一种适用于果树根部水肥施加的存储渗透装置

技术领域

本发明涉及果木栽植技术领域，具体地，涉及一种适用于果树根部水肥施加的存储渗透装置。

背景技术

黄土高原地区是我国重要的果树产区，但黄土高原的水资源紧缺，雨水资源分布严重不均。在此条件下施肥或灌溉时，来不及被果树根系吸收的水肥向土壤深层或低地势处流失较快，造成浪费，且不利于果树的生长。

果园土壤有机质含量的高低对果树花芽的形成、果实生长发育和果实着色等都有非常重要的影响。有机肥不仅能培肥地力，提高土壤有机质含量，还能改良土壤结构，保证均衡长久地供给果树各种营养元素。确保有机肥微量元素种类全、速效性高，是实现果树高产、稳产、优质最重要的物质基础。要提高果园土壤有机质含量，应大力提倡果园养猪、养鸡、建沼气池，以保证提供优质的有机肥，大力推广秸秆覆盖和果园生草覆草新技术，既能增加土壤有机质，又可蓄水保墒。

当前，通过对苹果生产进行了调查，发现其在施肥方面仍存在的问题，如施肥方法不科学、不合理等，有待于改进。

经现有技术检索发现，中国实用新型专利公开号为CN204482323U，提供了一种用于果园的肥水渗透装置，包含有具有展开一定面积的分布板(1)、排列在分布板(1)上并且设置为与分布板(1)转动式联接的转动轴(3)、设置在土壤中并且设置为与分布板(1)滑动式联接的立柱(7)、设置为与转动轴(3)可拆式联接的钻杆(6)、设置为与转动轴(3)联接并且带动转动轴(3)运动的皮带传动装置，通过皮带传动装置带动钻杆(6)转动，通过分布板(1)在立柱(7)上的上下移动，从而通过钻杆(6)在土壤中产生一排钻孔，在钻孔中注入肥水，不再把肥水实施在土壤表层上，因此把肥水直接注入到果树的根系部，提高了肥水渗透根部的效率和施肥效率。该专利装置就存在上述相关问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于果树根部水肥施加的存储渗透装置。

根据本发明提供的一种适用于果树根部水肥施加的存储渗透装置，包括集液导流罩、存储导流筒以及渗透块；

所述集液导流罩包括收集罩和导入槽，所述收集罩连接于所述导入槽的开口边沿形成斗笠状结构，所述收集罩具有向中心收敛的坡度，所述导入槽中心设有导入口；

所述存储导流筒为黏土基微孔陶瓷管，所述存储导流筒的其中一端为敞口，另一端为封闭端；

所述渗透块为有机物料发酵形成具有微孔结构的块状海绵体，所述渗透块的中部设有容置孔，所述容置孔沿所述渗透块的轴向方向贯穿设置；

所述存储导流筒置于所述容置孔内，所述存储导流筒的外表面与所述容置孔的表面相贴合，所述导入槽容置于所述存储导流筒的敞口内。

一些实施方式中，所述存储导流筒的制备是以粘土为基体，硫酸钙和秸秆为性能改良剂，硅藻土为造孔剂，按照一定比例混合均匀后喷洒适量硅溶胶搅拌模压成为坯体，阴干后置于箱式炉中在1000～1100℃下烧结而成的黏土基微孔陶瓷筒体。

一些实施方式中，所述存储导流筒自上而下依次包括第一导流段、第二导流段和第三导流段，所述第一导流段的孔隙率为35％～40％，所述第二导流段的孔隙率为40％～45％，所述第三导流段的孔隙率为35％～40％。

一些实施方式中，所述第一导流段、所述第二导流段以及所述第三导流段的孔隙率是通过控制挤出压力形成，所述第一导流段与所述第二导流段的挤出压力控制为15MPa，第二导流段的挤出压力控制为10MPa。

一些实施方式中，所述渗透块的原料包括50％的粉碎玉米秸秆和杂草及树枝混合材料、25％的腐熟有机肥、20％的果园土和5％的尿素按重量均匀混合后，再加入有机物质总重量0.5％的发酵剂。

一些实施方式中，所述渗透块的侧面为内凹的弧形和\或所述渗透块的底面为内凹的弧形。

一些实施方式中，还包括防渗透垫，所述防渗透垫为黏土烧制而成，所述防渗透垫贴合于所述渗透块的下端面。

一些实施方式中，还包括补给箱，所述补给箱为黏土烧制而成的敞口结构，所述补给箱的底板贴合所述渗透块的上表面，所述补给箱的竖板与所述收集罩连接，所述底板开设有与所述存储导流筒相适配的通孔。

