一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种作物自动灌水技术领域，具体涉及一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置。


背景技术：

2.稻生育期需水量大，常规淹灌种植需监测稻田水位及时进行灌溉，此过程只能通过人工目测、经验或通过土壤含水率测量来判断，无法准确的监控稻田水位且人工劳动强度较大。自动化灌溉是未来降低农业人工劳动强度、提高灌溉生产效率的一种趋势。淹灌稻田化肥农药通常以表施为主，稻田化肥农药的过量投入，会使化肥农药等污染物随水流入地下水，不仅会造成肥料利用率降低影响水稻产量，还会严重威胁地下水生态环境，影响农田生态系统的可持续发展。合理控制水肥施用量具有重要意义。田间试验周期长、不可控因素多、试验条件控制难，且多为生产目的，室内试验因其试验周期短、具有可控性、可重复性等优点使得室内试验研究相对成熟。但室内淹灌条件下水肥自动灌溉的研究有限。为解决人工低效劳动、确定合理的灌水和施肥量，需要以高效短时的室内试验为此提供技术支撑，因此迫切需要一个符合以上需求的研究装置。


技术实现要素：

3.本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置，能够实现寒区淹灌稻田不同控制水位下的自动灌溉，监测不同水肥管理条件下的入渗过程以及土壤水肥的损失规律；通过设置不同控制灌水水位、灌水量、施肥量，进一步优化寒区水稻作物淹灌下的水肥管理制度。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置，包括平台底座、有机玻璃柱、透明塑料软薄板、渗水室、土壤本体、水肥灌溉组件、水位监测组件、数据采集控制器，所述有机玻璃柱固定于平台底座上，有机玻璃柱下方设有渗水室，有机玻璃柱内部放置土壤本体；所述透明塑料软薄板固定在有机玻璃柱的外侧；所述水肥灌溉组件固定于有机玻璃柱左上方，并与数据采集控制器相连接；所述水位监测组件固定于土壤本体表层，也与数据采集控制器相连接。
6.较佳地，所述土壤本体，从上到下依次为耕作层、犁底层、底土层。
7.较佳地，所述耕作层厚度为200mm，犁底层厚度为150mm，底土层厚度为550mm。
8.较佳地，所述水肥灌溉组件，包括施肥罐连接有抽水泵，抽水泵连接有进水管，进水管伸入所述有机玻璃柱上端，所述进水管上安装有水量表、电磁阀。
9.较佳地，所述水位监测组件，包括外壳、水位计、滑道、水位感应器、支架，其中外壳为空圆柱结构，滑道设置于外壳内，水位计为浮球式水位计安装在外壳内，水位感应器放置在滑道内，支架固定在耕作层和外壳之间。
10.较佳地，所述平台底座，采用304不锈钢钢板制成，形状为立方体。
11.较佳地，所述有机玻璃柱为圆柱形，高度不低于1200mm，直径不小于300mm。
12.较佳地，所述透明塑料软薄板，为圆柱形，高度不低于1100mm，直径不小于340mm,厚度不小于2mm,有机玻璃柱和透明塑料软薄板之间形成的环形区域的宽度不小于50mm。
13.较佳地，所述渗水室，下方留有排水口，连接排水管。
14.较佳地，所述数据采集控制器，包括采集控制电路板、液晶显示屏、电脑主机、pvc防水箱。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
16.1、本实用新型通过水位监测组件实时监测稻田的表层水位，并将感应水位实时传输到外部数据采集控制器中，数据采集控制器用于当水位下降到设定自动灌溉水位时，及时控制抽水泵运行，对土壤进行灌水，实现了对寒区淹灌稻田的自动化灌溉，起到了减轻人员劳动强度、提高工作效率的作用。
17.2、本实用新型将水位感应器安装在滑道上，滑道用于动态调节水位感应器的位置，进而控制自动灌水水位，增大了自动灌水水位的控制范围。
