關(guān)文杰　尹愛華　尹建華　何靜霞

摘? 要：文章設(shè)計(jì)了一種新型的二氧化碳?xì)夥适┓畔到y(tǒng)。該系統(tǒng)采用在農(nóng)作物種植現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置二氧化碳液體貯罐，再通過管道接通至大棚種植區(qū)，結(jié)合遠(yuǎn)程自動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)農(nóng)作物實(shí)行精準(zhǔn)的氣肥施放。結(jié)果表明，該系統(tǒng)節(jié)省了生產(chǎn)運(yùn)輸成本，很大程度地提升了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：二氧化碳;氣肥施放系統(tǒng);大棚;農(nóng)業(yè)種植

中圖分類號(hào)：S626? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）18-0042-02

Abstract： A new type of carbon dioxide gas fertilizer application system is designed in this paper. The system sets up a carbon dioxide liquid storage tank in the crop planting site， and then connects it to the greenhouse planting area through the pipeline， combined with the remote automatic control technology to carry out accurate gas and fertilizer release to the crops. The results show that the system saves production and transportation costs and greatly improves the yield and quality of crops.

Keywords： carbon dioxide; gas and fertilizer delivery system; greenhouse; agricultural planting

二氧化碳是農(nóng)作物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)之一，在農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中，二氧化碳的缺乏會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量降低等危害[1]。隨著我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)的重視以及市場(chǎng)對(duì)綠色食品的需求，我國(guó)的大棚種植發(fā)展極為迅速，形成現(xiàn)代化大型農(nóng)業(yè)綜合體，而在大棚這種封閉環(huán)境中，又很容易造成二氧化碳的缺乏，所以目前我國(guó)對(duì)于二氧化碳?xì)夥实男枨笤絹碓酱骩2-4]。研制并科學(xué)的推廣施肥技術(shù)以及開發(fā)新的技術(shù)裝備則變?yōu)橐豁?xiàng)迫切的要求。目前社會(huì)上主要的二氧化碳?xì)夥适褂梅椒ㄈ缦拢海?）瓶裝二氧化碳?xì)夥蔥5]：將高壓鋼瓶里面的二氧化碳液體氣化使

用，缺點(diǎn)是操作運(yùn)輸不便，釋放量不易控制，使用時(shí)間較短。（2）固體干冰氣化施肥：此技術(shù)是將液體二氧化碳在低溫高壓環(huán)境下壓縮成干冰，運(yùn)輸?shù)酱笈镞M(jìn)行氣化，過程運(yùn)輸困難，損耗較大，不易推廣;（3）固體顆粒氣肥：將球形或圓柱形顆粒二氧化碳顆粒均勻埋于田地作物中間，表面覆蓋土壤2cm。其缺點(diǎn)是二氧化碳?xì)怏w分布在農(nóng)作物底部，不利于光合作用;（4）燃燒制氣法：在溫室大棚里點(diǎn)燃木炭，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。其方法是成本高，操作麻煩，還需要增設(shè)一氧化碳凈化裝置;（5）化學(xué)反應(yīng)法：使用硫酸與碳酸氫銨化學(xué)試劑進(jìn)行反應(yīng)生產(chǎn)二氧化碳?xì)怏w，但反應(yīng)過程不安全，如果發(fā)生硫酸泄漏會(huì)燒壞衣服物品，灼燒操作人員，同時(shí)操作繁瑣。

針對(duì)這種情況，我們開發(fā)出一種新型的二氧化碳?xì)夥适┓畔到y(tǒng)，即在農(nóng)作物種植現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立二氧化碳液體貯罐及配套設(shè)施，實(shí)施自動(dòng)控制施肥。

1 系統(tǒng)總體方案

針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)際情況及我們多年的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)的二氧化碳生產(chǎn)來源及運(yùn)輸、儲(chǔ)存的方式以及其它行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的二氧化碳?xì)夥适┓畔到y(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立合適容量的二氧化碳液體貯罐及配套的氣化器。施肥時(shí)先進(jìn)行氣化，再將氣化后的CO2氣體均勻釋放到大棚內(nèi)，通過事先布置的管路均勻釋放，用量可根據(jù)二氧化碳大棚體積進(jìn)行計(jì)算，用閥門調(diào)節(jié)控制。

