一种新型的二氧化碳气肥施放系统

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　　摘  要：文章设计了一种新型的二氧化碳气肥施放系统。该系统采用在农作物种植现场设置二氧化碳液体贮罐，再通过管道接通至大棚种植区，结合远程自动控制技术，对农作物实行精准的气肥施放。结果表明，该系统节省了生产运输成本，很大程度地提升了农作物的产量和品质。
　　关键词：二氧化碳;气肥施放系统;大棚;农业种植
　　中图分类号：S626          文献标志码：A         文章编号：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
　　二氧化碳是农作物进行光合作用的重要物质之一，在农作物生长过程中，二氧化碳的缺乏会导致农作物产量降低等危害[1]。随着我国对农业的重视以及市场对绿色食品的需求，我国的大棚种植发展极为迅速，形成现代化大型农业综合体，而在大棚这种封闭环境中，又很容易造成二氧化碳的缺乏，所以目前我国对于二氧化碳气肥的需求越来越大[2-4]。研制并科学的推广施肥技术以及开发新的技术装备则变为一项迫切的要求。目前社会上主要的二氧化碳气肥使用方法如下：（1）瓶装二氧化碳气肥[5]：将高压钢瓶里面的二氧化碳液体气化使
　　用，缺点是操作运输不便，释放量不易控制，使用时间较短。（2）固体干冰气化施肥：此技术是将液体二氧化碳在低温高压环境下压缩成干冰，运输到大棚进行气化，过程运输困难，损耗较大，不易推广;（3）固体颗粒气肥：将球形或圆柱形颗粒二氧化碳颗粒均匀埋于田地作物中间，表面覆盖土壤2cm。其缺点是二氧化碳气体分布在农作物底部，不利于光合作用;（4）燃烧制气法：在温室大棚里点燃木炭，产生二氧化碳气体。其方法是成本高，操作麻烦，还需要增设一氧化碳净化装置;（5）化学反应法：使用硫酸与碳酸氢铵化学试剂进行反应生产二氧化碳气体，但反应过程不安全，如果发生硫酸泄漏会烧坏衣服物品，灼烧操作人员，同时操作繁琐。
　　针对这种情况，我们开发出一种新型的二氧化碳气肥施放系统，即在农作物种植现场设立二氧化碳液体贮罐及配套设施，实施自动控制施肥。
　　1 系统总体方案
　　针对我国农业实际情况及我们多年的经验，结合我国的二氧化碳生产来源及运输、储存的方式以及其它行业的实际应用，我们设计了一种新型的二氧化碳气肥施放系统，即现场设立合适容量的二氧化碳液体贮罐及配套的气化器。施肥时先进行气化，再将气化后的CO2气体均匀释放到大棚内，通过事先布置的管路均匀释放，用量可根据二氧化碳大棚体积进行计算，用阀门调节控制。
　　在具体使用过程中贮罐内的二氧化碳液体经气化形成二氧化碳气体，然后在压力推动下进入输送管线，再连接到作业点的带孔释放管中，根据用气时段及用气量的要求，用调节阀进行控制，也可以预先设定参数，通过远程自控阀进行自动控制。二氧化碳施肥气源比较纯净，不含有害物质，施用方便。液体贮罐压力稳定，质量均衡，二氧化碳释放的时间及气量均可以通过调节阀方便的控制，自动化程度比较高，也可以通过预选设定的气量、时间、棚内二氧化碳的浓度等参数进行远程控制。二氧化碳质量优良，达到食品级标准要求，有害杂质极少，贮罐内产品一般是同一批产品，质量均衡稳定，且二氧化碳在装卸、输送、调节过程均在密闭管道内进行，基本上没有泄漏，利用率很高。
　　2 系统硬件设计及工艺流程
　　2.1 系统硬件设计
　　贮罐体积设计为30m3左右，可以储存28吨液体二氧化碳，大约可以满足10-15天的生产需要，并且随时可以观察液位，避免因二氧化碳供应不足而造成损失。一则此容量便于管理和安装，二则我们一个专用二氧化碳槽车装载量是30m3左右，正好一车送货，不仅降低运输成本，而且避免了因一车多次卸货可能会造成的质量污染。主管和支管管路的最小压力须达到1.8bar，二氧化碳气化后的压力一般在2MPa（1bar=0.1MPa）左右，可根据情况进行压力调节使用。一般进入蔬菜大棚的气体压力为0.15-0.2MPa之间。采用贮罐及管道供应，可以减少物料的浪费，降低人力搬運成本，省时省力。