一些实施方式中，所述存储导流筒为梯形筒体，所述容置孔为相适配的倒梯形。

一些实施方式中，梯形筒体结构的所述存储导流筒2的锥角为10°～20°。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构简单，导流装置与侧渗装置均为环保无污染型，避免了土壤的化学污染。

2、本发明装置中负责导流的存储导流筒与负责侧渗的渗透块均为无规律分布的微孔结构，两者的适配性更强，使得水肥流体的导流更加顺畅，避免现有技术中通过开孔技术在存储导流筒表面形成的规则导流孔与渗透块的无规则微孔在孔径与分布等方面结合的不适配而造成的导流阻力大以及对渗透块微孔结构损坏加速的问题。

3、本发明装置中渗透块为有机营养基质经发酵形成的具有疏松多孔的特性，有机质中的有机胶体能够吸附大量的阳离子和水分，所以渗透块不仅具有保肥的作用，而且具有很好的保水作用。

4、本发明装置通过对存储导流筒沿轴向方向孔隙率的变化控制，促使底部与中部的水肥渗透效果趋于均衡，进而提高果树根部的发育质量。

5、本发明装置通过对渗透块结构形状的改进，提高渗透吸收效果以及侧壁中下部位置的渗透均衡性。

6、本发明装置通过对存储导流筒以及渗透块中相适配的容置孔的形状设计，控制中部以及底部的水肥渗透效果，进一步提高中段和底段的渗透均衡性。

7、本发明装置通过设置防渗透垫以及补给箱，降低水肥直接向底部的渗透量，同时增大水肥的存储量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明存储导流装置剖视结构示意图；

图2为本发明存储导流筒变孔隙率结构剖视示意图；

图3为本发明存储导流筒梯形结构剖视示意图；

图4为本发明渗透块优选结构剖视示意图；

图5为本发明收集导流板结构示意图；

图6为本发明安装有防渗透垫和补给箱后的存储导流装置结构示意图；

其中，附图中对应的相应标记为：

1-集液导流罩，11-收集罩，111-导流槽，12-导入槽，121-导入口，2-存储导流筒，21-第一导流段，22-第二导流段，23-第三导流段，3-渗透块，31-容置孔，4-防渗透垫，5-补给箱，51-底板，52-竖板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种适用于果树根部水肥施加的存储渗透装置，包括集液导流罩1、存储导流筒2和渗透块3。集液导流罩1用于将板面收集的雨水或施加的水肥导入至存储导流筒2内，其整体结构为斗笠状，包括收集罩11和导入槽12，导入槽12的中心开设有导入口121。导入槽12为凹槽结构，凹槽的形状可为半圆形、矩形、梯形或锥台形结构，收集罩11沿导入槽12开口边沿周向闭合设置，两者形成斗笠状结构。收集罩11可选择为具有一定硬度的板或柔性的帆布等。收集罩11相对于导入槽12具有向中心收敛的坡度，即沿收集罩11与导入槽12连接的边至收集罩11的自由边以朝上倾斜(也即远离导入槽12顶部的方向)的方式形成一定坡度。收集罩11相对于水平面的向上倾斜角度为15～30°，倾斜角度过小，不利于收集的雨水或施加的水肥的流入，倾斜角度过大时，在存储导流筒2或者渗透块3高度一定的情况下，又会间接缩小收集罩11的表面积，降低了雨水收集量。优选的，当收集罩11选择为具有一定硬度的板状结构时，收集罩11上沿径向方向设置有多个导流槽111，导流槽111不仅可用于雨水或水肥的快速导流至导入槽12内，还可对收集罩11表面上形成的晨露进行汇集，进而导流至导入槽12内，通过导入口121流入存储导流筒2内。当然，当收集罩11选择为柔性布时，上面也可设置有导流槽111，仅是此时导流槽111的槽深较小。优选的，导入口121为网状结构的开口，即可阻挡树叶等流进存储导流筒2内堵塞部分导流微孔，又可减少雨水或水肥形成的水柱对存储导流筒2底部的冲蚀。