在具體使用過程中貯罐內(nèi)的二氧化碳液體經(jīng)氣化形成二氧化碳?xì)怏w，然后在壓力推動(dòng)下進(jìn)入輸送管線，再連接到作業(yè)點(diǎn)的帶孔釋放管中，根據(jù)用氣時(shí)段及用氣量的要求，用調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，也可以預(yù)先設(shè)定參數(shù)，通過遠(yuǎn)程自控閥進(jìn)行自動(dòng)控制。二氧化碳施肥氣源比較純凈，不含有害物質(zhì)，施用方便。液體貯罐壓力穩(wěn)定，質(zhì)量均衡，二氧化碳釋放的時(shí)間及氣量均可以通過調(diào)節(jié)閥方便的控制，自動(dòng)化程度比較高，也可以通過預(yù)選設(shè)定的氣量、時(shí)間、棚內(nèi)二氧化碳的濃度等參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。二氧化碳質(zhì)量?jī)?yōu)良，達(dá)到食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，有害雜質(zhì)極少，貯罐內(nèi)產(chǎn)品一般是同一批產(chǎn)品，質(zhì)量均衡穩(wěn)定，且二氧化碳在裝卸、輸送、調(diào)節(jié)過程均在密閉管道內(nèi)進(jìn)行，基本上沒有泄漏，利用率很高。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及工藝流程

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

貯罐體積設(shè)計(jì)為30m3左右，可以儲(chǔ)存28噸液體二氧化碳，大約可以滿足10-15天的生產(chǎn)需要，并且隨時(shí)可以觀察液位，避免因二氧化碳供應(yīng)不足而造成損失。一則此容量便于管理和安裝，二則我們一個(gè)專用二氧化碳槽車裝載量是30m3左右，正好一車送貨，不僅降低運(yùn)輸成本，而且避免了因一車多次卸貨可能會(huì)造成的質(zhì)量污染。主管和支管管路的最小壓力須達(dá)到1.8bar，二氧化碳?xì)饣蟮膲毫σ话阍?MPa（1bar=0.1MPa）左右，可根據(jù)情況進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)使用。一般進(jìn)入蔬菜大棚的氣體壓力為0.15-0.2MPa之間。采用貯罐及管道供應(yīng)，可以減少物料的浪費(fèi)，降低人力搬運(yùn)成本，省時(shí)省力。

2.2 工藝流程

圖1為新型的二氧化碳?xì)夥适┓畔到y(tǒng)工藝流程示意圖，主要分為貯存、氣化、調(diào)節(jié)、釋放四個(gè)部分，通過對(duì)這些部分進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行和種植區(qū)內(nèi)二氧化碳的穩(wěn)態(tài)平衡。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

根據(jù)張掖海升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：每天施肥時(shí)間段為早上9：00-10：00，下午14：30-15：30，平均每小時(shí)每公頃供氣量為120kg-240kg。經(jīng)二氧化碳?xì)夥试鍪┖笮》旬a(chǎn)量比以前增收10-15%，小番茄平均糖度可提升0.5以上，而且小番茄的發(fā)病率降低了32%，顯著的提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

蘭州裕隆氣體股份有限公司將循環(huán)產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳廢氣，經(jīng)過加工、提純后充裝入罐變成氣肥，再成批運(yùn)送到農(nóng)民的大棚里。目前，該公司的二氧化碳?xì)夥始夹g(shù)示范推廣面積已達(dá)到400畝。在冬季，10公頃溫室一天的用量約5噸，夏季一天的用量平均10-15噸，陰天用量減一半。每年可消耗1200噸。減排效益十分可觀，極大地促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐难h(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)既對(duì)防治大氣污染有重要作用，又變廢為寶，為二氧化碳排放企業(yè)找到了一條減排新出路。

4 系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)

