本發(fā)明屬于農業(yè)抗旱、環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水灌溉領域，特別是涉及一種丘陵山區(qū)抗旱集雨及水肥一體化滴灌系統(tǒng)。

背景技術：

水資源短缺是制約我國農業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一，尤其是在我國貴州等西南山區(qū)，雖然降雨量較充沛，但干旱等極端天氣也時常出現，導致山丘地區(qū)作物干旱缺水，因此在山丘地區(qū)修建集雨池進行調蓄是解決這一問題的主要方法。近年來，隨著霧霾天氣的加重，人們越來越重視對環(huán)境的保護，而作物秸稈、農膜等農業(yè)廢棄物的燃燒已經成為大氣污染的主要部分，秸稈、農膜等農業(yè)廢棄物的隨意堆放也會引起環(huán)境的污染，如何處理這些農業(yè)廢棄物也是目前我國農業(yè)生產中急需解決的問題。隨著我國設施栽培和規(guī)?；N植的發(fā)展，由于傳統(tǒng)的灌溉技術管理粗放，水資源利用效率很低，嚴重的浪費了水資源，且施肥工作通常采用人工，不僅費時費力，肥料利用率也不高。

目前，集雨技術和滴灌技術雖然都已有所發(fā)展，但是現有的集雨池設計和滴灌技術都存在很大的缺陷，如何設計建造經濟合理的集雨池是當前亟需解決的難題，集雨池建設容積過大會浪費緊缺的耕地資源，容積過小則難以充分收集降雨。滴灌帶、小管出流等滴灌技術在作物生產已經得到較大范圍的推廣，起到了節(jié)水增產的效果。現有的滴灌系統(tǒng)由于容易堵塞很難實施水肥一體化，又因山丘地區(qū)地勢等因素，很難將收集的雨水通過管道自流輸送到需要灌溉的區(qū)域，需要水泵進行提水，但是絕大部分山丘種植區(qū)域很少有電的通入，有的地區(qū)使用太陽能發(fā)電或風力發(fā)電，但太陽能發(fā)電在黃昏、陰天等日照較弱時不能有效工作，風力發(fā)電在無風或風速小時，供電又難以滿足水泵運行的需求。在農業(yè)生產中也產生很多的農業(yè)廢棄物，如小麥、玉米秸稈，農膜等，燃燒會造成空氣污染，隨意堆放也會造成環(huán)境污染，農業(yè)廢棄物的污染也成為目前生產中所面臨的主要問題。

如何合理高效的利用降雨、修建集雨池等小微型水源工程、解決秸稈、農膜等農業(yè)廢棄物污染、山丘種植區(qū)用電以及灌溉施肥技術管理粗放、水肥利用效率較低等問題，將是解決我國西南地區(qū)部分種植山區(qū)、坡地干旱缺水、農業(yè)廢棄物處理、合理灌溉的有效途徑。

技術實現要素：

發(fā)明目的：為解決山丘種植區(qū)干旱缺水、農膜等廢棄物污染、供電不通及現有滴灌技術中存在的管道堵塞和肥料利用效率低下的問題，本發(fā)明提供一種丘陵山區(qū)抗旱集雨及水肥一體化滴灌系統(tǒng)。

技術方案：為實現上述技術目的，本發(fā)明提出了一種丘陵山區(qū)抗旱集雨及水肥一體化滴灌系統(tǒng)，其包括集雨系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和水肥滴灌系統(tǒng)，其中：

所述的集雨系統(tǒng)包括鋪設壟體、壟間的集雨地膜及建于種植坡地下方的集雨池，所述種植坡地為在山丘區(qū)選擇適合坡地起壟而形成壟體和壟間；所述集雨地膜是將可降解納米保水地膜覆蓋在壟體和壟間上制作而成；所述集雨池修建在坡地低處，利用地勢差，將集雨面收集的雨水自流收集于集雨池中；其中，所述可降解納米保水地膜是由如下重量百分比的組分混合吹塑制得：納米caco310-15份、納米tio25-10份、聚乙烯醇10-20份、聚丙烯15-25份、聚乳酸2-3份、秸稈生物質炭12-27份、mp3005保水劑10-20份、em擴大液3-5份、糖蜜1-3份、復合增塑劑15-26份、生物降解促進劑5-12份、光引發(fā)劑2.8-5份和淀粉膠黏劑1-5份。

所述的發(fā)電系統(tǒng)包括若干太陽能電池板、風力發(fā)電機、沼氣發(fā)電裝置和蓄電池裝置，風力發(fā)電機、太陽能電池板和沼氣發(fā)電裝置為互補發(fā)電，該系統(tǒng)是集風能、太陽能及沼氣發(fā)電等多種能源發(fā)電技術及系統(tǒng)智能控制技術為一體的復合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)；

