CN118235568B - 一种利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于石漠化土壤改良技术领域，具体的说是一种利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统，包括光伏子系统、空气取水子系统、滴灌子系统、自然引风子系统、养殖沟和有机改良剂；所述光伏子系统由多个规则排布的光伏装置组成，采用固定式光伏方阵，以多排光伏板为一组光伏单元；利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统，可以在原有光伏治沙技术防风固沙的基础上，通过施用有机改良剂有效解决沙化土有机质含量低、植物成活率不高以及土质松散难以保水的问题，并给出了有机改良剂中各组分可供选择的混合比例范围，真正实现沙化土改良，以及光伏治沙模式的可持续发展。

Description

一种利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统

技术领域

本发明属于石漠化土壤改良技术领域，具体的说是一种利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统。

背景技术

随着水资源短缺、土地盐渍化以及风力侵蚀等问题日趋严重，我国部分地区出现了严重的土壤荒漠化现象。而在我国西南部分地区，脆弱的岩溶生态系统在长期以来人地矛盾突出、土地利用不合理的背景下出现了大面积的土地流失和植被退化，土壤石漠化现象得以形成与发展。近年来出现的光伏治沙模式将发展光伏和沙漠治理、节水农业相结合，通过种植植物起到防沙治沙的效果，可以实现生态效益、经济效益和社会效益的协调统一，现已被广泛应用和推广。同时，部分地区也探索出了“光伏+畜牧”的发展治理模式，板上太阳能发电、板下种植植物、板间养殖牛羊，实现一块土地的三重利用。

但上述技术往往存在以下缺陷：由于沙化土蓄水、保肥能力较差，土壤生产力大幅降低，植物成活率较低。目前对于荒漠化土地治理主要采用建立大型固沙防护林带的方式，没有解决沙化土壤生态修复所需的营养源问题，荒漠化的土质情况也没有得到有效改善。同时，现有的“光伏+养殖”模式一般对牛羊进行放养，可能存在管理不便、粪污污染难以控制等问题，为此，本发明提供一种利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统，包括光伏子系统、空气取水子系统、滴灌子系统、自然引风子系统、养殖沟和有机改良剂；

所述光伏子系统由多个规则排布的光伏装置组成，采用固定式光伏方阵，以多排光伏板为一组光伏单元，两组光伏单元间留出4～5m宽的空间用作养殖沟，所述光伏板使用支架固定安装在地面，所述地面上种植牧草，且牧草位于光伏板下方，所述牧草用于防风固沙和饲喂牛羊；

空气取水子系统，所述空气取水子系统由空气取水器和蓄水器构成，在光伏板下间隔布置，所述空气取水器包括有顶部裸露涡轮、带有外部导流槽与导流孔的弧形表面以及内部涡轮，所述空气取水器与所述蓄水器通过管道相连；

滴灌子系统，其采用智能自动滴灌系统，与所述蓄水器以及供水管网相连通，所述智能自动滴灌系统优先取用蓄水器中的水，当蓄水器中水量不足时，通过供水管网取水；

养殖沟，其分布在光伏单元间过道处，分为地上结构和地下结构两部分，地上结构为养殖舍，地下结构为发酵沟，所述发酵沟中采用自然风利用系统与辅助主动曝气系统两套通风系统；

自然引风子系统，其通过光伏单元的布置与引风结构的设置，加强通过形成于光伏板与地表之间的送风通道的清扫风强度，为空气取水子系统及所述养殖沟地下结构通风提供足够的风能，实现自然风的有效利用。

优选的，所述光伏板背向主风向安装，所述光伏板的倾角相同，且小于30°；

所述光伏单元内，光伏板的安装高度沿主风向依次降低。

优选的，所述空气取水器插入地下2m-5m，所述管道的顶端设置顶部裸露涡轮，所述顶部裸露涡轮的底端设置有内部涡轮，且内部涡轮位于管道内，所述空气取水器上设置有弧形表面，所述弧形表面还设置有一圈外部导流槽，所述弧形表面四面各开一个导流口，所述弧形表面的中心部位均匀开设有导流孔，所述导流口和导流孔均与管道连通；

