灌溉管网设备要求；

5、步骤三、水肥调控首部安装与灌溉管网铺设连通及相关阀门装置连接；

6、步骤四、精量灌溉或施肥的操作。

7、进一步的，所述步骤一中，所述水肥调控首部设计：所述设计是首部的位置应设置在管理地块的水源处，若水源在种植地块中间时,应预留田间管理通道，方便管理人员和相应物资的进出。

8、进一步的，所述水源包括水井、水渠、储水罐和农田供水管网中的至少一个或两个，且水源蓄水量至少满足一个灌溉分区一次性灌溉需求，水源水质应符合农田灌溉水质标准。

9、进一步的，所述步骤一中，所述设备包括水泵、过滤器、变频恒压控制系统和水肥一体机；所述设备的选型是指设备应与首部控制面积及管网布局相匹配；

10、所述水泵选型应符合灌溉管网压力及流量要求；

11、所述过滤器过滤能力应根据灌溉管网的设计流量和工作压力参数要求进行选择，过滤器的过滤精度应不小于120目；

12、所述变频恒压控制系统的技术参数应符合gb 50055规定；

13、所述水肥一体机应具有灌水量计量、施肥量计量、施肥量调节、定量灌水、定量施肥、灌水与施肥过程记录功能，使用的流量计精度等级应不小于2％，记录时间间隔不大于10min；

14、所述水肥一体机应至少有2个施肥通道，单通道最大施肥量等于此通道单个灌溉分区的施肥量的和除以总施肥时间；

15、所述水肥一体机应设至少两个施肥罐，总容积应大于单个灌溉分区的施肥量，施肥罐上安装搅拌电机，并具有水位监测显示功能。

16、进一步的，所述设备应与首部控制面积及管网布局相匹配，是指主要设备还应通过以下方法来获得；

17、所述首部控制面积的计算如下式所示：

18、

19、式中：a-首部控制面积(m2)；η-灌溉水利用系数，一般取0.9；qs-水源供水流量(m3/h)；iqmax-玉米在各个生育期内每亩最大灌溉量(m3/亩)；t-轮灌整个灌溉区域的计划时长(h)；

20、所述水泵额定流量计算如下式所示：

21、

22、式中：qt-水泵额定流量选型(m3/h)；m-单次灌溉开通的灌溉分区个数；nei-单个灌溉分区内灌水器滴头个数；qd-灌水器额定流量(l/h)；η-灌溉水利用系数，一般取0.9；

23、所述水泵扬程计算如下式所示：

24、h＝hp+hf+he  (3)

25、式中：h-水泵扬程选型(m)；hp-水泵甭管长度(m)；hf-灌溉管网水头损失(m)；he-灌水器设计工作压力(m)；

26、所述单通道最大施肥量计算如下式所示：

27、

28、式中：vfimax-第i输出通道最大施肥速度(l/h)；k-施肥量调节系数，一般取1.1-1.3；qij-需要同时施肥的第i通道第j灌溉分区施肥量(l)；n-需要同时施肥的灌溉分区个数；t-单次施肥时间(h)。

29、进一步的，所述步骤二中，所述灌溉分区是根据首部设备性能、种植模式、种植垄向、地块大小，按照一次性完成灌溉量、追肥量、实施要求时间、垄向连片均等依次规划，一个灌溉分区面积大小原则上≥20亩。

30、所述一个灌溉分区的面积的计算如下式所示：

31、

32、式中：ac-单个灌溉分区面积(m2)；η-灌溉水利用系数，一般取0.9；qt-水泵额定流量(m3/h)；qd-灌水器额定流量(l/h)；na-每亩滴头个数。

33、所述一次性完成灌溉量是指灌溉分区内供水流量，计算如下式所示：

34、

35、式中：qx-需要的供水流量(m3/h)；as-规划灌溉面积(hm2)；iqmax-玉米在各个生育期内每亩最大灌溉量(m3/亩)；η-灌溉水利用系数，一般取0.9；t-轮灌整个灌溉区的计划时长(h)。

36、进一步的，所述步骤二中，所述灌溉管网设备包括干管、分干管、支管、毛管、阀门装置；

37、所述干管、分干管可选用110mm-160mm直径管道，耐压≥0.6mpa；

38、所述支管可选用50mm-90mm直径的管道，耐压≥0.3mpa；

39、所述毛管可选用16mm直径的贴片式或迷宫式滴灌带，耐压为0.1-0.3mpa，且毛管的滴头间距应≤300mm、滴头流量应达到2l/h-4l/h。

40、进一步的，所述步骤三中，所述阀门装置主要有控制阀、放气阀、逆止阀和泄压阀，其中，放气阀、逆止阀和泄压阀应符合微灌工程技术规范。

41、进一步的，所述步骤三中，所述水肥调控首部安装；

42、所述水泵利用连接管道与过滤器连接，过滤器出水口与灌溉管网干管相连；单个水源不足时，应在过滤器前加设储水罐，由两个水泵给储水罐供水，储水罐出口用连接管道与增压泵连接,增压泵出水口与过滤器连接,过滤器出水口与灌溉管网干管相连；

