新型可移动称重测渗仪,可用于测量农作物的需水量!

   电子分析员        

水资源管理是农业的一个优先问题,特别是在有供水问题的地区。最近,最广泛应用的一种测量作物需水量的技术是称重测渗仪。然而,这种类型的溶出仪是大尺寸的,需要土建工程来安装。在这篇文章中,研究人员提出了一个称重蒸渗仪原型(1000×600毫米和350毫米深度),设计用于园艺作物的农业耕作。研究人员描述了设计细节,包括易于组装,运输和最小的土壤改变。给出了结构设计结果和施工过程,展示了不同拖拉机方案下的性能。测量精度结果反映了样机经过测试后的效果。相比之下,所设计的样机是一种准确可靠的装置,减少了现有称重溶度仪的表面和深度。


相关论文以题为“Removable Weighing Lysimeter for Use in Horticultural Crops”发表在《Applied Sciences》上。


新型可移动称重测渗仪,可用于测量农作物的需水量!


水资源的有效管理可以提高作物的生产力、稳定性和质量,实现对水和能源的合理利用。这在缺水问题地区尤为重要,比如西班牙东南部的半干旱地区,缺水和水费上涨危及到农场的生存。此外,减少用水量也减少了对环境的污染。


为了有效利用水分,作物蒸散量等是使灌溉量和频率适应每一作物需求的基础数据。由于直接测定植物需水量比较复杂,已经建立了基于气象变量和农艺信息的间接测定方法。ETc的估算是用参考作物蒸散量(ETO)与作物系数(Kc)的乘积来计算的。然而,准确估计蒸散发是一项复杂的工作,需要测量许多物理、气象和植被覆盖参数。


本文提供的设计允许农民利用现有技术将它们与作物结合,以实现最佳的水资源管理。在满足农民需求所必需的蒸渗仪特性中,以下特征突出:(1)小尺寸,以便安装和集成在种植园框架内的田间;(2)在作物种植季节结束时易于运输和定位到另一个生产区;(3)快速摊销的负担得起的成本;(4)在拖拉机操作下的良好性能。进行原型开发的主要困难之一是LP1,包括设计设备的尺寸和重量减少运输,为作物纳入一个容器,可以承受的压力造成的土壤,支持负载的称重系统,而不影响周围的土壤。


本文展示了为满足先前建立的需要而进行的原型设计、开发、安装和现场评估。它提供了在短时间内重量变化的蒸散量的高精度量化,从而改善了集约化农场的水管理。


作物类型选择


维度决心容纳六个生菜植物在交错排列顺序,分离植物330毫米和行大约191毫米之间,他们通常会在现场所显示Casseres(图1)。这个作物是特别选择的两个主要原因:高种植密度高,由于其树冠大小及其类似根深度相比其他小的园艺作物。


新型可移动称重测渗仪,可用于测量农作物的需水量!


图1.栽培罐的植株尺寸为1000mm×600mm,适合六棵生菜交错排列的种植框架。


重量浓度计设计


称重测渗仪的主要结构由一组元件组成,确保土壤的密封,并将其与放置在称重系统上的培养槽分开(图2)。所有的溶析仪元件都由不锈钢AISI 304制成。为改善车厢和装配条件,内部结构独立放置;这减少了组装期间的重量,便于维护。


新型可移动称重测渗仪,可用于测量农作物的需水量!


图2.透视图(a)和爆炸图(b)开发溶渗仪的视图:(a)培养槽;(b)支助培养池;(c)主要结构和(d)基础。


在主结构内部,培养槽被放置在内部支撑结构上,将荷载传递到基础结构和五个测压箱所在的位置(图2b (B)):四个用于培养槽,一个用于排水槽。栽培池底部为截断的金字塔形,便于排水,避免底部积水(图2b (a))。在底部,有一个孔连接到一个电动阀,以调节出水口。


结构分析


静态分析表明,结构的最大变形所经历的每个不超过它们之间的分离为不同的负载情况下。种植槽,最大变形是0.147毫米,·冯·米塞斯等效应力为12.982 MPa(图3)。主要结构,板变形的载荷组合2、3和4是超过一半的厚度。对于主体结构,变形和Von Mises等效应力分别为2 mm和113.85 MPa(图4)。


新型可移动称重测渗仪,可用于测量农作物的需水量!


图3.三维视图得到的结果在载荷组合1为培养罐的墙壁的可拆卸称重测渗仪。(a)产生位移(mm)和(b) Von Mises等效应力(MPa)。


新型可移动称重测渗仪,可用于测量农作物的需水量!


图4.三维视图得出的结果在荷载组合1中为墙体主体结构的可拆卸式称重测渗仪。(a)产生位移(mm)和(b) Von Mises等效应力(MPa)。


最大垂直位移为0.955 mm, Von Mises等效应力为32.429 MPa(表2)。两端沉降均匀,无差异沉降影响溶渗仪称重系统的正常性能(图5a)。否则,主体结构所包含的平整系统会吸收不同的土壤沉降。对于土壤类型和本研究中考虑的不同荷载,溶渗仪基座显示出较小的总变形。在任何情况下,设计基础的Von Mises等效应力不超过AISI 304钢的弹性极限(图5b)。


新型可移动称重测渗仪,可用于测量农作物的需水量!


图5.三维视图得到的结果在荷载组合1中为可拆卸的基础的墙壁称重测渗仪。(a)产生位移(mm)和(b) Von Mises等效应力(MPa)。


结论


综上所述,为园艺作物开发的可移动称重蒸渗仪便于安装和移动,对土地的改变最小。原则上,测渗仪是为生菜作物设计的,但它也可用于其他具有相似根深的作物。它的设计也避免了一些困难,如测压元件和数据记录器的维护。拖拉机等不同工况所引起的结构响应满足正常运行的要求。该称重测渗仪体积小,测量蒸散量精度高。


论文链接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/14/4865/htm




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