一種水控膜栽培裝置的製作方法
2023-09-14 15:02:22 3
本實用新型涉及植物無土栽培領域中的水培領域，尤其涉及一種通過使用水控膜培育植物的水控膜栽培裝置。
背景技術：
隨著工業化發展及人類生活品質要求的不斷提高，可用於人類耕作的土地面積也越來越少，並且這一現象已經嚴重威脅到了人類的生存和發展。無土栽培技術作為針對人類可耕作土地面積銳減等問題的重要緩解方法在植物栽培領域已經得到了廣泛的應用。而作為無土栽培領域中一個重要組成部分，植物水培技術通常是指植物根系直接與營養液接觸，不使用基質的栽培方法。植物水培技術與常規土壤栽培的根本區別在於：可以不使用土壤，直接用營養液來培育植物，因此可以大幅度擴大種植面積，解決耕地不足的問題，並且通過調節營養液的供給，達到控制、調節作物生長狀況及生長周期的目的。然而，常規的水培技術存在諸多缺陷：比如植物根系由於長期浸泡在營養液中，得不到充足的氧，進而影響植物根系的呼吸並最終導致植物生長不良，因此生產不出營養豐富的果蔬、糧食等；由於植物根系需要浸泡在營養液中，所使用的營養液總量較大，並且在植物生長過程中需要不斷的供給充足的營養液，因此生產成本極高；病毒及病菌通過營養液等媒介進入植物根系，容易引發病蟲害造成大規模汙染等。
此外，日本美比歐公司早在2007年提出了專利號為：200780032327.5，名為「植物栽培系統」的專利申請，目的是為了解決在田地栽培和溫室栽培等大規模栽培過程中，出現的連作土壤衰頹、土壤殘留農藥引起農作物汙染、鹽分蓄積、有害微生物繁殖等現象而不得不進行土壤消毒或者土壤交換的問題，該專利申請公開了一種通過使用無孔性親水性膜大規模培育植物的栽培系統。然而，這種大規模作物生產的集約型農業與申請人將要提出的分散型農業之間存在著十分明顯的差別。
技術實現要素：
本實用新型針對現有技術的不足，提供一種即簡便又實用的，能讓大家吃到美味、安全、健康的果蔬或者糧食的水控膜栽培裝置，通過該種栽培裝置的應用，還能讓老人、孩子、甚至辦公室人員在植物栽培的過程中享受其中的種植樂趣，增加家庭和諧、快樂，進而成為人們休閒、娛樂的一個重要途徑。此外，在分散型生態農業理念下，該水控膜栽培裝置的應用不但能夠實現在多種嚴苛條件下進行農業生產、大幅度擴大農業生產面積、解決土壤汙染、降低生產成本的作用，還能綠化人類生活環境、營造生態農業氛圍，進而獲得更高的生態效益和社會效益。最後，在落實分散型生態農業的理念、切實的將無公害農業、綠色農業、生態農業帶進千家萬戶的道路上，人們遇到了很多困難，而該水控膜栽培裝置的應用解決了生態農業進入家庭最後一公裡的難題，使無公害農業、綠色農業、生態農業能夠輕鬆、便捷的深入千家萬戶。
本實用新型提供了一種水控膜栽培裝置，其技術方案如下：
一種水控膜栽培裝置，包括託盤、栽培床、水控膜及營養液輸控單元，其特徵在於，所述栽培床設置於託盤上方，所述水控膜設置於託盤和栽培床之間，所述營養液輸控單元的輸出口位於水控膜的上方和/或下方。植物的根系栽培於水控膜上方，植物的莖部或者蔓部通過定植位。該水控膜採用納米級微孔加工技術，可以通過水分及植物生長所需的營養成分，但可以將細菌、病毒等隔離開，進而最大限度地降低作物病害傳播的可能性，確保農產品的安全、健康。
本實用新型所提供的一種水控膜栽培裝置，還可以包括以下的附屬技術方案：
其中，所述裝置包括設置於託盤和水控膜之間的吸水性材料。
其中，所述裝置還包括設置於託盤和水控膜之間的不透水性材料和吸水性材料，其中不透水性材料在接近託盤的一側、吸水性材料在接近水控膜的一側。不透水性材料的使用，可以防止水分和營養液的流失、提高水分和營養液的利用率、降低生產成本，隔絕有害微生物、重金屬、鹽分、腐爛物等不良環境，實現多種嚴苛條件下進行農業生產的目的。
其中，所述裝置還包括設置於栽培床上表面的抑制蒸發材料。