存储导流筒2为黏土基微孔陶瓷管，黏土基微孔陶瓷管是通过将黏土、秸秆、硅藻土、硫酸钙以及硅溶胶的混合材料烧结形成的具有一定孔隙率、可对液态流体或气态流体进行导流的陶土管。存储导流筒2为一端敞口，一端封闭的筒体，其中封闭端的端面为无微孔结构的片体。存储导流筒2的敞口标记为顶端，封闭端记为底端。存储导流筒2的微孔存在于其周向的侧壁上，存储导流筒2的孔隙率为30-45％。导入槽12通过存储导流筒2的上端口容置于存储导流筒2的筒体内，导入槽12与存储导流筒2的形状相适配，其导入槽12的外径与存储导流筒2的上端口的内径基本相同，使得导入槽12可直接卡接于存储导流筒2内。优选的，导入槽12为半圆形凹槽，相应的，存储导流筒2为一端敞口的圆柱。形筒体，存储导流筒2的制备是以粘土为基体，硫酸钙和秸秆为性能改良剂，硅藻土为造孔剂，按照一定比例混合均匀后喷洒适量硅溶胶搅拌模压成为坯体，阴干后置于箱式炉中在1000～1100℃下烧结而成的黏土基微孔陶瓷。制备的微孔陶瓷管的直径在15cm左右，壁厚为1cm左右。其中，原料中各组分的配比优选为：黏土的重量比为55％，硅藻土的重量比为15％，硫酸钙的重量比为10％，秸秆的重量比为20％。原料中的秸秆有三方面作用：其一，在模压成型过程中，充当粘接剂，提高坯体的强度；其二，秸秆作为一种非离子型的聚合物，在烧结过程中充当碳源，促进硫酸钙的分解；其三，秸秆在氧气充足的情况下燃烧生成二氧化碳和水，在氧气不足的情况下则会生成碳和水，可以起到造孔的作用。烧结过程中，烧结炉为密闭空间，升温过程中少量秸秆会与氧气反应生成二氧化碳和水(此时氧气充足)，而后秸秆在265℃附近开始分解生成碳和水(此时氧气不足)。

渗透块3为具有多孔结构的块状海绵体，是通过有机物料发酵并进行一定程度固化形成的具有类似碳块中碳孔结构的块状体。渗透块3的中部开设有容置孔31，容置孔31沿渗透块3的轴向贯穿设置。容置孔31用于安置存储导流筒2。存储导流筒2放置于容置孔31内后，其存储导流筒2的上端口与渗透块3的上表面相平或高出渗透快3上表面一定距离。渗透块3的原料主要由50％的粉碎玉米秸秆和杂草及树枝等混合材料、25％的腐熟有机肥、20％的果园土和5％的尿素按重量均匀混合后，再加入0.5％(填充物料总重量)发酵剂(EM菌)组成。其中，秸秆、杂草、树枝等材料就地取材；有机肥为马粪、牛粪、猪粪、鸡粪、大粪干等一种或几种的混合经高温堆制发酵、充分腐熟后捣碎的有机物料。

本发明提供的适用于果树根部水肥施加的存储渗透装置的使用方法为：

在果园的果树侧面挖设与渗透块3形状大小相适配的土坑，可采用夯实的方法将土坑的底面夯实以形成具有一定阻水性能的阻水层。将渗透块3放入坑内后，将存储导流筒2放入渗透块3的容置孔31内。此时，存储导流筒2的底端与土坑夯实的基面相贴合接触，上端口与渗透块3的上表面相齐平或高出一定距离，集液导流罩1的导入槽12置于存储导流筒2的上端口内，而收集罩11的自由边可搁置于田间形成的土垄上，在收集罩11的下表面与渗透块3的上表面之间可以填充有土壤或土壤与树枝等有机物质的混合材料，起到对收集罩的良好支撑作用的同时，还可对渗透块3形成保护层。

本发明提供的适用于果树根部水肥施加的存储渗透装置的工作原理为：

通过集液导流罩1将收集的雨水或施加的水肥汇集导入至导流槽12内，通过导流槽12的导入口121将雨水或水肥导入至存储导流筒2内，通过存储导流筒2的微孔结构将水肥导流至渗透块3内，继而再通过渗透块3的微孔结构将水肥引流至坑的四周侧壁，由于坑的底部是夯实的土质形成的阻水层，因此绝大部分水肥通过侧壁向外渗透，供果树的根部吸收。存储导流筒2的作用不仅在于导流，还可将多余的未渗透的水肥暂时存储于筒体内，进而达到缓慢渗透的效果。

