水資源管理是農業的一個優先問題,特別是在有供水問題的地區。最近,最廣泛應用的一種測量作物需水量的技術是稱重測滲儀。然而,這種類型的溶出儀是大尺寸的,需要土建工程來安裝。在這篇文章中,研究人員提出了一個稱重蒸滲儀原型(1000×600毫米和350毫米深度),設計用于園藝作物的農業耕作。研究人員描述了設計細節,包括易于組裝,運輸和最小的土壤改變。給出了結構設計結果和施工過程,展示了不同拖拉機方案下的性能。測量精度結果反映了樣機經過測試后的效果。相比之下,所設計的樣機是一種準確可靠的裝置,減少了現有稱重溶度儀的表面和深度。


相關論文以題為“Removable Weighing Lysimeter for Use in Horticultural Crops”發表在《Applied Sciences》上。


新型可移動稱重測滲儀,可用于測量農作物的需水量!


水資源的有效管理可以提高作物的生產力、穩定性和質量,實現對水和能源的合理利用。這在缺水問題地區尤為重要,比如西班牙東南部的半干旱地區,缺水和水費上漲危及到農場的生存。此外,減少用水量也減少了對環境的污染。


為了有效利用水分,作物蒸散量等是使灌溉量和頻率適應每一作物需求的基礎數據。由于直接測定植物需水量比較復雜,已經建立了基于氣象變量和農藝信息的間接測定方法。ETc的估算是用參考作物蒸散量(ETO)與作物系數(Kc)的乘積來計算的。然而,準確估計蒸散發是一項復雜的工作,需要測量許多物理、氣象和植被覆蓋參數。


本文提供的設計允許農民利用現有技術將它們與作物結合,以實現最佳的水資源管理。在滿足農民需求所必需的蒸滲儀特性中,以下特征突出:(1)小尺寸,以便安裝和集成在種植園框架內的田間;(2)在作物種植季節結束時易于運輸和定位到另一個生產區;(3)快速攤銷的負擔得起的成本;(4)在拖拉機操作下的良好性能。進行原型開發的主要困難之一是LP1,包括設計設備的尺寸和重量減少運輸,為作物納入一個容器,可以承受的壓力造成的土壤,支持負載的稱重系統,而不影響周圍的土壤。


本文展示了為滿足先前建立的需要而進行的原型設計、開發、安裝和現場評估。它提供了在短時間內重量變化的蒸散量的高精度量化,從而改善了集約化農場的水管理。


作物類型選擇


維度決心容納六個生菜植物在交錯排列順序,分離植物330毫米和行大約191毫米之間,他們通常會在現場所顯示Casseres(圖1)。這個作物是特別選擇的兩個主要原因:高種植密度高,由于其樹冠大小及其類似根深度相比其他小的園藝作物。


新型可移動稱重測滲儀,可用于測量農作物的需水量!


圖1.栽培罐的植株尺寸為1000mm×600mm,適合六棵生菜交錯排列的種植框架。


重量濃度計設計


稱重測滲儀的主要結構由一組元件組成,確保土壤的密封,并將其與放置在稱重系統上的培養槽分開(圖2)。所有的溶析儀元件都由不銹鋼AISI 304制成。為改善車廂和裝配條件,內部結構獨立放置;這減少了組裝期間的重量,便于維護。


新型可移動稱重測滲儀,可用于測量農作物的需水量!


圖2.透視圖(a)和爆炸圖(b)開發溶滲儀的視圖:(a)培養槽;(b)支助培養池;(c)主要結構和(d)基礎。


在主結構內部,培養槽被放置在內部支撐結構上,將荷載傳遞到基礎結構和五個測壓箱所在的位置(圖2b (B)):四個用于培養槽,一個用于排水槽。栽培池底部為截斷的金字塔形,便于排水,避免底部積水(圖2b (a))。在底部,有一個孔連接到一個電動閥,以調節出水口。


結構分析


靜態分析表明,結構的最大變形所經歷的每個不超過它們之間的分離為不同的負載情況下。種植槽,最大變形是0.147毫米,·馮·米塞斯等效應力為12.982 MPa(圖3)。主要結構,板變形的載荷組合2、3和4是超過一半的厚度。對于主體結構,變形和Von Mises等效應力分別為2 mm和113.85 MPa(圖4)。


新型可移動稱重測滲儀,可用于測量農作物的需水量!


圖3.三維視圖得到的結果在載荷組合1為培養罐的墻壁的可拆卸稱重測滲儀。(a)產生位移(mm)和(b) Von Mises等效應力(MPa)。


新型可移動稱重測滲儀,可用于測量農作物的需水量!


圖4.三維視圖得出的結果在荷載組合1中為墻體主體結構的可拆卸式稱重測滲儀。(a)產生位移(mm)和(b) Von Mises等效應力(MPa)。


最大垂直位移為0.955 mm, Von Mises等效應力為32.429 MPa(表2)。兩端沉降均勻,無差異沉降影響溶滲儀稱重系統的正常性能(圖5a)。否則,主體結構所包含的平整系統會吸收不同的土壤沉降。對于土壤類型和本研究中考慮的不同荷載,溶滲儀基座顯示出較小的總變形。在任何情況下,設計基礎的Von Mises等效應力不超過AISI 304鋼的彈性極限(圖5b)。


新型可移動稱重測滲儀,可用于測量農作物的需水量!


圖5.三維視圖得到的結果在荷載組合1中為可拆卸的基礎的墻壁稱重測滲儀。(a)產生位移(mm)和(b) Von Mises等效應力(MPa)。


結論


綜上所述,為園藝作物開發的可移動稱重蒸滲儀便于安裝和移動,對土地的改變最小。原則上,測滲儀是為生菜作物設計的,但它也可用于其他具有相似根深的作物。它的設計也避免了一些困難,如測壓元件和數據記錄器的維護。拖拉機等不同工況所引起的結構響應滿足正常運行的要求。該稱重測滲儀體積小,測量蒸散量精度高。


論文鏈接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/14/4865/htm




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