所述水肥滴灌系統(tǒng)包括滴灌管道，來自集雨池的水通過水泵運輸到滴灌管道內，滴灌管道包括依次連接的控制管道和滴灌主管，控制管道上依次設置有閘閥、壓力表和施肥器，滴灌主管的表面設置有若干滴灌支管，每個滴灌支管上設置壓力補償式滴頭，壓力補償式滴頭埋設在作物的根部。

優(yōu)選地，所述集雨池建造為5-6m³，鋪設的集雨面大致利用4-6條壟，覆蓋面積為96m²-150m²的納米可降解地膜用于收集雨水。

在集雨面與集雨池接連口設有雨水攔污柵，用于過濾、凈化收集的雨水。所述的水源經水泵的濾膜過濾后再運輸到滴灌管道內。

所述太陽能電池板為多晶太陽能板，所述風力發(fā)電機和多晶太陽能板分別與蓄電池連接。優(yōu)選地，采用一套12v300w的風力發(fā)電機、兩套18v100w的多晶太陽能板和一套12v200ah的蓄電池，所述互補發(fā)電系統(tǒng)功率為300w，風力發(fā)電機的葉片數目為3片，其中所需要的風力發(fā)電機、多晶太陽能電板及蓄電池可購買于市場，經組合安裝后可投入使用，安裝方式為直立式安裝。

所述沼氣發(fā)電裝置設有沼氣池、沼氣儲存罐及沼氣發(fā)電機，所述沼氣發(fā)電機與蓄電池相連，其中沼氣池用于發(fā)酵產生沼氣，通過管道將產生的沼氣存儲于沼氣儲存罐，再輸送到沼氣發(fā)電機用以發(fā)電，并將電能存儲于蓄電池中，以備使用。在一個具體的實施例中，所述沼氣池建設為2-4m³，沼氣發(fā)電機采用5-9kw的小型沼氣發(fā)電機。更具體地，所述沼氣發(fā)電裝置在使用時，將農業(yè)生產中產生的農業(yè)廢棄物投放入沼氣池中發(fā)酵產生沼氣，如農作物秸稈(小麥秸稈、玉米秸稈、煙草秸稈等)，也可將禽畜糞等有機廢棄物一起投放入沼氣池中，并加入生物分解酶及發(fā)酵菌進行厭氧發(fā)酵；所述沼氣池與沼氣儲存罐之間通過輸送管連通，將發(fā)酵產生的沼氣加以存儲；沼氣儲存罐與所述沼氣發(fā)電機連通，用以發(fā)電，并將沼氣發(fā)電機與蓄電池相連接，將產生的電能存儲于蓄電池中，以備使用。

優(yōu)選地，所述的滴灌主管與滴灌支管之間采用三通彎頭連接，滴灌支管分布在滴灌主管的兩側；每個滴灌支管在與滴灌主管連接端設置有止水閥，每個滴灌支管上設置有壓力補償式滴頭。通過設置止水閥，可有效控制灌水和施肥時間，進而控制灌水量和施肥量，實現不同生育階段作物不同的灌水量和施肥量。壓力補償式滴頭與普通滴頭相比，具有灌水均勻度高、自動清洗功能、能借助水流壓力使彈性硅膠片改變出水口斷面，調節(jié)流量，使出水穩(wěn)定。且抗農用化學制品和肥料的腐蝕和紫外線，使用壽命長等優(yōu)點。

所述的水泵流量采用200l/h，所述的滴灌主管采用φ25pvc硬管，滴灌支管采用φ25pe軟管。

具體地，所述可降解納米保水地膜的制備方法如下：

按所述的重量百分比，以納米caco310-15份，em擴大液3-5份，糖蜜1-3份，納米tio25-10份為原料發(fā)酵，發(fā)酵溫度為25-32℃，發(fā)酵時間為7-12天，得到發(fā)酵液a；將得到的發(fā)酵液a中加入相應配方量的聚乙烯醇、聚丙烯、聚乳酸、mp3005保水劑和秸稈生物質炭混入攪拌器中，攪拌15-20分鐘，1000-1800r/min，得到混合物b；再將得到的混合物b中加入相應配方量的淀粉膠黏劑和復合增塑劑，在雙螺桿擠出機中以轉速100-200r/min，溫度150℃-170℃下復合擠出得到熱塑性納米復合劑c；將配方量的生物降解促進劑、光引發(fā)劑均勻混合到熱塑性納米復合劑c中，在50-100r/min的條件下混合均勻，用通用塑料吹膜機吹膜，設定轉速為15-30r/min，溫度150-185℃條件下熱熔擠出吹塑，制成地膜，切割、包裝即制得所述可降解納米保水地膜。

