一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置的制作方法

1.本发明属于农业施肥灌溉技术领域，具体涉及一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置。


背景技术：

2.我国作为一个农业生产大国，其农业经济发展取得了巨大的成就，但是也为此付出了惨痛的环境代价，尤其是岩溶地区的石漠化坡地。由于岩溶地区石漠化坡地土层浅薄、土壤持水能力差，并且该地区季节性干旱频发、土壤侵蚀严重，导致氮、磷等养分大量流失，以致农业面源污染严重。
3.为此，在保证农业生产不受影响的前提下，如何有效提高岩溶地区石漠化坡地的水肥利用率，减轻农业面源污染是目前急需解决的重要问题。随着社会的快速发展，自动化装置的运用已经日趋成熟，并且已经应用于各个领域，其不仅能节省人力、物力、财力，还能有效提高工作效率。其中，农业自动灌溉系统作为自动化应用的一种，其不仅促进了农业生产的发展，还有效的提高了水的利用率。
4.但是，在肥料使用方面，却一直没有很好的办法来提高肥料利用率，来减轻农业面源污染，为此，在加快生态文明体制改革，建设美丽中国的今天，如何有效的在岩溶地区石漠化坡地上进行施肥灌溉，许多问题仍需进行解决。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中无法有效在岩溶地区石漠化坡地上进行施肥灌溉的问题，本发明目的在于提供一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置。
6.本发明所采用的技术方案为：一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，包括雨水收集箱、水肥混合箱和用于灌溉植物的灌溉管网，所述雨水收集箱与灌溉管网之间连接有雨水管，雨水收集箱与水肥混合箱之间连接有混合管，所述水肥混合箱与灌溉管网之间连接有水肥管。
7.作为可选方式，还包括土壤监测模块，所述土壤监测模块连接有控制模块，所述雨水管、混合管和水肥管上分别设有第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，所述第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀均与所述控制模块连接。
8.作为可选方式，所述土壤监测模块包括土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元，所述土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元均与所述控制模块连接。
9.作为可选方式，所述控制模块包括控制器，所述控制器连接有第一智能网关、第二智能网关和第三智能网关，所述第一智能网关与第一控制阀连接，所述第二智能网关与第二控制阀和第三控制阀连接，所述第三智能网关连接有显示灯；所述土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元均与所述控制器连接，所述控制器根据不同的农作物所需的水分和肥料并结合土壤电导率检测单元和土壤含水率检测单元的检测数据分
别对第一智能网关和第二智能网关进行控制，使第一智能网关控制第一控制阀对农作物灌溉，以及使第二智能网关控制第三控制阀对农作物施肥。
10.作为可选方式，所述控制器连接有通信单元、数据库单元和人工校准单元，所述通信单元无线连接有云端服务器，所述数据库单元用于储存不同农作物的灌溉和施肥方案，所述人工校准单元用于根据农作物的实际生长状况对农作物的灌溉和施肥方案进行人工校准。
11.作为可选方式，所述水肥混合箱设有肥料投入口，肥料投入口上方设有多个用于储存不同肥料的肥料储存箱，所述肥料储存箱设有出料管，所述出料管上设有第四控制阀，所述第四控制阀连接有第四智能网关，所述第四智能网关与控制器连接，当土壤电导率检测单元的电导率达到预定值时，控制器分别对各个第四智能网关进行控制，使各个肥料储存箱按照比例向水肥混合箱中投入肥料。
12.作为可选方式，所述水肥混合箱内设有搅拌器，所述搅拌器连接有太阳能供电装置；所述太阳能供电装置包括太阳能板、蓄电池、转换器和充放电控制器，所述蓄电池分别与所述太阳能板、转换器和充放电控制器连接，所述转换器与搅拌器连接。
13.作为可选方式，所述太阳能供电装置包括多块太阳能板，所述太阳能板倾斜设置在雨水收集箱的顶部，且太阳能板呈环状排列在雨水收集箱的周围；所述太阳能板的顶端设有弧形的反射镜。
14.作为可选方式，所述雨水收集箱内设有半球形的反射体，所述反射体与太阳能板的底端之间连接有漏水板，反射体与各个反射镜相互配合将光线反射至各个太阳能板上。
15.作为可选方式，所述雨水收集箱配设有固定框架，所述水肥混合箱安装在固定框架上，且水肥混合箱位于雨水收集箱的底部。
16.作为可选方式，所述雨水收集箱连接有供水管，所述雨水管、混合管和水肥管的入口端均设有过滤器。