本发明形成的水肥渗透装置的优点在于：

(1)存储导流筒2的微孔结构使得由导入槽12进入其内的水肥液态流体是经多个不规则的微孔后缓流至渗透块3内，使得水肥能够尽量保持均匀的进入到渗透块3中。相对于现有技术中通过均匀开设有微孔结构的塑料材质的导流管，不会因水肥液体的直射而造成与存储导流筒2外表面接触部分的渗透块3的冲刷，造成沿容置孔31的表面向内一定距离形成沟壑，进而使得自存储导流筒2进入渗透块3内的水肥液体先行向下流，使得水肥的渗透主要集中在了底部，无法满足中上部的侧渗吸收的问题。同时，由于存储导流筒2是通过烧制而成的黏土基微孔陶瓷管，相对于塑料等材质，避免了对土壤的污染。

(2)因渗透块3为有机营养基质经发酵形成具有疏松多孔特性的结构体，有机质中的有机胶体能够吸附大量的阳离子和水分，所以渗透块3不仅具有保肥的作用，而且具有很好的保水作用。另外，随时间逐渐腐熟，渗透块3转化为有机肥，可以随水通过存储坑的坑壁渗入果树的根区，供果树吸收利用，同时也很好的满足了环保节能的要求。

(3)本发明中，存储导流筒2与渗透块3均为无规律分布的微孔结构，两者的适配性更强，使得水肥流体的导流更加顺畅，避免现有技术中通过开孔技术在存储导流筒2的表面形成的规则导流孔与渗透块3的无规则微孔相结合的不适配而造成的导流阻力大以及对渗透块3的本体损坏加速的技术问题。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成的，通过对存储导流筒沿轴向方向孔隙率的变化控制，促使底部与中部的水肥渗透效果趋于均衡，进而提高果树根部的吸收效果与发育质量。具体地：

存储导流筒2设计为变孔隙率的黏土基微孔陶瓷管，具体为沿存储导流筒2的轴向自上而下变化的三段式结构，包括第一导流段21、第二导流段22以及第三导流段23。其中，第一导流段21的孔隙率为35％～40％，第二导流段22的孔隙率为40％～45％，第三导流段21的孔隙率为35％～40％。优选的，第一导流段21、第二导流段22以及第三导流段23的高度基本一致，工艺简单，制作方便。存储导流筒2设计为变孔隙率结构的黏土基微孔陶瓷管，是基于水肥流体因自重而具有朝向下流的趋势特点而设。第一导流段21的孔隙率的变小设计，使得水肥通过存储导流筒2进入到渗透块3上段内的量降低，减小渗透到果树根部上层的水肥量，防止接近土壤表层位置处的果树根部的过度发育。第二导流段22的孔隙率的变大设计，可提高导入至渗透块3中部位置的水肥量，弥补因水肥流体的高度降低至第二导流段22以下时无法渗透吸收以及进入渗透块3中部段内的水肥流体因重力自中部向底层的渗透量，提高位于中部位置的果树根部的吸收量。第三导流段23的孔隙率相对于第二导流段22的变小设计，主要基于两方面原因：一是进入到渗透块3内的水肥由于重力原因，中段部分的水肥会朝底层流动；二是位于底部的水肥供应时间最长。为此，通过将第三导流段23的孔隙率的变小，阻止过多的水肥导入渗透至底部，进而阻止果树根部在底部集聚。为此，存储导流筒2自上而下的孔隙率由小变大，再由大变小的变化设计，使得中下部的水肥渗入趋于均衡，满足测渗吸收的基础上，引导果树根部的良好发育。

存储导流筒2制备为变孔隙率的黏土基微孔陶瓷管的方法优选通过挤出压力的不同而形成。模压成型是目前粘土基微孔陶瓷坯体成型过程中常用的成型工艺，无压烧结则是微孔陶瓷烧结过程中常用的烧结工艺。模压成型过程中，挤出压力越大，微孔率越小。由实验可得，在存储导流筒2的坯体通过挤出机挤出成型过程中，控制第一导流段21和第三导流段23的挤出压力为15MPa时，烧结后形成的第一导流段21和第三导流段23的孔隙率达到35％～40％，而控制第二导流段22的挤出压力为10MPa时，可烧结后形成的第二导流段的孔隙率达到40％～45％的水平。

实施例3

本实施例3是在实施例1或实施例2的基础上形成，通过对存储导流筒以及渗透块中相适配的容置孔的形状设计，控制中部以及底部的水肥渗透效果，进一步提高中段和底段的吸收均衡性。具体地：