優(yōu)選地，所述納米caco3的粒徑為25-100nm，納米tio2的粒徑為20-50nm。所述的em擴大液由em原液、糖蜜、去離子水按照體積比為0.7-1∶0.6-0.8∶2.1-2.5混合發(fā)酵后得到，發(fā)酵溫度為32-35℃，發(fā)酵時間為8-10天。所述生物降解促進劑為biofiller^tm。所述聚乳酸為生物降解材料pla；所述光引發(fā)劑為水性光引發(fā)劑(wsp)，主要包括二苯酮衍生物及烷基芳酮衍生物。所述的復合增塑劑是以氯化脂肪酸酯為主要成分的增塑劑，可購買于山東天成化工有限公司。淀粉膠黏劑是以紅薯、小麥淀粉為主要成分的粘合劑，可購買于漯河市匯泉膠粘劑有限公司。所述的保水劑為“沃特”牌保水劑。

所述的水泵流量采用200l/h，所述的滴灌主管采用φ25pvc硬管，滴灌支管采用φ25pe軟管。

有益效果：本發(fā)明設計合理、結構新穎、運用安全可靠，合理地修建集雨池，將雨水就地轉化，有效利用降雨資源，進行節(jié)水抗旱，且能有效的緩解旱情，采用可降解納米保水地膜進行集雨，可解決地膜回收或丟棄造成的農業(yè)污染問題，且地膜中含有秸稈生物質炭、保水劑等成分，可有效改善土壤結構，增強土壤孔隙度及酶活性，促進農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。并采用風力發(fā)電機、太陽能電池板和沼氣發(fā)電裝置互補發(fā)電，能更好地把光能、風能轉化為電能，更好地利用農業(yè)秸稈(小麥秸稈、玉米秸稈、煙草秸稈等)、禽畜糞等有機廢棄物進行發(fā)酵，并利用沼氣進行發(fā)電，并將得到的電能加以儲存、利用，變廢為寶，節(jié)約資源，保護環(huán)境。且采用水肥滴灌系統(tǒng)，避免了不合理灌溉施肥對土壤結構的破壞，能有效的節(jié)約水資源，提高灌水的利用率，可以節(jié)省施肥勞動力成本，同時也可以提高肥料的利用率和保證每顆作物的施肥量均勻一致。同時，能有效促進作物根系的生長，進而促進作物的生長發(fā)育，也有利于實現作物水肥精準管理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖，其中，1為集雨池，2為過濾膜，3為水泵，4為太陽能電板，5為風力發(fā)電機，6為蓄電池，7為閘閥，8為壓力表，9為施肥器，10為滴灌主管，11為滴灌支管，12為壓力補償式滴頭，13為止水閥，14、沼氣池，15、沼氣儲存罐，16、沼氣發(fā)電機；

圖2為本發(fā)明的雨水收集系統(tǒng)的建設結構示意圖，其中，1為集雨池，17為種植坡地，18為地壟，19為壟間，20為集雨地膜，21為雨水攔污柵。

具體實施方式

下面通過具體的實施例詳細說明本發(fā)明。

在貴州等西南山丘區(qū)，建設抗旱集雨可降解地膜及水肥一體化滴灌系統(tǒng)，本發(fā)明適用丘陵山區(qū)作物的抗旱、環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水灌溉，本實例以灌溉烤煙生產為例，首先是雨水集蓄系統(tǒng)的建設，該集雨系統(tǒng)包括鋪設壟體18和壟間19的集雨地膜20及設于該種植坡地17下方的集雨池1，集雨池建設容積為5m³-6m³的標準，5m³的集雨池建造為2m×2.5m×1m；6m³的集雨池建造為2.5m×2.6m×1m。5m³和6m³兩個標準的集雨池分別解決10畝和12畝烤煙抗旱移栽用水，平均每1畝煙地移栽用水0.5m³。鋪設在煙壟間的集雨地膜制作為兩種規(guī)格，一是5m³的集水池的集雨地膜利用4條煙壟，覆膜規(guī)格為96m²；二是6m³的集雨池的集雨地膜利用5條煙壟，覆膜規(guī)格為128m²；集雨池是利用地勢差，將集雨地膜收集的雨水自流收集于集雨池1中；通過水泵3將集雨池1中收集的雨水運輸到滴灌管道內，滴灌管道包括依次連接的控制管道和滴灌主管10，控制管道上依次設置有閘閥7、壓力表8和施肥器9，滴灌主管的表面設置有若干滴灌支管11，每個滴灌支管上設置壓力補償式滴頭12，壓力補償式滴頭埋設在煙株的根部。滴灌主管通過水管利用水泵與集雨池相連接，在水管的端部設置有濾膜，水源經濾膜過濾后再運輸到滴灌管道內。滴灌主管與滴灌支管之間采用三通彎頭連接，滴灌支管分布在滴灌主管的兩側。