17.本发明的有益效果为：
18.1、本发明提供的一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，完成了施肥灌溉一体化，并实现了半自动化运行，促进了岩溶地区石漠化坡地的农业生产发展，不仅能节省人力、物力、财力，还能有效提高工作效率。
19.2、本发明提供的一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，能有效提高水肥利用率，减轻岩溶地区石漠化坡地的农业面源污染，符合生态文明建设的思想。
20.3、本发明提供的一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，可根据石漠化坡地的面积进行尺寸灵活设计安装，并且还可以在同一石漠化坡地上同时安装多个装置，以满足不同石漠化坡地的需求。
21.4、本发明提供的一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置利用太阳能供电搅拌系统使水肥混合均匀，肥料充分溶解，其节能环保。
22.5、本发明提供的一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，利用土壤监测模块、智能网关以及电磁阀和显示灯，可对石漠化坡地进行自动灌溉和预警提示，实现智能化。
23.6、本发明提供的一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，结构简单、安装方便、运行成本低、实用性强、便于管理、低成本、高回报、低能耗、高能效。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图；
25.图2为本发明雨水收集箱的结构示意图；
26.图3为本发明水肥混合箱的结构示意图；
27.图4为本发明固定框架的结构示意图；
28.图5为本发明反射体的结构示意图；
29.图中：1
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雨水收集箱；2
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水肥混合箱；3
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灌溉管网；4
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雨水管；5
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混合管；6
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水肥管；7
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土壤监测模块；8
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第一控制阀；9
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第二控制阀；10
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第三控制阀；11
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肥料投入口；12
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搅拌器；13
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太阳能板；14
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蓄电池；15
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固定框架；16
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反射镜；17
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反射体；18
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漏水板。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如图1
‑
