[发明专利]一种具有仿生结构的水肥一体化沃土装置

说明书

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种将可溶性固体肥料或液体肥料与水配兑而成的肥液输送到作物根部土壤的沃土装置，特别涉及一种学习蚯蚓体表特征结构的仿生水肥一体化沃土装置。

背景技术

耕地是经过人类开垦和世代培育，用于种植农作物并可连续耕耘的土地。由于长期存在重用轻养现象，造成耕地土壤肥力普遍呈下降趋势，突出表现为耕层变浅、养分失衡、保水保肥和抗灾能力降低等耕作土壤退化问题。土壤质量下降，需要肥沃土壤，增强肥力，培育植物壤土。为实现沃土效果，最理想的方法是肥沃植物根系所处的土层，减少肥料的固定、挥发和淋失，提高植物对养分的吸收率，形成上层壤土提供植物生长养分，下层黏土起到保水、保肥作用的理想耕作土壤。

蚯蚓是典型的土壤洞穴动物。农业工程学者研究发现：蚯蚓沃土的重要机理是吞噬土壤后再将蚯蚓粪排泄到体外，形成富含有机肥料的植物壤土。同时，蚯蚓在土壤中运动形成蚓穴和蚓道，并在运动时不断从背孔中分泌出粘性体液，顺着体节的沟槽浸润整个身体，形成一层液体保护膜，减小了运动阻力。蚯蚓运动分泌粘液使得蚓穴、蚓道周围土壤的含水率较高，并呈疏松多孔的团粒结构。蚯蚓粘液主要成分为水和有机质，有机质中蛋白质和氨基酸占绝大比例。蚯蚓粘液类似于液体肥料，在入渗至植株根系层后，养分比固体肥更容易被植物吸收，并促使植株苗期根系向土壤深部生长，提高植株吸收土壤水分能力和抗倒伏性能。粘液将土粒胶合成土壤微团聚体，保水透气能力增强，产生了较好的沃土效果。同时，蚯蚓独特的环状结构具有良好的仿形特性，能够有效克服土壤的高低起伏，体表几何结构具有显著的脱土效果，不会附着粘性土壤。

学习蚯蚓分泌粘液浸润土壤的方式，可以做为播种和生长期间肥沃植物壤土的重要方法，增强水肥耦合程度，提高水肥利用率；仿照蚯蚓身体几何结构特征设计沃土装置，可以在保证仿形特性和液体沃土质量的前提下，显著提高装置防粘和减阻能力，达到提高触土部件节能增效的目的。因此，学习蚯蚓结构特征研制一种水肥一体化沃土装置，实现在耕层内均匀施用液体肥且装置不粘附土壤，对于提高土壤肥力、降低沃土成本具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是：研制一种具有仿形和减粘降阻效果的水肥一体化沃土装置，实现耕层土壤内均匀施用液体肥，起到深施沃土的效果。

本发明上述目的是通过选取农田耕层内广泛分布的内层种蚯蚓——梯形流蚓(Aporrectodea trapezoides Dugès,1828)，采用体视显微镜观察并拍摄其在运动时体表结构照片，采用图像处理软件提取结构照片中梯形流蚓头部、体节轮廓图像并拟合几何特征曲线，采用三维建模及有限元优化设计等研究方法综合实现的，结合附图说明如下：

所述一种具有仿生结构的水肥一体化沃土装置，主要由钻土部件1、注液连接部件2、水肥喷施部件3、弹簧软管4、法兰盖5、弹簧立柱组件6和方钢机架7组成。所述钻土部件1位于装置前段，注液连接部件2上端与水肥箱液体输出总管连接，两侧端连接钻土部件1和水肥喷施部件3，两个水肥喷施部件3之间采用弹簧软管4串联，采用此连接方式整个装置可以串联多节水肥喷施部件，法兰盖5和弹簧立柱组件6安装在最后一节水肥喷施部件的尾端，弹簧立柱组件6与方钢机架7通过U型卡子8连接。

所述钻土部件1具有曲线AB绕AO轴旋转而成的锥形轮廓ABC，在触土阶段起到分离土壤的作用，其特征在于：轮廓曲线AB是采用体视显微镜提取运动状态下梯形流蚓的头部图像，并经图像处理后产生的头部轮廓数据点拟合而成。轮廓曲线AB为二次多项式曲线，其方程式为f(x)＝p₁x²+p₂x+p₃。其中：参数p₁的取值范围为-0.005至-0.003，参数p₂的取值范围为0.8至0.9，参数p₃的取值范围为1.2至1.5，x的取值范围为-∞至150mm。