所述蓄水器的口部设有第一过滤件，所述蓄水器出水管网处安装第二过滤件。

优选的，所述养殖舍为牛羊活动的主要区域，养殖舍内间隔布置牛羊用自动饮水器，水源来自所述蓄水器及供水管网；

所述牛羊用自动饮水器采用按压出水和浮球控水双重控制；

所述发酵沟与地面养殖舍由隔离网隔开，可与地面齐平或稍低。

优选的，所述发酵沟呈矩形，沟深3～4m，沟内为由中间向两侧倾斜的斜坡，倾角为45～60°，所述斜坡的坡底连接弧形发酵区，是牛羊粪污好氧发酵的主要区域；

优选的，所述发酵沟与周边沙土用隔离网隔开，即斜方网格焊接结构的封闭网，在实现物理隔挡的同时，使得发酵沟中的粪肥可以与深层土壤相接触。

优选的，所述弧形发酵区内设置水平搅拌桨，所述搅拌桨的桨叶呈不规则弧形，形成粪便“分格”。

优选的，所述自然风利用系统包括地上的引风口、通风管及出风口，地上的引风口采用渐扩结构，截面直径较大处面朝主要风向，利用狭管效应将大风引入通风管，出风口则间隔布置于发酵沟的侧壁；所述辅助主动曝气系统由甲烷浓度传感器、PLC控制系统、鼓风机、预警系统组成。

优选的，所述有机改良剂由水、沙、污泥按0.3～0.5：0.2～0.4：1的比例混合制成，同时辅以粪污发酵产物；所述有机改良剂中，污泥应通过基本的预处理以达到无害化效果，采用经好氧发酵的污泥堆肥产物，污泥的含水率宜为30%～50%，有机质含量宜为30%～50%，污泥和有机质pH呈弱碱性。

本发明的有益效果如下：

1.本发明利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统，一般传统方法是在原有光伏治沙技术防风固沙的基础上，通过施用有机改良剂有效解决沙化土有机质含量低、植物成活率不高以及土质松散难以保水的问题。本发明采用有机改良剂以城市污泥、畜禽粪污等有机废弃物为主要原料，达到废弃物处理与资源化利用以及沙化土改良的双重效果，原位取材，成本低廉，真正实现沙化土改良，以及光伏治沙模式的可持续发展。

2.本发明多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统中创新设计了自然引风系统，通过光伏单元不同高度和引风结构的布设，构建光伏板狭管效应结构，有效增强了“光伏面板与地表之间送风通道”的清扫风强度，为空气取水子系统提供足够的风能，实现自然风的有效利用。

3.本发明创新设计了自然引风系统，通过光伏单元不同高度和引风结构的布设，构建光伏板狭管效应结构，引导自然风进入发酵沟，与辅助主动曝气装置构成双重通风系统，为发酵沟提供氧气以提高发酵沟中粪污好氧发酵效率、减轻发酵臭味影响以及预防光伏火灾事故的发生。

4.本发明自然引风系统中增强了清扫风强度，由于自然风引风结构的设置，部分沙粒会随着大风进入所述发酵沟中，作为发酵辅料，对粪污的含水率及物料结构进行调节。

5.本发明多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统中充分利用当地自然资源进行原位取水，降水时可收集雨水，平常可利用风能将空气中的水蒸气冷凝收集，以缓解当地水资源紧缺的问题，该空气取水系统无需额外耗电，首次通过地下结构改造空气取水器，采用空气取水器插入地下，顶部裸露涡轮在风力的带动下旋转，并带动取水器主体内的内部涡轮旋转，使得地面与地下空气形成对流，由于地下温度较低，空气中水蒸气在接触到取水器弧形表面时发生冷凝，最终进入到底部蓄水器被收集储存，且原位取水量可满足80%的牧草灌溉与牲畜饮水需求。

6.本发明利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统中通过养殖沟的设计，一方面，可以使牛羊在养殖沟范围内产生的畜禽粪污得到收集并统一处理利用，经好氧发酵处理后的粪便具有更好的稳定性与更高的腐殖质含量，肥力效果更佳，也在一定程度上减少了牛羊放养可能带来的环境污染风险；另一方面，有效解决了传统的板下牛羊放养模式下畜禽粪污只能同表面沙土相接触，而深层土壤难以改良的问题，使得有机改良剂的施用更加灵活，提高石漠化土壤改良效果。