图5所示，本实施例提供了一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，包括雨水收集箱1、水肥混合箱2和用于灌溉植物如农作物的灌溉管网3，所述雨水收集箱1与灌溉管网3的主管道之间连接有雨水管4，雨水收集箱1与水肥混合箱2之间连接有混合管5，所述水肥混合箱2与灌溉管网3的主管道之间连接有水肥管6。在一个区域内，灌溉管网3延伸至该区域石漠化坡地中各个农作物的位置，雨水收集箱1和水肥混合箱2可以设置多个，雨水收集箱1用于收集雨水，收集的雨水可以通过雨水管4接入灌溉管网3中实现农作物的灌溉，雨水收集箱1的雨水也可以通过混合管5进入水肥混合箱2中，在水肥混合箱2中雨水与肥料混合后得到水肥，水肥通过水肥管6接入灌溉管网3中实现农作物的灌溉。
32.本发明不仅可以实现施肥灌溉一体化，还实现了半自动化运行，能有效解决岩溶地区石漠化坡地的农业施肥灌溉问题，其能有效提高水肥利用率，减轻农业面源污染。
33.如图2所示，在一些实施方式中，该施肥灌溉装置还包括土壤监测模块7，所述土壤监测模块7连接有控制模块，所述雨水管4、混合管5和水肥管6上分别设有第一控制阀8、第二控制阀9和第三控制阀10，所述第一控制阀8、第二控制阀9和第三控制阀10均与所述控制模块连接。具体地，第一控制阀8、第二控制阀9和第三控制阀10均为电磁阀，控制模块分别控制第一控制阀8、第二控制阀9和第三控制阀10的开关，实现农作物的灌溉功能。
34.在一些实施方式中，所述土壤监测模块7包括土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元，所述土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元均与控制模块连接。土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元均埋于农作物根部附近，土壤电导率检测单元可以反映土壤的含盐量，从而对施肥管理提供指导；土壤含水率检测单元可以反映土壤的含水量，从而对灌溉管理提供指导；土壤温度检测单元可以反映土壤的温度，当土壤温度低于某一设定的温度阀值时，工作人员可
以对地面铺盖薄膜或稻草提高土壤温度，使农作物安全过冬。
35.在一些实施方式中，所述控制模块包括控制器，所述控制器连接有第一智能网关、第二智能网关和第三智能网关，所述土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元均与所述控制器连接。所述第一智能网关与第一控制阀8连接，当土壤的含水率低于控制器预设的含水率阀值时，控制器通过第一智能网关控制第一控制阀8开启，使雨水收集箱1与灌溉管网3连通，实现自动灌溉功能。
36.所述第二智能网关与第二控制阀9和第三控制阀10连接，当土壤的含盐量低于控制器预设的含盐量阀值时，控制器通过第二智能网关控制第二控制阀9开启，雨水进入水肥混合箱2形成水肥，然后第二智能网关控制第三控制阀10开启，使水肥混合箱2的水肥与灌溉管网3连通，实现自动施肥功能。
37.所述第三智能网关连接有显示灯，当土壤温度低于控制器预设的温度阀值时，控制器通过第三智能网关控制显示灯开启，以提示土壤温度过低，工作人员见显示灯亮，便可对地面铺盖薄膜或稻草提高土壤温度，使农作物安全过冬。
38.其中，控制器的含水率阀值、含盐量阀值和温度阀值应根据不同农作物的具体需求所确定。含水率阀值应根据农作物对土壤水分的需求所确定，不同的农作物所设定的含水率阀值可不同，从而最大化的提高水的利用率。含盐量阀值应根据农作物对氮、磷等的需求以及该区土壤电导率与氮、磷等含量的关系所确定，在不同的石漠化坡地上种植不同的农作物所设定的含盐量阀值可不同，从而最大化的提高化肥利用率。温度阀值应根据农作物对土壤温度的要求所确定，不同农作物所设定的温度阀值可不同，从而尽量减少铺盖薄膜或稻草的工作量。
39.所述控制器可以根据不同的农作物所需的水分和肥料并结合土壤电导率检测单元和土壤含水率检测单元的检测数据分别对第一智能网关和第二智能网关进行控制，使第一智能网关控制第一控制阀8对农作物灌溉，以及使第二智能网关控制第三控制阀10对农作物施肥。采用该方式进行科学的灌溉和施肥，能够有效的节约原材料成本，提高农作物的生长，实现水肥的高效利用。
40.在一些实施方式中，所述控制器连接有通信单元、数据库单元和人工校准单元，所述通信单元无线连接有云端服务器，可以通过pc端或者手机app访问云端服务器的数据，实现对半自动化施肥灌溉装置的远程控制以及远程监控功能。所述数据库单元用于储存不同农作物的灌溉和施肥方案，所述人工校准单元用于根据农作物的实际生长状况对农作物的灌溉和施肥方案进行人工校准。不同的农作物对应不同的灌溉和施肥方案，控制器根据不同的农作物选择合理的灌溉和施肥方案，并结合土壤电导率检测单元和土壤含水率检测单元的检测数据，实现对农作物的高效灌溉和施肥。人工校准单元可以对灌溉和施肥方案进行校准，使灌溉和施肥方案逐渐完善。
41.在一些实施方式中，所述水肥混合箱2设有肥料投入口11，肥料投入口11上方设有多个用于储存不同肥料的肥料储存箱，所述肥料储存箱设有出料管，出料管上设有第四控制阀，所述第四控制阀连接有第四智能网关，所述第四智能网关与控制器连接，当土壤电导率检测单元的电导率达到预定值时，控制器分别对各个第四智能网关进行控制，使各个肥料储存箱按照比例向水肥混合箱2中投入肥料。肥料储存箱通常有三个，分别为氮肥、磷肥和钾肥，控制器可以控制氮肥、磷肥和钾肥以不同比例进入水肥混合箱2中，氮肥、磷肥和钾
