本發(fā)明涉及一種以真空負(fù)壓多孔滲管為基礎(chǔ)的根系層排鹽系統(tǒng)及其方法，屬于施農(nóng)田灌溉與排水。

背景技術(shù)：

1、地下滲灌是一種農(nóng)田微灌技術(shù)，通過(guò)埋設(shè)于地下的多孔滲水管道將灌溉水引至地面下一定深度的土壤中，通過(guò)調(diào)控管道內(nèi)供水壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)作物根區(qū)低強(qiáng)度持續(xù)的灌溉。

2、當(dāng)前，地下滲灌憑借其材料成本低、節(jié)水效果好和占地面積少的優(yōu)勢(shì)，在大棚種植環(huán)境下普及度較高。然而，相比大田，棚內(nèi)缺少自然雨水淋洗，加之化肥和農(nóng)藥的頻繁施用，使得田塊容易出現(xiàn)根系層土壤鹽分積聚的現(xiàn)象，長(zhǎng)期發(fā)展將危害作物生長(zhǎng)。

3、灌水淋洗是作為常見(jiàn)的土壤淋洗脫鹽方式之一，主要通過(guò)向目標(biāo)田塊灌注過(guò)量的淡水，通過(guò)水分的下滲將土壤中的鹽分帶至深層土壤中，實(shí)現(xiàn)用水壓鹽的效果。此外，灌水淋洗通常面向整塊農(nóng)田，而大棚農(nóng)田普遍采用的局部濕潤(rùn)型的微灌方式將使得田間的溶質(zhì)積聚呈局部化，最終導(dǎo)致淋洗用水的脫鹽收益下降。因此，對(duì)于大棚內(nèi)的土壤鹽分淋洗，一方面需提升淋溶水的側(cè)向排出量，限制溶質(zhì)在土壤垂向剖面內(nèi)的積蓄和擴(kuò)散，防治土壤次生污染；另一方面需注重局部土壤的針對(duì)性脫鹽，避免無(wú)效淋洗。基于滲管的作用機(jī)理，在土壤淋洗過(guò)程中，可嘗試將滲管內(nèi)調(diào)至負(fù)壓狀態(tài)，進(jìn)而在管壁周?chē)纬晌?，以抵消管壁滲流過(guò)程中土壤的毛管力對(duì)水分的蓄留作用，抽取灌水入滲過(guò)程土壤中飽和或近飽和帶內(nèi)的水分，實(shí)現(xiàn)垂向入滲與側(cè)向排水的同步，進(jìn)而降低水分及溶質(zhì)沿垂向的深層滲漏量，提升單位淋洗水量下的脫鹽效益，達(dá)到節(jié)水控鹽的目的，并降低淋溶水造成的次生污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種以真空負(fù)壓多孔滲管為基礎(chǔ)的根系層排鹽系統(tǒng)及其方法，能夠有效降低水分及溶質(zhì)沿垂向的深層滲漏量，提升單位淋洗水量下的脫鹽量，實(shí)現(xiàn)節(jié)水控鹽和避免淋溶水造成的次生污染的效果，具體提供一種以真空負(fù)壓多孔滲管為基礎(chǔ)的根系層排鹽系統(tǒng)及方法，包括灌排系統(tǒng)和田間控制系統(tǒng)。

2、優(yōu)先地，本發(fā)明提供一種以真空負(fù)壓多孔滲管為基礎(chǔ)的根系層排鹽系統(tǒng)，包括灌排系統(tǒng)和田間控制系統(tǒng)，田間控制系統(tǒng)安裝在灌排系統(tǒng)上；

3、其中，灌排系統(tǒng)包括淺溝、配水坑、儲(chǔ)水罐、若干個(gè)滲管、管道和第一電磁閥，目標(biāo)田塊上開(kāi)設(shè)有配水坑和若干個(gè)等間距排列的淺溝，若干個(gè)等間距排列的淺溝內(nèi)均鋪設(shè)滲管，儲(chǔ)水罐通過(guò)管道分別連通滲管和配水坑，管道上安裝有第一電磁閥。