7.本发明利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统中实现了对自然资源与环境条件的充分利用，充分利用当地丰富的太阳能、风能进行光伏发电、空气取水，并通过光伏布置、引风结构设计等方式利用自然风进行地下通风，通过牛羊粪便形成有机肥料，从土壤深层对石漠化土壤进行改良，实现该原位生态治沙系统内能源、资源自给，为土壤沙漠化地区原位生态治沙提供了一种可行的思路与模式。

8.本发明利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统的机械化、自动化程度较高，可以满足沙漠地区无人看守即可自主运行的要求，且该系统方案简单易行、施工方便，无需采用高精密仪器或对操作条件要求较高的设备，对各类复杂环境条件适应较好，光伏+种植+养殖的模式也能为当地创造经济收益，具有可复制性与可推广性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的光伏、畜牧和有机改良剂的原位生态治沙系统的整体布置图；

图2是本发明中空气取水单元的结构示意图；

图3是本发明中空气取水单元的另一种结构示意图；

图4是本发明中空气取水器主体结构的正剖面图与俯视图；

图5是图1中养殖沟的结构示意图；

图6为本发明中自然引风子系统的结构示意图；

图7是本发明中管道的内部结构示意图；

图8是图7的A处放大图；

图9是本发明中圆环的内部结构示意图。

图中：1、光伏板；2、牧草；3、空气取水器；4、牛羊用自动饮水器；5、引风装置；6、隔离网；7、封闭网；8、斜坡；9、弧形发酵区；10、顶部裸露涡轮；11、弧形表面；12、外部导流槽；13、第一过滤件；14、蓄水器；15、内部涡轮；16、导流孔；17、导流口；18、引风口；19、出风口；20、主动曝气系统；21、水平搅拌桨；22、滴灌系统；23、管道；24、第二过滤件；25、叶片；26、第一磁块；27、圆环；28、第二磁块；29、固定板；30、挡板；31、出料槽；32、过滤网；33、进料槽；34、连接槽；35、空腔；36、磁板；37、电磁铁。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图9所示，本发明所述的一种利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统，包括光伏子系统、空气取水子系统、滴灌子系统、自然引风子系统及养殖沟，并采用有机改良剂对沙化土进行改良；

其中，所述光伏子系统由多个规则排布的光伏装置组成，采用固定式光伏方阵，以多排光伏板1为一组光伏单元，两组光伏单元间留出4～5m宽的空间用作养殖沟；

所述光伏系统中，为同时提高太阳能利用与自然风引风效果，光伏板1背向主风向安装，每组光伏单元的倾角应相同，且小于30°最佳倾角结合站址当地的多年月平均辐照度、直射分量辐照度、散射分量辐照度、风速等气候条件进行设计，在占地允许的条件下，使倾角尽可能小，以提高狭管效应的引风效果；综合考虑辐照度、引风效果及占地要求，经技术经济比较后进行倾角选择，一般不宜大于30°；

通过光伏单元的布置与引风结构的设置，加强通过形成于光伏板1与地表之间的送风通道的清扫风强度，为空气取水子系统及所述养殖沟地下结构通风提供足够的风能，实现自然风的有效利用

在一些优选实施例中，所述光伏单元内多排光伏板1的安装高度沿主风向依次降低，高度不宜过高，以保证引风效果，同时为确保牛羊的正常活动，光伏板1的最低高度不应小于1.8m；

在一些优选实施例中，所述光伏单元内，光伏板1阵列间距在理想情况下应满足全年9：00～15：00（当地真太阳时）时段内前后左右互不遮挡，并在此基础上尽可能小，以提高狭管效应的引风效果；针对我国西南较低纬度地区，前后间距一般取2～3m，西北等较高纬度地区，间距取值应相应增大，可取5～6m，具体取值应根据当地实际情况确定；

