李秉衡，沙晉堯，孫友涵，丘俊元，王林睿，辛 穎

（東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

林木的生長需要依靠空氣、陽光、水、養(yǎng)分和溫度[1]，在此過程中，一個要素的改變都會影響植被的正常生長，使處于幼苗期的苗木生長受到影響，會給林業(yè)建設(shè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此在林木生長過程中，病蟲害的影響最為重要[2]。

在林業(yè)種植過程中，護(hù)林員及林業(yè)保護(hù)管理人員要重視病蟲害的防護(hù)工作，采取各種防護(hù)措施，希望大幅度降低病蟲害的影響，減弱病蟲害的破壞作用，保證樹木健康生長[3]。然而在實(shí)際的護(hù)林管理工作中，病蟲害的防治工作仍存在很多問題，影響樹木種植的進(jìn)程和效果。

在林木育苗時，最容易產(chǎn)生根部病蟲害，主要作用于根系和根莖，并使其部分腐朽,甚至全株枯萎死亡[4]。目前，大部分林木育苗時采取的防治措施是給幼苗期苗木的苗床進(jìn)行藥劑消毒，對多種根部病害殺菌效果較好的藥劑有乙蒜素、惡霉靈、五氯硝基苯或者敵磺鈉，灌根時間以每年早春及夏末病菌開始活動時分兩次進(jìn)行為佳，一般澆灌奇根+凈剎2 000 倍液。但實(shí)際采用人工澆灌，其工作量大、藥物利用率低，往往還會對人體造成傷害。

針對上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種可以提高藥液滲透效果，同時可根據(jù)需要對林木進(jìn)行自動灌溉的林木種植用病蟲害防治裝置，以防止幼苗期的苗木根部產(chǎn)生病蟲害。

1 林木種植用病蟲害防治裝置的工作原理

該林木種植用病蟲害防治裝置由藥液注射系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、智能監(jiān)測系統(tǒng)3 個部分組成，見圖1。藥液注射系統(tǒng)通過多個扦插管插入式的設(shè)計(jì)，并配合噴頭將藥液注入土壤中，隨著藥液的擴(kuò)散，可以有效地對土壤的病蟲害處理；管路系統(tǒng)的灌溉結(jié)構(gòu)常用于林木日常灌溉；智能監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)控土壤的信息，提高智能化程度。

圖1 林木種植用病蟲害防治裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 林木種植用病蟲害防治裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 藥液注射系統(tǒng)及管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

林木種植用病蟲害防治裝置包括底板及均勻分布在底板上側(cè)的多個扦插管，多個扦插管與底板之間形成一個供林木根部栽種的容置空間，見圖2。多個扦插管之間通過分流結(jié)構(gòu)相互連通，每個扦插管上均設(shè)置有多個用于將藥液注射入土壤的藥液注射結(jié)構(gòu)。藥物注射結(jié)構(gòu)包括沿扦插管高度方向均勻分布的多個內(nèi)嵌式噴頭安裝位，每個內(nèi)嵌式噴頭安裝位內(nèi)均設(shè)置有噴頭，并且內(nèi)嵌式噴頭安裝位為傾斜向下的設(shè)置，噴頭與內(nèi)嵌式噴頭安裝位均平行設(shè)置，見圖3。每個扦插管頂端連接第二儲水倉，相鄰的第二儲水倉之間通過第二連通管相互連通構(gòu)成分流結(jié)構(gòu)，分流結(jié)構(gòu)上側(cè)支撐塊固定有噴灌結(jié)構(gòu)，包括固定在支撐塊上側(cè)的第一儲水倉和相鄰的第一儲水倉之間連接的第一連通管。每個第一儲水倉內(nèi)側(cè)均設(shè)置有朝向容置空間中部的灌溉噴頭。