　　2.2 工艺流程
　　图1为新型的二氧化碳气肥施放系统工艺流程示意图，主要分为贮存、气化、调节、释放四个部分，通过对这些部分进行实时调控，实现整个系统正常运行和种植区内二氧化碳的稳态平衡。
　　3 系统应用效果 　　根据张掖海升现代农业有限公司的生产数据统计：每天施肥时间段为早上9：00-10：00，下午14：30-15：30，平均每小时每公顷供气量为120kg-240kg。经二氧化碳气肥增施后小番茄产量比以前增收10-15%，小番茄平均糖度可提升0.5以上，而且小番茄的发病率降低了32%，显著的提高了农作物的产量和品质。
　　兰州裕隆气体股份有限公司将循环产业园区内企业在生产过程中产生的二氧化碳废气，经过加工、提纯后充装入罐变成气肥，再成批运送到农民的大棚里。目前，该公司的二氧化碳气肥技术示范推广面积已达到400亩。在冬季，10公顷温室一天的用量约5吨，夏季一天的用量平均10-15吨，阴天用量减一半。每年可消耗1200吨。减排效益十分可观，极大地促进了当地的循环经济产业发展。这项技术既对防治大气污染有重要作用，又变废为宝，为二氧化碳排放企业找到了一条减排新出路。
　　4 系统使用注意事项
　　二氧化碳是蔬菜生长光合作用中必不可少的原料。大棚种植中补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气肥施放系统时，要严格掌握好使用方法和用量，量多量少都会造成作物气害，影响农作物的正常生长，造成蔬菜大棚减产。综合菜农使用二氧化碳气肥的误区，在使用二氧化碳气肥时应注意以下五点：（1）严格控制二氧化碳气肥施用
　　量。施用过高的二氧化碳气肥（空氣中二氧化碳的体积分数超过0.5%-0.6%）将会降低光合作用效率。因为二氧化碳的分子量比空气的大，大量施肥将使大量的二氧化碳聚集在土壤表层，促使根系呼吸作用减弱，从而影响根系的生长发育。适当浓度的二氧化碳能促进农作物的光合作用。（2）合理安排气肥施用时间。农作物的光合作用在白天有两个高峰时段，分别是上午的9点到11点和下午的14点半到15点半（冬季棚室条件下），这是因为大棚内二氧化碳浓度由于作物在夜间积累了一定量的二氧化碳，在早晨揭开大棚的1小时内可直接供应，随着光照和温度的变化，其用量也应随之变化。在光合作用的两个高峰时段，施用适量的二氧化碳气肥，将会极大地提高光合作用效率，促进农作物生长。同时也应该根据天气情况，合理安排气肥施用量。晴天时增加施用量，阴天不施肥。在农作物生长期，晴天增加施肥量，同时也要避免施肥过度抑制正常的光合作用。（3）施肥位置的确认。施肥时尽量均匀的施在农作物的中上部。因为农作物的中上部叶片见光多，光合能力最强，需要的二氧化碳也多。能够很好的促进农作物的光合作用。施肥过程应该注意不能离作物生长点太近，以免应为二氧化碳浓度过高，抑制其生长。（4）不同生长阶段的农作物对施肥用量也不同，当蔬菜进入开花坐果期后进行施肥，这对减少落花果，提高坐果率，促进果实生长具有明显作用。而茄果类蔬菜从定植至开花，二氧化碳需求量少，一般不需施用。（5）农作物栽培管理。农作物在施用二氧化碳气肥后，光合作用的养分需求也随之增多，生理机能的改善，进而导致根系的吸收能力提高，对其它养分的需求也随之增大，这时候应注意农作物对磷、钾肥的需求，适当控制氮肥的用量。还应注意改善通风透光，整枝打叶，平衡植株的生殖与营养生产，减少病害的发生。
　　5 结束语
　　新型的二氧化碳气肥施放系统采用在种植现场设置贮液罐及其配套设施的方法，极大地节省了运输成本，而且应用管道供应和远程自动控制，可以减少物料的浪费，降低人力搬运成本。在实际试验过程中发现，使用该系统的农作物产量和品质都有了很大提升。该系统的气源由工业废气提纯加工得到，符合绿色可持续的发展理念，促进了循环经济产业发展。
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