其中，所述營養液輸控單元包括營養液儲存器、營養液輸液管和控制器，其中營養液輸液管的輸出口位於水控膜的上方和/或下方。
其中，所述營養液輸液管的輸入口與營養液儲存器相連通，所述控制器設置在營養液輸液管或營養液儲存器上或設置在營養液輸液管和營養液儲存器之間。
其中，所述營養液輸液管的輸入口與營養液儲存器相連通，所述栽培床設置有定植位。
控制器工作時，能夠控制營養液定時、定量的通過營養液輸液管的輸出口輸送至水控膜處。植物生長周期中，通過控制器和水控膜的有效配合，為其營造一個嚴苛的渴水環境。當植物根系處於渴水狀態即營養液、水分不飽和的狀態時，植物本身將出現一系列的生理反應以對抗這種嚴苛環境，其中包括發達其根系尤其地根毛微細化和膨大化、提高其根系滲透壓以利於吸收水分及營養、促進體內糖分的合成並將積累的糖分運輸至果實處，植物本身這一系列的生理反應更有利於培育高糖分、高營養成分的果蔬、糧食等。
其中，所述營養液輸控單元還包括循環泵和/或分配器。
其中，所述控制器控制循環泵和/或分配器。所述控制器控制所述循環泵和/或分配器以供給營養液。當所述營養液儲存器高於栽培床高度時，營養液儲存器依靠重力實現營養液供給；當所述營養液儲存器等於或者低於栽培床高度時，該裝置配備有循環泵，營養液儲存器依靠動力實現營養液供給。
其中，所述水控膜栽培裝置還包括支撐架和配套使用的藤蔓夾、傳感器和/或通信模塊。至少一託盤通過多種方式配合安裝在支撐架上。吊繩與藤蔓夾、支撐架配合使用，用於固定植物藤、蔓。傳感器可以是溫度傳感器、溼度傳感器、光照傳感器、風速風向傳感器等，此外還可以包括有線通信模塊或者如藍牙、WIFI、ZigBee、Z-wave、Thread或者光學等無線通信模塊、網絡APP等軟體模塊等，傳感器可以將收集到的相應信號回傳至控制器進行分析處理，根據控制器所設定的程序自動調節植物生長所需的水分及營養液。人們也可以通過有線或者無線通信模塊和網絡APP等軟體模塊與控制器實現交互操作。
此外，本實用新型還包括如下附屬技術方案：
所述水控膜栽培裝置還包括為輔助植物栽培而設置的實驗專用部分，如小型pH測量儀、小型NO3-測量儀器、小型電導儀、糖度計和計量容器等；和其他附屬部分，如AC電源、吊繩、誘蟲裝置、補光裝置、配管、接插頭、濃縮營養液、種苗、種苗移植土、CO2補充裝置等。
本實用新型的應用包含如下有益的技術效果：
首先，通過利用該水控膜栽培裝置不使用土壤的特點，可以實現在多種嚴苛條件下進行農業生產、大幅度擴大農業生產面積、農業生產不再過多地受地域、氣候、生長環境等因素的影響。解決了土壤汙染、耕地面積不足、輪作造成土壤肥力下降、鹽分累積等問題，也降低了因大規模作物生產所造成的生產資源浪費，具體的，該水控膜栽培裝置可以實現在任何地方如室內、陽臺等生活、辦公、休閒娛樂、甚至商業區等有陽光、環境溫度相對可控的小型、零散空間進行作物栽培生產，提高了空間利用率，而且生產環境乾淨、衛生，進而確保了所得的果蔬或者糧食安全、衛生、健康。
其次，通過水控膜和控制器的有效配合，可以實現精密調節水分及營養液的供給。通過合理控制水肥，達到控制、調節作物生長狀況及生長周期的目的。該水控膜栽培裝置通過精密控制生長條件，時而提供嚴苛的生長環境，時而提供優良的生長環境，當植物處於嚴苛的生長環境時，植物根系尤其是根毛微細化和膨大化，並提高根系滲透壓以利於吸收水分及營養，促進體內糖分的合成並將積累的糖分運輸至果實處，當植物處於優良的生長環境時，將加速糖分和營養成分的合成。植物果實等積累了較高的糖分和營養，生產出的果蔬也更加美味、健康、營養。具體的，通過該水控膜栽培裝置培育出的果蔬、糧食其糖分和營養成分遠遠高出傳統水培產品，甚至達到了營養品的水準，為保健品的生產提供了高品質的原料，在這方面神奈川縣產業技術中心做出了下述詳細的數據分析，應用上述水控膜栽培裝置生產出的西紅柿其糖分含量比傳統水培西紅柿高出1-2倍，胺基酸等營養成分含量比傳統水培西紅柿高出1倍以上。