所述光伏子系统下种植牧草2，用于防风固沙与饲喂牛羊；

在一些优选实施例中，牧草2选用耐旱性强、牛羊可取食的紫花苜蓿，该多年生豆科牧草2根系发达，可以吸收深层土壤水分，适合在我国大部分地区种植，且富含蛋白质和多种维生素；

在一些更为优选的实施例中，牧草2选用耐旱性强的紫花苜蓿与沙打旺或披肩草、芨芨草、碱蓬中的一种或多种间隔种植，前者适口性好，种植在距离养殖沟较近的地方，方便牛羊取食，后者虽然适口性较差，但耐寒、耐旱、耐贫瘠、耐盐碱、抗风蚀和沙埋性能好，是重要的防沙固沙先锋植物，可种植在距离养殖沟稍远的地方。

所述空气取水子系统由空气取水器3和蓄水器14构成，在光伏间隔处布置；

在一些优选实施例中，所述空气取水器3与所述蓄水器14为一体化装置，取水器弧形表面11直径为0.3～0.4m，连通管道23管径为0.2～0.22m，蓄水器14位于取水器末端，呈方形口袋状，直径为0.5m左右，袋口与管道23相连通；

所述空气取水器3插入地下2～2.2m左右，顶部裸露涡轮10在风力的带动下旋转，并带动取水器主体内的内部涡轮15旋转，使得地面与地下空气形成对流，由于地下温度较低，空气中水蒸气在接触到取水器弧形表面11时发生冷凝，顺着表面导流孔16和导流口17进入到管道23内，然后再顺着管道23进入到底部蓄水器14被收集储存；

所述空气取水器3的弧形表面11外围还设置有一圈向内倾斜的外部导流槽12，弧形表面11四面各开一个导流口17，用以收集雨水，雨水同冷凝水一道进入蓄水器14储存待用；

为过滤雨水和冷凝水中的杂质，防止沙土颗粒进入滴滤系统，在所述蓄水器14的口部设有第一过滤件13；

在一些更为优选的实施例中，所述空气取水器3与所述蓄水器14并非一体化装置，而是通过管道23相连接，所述蓄水器14一方面接收来自取水器的冷凝水和雨水，另一方面连通供水管网，所述滴灌单元只需通过管线连接所述蓄水器14，而无需直连供水管网，所述蓄水器14出水管网处安装第二过滤件24。

所述滴灌子系统采用智能自动滴灌系统22，与所述蓄水器14以及供水管网相连通，智能自动滴灌系统22优先取用蓄水器14中的水，当蓄水器14中水量不足时，通过供水管网取水，根据所述空气取水单元设计的不同，所述滴灌子系统的管线连接也有所不同；

在一些优选实施例中，所述滴灌单元沿所述光伏单元布置，并位于所述光伏板1之下，每隔0.3m设置一个滴灌孔；

在一些优选实施例中，灌溉需水量与技术应用地区的气候条件和种植植物品种有关，初步估计甘肃河西、青海、新疆等西北干旱区，对于生态恢复用不同种类的旱生植被，每亩地需水250～400m³左右；对于我国西南部分石漠化地区，初步估计每亩地需水200～300m³左右；

所述养殖沟分布在光伏单元间过道处，分为地上结构和地下结构两部分，地上结构为养殖舍，地下结构为发酵沟，同时，为提高粪污好氧发酵效率、减轻发酵臭味影响以及预防光伏火灾事故的发生，所述发酵沟中设置通风系统；

所述养殖舍为牛羊活动的主要区域，养殖舍中间隔布置牛羊用自动饮水器4，水源来自所述蓄水器14及供水管网；

在一些优选实施例中，所述牛羊用自动饮水器4由半圆形饮水盆与底部支撑结构组成，高度设置为0.5～1m不等，半圆形饮水盆中设置有按压出水开关与浮球栓塞，饮水器采用按压出水和浮球控水双重控制，即牛鼻和羊角触碰按压开关即可出水，松开则停止出水，同时当饮水盆中水位达到设定高度时，浮球堵住出水口，也可实现停水；