肥与雨水在水肥混合箱2中进行混合得到水肥，水肥通过水肥管6接入灌溉管网3，对农作物补充肥料，氮肥、磷肥和钾肥通过不同比例进行施肥，使得农作物能够得到合理的施肥，提高肥料的利用率。
42.在一些实施方式中，所述雨水管4、混合管5和水肥管6的入口端均设有过滤器，避免雨水管4、混合管5和水肥管6被杂物堵塞。各个过滤器分别安装在雨水管4、混合管5和水肥管6中，过滤器可拆卸，便于清洗，可重复使用。所述雨水收集箱1连接有供水管，在雨水收集箱1缺少雨水时，可以通过供水管为雨水收集箱1补充水源。
43.如图3所示，在一些实施方式中，所述水肥混合箱2内设有搅拌器12，所述搅拌器12连接有太阳能供电装置。具体地，所述太阳能供电装置包括太阳能板13、蓄电池14、转换器和充放电控制器，所述蓄电池14分别与所述太阳能板13、转换器和充放电控制器连接，所述转换器与搅拌器12连接。蓄电池14为搅拌器12提供电力支持，使水肥混合箱2中的雨水和肥料能够充分混合均匀。本发明利用太阳能供电，肥料和水充分溶解，待水肥混合均匀后，打开第三控制阀10即可将水肥混合溶液通入灌溉管网3系统中。
44.在一些实施方式中，所述太阳能供电装置包括多块太阳能板13，所述太阳能板13倾斜设置在雨水收集箱1的顶部，且太阳能板13呈环状排列在雨水收集箱1的周围；所述太阳能板13的顶端设有弧形的反射镜16。优选地，所述太阳能板13的倾斜角度为45度，太阳能板13对雨水具有导向作用，使雨水能够快速流入雨水收集箱1中，而且环状排列的太阳能板13能够接收到各个方向的阳光照射，使搅拌器12能够正常工作。由于各个太阳能板13的顶端设有弧形的反射镜16，阳光朝一个方向照射时，反射镜16对阳光进行反射使各个太阳能板13均能接受到阳光，提高太阳能的利用率。在旱季时，为加大储水量，水肥混合箱2也可临时用于储水。需要说明的是，该半自动化施肥灌溉装置可根据石漠化坡地面积进行尺寸灵活设计安装，并且同一石漠化坡地还可以同时安装多个装置，以满足不同石漠化坡地的施肥灌溉需求。
45.如图5所示，在一些实施方式中，所述雨水收集箱1内设有半球形的反射体17，所述反射体17与太阳能板13的底端之间连接有漏水板18，反射体17与各个反射镜16相互配合将光线反射至各个太阳能板13上。反射体17位于太阳能板13的底端位置，其不会遮挡太阳能板13的阳光，半球形的反射体17与各个反射镜16相互反射配合，使得在各个方向的太阳能板13均能接受到阳光，保证搅拌器12正常工作。反射体17与太阳能板13之间连接漏水板18，漏水板18具有过滤作用，能够避免较大的杂物进入雨水收集箱1中。
46.如图4所示，在一些实施方式中，为了增加雨水收集箱1的固定作用，所述雨水收集箱1配设有固定框架15，所述水肥混合箱2安装在固定框架15上，且水肥混合箱2位于雨水收集箱1的底部，便于雨水收集箱1的雨水流入水肥混合箱2中，蓄电池14设置保护壳，保护壳安装在水肥混合箱2的底部。具体地，所述雨水收集箱1、水肥混合箱2、搅拌器12和固定框架15均由不锈钢材料制成。所述雨水收集箱1长2m，宽2m，高1m；所述水肥混合箱2长2m，宽2m，高0.5m；所述搅拌器12高0.4m，搅拌器12的叶片长0.4m。
47.本发明提供的一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，具有以下优点：
48.1、完成了施肥灌溉一体化，并实现了半自动化运行，促进了岩溶地区石漠化坡地的农业生产发展，不仅能节省人力、物力、财力，还能有效提高工作效率。
49.2、能有效提高水肥利用率，减轻岩溶地区石漠化坡地的农业面源污染，符合生态
文明建设的思想。
50.3、可根据石漠化坡地的面积进行尺寸灵活设计安装，并且还可以在同一石漠化坡地上同时安装多个装置，以满足不同石漠化坡地的需求。
51.4、利用太阳能供电搅拌系统使水肥混合均匀，肥料充分溶解，其节能环保。
52.5、利用土壤监测模块7、控制模块、电磁阀和显示灯，可对石漠化坡地进行自动灌溉和预警提示，实现智能化控制。
53.6、本发明结构简单、安装方便、运行成本低、实用性强、便于管理、低成本、高回报、低能耗、高能效。
54.本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

技术特征：