圖2 林木種植用病蟲害防治裝置的整體結(jié)構(gòu)俯視示意圖

圖3 林木種植用病蟲害防治裝置的扦插管剖面示意圖

管路系統(tǒng)中還包括將第一儲水倉以及第二儲水倉連接的U 型分流管，U 型分流管上連通有輸入總管，輸入總管的另一端與外部供液裝置的輸出端相連接，U 型分流管上設(shè)置有控制輸入總管輸入流體走向的電磁閥。

在使用林木種植用病蟲害防治裝置時，首先在土壤中挖出一個可以容納裝置的坑，將裝置放置在坑中，然后將林木的根部放置在容置空間內(nèi)，同時用土壤填埋，注意需要使灌溉裝置處于土壤上方。最后將調(diào)配后的藥液通過供液裝置輸入至輸入總管，再通過U 型分流管對應(yīng)的電磁閥開啟，使藥液進(jìn)入分流結(jié)構(gòu)中并依次進(jìn)入扦插管內(nèi)，并通過噴頭注入土壤中。隨著藥液的擴(kuò)散，可以有效地對土壤的病蟲害處理，同時多個扦插管以及噴頭的設(shè)置，加快了藥液的滲透。

在日常灌溉時，通過供液裝置將液體導(dǎo)入U 型分流管中，通過對應(yīng)的電磁閥開啟，使液體進(jìn)入第一儲水倉內(nèi)，并在第一連通管的作用下，使所有的灌溉噴頭均可對林木灌溉。

2.2 智能監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

林木種植用病蟲害防治裝置的底板為鏤空設(shè)置，在底板上側(cè)固定有傳感器模組，包括土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器和土壤pH 值傳感器，以上傳感器構(gòu)成了智能監(jiān)測系統(tǒng)。

在藥液注入土壤及日常澆灌后，底板上側(cè)的傳感器會收集土壤中的溫度、濕度及pH 值等信息，并將信息發(fā)送給種植者。因此，種植者可以根據(jù)傳感器發(fā)送的信息對藥液使用量及澆水量進(jìn)行控制，有助于林木更好的生長[5]。

3 林木種植用病蟲害防治裝置的優(yōu)點(diǎn)

通過設(shè)置安裝多個噴頭的扦插管、儲水池、連通管、澆灌噴頭來對林木進(jìn)行日常澆灌和害蟲防治。當(dāng)藥液通過供液裝置輸入到裝置時，通過U 型分流管的電磁閥打開，實(shí)現(xiàn)藥液進(jìn)入分流結(jié)構(gòu)中并進(jìn)入扦插管內(nèi)。當(dāng)藥液從扦插管的噴頭注入土壤后，隨著藥液的擴(kuò)散可以有效對根部土壤的病蟲害進(jìn)行防治，避免了人工噴灑藥液不均勻和藥液噴灑時的霧化導(dǎo)致藥效降低，增強(qiáng)藥液的利用率和林木根部病蟲害防治的效率。

通過供液系統(tǒng)將日常澆灌使用的水導(dǎo)入U 型分流管，將對應(yīng)電磁閥開啟，使液體進(jìn)入第一儲水倉，并通過第一連通管使所有灌溉噴頭對林木進(jìn)行日常灌溉，不需要種植者人工澆灌。降低了種植者的日常灌溉作業(yè)強(qiáng)度，提高了林木種植效率。

通過設(shè)置的土壤傳感器，使種植者隨時獲得土壤信息并進(jìn)行合理應(yīng)對，提高了智能化程度，保證了林木種植過程中較高的存活率。

4 結(jié)束語

針對林木育苗根部容易產(chǎn)生病蟲害的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種集藥液注射、自動灌溉、土壤信息智能監(jiān)測一體的林木種植用病蟲害防治裝置，合理避免了藥液的浪費(fèi)，減少了種植者的日常灌溉作業(yè)強(qiáng)度，并能夠隨時獲得土壤信息來合理種植養(yǎng)護(hù)，提高了林木育苗的效率和存活率，降低了根部病蟲害的威脅。