4、優(yōu)先地，灌排系統(tǒng)包括第二管道、第二電磁閥、抽氣泵、沉淀器和廢液桶，抽氣泵連通沉淀器，沉淀器通過(guò)第二管道連通滲管，第二管道上安裝第二電磁閥，沉淀器連通廢液桶。

5、優(yōu)先地，田間控制系統(tǒng)包括儀器收納樁、中央處理器、數(shù)據(jù)傳輸線、土壤水鹽傳感器，儀器收納樁上安裝有中央處理器，中央處理器通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線連接土壤水鹽傳感器。

6、優(yōu)先地，田間控制系統(tǒng)包括水流量傳感器，水流量傳感器安裝在管道上，水流量傳感器連接中央處理器。

7、優(yōu)先地，第一電磁閥和第二電磁閥連接中央處理器。

8、優(yōu)先地，沉淀器包括沉淀器框體、三角底座、濁度感應(yīng)器、鉸鏈、可拆卸面，三角底座固定設(shè)置在沉淀器框體內(nèi)部底部，濁度感應(yīng)器固定設(shè)置在沉淀器框體內(nèi)部上方，可拆卸面通過(guò)鉸鏈安裝在沉淀器框體上；

9、淺溝溝底從田首到田尾產(chǎn)生2°～6°坡度，田首溝底的高度高于田尾溝底。

10、優(yōu)先地，一種以真空負(fù)壓多孔滲管為基礎(chǔ)的根系層排鹽方法，基于任一項(xiàng)所述的一種以真空負(fù)壓多孔滲管為基礎(chǔ)的根系層排鹽系統(tǒng)，執(zhí)行以下步驟：

11、若目標(biāo)田塊中作物仍在生長(zhǎng)，利用中央處理器采取緊急性淋洗策略；

12、若目標(biāo)田塊中無(wú)作物生長(zhǎng)，利用中央處理器采取維護(hù)性淋洗策略；

13、其中，緊急性淋洗策略包括：

14、利用中央處理器控制第一電磁閥開(kāi)啟，儲(chǔ)水罐內(nèi)的水注入配水坑內(nèi)，配水坑內(nèi)的水隨著淺溝的田尾；

15、若田尾埋設(shè)的土壤水鹽傳感器檢測(cè)到滲管的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)田塊土壤的飽和含水量，則利用中央處理器控制第一電磁閥關(guān)閉；

16、當(dāng)田尾與滲管同埋深的土壤水鹽傳感器反饋的土壤含水量第一次達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)田塊的田間持水量，利用中央處理器控制抽氣泵開(kāi)啟，與抽氣泵連接的沉淀器內(nèi)負(fù)壓強(qiáng)度逐漸增大，進(jìn)而在滲管內(nèi)部產(chǎn)生相同的強(qiáng)度負(fù)壓；

17、當(dāng)滲管周邊的土壤毛管水吸力低于滲管內(nèi)的負(fù)壓強(qiáng)度時(shí)，滲管周邊的水分進(jìn)入滲管內(nèi)，利用滲管將淋溶水從土體內(nèi)抽出；

18、滲管抽出的淋溶水進(jìn)入沉淀器中，利用濁度傳感器監(jiān)測(cè)沉淀器中淋溶水中的顆粒泥沙狀漂浮物數(shù)據(jù)，中央處理器控制第二電磁閥打開(kāi)，將沉淀器內(nèi)的水排放到廢液桶中；

19、當(dāng)土壤水鹽傳感器反饋的土壤含水量低于預(yù)設(shè)目標(biāo)田塊的田間持水量時(shí)，利用中央處理器控制抽氣泵關(guān)閉。