1.一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，包括雨水收集箱(1)、水肥混合箱(2)和用于灌溉植物的灌溉管网(3)，所述雨水收集箱(1)与灌溉管网(3)之间连接有雨水管(4)，雨水收集箱(1)与水肥混合箱(2)之间连接有混合管(5)，所述水肥混合箱(2)与灌溉管网(3)之间连接有水肥管(6)。2.根据权利要求1所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，还包括土壤监测模块(7)，所述土壤监测模块(7)连接有控制模块，所述雨水管(4)、混合管(5)和水肥管(6)上分别设有第一控制阀(8)、第二控制阀(9)和第三控制阀(10)，所述第一控制阀(8)、第二控制阀(9)和第三控制阀(10)均与所述控制模块连接。3.根据权利要求2所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，所述土壤监测模块(7)包括土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元，所述土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元均与所述控制模块连接。4.根据权利要求3所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，所述控制模块包括控制器，所述控制器连接有第一智能网关、第二智能网关和第三智能网关，所述第一智能网关与第一控制阀(8)连接，所述第二智能网关与第二控制阀(9)和第三控制阀(10)连接，所述第三智能网关连接有显示灯；所述土壤电导率检测单元、土壤含水率检测单元和土壤温度检测单元均与所述控制器连接，所述控制器根据不同农作物所需的水分和肥料并结合土壤电导率检测单元和土壤含水率检测单元的检测数据分别对第一智能网关和第二智能网关进行控制，使第一智能网关控制第一控制阀(8)对农作物灌溉，以及使第二智能网关控制第三控制阀(10)对农作物施肥。5.根据权利要求4所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，所述控制器连接有通信单元、数据库单元和人工校准单元，所述通信单元无线连接有云端服务器，所述数据库单元用于储存不同农作物的灌溉和施肥方案，所述人工校准单元用于根据农作物的实际生长状况对农作物的灌溉和施肥方案进行人工校准。6.根据权利要求1所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，所述水肥混合箱(2)设有肥料投入口(11)，肥料投入口(11)上方设有多个用于储存不同肥料的肥料储存箱，所述肥料储存箱设有出料管，所述出料管上设有第四控制阀，所述第四控制阀连接有第四智能网关，所述第四智能网关与控制器连接，当土壤电导率检测单元的电导率达到预定值时，控制器分别对各个第四智能网关进行控制，使各个肥料储存箱按照比例向水肥混合箱(2)中投入肥料。7.根据权利要求1所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，所述水肥混合箱(2)内设有搅拌器(12)，所述搅拌器(12)连接有太阳能供电装置；所述太阳能供电装置包括太阳能板(13)、蓄电池(14)、转换器和充放电控制器，所述蓄电池(14)分别与所述太阳能板(13)、转换器和充放电控制器连接，所述转换器与搅拌器(12)连接。8.根据权利要求7所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，所述太阳能供电装置包括多块太阳能板(13)，所述太阳能板(13)倾斜设置在雨水收集箱(1)的顶部，且太阳能板(13)呈环状排列在雨水收集箱(1)的周围；所述太阳能板(13)的顶端设有弧形的反射镜(16)。9.根据权利要求8所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，所
述雨水收集箱(1)内设有半球形的反射体(17)，所述反射体(17)与太阳能板(13)的底端之间连接有漏水板(18)，反射体(17)与各个反射镜(16)相互配合将光线反射至各个太阳能板(13)上。10.根据权利要求1所述的应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，其特征在于，所述雨水收集箱(1)配设有固定框架(15)，所述水肥混合箱(2)安装在固定框架(15)上，且水肥混合箱(2)位于雨水收集箱(1)的底部；所述雨水收集箱(1)连接有供水管，所述雨水管(4)、混合管(5)和水肥管(6)的入口端均设有过滤器。
技术总结
本发明公开了一种应用于石漠化坡地的半自动化施肥灌溉装置，包括雨水收集箱、水肥混合箱和用于灌溉植物的灌溉管网，雨水收集箱与灌溉管网之间连接有雨水管，雨水收集箱与水肥混合箱之间连接有混合管，水肥混合箱与灌溉管网之间连接有水肥管。本发明不仅可以实现施肥灌溉一体化，还实现了半自动化运行，能有效解决岩溶地区石漠化坡地的农业施肥灌溉问题，其能有效提高水肥利用率，减轻农业面源污染，符合生态文明建设思想，并且结构简单、安装方便、成本低、便于管理、实用性强。实用性强。实用性强。


技术研发人员：田卓 张帅普 代俊峰 徐勤学 方荣杰 何建华
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2021/6/29