所述发酵沟与地面养殖舍由隔离网6隔开，可与地面齐平或稍低，所述发酵沟位于地下；

所述发酵沟呈矩形，沟深3～4m，沟内为由中间向两侧倾斜的斜坡8，倾角为45～60°，坡底连接弧形发酵区9，是牛羊粪污好氧发酵的主要区域，当粪污经漏缝板落入发酵沟后，会沿着斜坡8落入弧形发酵区9进行好氧发酵；

在一些优选实施例中，由于自然风引风结构的设置，部分沙粒会随着大风进入所述发酵沟中，作为发酵辅料，对粪污的含水率及物料结构进行调节；

在一些更为优选的实施例中，可以利用无人机定期向所述发酵沟中喷洒微生物菌剂，加速发酵进程，提高好氧发酵速率；

所述弧形发酵区9内设置水平搅拌桨21，采用重力驱动与机械控制相结合，重力驱动即当落下的粪便足够多时，推动水平搅拌桨21旋转，同时设置一定的搅拌频率，定时进行机械搅拌；

所述水平搅拌桨21机械控制的搅拌频率设定为1r/24h；

所述水平搅拌桨21的桨叶呈不规则弧形，形成粪便“分格”，停留时间长、发酵接近完成的粪肥可以在水平搅拌桨21的作用下与周边的沙土接触，同样作为沙化土的改良剂，从而实现还肥于田；

在一些优选实施例中，所述水平搅拌桨21的最大直径比所述弧形发酵区9略小，桨叶沿水平方向间隔0.5～0.8m布置；

所述发酵沟与周边沙土用隔离网6隔开，即斜方网格焊接结构的封闭网7，在实现物理隔挡的同时，使得发酵沟中的粪肥可以与深层土壤相接触。

所述自然风利用系统包括地上的引风口18、通风管及出风口19组成，地上的引风口18采用渐扩结构，面朝该地区主要风向，用于将大风引入通风管，出风口19则间隔布置于发酵沟的侧壁，所述自然风利用系统与光伏单元布置相互配合，提高自然风利用效果，加强发酵沟的空气流通；

在一些优选实施例中，所述地上变截面的引风口18截面最小直径与最大直径之比为0.6～0.8，所述引风口18设置在光伏板1下方、牧草2中，最大直径截面面朝当地主要风向，设置高度应略高于牧草2，但也不宜过高，应使引风装置5能够充分利用送风通道的清扫风；

在一些优选实施例中，为减少气流在管道中输送时的风阻，所述地上引风口18后连接一段垂直入地的通风管，随后连接一段以一定倾角布置于所述光伏装置下方沙土中的通风管，通风管终点即所述出风口19，间隔1m左右水平布置于所述发酵沟的侧壁，深度为1.5～2m；

在一些优选实施例中，一个地上的引风口18对应一段通风管及一个出风口19，三者间采用柔性连接，以减少转弯风阻；

在一些优选实施例中，所述自然风利用系统地上部分采用环形固定架进行固定，垂直通风管套入环中，避免该结构在大风影响下发生位移；

所述主动曝气系统20由甲烷浓度传感器、PLC控制系统、鼓风机、预警系统组成，当检测到甲烷浓度超过限值时，则自动启动鼓风机进行曝气，当检测到甲烷浓度达到危险浓度，则启动预警系统，将信息传递给维护人员及时进行处理；

在一些优选实施例中，所述甲烷浓度传感器、所述PLC控制系统及预警系统集成在一个控制箱中，每个控制箱连接一台鼓风机，在所述发酵沟内间隔2m左右布置，所述PLC系统的控制逻辑为：甲烷浓度限值设置为10ppm，危险浓度设置为80ppm，当所述甲烷浓度传感器检测到当前甲烷浓度高于限值时，说明发酵沟内氧气含量不足，厌氧发酵反应活跃，此时则启动鼓风机，直至甲烷浓度低于限值，鼓风机停止运转；当检测甲烷浓度达到危险浓度时，除了启动鼓风机外，同时启动预警系统，将信息传递给维护人员；