43、所述水肥一体机进水口与水泵和过滤器之间的管道相连,水肥一体机的进肥口与施肥罐相连,水肥一体机的出肥口与过滤器的进口相连；施肥罐加水口与水肥一体机的进水口相连；变频恒压控制柜采用3相供电,管道压力表作为反馈与变频器的反馈端相连,变频恒压控制柜通过485通讯与水肥一体机相连；水肥一体机采用3相供电,水肥一体机通过rs485口控制变频恒压控制启停及管道的压力；

44、所述逆止阀和泄压阀安装在过滤器入口处。

45、进一步的，所述步骤三中，所述灌溉管网铺设连通；

46、所述干管、分干管由人工铺设和连接，干管的一端与所述首部输出通道连通，干管另一端利用控制阀与分干管连接，干管或控制阀应设置在每个灌溉分区的地头或田间管理通道处，方便管理灌溉分区的水肥输送，分干管与灌溉分区各个所述支管的中间位置用三通或四通连接，一个灌溉分区由一根分干管管控水肥输送；

47、所述支管由人工铺设和连接，支管垂直于垄向利用三通管件与灌溉分区中的毛管连通，支管与毛管连接位置根据压力衰减和地势坡度设计，且各个支管之间的毛管互联互通，长度≤120m，支管与地头之间末端毛管长度应<50m；

48、所述毛管利用播种机播种时与播种同步铺设，且顺垄向铺设在种植行距的窄行中心位置，并浅埋1-3cm，每根毛管按地块长度铺满，注意断裂处或续接处用直通管件连接；

49、所述放气阀安装在每个灌溉分区支管水平位置最高处。

50、进一步的，所述步骤四中，所述精量灌溉或施肥的操作；

51、所述精量灌溉是根据玉米生育期需水规律和墒情定量灌溉；

52、所述精量施肥所用肥料应采用液态肥或速溶肥，并按照玉米生育期需肥规律或农艺要求配比适当，施肥前应使肥料充分溶解或搅拌均匀，做到定量施肥；

53、所述精量灌溉或施肥是指水肥调控首部控制区域区内的水肥调控时效应在24h内完成。

54、进一步的，所述步骤四中，所述精量灌溉的操作过程为：

55、1)、根据玉米合理密植农艺要求和墒情，一个灌溉分区应在4h内完成灌溉；

56、2)、播种后三天内应灌溉一次，根据不同的种植模式和墒情调整灌溉水量；

57、3)、玉米生育期内，根据墒情适时灌溉，在抽雄吐丝期遇到干旱，须及时灌溉；

58、4)、灌溉用水量根据种植模式不同一般在10m3-30m3/亩。

59、进一步的，所述步骤四中，所述精量施肥的操作过程为：

60、1)、根据玉米合理密植农艺和化学调控要求，宜在玉米拔节期或大喇叭口期、吐丝期和灌浆期共进行3-4次追肥；

61、2)、追肥时，先冲水0.5h-1h，再进行追肥，追肥后，再冲水0.5h-1h，一个灌溉分区应在4h内完成追肥；

62、3)、玉米生育期内，降雨与追肥节点一致时，应在雨后地块无积水时再追肥，尽量减少用水量；

63、4)、玉米生育期内，干早与追肥节点一致时，灌溉与追肥同步进行，每次灌溉与追肥用水量根据旱情保证在每亩20m3-30m3；

64、5)、追肥后突遇强降雨并形成径流时，应在排水后地块无积水时调整追肥比例尽快进行补追。

65、本发明的有益效果是：

66、1、本技术根据灌溉区域和种植模式对滴灌系统进行设计，实现滴灌系统与灌溉区域和种植模式的统一规划，使采用的灌溉、施肥操作与夏玉米生长需求相匹配，通过管网合理布局和水肥精准调控，实现资源有效协同，提高玉米单产水平，有效解决黄淮海夏玉米区玉米单产提高瓶颈，促进节本增效，保证了玉米的稳产高产优质，提高了农户收益。

67、2、本技术采用根据种植地块的情况，并结合灌溉要求确定灌溉分区，从而提高地块利用率，同时并根据划分出的灌溉分区情况，对灌溉管网进行铺设，并结合气象条件对玉米不同生育期灌溉量和施肥量及节水节肥要求，科学设置滴灌系统关键设备技术指标，规划田间管网合理布局，结合田块面积划定灌溉分区进行轮灌，实现水肥精准调控，提高水肥利用率，降低了肥料成本和浇水难度，增加了收益。

68、3、本技术对黄淮海夏玉米合理密植技术形成的，结合黄淮海区域内雨热同季等气象特点、科学配置首部和设计滴灌管网布局、通过水量水压调控并实时计量修正、按照玉米阶段性施肥要求、完成水肥精准投送、满足玉米各生育期需求、提高水肥利用率、提高玉米整齐度、最终达到高产目标的农业工程技术，能够做到快速省时、精准定量、节本减耗、方便管理，有效解决了黄淮海夏玉米区密度提高后水肥追施难以控制的难题。

69、为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点更能明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。