由于絕大部分山丘種植區(qū)域很少有電的通入，所述水泵的供電來自互補發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能電池板4、風力發(fā)電機5、沼氣發(fā)電機16、蓄電池6，風力發(fā)電機、太陽能電池板和沼氣發(fā)電裝置為互補發(fā)電，無論是在在黃昏、黑夜、陰天還是在無風等情況下，風力發(fā)電機、太陽能電池板和沼氣發(fā)電裝置都能互補發(fā)電，保證水泵能夠得到充沛的供電，其中互補發(fā)電系統(tǒng)包括一套12v300w的風力發(fā)電機，兩套18v100w的多晶太陽能板，一套5-9kw的小型沼氣發(fā)電機及一套12v200ah的蓄電池，互補發(fā)電系統(tǒng)功率為300w，風力發(fā)電機的葉片數目為3片，其中所需要的風力發(fā)電機、太陽能電板及蓄電池可購買于市場，經組合安裝后可投入使用，安裝方式為直立式安裝。所建造的沼氣池為2-4m³，沼氣發(fā)電機采用5-9kw的小型沼氣發(fā)電機，沼氣發(fā)電機固定在蓄電池裝置旁，將農業(yè)生產中產生的農業(yè)廢棄物投放入沼氣池中，如農作物秸稈(小麥秸稈、玉米秸稈、煙草秸稈等)，也可將禽畜糞等有機廢棄物一起投放入沼氣池中，并加入生物分解酶及發(fā)酵菌進行厭氧發(fā)酵，產生的沼氣用于發(fā)電，電能存儲于蓄電池中，以備使用。

本發(fā)明的實現過程為：春旱時期，在貴州西南等山丘種植區(qū)，建設雨水集蓄系統(tǒng)，在煙壟間19鋪設集雨面20，并按照地勢差方向在集雨面下方修建集雨池，將自然降雨收集于集雨池中等待利用，集雨面與集雨池接連口處設有雨水攔污柵21，將收集的雨水進行過濾。其中集雨面是由所述制備的可降解納米保水地膜鋪設而成，在使用地膜前將地膜浸泡于所述制備的發(fā)酵液a中，浸泡1-3天，取出覆膜即可。將農業(yè)廢棄物的秸稈(小麥秸稈、玉米秸稈、煙草秸稈等)堆放于沼氣池中，加入生物分解酶及發(fā)酵菌進行厭氧發(fā)酵，產生的沼氣。并在種植區(qū)塊修建平臺，用于安裝太陽能電池板4、風力發(fā)電機5和沼氣儲存罐15、沼氣發(fā)電機16，將太陽能、風能及沼氣轉化電能并儲存蓄電池6中，在需要灌水的時期，將水泵3放于集雨池1中，連通電源，打開主管的閘閥7，接通水泵3的電源，水泵將水通過滴灌主管10輸送到煙田，打開安裝在滴灌支管上的止水閥13，記錄時間，進而通過止水閥的開關，可有效控制灌水時間，進而控制灌水量，實現不同煙株不同的灌水量。當需要施肥時可將相應的肥料放入施肥器9，施肥器9可將肥料溶解于灌溉水中，從而均勻的給各作物施肥，施肥器不僅可以節(jié)省施肥勞動力成本，同時也可以提高肥料的利用率和保證每個煙株的施肥量均勻一致。本發(fā)明的水肥一體化控制裝置避免了地面徑流對土壤結構的破壞，能有效促進烤煙根系的生長，進而促進烤煙的生長發(fā)育，從而實現烤煙水肥精準管理。

綜上所述，本發(fā)明提供的丘陵山區(qū)抗旱集雨及水肥一體化滴灌系統(tǒng)，通過合理地修建集雨池，將雨水就地轉化，有效利用降雨資源，其中集雨面采用可降解納米保水地膜鋪設，地膜兼具普通地膜的使用特性，降解后殘留物可被土壤微生物吸收利用，既有效促進作物生長，又避免造成二次污染。且地膜中含有的秸稈生物質炭、mp3005保水劑及em擴大液等成分降解后又可有效改善土壤結構和孔性，降低土壤酸度，增加微生物活性，提高土壤保水保肥能力。并采用風力發(fā)電機、太陽能電池板和沼氣發(fā)電裝置互補發(fā)電，能更好地把光能、風能轉化為電能，更好地利用秸稈等農業(yè)廢棄物進行沼氣發(fā)電，并將得到的電能加以儲存、利用，變廢為寶，節(jié)約資源，保護環(huán)境。且本發(fā)明采用水肥滴灌系統(tǒng)，能使灌溉均勻，可以節(jié)省勞動力成本，同時提高水肥利用效率，保證作物的精準灌水施肥量，有效促進作物的生長。

以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明不局限于上述實施例，凡依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例做任何簡單修改，等同變化與修飾，均落實在本發(fā)明要求的保護范圍內。