在一些更为优选的实施例中，所述主动曝气系统20实施分级曝气，即所述鼓风机拥有多个挡位，不同挡位对应不同风量，所述PLC系统的控制逻辑相应可采用分级浓度限值：甲烷浓度一级限值设置为10ppm，达到则启动鼓风机一档；二级限值设置为25ppm，达到则启动鼓风机二档；三级限值设置为50ppm，达到则启动鼓风机三档；若采用无档位鼓风机，也可以通过并联多个鼓风机来实现分级曝气。

所述有机改良剂由水、沙、污泥按比例混合制成，辅以粪污发酵产物，污泥应通过基本的预处理以达到无害化效果，不允许使用可能存在重金属超标风险的未处理污泥，宜采用经好氧发酵的污泥堆肥产物，污泥的含水率宜为30%～50%，有机质含量宜为30%～50%，污泥和有机质pH呈弱碱性，重金属含量应符合相关要求，宜含有较多的氮、磷的营养元素；水、污泥、沙的理想混合比例约为：0.3～0.5：0.2～0.4：1；混合比例通过单位体积沙土改良剂施用量控制、灌溉频次与灌溉量控制等参数进行调控；

在一些优选实施例中，单位体积（m³）沙土施用400～600kg污泥；

在一些优选实施例中，污泥发酵产物通过表面施用并与沙土进行简单混合的方式布施，粪污发酵产物则在发酵沟中直接与深层沙土进行接触。

在一些优选实施例中，所述管道23的内壁固定连接有一对固定板29，所述固定板29的顶面通过弹簧固定连接有圆环27，所述圆环27的顶面内侧壁作圆角处理，所述圆环27的外侧壁与管壁贴合，所述圆环27的内侧壁固定连接有倾斜设置的过滤网32，所述内部涡轮15的表面固定连接有一组叶片25，所述叶片25的底面固定连接有第一磁块26，所述过滤网32的底面固定连接有一组与第一磁块26相斥的第二磁块28；所述圆环27的内部开设有空腔35，所述圆环27的内侧壁开设有与空腔35连通的进料槽33，所述进料槽33与过滤网32的最低点平行；由于第一过滤件13在长时间使用会被雨水和冷凝水中的杂质堵塞，从而造成雨水和冷凝水无法正常进入到蓄水器14内，此时可以通过借助设置在管道23内的过滤网32先对水中的杂质进行过滤，同时在内部涡轮15进行转动时，叶片25也会进行转动，这时第一磁块26会间歇性经过第二磁块28，使得第一磁块26推动第二磁块28进行上下运动，这时过滤网32会进行抖动，同时因为过滤网32是倾斜设置的，这时过滤网32上的杂质会被抖动到进料槽33处，然后进入到空腔35内进行储存，这样杂质不会在过滤网32上方进行堆积，造成过滤网32网孔的堵塞，以防止管道23内因为杂质出现堵塞。

所述空腔35的内壁滑动连接有磁板，所述磁板的顶面呈斜面状，所述空腔35的底面固定连接有与磁板相斥的电磁铁，所述电磁铁与磁板之间固定连接有复位弹簧，所述圆环27的外侧壁开设有与空腔35连通的连接槽34，所述管道23的侧壁开设有与连接槽34齐平的出料槽31，所述出料槽31的内部通过扭簧扭接有磁性材料制成的挡板30，所述挡板30与磁板相斥；当空腔35内的杂质储存较多时，可以启动电磁铁推动磁板，这时磁板会推动空腔35内的杂质向上移动，直到杂质移动到连接槽34处，然后杂质会从磁板的斜面滑到出料槽31内，同时挡板30会被磁板推动不再对出料槽31进行密封，这时杂质可以顺利的从出料槽31进行排出，从而达到了对空腔35内储存的杂质进行自动排出的效果。

工作原理：通过光伏装置的布置来提高引风效果：光伏板1背向主风向安装，每组光伏单元的倾角应相同，最佳倾角结合站址当地的多年月平均辐照度、直射分量辐照度、散射分量辐照度、风速等气候条件进行设计，在占地允许的条件下，使倾角尽可能小，以提高狭管效应的引风效果，光伏单元内多排光伏板1的安装高度沿主风向依次降低，高度不宜过高，以保证引风效果。牧草2用于防风固沙与饲喂牛羊。