存储导流筒2的结构形状设计为梯形结构，适配性地，在渗透块3中部开设的容置孔31的形状为倒梯形结构。两者相结合时，存储导流筒2是以梯形倒置的方式置于容置孔31内，此处梯形倒置的方式是指梯形较短的上底边位于下方。梯形结构的存储导流筒2，可扩大中上部的表面积，在存储导流筒2的孔隙率相同的情况下，因中段的表面积大于底段的表面积，使得中段的孔隙数量要高于底段一定的数量，进而可以提高中部的导入量，进而弥补因水肥流体的高度降低至中段以下时无法渗透吸收以及进入渗透块3中段内的水肥流体因重力而向底层渗透的量，提高位于中部位置的渗透量，缩减中部位置与底部位置的渗透差。此种情况下，虽然存储导流筒2的上段的表面积同样也在增大，但因水肥流体的下降导致无法吸收以及水肥流体自重而下降的量，综合影响不大。

在存储导流筒2为变孔隙率的黏土基微孔陶瓷管时，存储导流筒2同样可设计为梯形结构。同样的，渗透块3中部开设的容置孔31的形状为倒梯形结构，两者相结合时，存储导流筒2以梯形倒置的方式插入至容置孔31内。此时，在借助梯形结构使得第二导流段22的表面积增大，进一步提高中部位置的导流量，进一步缩小因水肥流体的高度降低至中段以下时无法渗透吸收以及进入渗透块3内的水肥流体因重力而自中部向底层的渗透量，还可通过第一导流段21的孔隙率的变小设计抵消因上部梯形的外周表面积增大带来的孔隙增多的问题。

上述中，梯形结构的存储导流筒2的锥角为10°-20°，优选为15°。此处的锥角即指代梯形筒体结构的斜边与筒体的中轴线的夹角。存储导流筒2的锥角大约20°时，使得上段的渗透量过大，同时还会使得底段的渗透量过小，而存储导流筒2的锥角小于10°时，则使得中段的渗透量增加不明显，无法满足中段与底段两端渗透量均衡性的要求。

实施例4

本实施例4是在实施例1-3任一实施例的基础上形成，通过对渗透块结构形状的改进，提高渗透吸收效果以及侧壁中下部位置的渗透均衡性。具体地：

渗透块3的整体外形结构变化为具有凹凸的形状，不再是规则的圆形柱体结构或方形柱体结构等。具体地，渗透块3的侧面具有向中心内凹的弧形结构，而渗透块3的底部同样也可具有向中心内凹的拱形结构。渗透块3侧面内凹的弧形结构，缩短了位于中间段的水肥渗透路径，无论是存储导流筒2是否为变孔隙率结构的黏土基微孔陶瓷管，均可提高中间段的水肥渗透量。即通过缩短中间段的水肥渗透路径而解决中间段(第二导流段22)与底段(第三导流段23)之间的渗透差，使得两段的渗透量趋于均衡。

当渗透块3的底部设计为向上凸起的拱形结构时，存储导流筒2的底部以及土坑的底部基面同样为相适配的向上凸起的拱形结构。相对于水平的设计方式，不仅可使得水肥全部导流至渗透块3内，进而渗透侧面土壤中被果树根部吸收，降低甚至消除水肥残留问题，而且因土坑的底部为夯实结构的阻水层，向上凸起的拱形结构可通过减少水肥留存于基面上的时间，降低渗透量，进一步提高土坑底部基面的阻水效果。

实施例5

本实施例5是在实施例1-4任一实施例的基础上形成，通过设置防渗透垫以及补给箱，降低水肥直接向底部的渗透量，同时增大水肥的存储量。具体地：

通过黏土烧制而成的防渗透垫4，防渗透垫4具有阻止水肥渗透的功能。防渗透垫4的形状大小与渗透块3底部表面相同，贴合于渗透块3的底面设置。为此，通过存储导流筒2导流至渗透块3内的位于其底部的水肥，通过防渗透垫4可有效阻止水肥直接渗透至底部。

在渗透块3的上表面与收集罩11的下表面之间设置有补给箱5，补给箱5同样通过黏土烧制而成。补给箱5为敞口的箱体结构，其底板51上开设有与存储导流筒2外径相适配的通孔，同时底板贴合渗透块3的上表面设置。补给箱5的竖板52的上部边沿与收集罩11连接，并形成一定的密封。此时，存储导流筒2的上端口高出渗透块3的表面一定距离并伸入至补给箱5内，使得通过集液导流罩1汇集的雨水或水肥在灌满存储导流筒2的筒体内后，多余的雨水或水肥可暂时存储于补给箱5内，特别是干旱地区雨水的存储，可延长水肥的补给时间，提高果树的水肥施加效果。

进一步的，补给箱52的底部具有向中心收敛的斜度，以使得补给箱5内存储的水肥可以完全进入到存储导流筒2内。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。