18.3、本实用新型的整个自动化灌溉装置采用显示屏控制操作，显示屏实现了可视化图文的显示，便于直观操作。
19.4、本实用新型通过数据采集控制器监测灌水量、施肥量以及在透明塑料软薄板手绘湿润峰运移情况，揭示了自动化灌溉下土壤水肥的入渗过程；利用渗水室收集渗水水样，称量并化验渗流水样的组成成分及含量，实现了寒区淹灌稻田自动化灌溉下的水肥渗漏规律的监测。
20.5、本实用新型水肥灌溉组件的施肥罐和水量表用于设置不同灌水量和施肥量，可实现多情境水肥入渗过程及其水肥渗漏的监测，同时也可以为寒区水稻作物淹灌下的水肥管理制度进行优化。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置的整体结构示意图；
23.图2为本实用新型一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置的水位监测组件的结构示意图；
24.图3为本实用新型一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置的俯视图；
25.其中，1—水肥灌溉组件，2—施肥罐，3—抽水泵，4—水量表，5—电磁阀，6—进水管，7—水位监测组件，8—有机玻璃柱，9—透明塑料软薄板，10—耕作层，11—犁底层，12—底土层，13—渗水室，14—排水管，15—水位计，16—滑道，17—水位感应器，18—支架，19—平台底座，20—外壳，21—土壤本体，22—数据采集控制器。
具体实施方式
26.如图1和图3所示，本实施例公开了一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置，
该装置包括：平台底座19、有机玻璃柱8、透明塑料软薄板9、渗水室13、土壤本体21、水肥灌溉组件1、水位监测组件7、数据采集控制器22，所述有机玻璃柱8固定于平台底座19上，有机玻璃柱8下方设有渗水室13，有机玻璃柱8内部放置土壤本体21；所述透明塑料软薄板9固定在有机玻璃柱8的外侧；所述水肥灌溉组件1固定于有机玻璃柱8左上方，并与数据采集控制器22相连接；所述水位监测组件7固定于土壤本体21表层，也与数据采集控制器22相连接。
27.如图1和图3所示，所述平台底座19，采用304不锈钢钢板制成，形状为立方体，防腐防锈，增加配重。
28.如图1所示，所述有机玻璃柱8为圆柱形，高度不低于1200mm，直径不小于300mm。
29.如图1所示，所述透明塑料软薄板9为圆柱形，高度不低于1100mm，直径不小于340mm，厚度不小于2mm，有机玻璃柱8和透明塑料软薄板9之间形成的环形区域的宽度不小于50mm。
30.如图1所示，所述渗水室，下方留有排水口，连接排水管，用于将土壤本体流入渗水室的水分排出。
31.如图1所示，所述土壤本体21，根据寒区稻田实际分层情况装填，从上到下依次为耕作层10、犁底层11、底土层12，耕作层10厚度为200mm，犁底层11厚度为150mm，底土层12厚度为550mm。
32.如图1和图3所示，所述水肥灌溉组件1，包括：施肥罐2、抽水泵3、水量表4、电磁阀5、进水管6，其中水量表4分辨精度为1l，便于精准调控灌水量。
33.如图2和图3所示，所述水位监测组件7，包括：外壳20、水位计15、滑道16、水位感应器17、支架18，其中外壳20为空圆柱结构，材料为pvc塑料，其中水位计15为浮球式水位计，位于外壳20内部的左侧，其中滑道16采用304不锈钢钢材制作，位于外壳20内部的右侧，其中水位感应器17放置在滑道16内，便于上下自由移动，其中支架18，采用304不锈钢钢材制作，固定在耕作层10和外壳20之间。
34.在本实施例中，所述的装置的具体实验步骤包括如下：
35.步骤s1：取寒区稻田土样按实际情况分层装填到土柱中，采集各层土壤土样化验确定各项初始理化参数值；
36.步骤s2：确定水位监测范围区间，在耕作层表层安装水位监测装置，调整自动灌溉水位；