空气取水器顶部裸露涡轮10在风力的带动下旋转，并带动取水器主体内的内部涡轮15旋转，使得地面与地下空气形成对流，由于地下温度较低，空气中水蒸气在接触到取水器弧形表面11时发生冷凝，顺着表面导流孔16和导流口17进入到管道23内，然后再顺着管道23进入到底部蓄水器14被收集储存；智能自动滴灌系统22优先取用蓄水器14中的水，当蓄水器14中水量不足时，通过供水管网取水；发酵沟中为提高粪污好氧发酵效率、减轻发酵臭味影响以及预防光伏火灾事故的发生，采用自然风利用与辅助主动曝气双重通风系统。

饮水器采用按压出水和浮球控水双重控制，即牛鼻和羊角触碰按压开关即可出水，松开则停止出水，同时当饮水盆中水位达到设定高度时，浮球堵住出水口，也可实现停水；水平搅拌桨21，采用重力驱动与机械控制相结合，重力驱动即当落下的粪便足够多时，推动水平搅拌桨21旋转，同时设置一定的搅拌频率，定时进行机械搅拌。

辅助主动曝气系统检测到甲烷浓度超过限值时，则自动启动鼓风机进行曝气，当检测到甲烷浓度达到危险浓度，则启动预警系统，将信息传递给维护人员及时进行处理；甲烷浓度限值设置为10ppm，危险浓度设置为80ppm，甲烷浓度传感器检测到当前甲烷浓度高于限值时，说明发酵沟内氧气含量不足，厌氧发酵反应活跃，此时则启动鼓风机，直至甲烷浓度低于限值，鼓风机停止运转；当检测甲烷浓度达到危险浓度时，除了启动鼓风机外，同时启动预警系统，将信息传递给维护人员。

由于第一过滤件13在长时间使用会被雨水和冷凝水中的杂质堵塞，从而造成雨水和冷凝水无法正常进入到蓄水器14内，此时可以通过借助设置在管道23内的过滤网32先对水中的杂质进行过滤，同时在内部涡轮15进行转动时，叶片25也会进行转动，这时第一磁块26会间歇性经过第二磁块28，使得第一磁块26推动第二磁块28进行上下运动，这时过滤网32会进行抖动，同时因为过滤网32是倾斜设置的，这时过滤网32上的杂质会被抖动到进料槽33处，然后进入到空腔35内进行储存，这样杂质不会在过滤网32上方进行堆积，造成过滤网32网孔的堵塞，以防止管道23内因为杂质出现堵塞。

当空腔35内的杂质储存较多时，可以启动电磁铁推动磁板，这时磁板会推动空腔35内的杂质向上移动，直到杂质移动到连接槽34处，然后杂质会从磁板的斜面滑到出料槽31内，同时挡板30会被磁板推动不再对出料槽31进行密封，这时杂质可以顺利的从出料槽31进行排出，从而达到了对空腔35内储存的杂质进行自动排出的效果。

上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种利用多源有机质原位石漠化改良的光伏生态治沙系统，包括光伏子系统、空气取水子系统、滴灌子系统、自然引风子系统、养殖沟和有机改良剂；

其特征在于：所述光伏子系统由多个规则排布的光伏装置组成，采用固定式光伏方阵，以多排光伏板（1）为一组光伏单元，所述光伏板（1）使用支架固定安装在地面，所述地面上种植牧草（2），且牧草（2）位于光伏板下方，所述牧草（2）用于防风固沙和饲喂牛羊；

空气取水子系统，所述空气取水子系统由空气取水器（3）和蓄水器（14）构成，在光伏板（1）下间隔布置，所述空气取水器（3）包括有顶部裸露涡轮（10）、带有外部导流槽（12）与导流孔（16）的弧形表面(11）以及内部涡轮（15），所述空气取水器(3）与所述蓄水器（14）通过管道(23）相连；

滴灌子系统，其采用智能自动滴灌系统（22），与所述蓄水器（14）以及供水管网相连通，所述智能自动滴灌系统（22）优先取用蓄水器（14）中的水，当蓄水器（14）中水量不足时，通过供水管网取水；