20、優(yōu)先地，維護(hù)性淋洗策略包括：

21、計(jì)算淋洗用水總量：

22、

23、式中：q是維護(hù)性淋洗所需的淋洗用水量；n是淺溝數(shù)量；h1是淺溝的田首底部深度與滲管埋深之間的距離；w1是淺溝的田首底部寬度；h2是淺溝的田尾底部深度與滲管埋深之間的距離；w2是淺溝的田尾底部寬度；l是目標(biāo)田塊的長(zhǎng)度；θs是目標(biāo)田塊土壤體積飽和含水率；

24、利用中央處理器控制第一電磁閥開(kāi)啟，利用水流量傳感器準(zhǔn)確記錄流經(jīng)第一電磁閥的水量并將反饋到中央處理器；

25、當(dāng)水流量傳感器感應(yīng)到流經(jīng)第一電磁閥的水量達(dá)到設(shè)定的水量閾值后，利用中央處理器控制第一電磁閥關(guān)閉；

26、儲(chǔ)水罐流出的水分注入配水坑內(nèi)后流至每個(gè)淺溝內(nèi)；

27、當(dāng)土壤水鹽傳感器反饋的土壤含水量第一次達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)田塊的田間持水量時(shí)，利用中央處理器控制抽氣泵開(kāi)啟，沉淀器內(nèi)負(fù)壓強(qiáng)度逐漸增大，進(jìn)而在滲管內(nèi)部產(chǎn)生相同的強(qiáng)度負(fù)壓；

28、當(dāng)滲管周邊的土壤毛管水吸力低于滲管內(nèi)的負(fù)壓強(qiáng)度時(shí)，滲管周邊的水分進(jìn)入滲管內(nèi)，利用滲管將淋溶水從土體內(nèi)抽出；

29、滲管抽出的淋溶水通過(guò)進(jìn)水口進(jìn)入沉淀器中；

30、利用濁度傳感器監(jiān)測(cè)沉淀器中淋溶水中的顆粒泥沙狀漂浮物；

31、依據(jù)濁度感應(yīng)器反饋的顆粒泥沙狀漂浮物數(shù)據(jù)，利用中央處理器控制第二電磁閥打開(kāi)，將沉淀器內(nèi)的淋溶水排放到廢液桶中；

32、當(dāng)土壤水鹽傳感器反饋的土壤含水量低于預(yù)設(shè)目標(biāo)田塊的田間持水量時(shí)，利用中央處理器控制抽氣泵關(guān)閉。

33、優(yōu)先地，作物種植后，利用土壤水鹽傳感器實(shí)時(shí)采集土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)并將反饋到中央處理器中；

34、若中央處理器收到土壤水鹽傳感器的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)作物耐旱下限，則利用中央處理器控制第一電磁閥打開(kāi)，使儲(chǔ)水罐內(nèi)水流入每根滲管中，直到土壤水鹽傳感器反饋的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)田塊的田間持水量的70％～75％之間時(shí)關(guān)閉第一電磁閥。

35、本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

36、(1)本發(fā)明能夠有效降低水分及溶質(zhì)沿垂向的深層滲漏量，提升單位淋洗水量下的脫鹽量，實(shí)現(xiàn)節(jié)水控鹽和避免淋溶水造成的次生污染的效果，具體提供一種以真空負(fù)壓多孔滲管為基礎(chǔ)的根系層排鹽系統(tǒng)及方法，包括灌排系統(tǒng)和田間控制系統(tǒng)。本發(fā)明在滿足脫鹽要求的前提下，利用灌排系統(tǒng)和田間控制系統(tǒng)降低對(duì)淡水資源的依賴，提升農(nóng)田脫鹽效益。

37、(2)無(wú)需重新布設(shè)用于脫鹽相關(guān)管道，只需要在田塊下方設(shè)置滲管，本發(fā)明不對(duì)原有的種植面積造成縮減。

38、(3)本發(fā)明中土壤水鹽實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控，土壤水鹽管理動(dòng)態(tài)精度高。

39、(4)本發(fā)明系統(tǒng)全自動(dòng)操作，節(jié)省人力。

40、(5)本發(fā)明集納污水功能，避免抽出的淋溶水造成二次污染。