二氧化碳是蔬菜生長(zhǎng)光合作用中必不可少的原料。大棚種植中補(bǔ)充二氧化碳是必需的，但不能盲目使用。在使用新型二氧化碳?xì)夥适┓畔到y(tǒng)時(shí)，要嚴(yán)格掌握好使用方法和用量，量多量少都會(huì)造成作物氣害，影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，造成蔬菜大棚減產(chǎn)。綜合菜農(nóng)使用二氧化碳?xì)夥实恼`區(qū)，在使用二氧化碳?xì)夥蕰r(shí)應(yīng)注意以下五點(diǎn)：（1）嚴(yán)格控制二氧化碳?xì)夥适┯?/p>

量。施用過高的二氧化碳?xì)夥剩諝庵卸趸嫉捏w積分?jǐn)?shù)超過0.5%-0.6%）將會(huì)降低光合作用效率。因?yàn)槎趸嫉姆肿恿勘瓤諝獾拇?，大量施肥將使大量的二氧化碳聚集在土壤表層，促使根系呼吸作用減弱，從而影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育。適當(dāng)濃度的二氧化碳能促進(jìn)農(nóng)作物的光合作用。（2）合理安排氣肥施用時(shí)間。農(nóng)作物的光合作用在白天有兩個(gè)高峰時(shí)段，分別是上午的9點(diǎn)到11點(diǎn)和下午的14點(diǎn)半到15點(diǎn)半（冬季棚室條件下），這是因?yàn)榇笈飪?nèi)二氧化碳濃度由于作物在夜間積累了一定量的二氧化碳，在早晨揭開大棚的1小時(shí)內(nèi)可直接供應(yīng)，隨著光照和溫度的變化，其用量也應(yīng)隨之變化。在光合作用的兩個(gè)高峰時(shí)段，施用適量的二氧化碳?xì)夥?，將?huì)極大地提高光合作用效率，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。同時(shí)也應(yīng)該根據(jù)天氣情況，合理安排氣肥施用量。晴天時(shí)增加施用量，陰天不施肥。在農(nóng)作物生長(zhǎng)期，晴天增加施肥量，同時(shí)也要避免施肥過度抑制正常的光合作用。（3）施肥位置的確認(rèn)。施肥時(shí)盡量均勻的施在農(nóng)作物的中上部。因?yàn)檗r(nóng)作物的中上部葉片見光多，光合能力最強(qiáng)，需要的二氧化碳也多。能夠很好的促進(jìn)農(nóng)作物的光合作用。施肥過程應(yīng)該注意不能離作物生長(zhǎng)點(diǎn)太近，以免應(yīng)為二氧化碳濃度過高，抑制其生長(zhǎng)。（4）不同生長(zhǎng)階段的農(nóng)作物對(duì)施肥用量也不同，當(dāng)蔬菜進(jìn)入開花坐果期后進(jìn)行施肥，這對(duì)減少落花果，提高坐果率，促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)具有明顯作用。而茄果類蔬菜從定植至開花，二氧化碳需求量少，一般不需施用。（5）農(nóng)作物栽培管理。農(nóng)作物在施用二氧化碳?xì)夥屎螅夂献饔玫酿B(yǎng)分需求也隨之增多，生理機(jī)能的改善，進(jìn)而導(dǎo)致根系的吸收能力提高，對(duì)其它養(yǎng)分的需求也隨之增大，這時(shí)候應(yīng)注意農(nóng)作物對(duì)磷、鉀肥的需求，適當(dāng)控制氮肥的用量。還應(yīng)注意改善通風(fēng)透光，整枝打葉，平衡植株的生殖與營(yíng)養(yǎng)生產(chǎn)，減少病害的發(fā)生。

5 結(jié)束語

新型的二氧化碳?xì)夥适┓畔到y(tǒng)采用在種植現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置貯液罐及其配套設(shè)施的方法，極大地節(jié)省了運(yùn)輸成本，而且應(yīng)用管道供應(yīng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，可以減少物料的浪費(fèi)，降低人力搬運(yùn)成本。在實(shí)際試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，使用該系統(tǒng)的農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)都有了很大提升。該系統(tǒng)的氣源由工業(yè)廢氣提純加工得到，符合綠色可持續(xù)的發(fā)展理念，促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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