养殖沟，其分布在光伏单元间过道处，分为地上结构和地下结构两部分，地上结构为养殖舍，地下结构为发酵沟，所述发酵沟中采用自然风利用系统与辅助主动曝气系统（20）两套通风系统；

所述光伏板（1）背向主风向安装，所述光伏板（1）的倾角相同；

所述光伏单元内，光伏板（1）的安装高度沿主风向依次降低；

所述自然风利用系统包括地上的引风口（18）、通风管及出风口（19），地上的引风口（18）采用渐扩结构，截面直径较大处面朝主要风向，利用狭管效应将大风引入通风管，出风口（19）则间隔布置于发酵沟的侧壁；所述辅助主动曝气系统（20）由甲烷浓度传感器、PLC控制系统、鼓风机、预警系统组成；

所述空气取水器（3）插入地下2m-5m，所述管道（23）的顶端设置顶部裸露涡轮（10），所述顶部裸露涡轮（10）的底端设置有内部涡轮（15），且内部涡轮（15）位于管道（23）内，所述空气取水器（3）上设置有弧形表面（11），所述弧形表面（11）还设置有一圈外部导流槽（12），所述弧形表面（11）四面各开一个导流口（17），所述弧形表面（11）的中心部位均匀开设有导流孔（16），所述导流口（17）和导流孔（16）均与管道（23）连通；

所述蓄水器（14）的口部设有第一过滤件（13），所述蓄水器（14）出水管网处安装第二过滤件（24）；

所述养殖舍为牛羊活动的主要区域，养殖舍内间隔布置牛羊用自动饮水器（4），水源来自所述蓄水器（14）及供水管网；

所述牛羊用自动饮水器（4）采用按压出水和浮球控水双重控制；

所述发酵沟与地面养殖舍由隔离网（6）隔开，可与地面齐平或稍低；

所述发酵沟呈矩形，沟内为由中间向两侧倾斜的斜坡（8），倾角为45～60°，所述斜坡（8）的坡底连接弧形发酵区（9），是牛羊粪污好氧发酵的主要区域；

所述发酵沟与周边沙土用隔离网（6）隔开，即斜方网格焊接结构的封闭网（7），在实现物理隔挡的同时，使得发酵沟中的粪肥可以与深层土壤相接触；

所述弧形发酵区（9）内设置水平搅拌桨（21），所述水平搅拌桨（21）的桨叶呈不规则弧形，形成粪便“分格”；

所述有机改良剂由水、沙、污泥按0.3～0.5：0.2～0.4：1的比例混合制成，同时辅以粪污发酵产物；所述有机改良剂中，污泥通过预处理以达到无害化效果，采用经好氧发酵的污泥堆肥产物，污泥的含水率为30%～50%，有机质含量为30%～50%，污泥和有机质pH呈弱碱性；

所述管道（23）的内壁固定连接有一对固定板（29），所述固定板（29）的顶面通过弹簧固定连接有圆环（27），所述圆环（27）的顶面内侧壁作圆角处理，所述圆环（27）的外侧壁与管壁贴合，所述圆环（27）的内侧壁固定连接有倾斜设置的过滤网（32），所述内部涡轮（15）的表面固定连接有一组叶片（25），所述叶片（25）的底面固定连接有第一磁块（26），所述过滤网（32）的底面固定连接有一组与第一磁块（26）相斥的第二磁块（28）；

所述圆环（27）的内部开设有空腔（35），所述圆环（27）的内侧壁开设有与空腔（35）连通的进料槽（33），所述进料槽（33）与过滤网（32）的最低点平行；

所述空腔（35）的内壁滑动连接有磁板（36），所述磁板（36）的顶面呈斜面状，所述空腔（35）的底面固定连接有与磁板（36）相斥的电磁铁（37），所述电磁铁（37）与磁板（36）之间固定连接有复位弹簧，所述圆环（27）的外侧壁开设有与空腔（35）连通的连接槽（34），所述管道（23）的侧壁开设有与连接槽（34）齐平的出料槽（31），所述出料槽（31）的内部通过扭簧扭接有磁性材料制成的挡板（30），所述挡板（30）与磁板（36）相斥。