37.步骤s3：配置土壤水肥溶液，采用水肥灌溉组件在土壤柱耕作层随水施肥，施肥量根据实验要求确定；
38.步骤s4：实验开始后灌水到指定水位处，当水位下降到设定自动灌溉水位时，水位感应器感应后，将信息传递给电脑控制系统，控制抽水泵运行抽取水肥溶液，电磁阀打开，向土柱中注入水肥溶液，注入量根据实验设计确定；
39.步骤s5：实验过程中根据预设的时间频率提取灌水量和施肥量数据，计算寒区稻田淹灌条件下累积水肥入渗量和水肥入渗速率；同时在相应预设时间用记号笔在有机玻璃外柱描绘该时刻土柱的湿润峰分布情况；进一步分析寒区稻田土壤一维入渗过程；根据设定时间节点收集渗水室水量，称量并化验排出水样的组成成分及含量，得出寒区淹灌稻田自动化灌溉下的水肥渗漏损失规律。
40.基于上述一种寒区水稻作物水肥自动化灌溉试验装置，实施例是以32个寒区稻田
水肥自动化灌溉装置进行的实验，进一步说明本装置在实验中的具体应用，具体为：32个装置同时与同一个数据采集控制器22相连，32个土柱装填情况和组件安装均相同。在32个装置的耕作层种植水稻作物来模拟田间实际种植情况，并设置两种氮肥施用量n1和n2、两种磷肥施用量p1和p2、两种钾肥施用量k1和k2两种灌水量i1和i2以及两种自动灌水水位w1和w2，共32个处理水平：n1p1k1i1w1、n1p1k1i1w2、n1p1k1i2w1、n1p1k1i2w2、n1p1k2i1w1、n1p1k2i1w2、n1p1k2i2w1、n1p1k2i2w2、n1p2k1i1w1、n1p2k1i1w2、n1p2k1i2w1、n1p2k1i2w2、n1p2k2i1w1、n1p2k2i1w2、n1p2k2i2w1、n1p2k2i2w2、n2p1k1i1w1、n2p1k1i1w2、n2p1k1i2w1、n2p1k1i2w2、n2p1k2i1w1、n2p1k2i1w2、n2p1k2i2w1、n2p1k2i2w2、n2p2k1i1w1、n2p2k1i1w2、n2p2k1i2w1、n2p2k1i2w2、n2p2k2i1w1、n2p2k2i1w2、n2p2k2i2w1、n2p2k2i2w2。
41.氮肥、磷肥、钾肥分别为尿素、五氧化二磷、氧化钾，各种肥料的施用量根据寒区田间经验施肥量所确定，氮肥施用量分别为80kg/hm2和110kg/hm2，磷肥施用量分别为30kg/hm2和45kg/hm2，钾肥施用量分别为60kg/hm2和80kg/hm2。灌水量设置为每次灌水1.5l和3l，换算为水面高度分别为2.5cm和5cm。自动灌水水位设置为3cm和5cm。不同处理利用各自装置的施肥罐2中添加设置施肥量；通过数据采集控制器22输入设置灌水量，驱动抽水泵3运行控制灌水量；利用水位监测组件7中的滑道16可移动性，将水位感应器17滑动至实验设置自动灌水水位处。
42.处理水平设置结束后，开始实验，实验开始32个处理的初始灌溉水位均在耕作层10上方10cm处，当各处理水位下降到本处理设定的自动灌溉水位时，水位感应器17感应后，将信息传递给数据采集控制器22，控制抽水泵3运行抽取水肥溶液，电磁阀5打开，向土壤本体21中注入水肥溶液。实验过程中定期从数据采集控制器22中提取灌水量和施肥量数据，计算各处理的累积水肥入渗量和水肥入渗速率；同时定期在每个处理装置的透明塑料软薄板9上用记号笔描绘土柱的湿润峰分布，分析各处理土柱的一维入渗过程；定期收集渗水室水量，称量并化验水样的养分含量情况，分析各处理土柱的水肥渗漏规律。根据上述实验数据和分析结果，客观的分析不同自动灌水水位、灌水量、施肥量对寒区稻田土壤一维入渗及渗漏规律的影响，进而能够确定寒区水稻淹灌条件下水肥高效利用的最优自动灌水水位、灌水量、施肥量的组合方式，实现寒区水稻作物淹灌下的水肥管理制度优化的目的。
43.以上所述仅为本实用新型的典型实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。