再次，隨著人類生活品質要求的不斷提高，人們對所食用的果蔬及糧食的安全、健康、無公害等指標的要求也越來越高，通過該水控膜栽培裝置的應用，人們可以自行調節和控制植物所需水、肥的供給，減少甚至杜絕使用對人體有害的化肥、農藥、除草劑等，進而降低植物體內亞硝酸鹽的積累，生產出無公害的、健康的、安全的果蔬及糧食，消費者通過食用該水控膜栽培裝置所生產的果蔬、糧食，也能相應的免受國內土壤、水體、大氣汙染等問題所帶來的健康、安全隱患。
最後，通過利用該水控膜栽培裝置革命性的將植物的根系栽培於水控膜上方的特點，可以避免植物根系長期浸泡在營養液中導致的植物根系無法呼吸、生長發育不良的現象，提高了根系與氧氣的接觸面積，有效地調節了植物根系的呼吸作用，提高了植物的投入產出比，並且還有效的阻止了病毒及病菌通過營養液等媒介傳播進入其他植物根系。此外，通過利用該水控膜栽培裝置所特有的、革命性的栽培處理方法，具體的，通過設置和使用營養液輸控單元，達到對營養液供給定時、定量化的精確控制，進而為植物根系發育營造出科學的、或嚴苛或優良的生長環境，以促使和激發植物的毛細根發達，同時作物所積累的果實糖度及營養成分也隨之大幅度提高，為消費者提供更加美味、健康的產品。
此外，通過使用該水控膜栽培裝置，植物的根系無需再長時間的浸泡在大量的營養液中，而且通過有效控制和調節營養液的供給也可以大幅度降低營養液的使用量，有效的降低生產成本，實驗表明使用該水控膜栽培裝置，西紅柿的日用水量為200mL/株，比土壤栽培或者傳統栽培用水量降低了10倍左右。同時，該水控膜栽培裝置也無需向傳統水培一樣配備循環殺菌系統，降低了成本。該水控膜栽培裝置還可以進行自動化生產，能夠進行大規模的標準化生產，進而大量的減少了人工費用和耗時，人們不需要專業的知識，只要按照操作手冊操作就可以進行農業生產。
再者，該水控膜栽培裝置的應用提供了一種簡便、實用的植物生長過程的真實場景，可以成為老人、孩子、甚至辦公室人員休閒、娛樂的一個重要途徑，在保證消費者吃到美味、健康、安全的產品的情況下，還能讓老人、孩子、甚至辦公室人員在植物栽培的過程中享受其中的種植樂趣，增加家庭和諧和快樂。最後，在分散型生態農業理念下，該水控膜栽培裝置的應用不但能夠實現在多種嚴苛條件下進行農業生產、大幅度擴大農業生產面積，還能綠化人類生活環境、營造生態農業氛圍，進而獲得更高的生態效益和社會效益。同時，在落實分散型生態農業理念、切實將無公害農業、綠色農業、生態農業帶進千家萬戶的道路上，人們遇到了很多困難，而該水控膜栽培裝置的應用解決了生態農業進入家庭最後一公裡的難題，使無公害農業、綠色農業、生態農業能夠輕鬆、便捷的深入千家萬戶。
附圖說明
圖1為該水控膜栽培裝置的結構示意圖。
圖2為各層材料位置示意圖。
圖3為託盤平面示意圖。
圖4為該水控膜栽培裝置整體結構示意圖。
圖5為與支撐架配套使用的藤蔓夾結構示意圖。
圖6為營養液循環系統工作原理示意圖。
具體實施方式
參見圖1、圖2、圖3和圖4，按照本實用新型提供的一種水控膜栽培裝置，包括託盤3、栽培床1、水控膜2及營養液輸控單元，栽培床1設置於託盤3上方，水控膜2設置於託盤3和栽培床1之間，栽培床1設置有定植位111，營養液輸控單元的輸出口位於水控膜2的上方和/或下方。植物的根系栽培於水控膜2上方，植物的莖部或者蔓部通過定植位111伸出。優選的，本實施例中栽培床1上所設置的定植位111的數量為4。水控膜2採用納米級微孔加工技術，可以通過水分及植物生長所需的營養成分，但可以將細菌、病毒等隔離開，進而最大限度地降低作物病害傳播的可能性，確保農產品的安全、健康。
按照本實用新型上述實施例，水控膜栽培裝置包括設置於託盤3和水控膜2之間的吸水性材料11。
參見圖2，按照本實用新型的優選實施例，水控膜栽培裝置還包括設置於託盤3和水控膜2之間的不透水性材料12和吸水性材料11，其中不透水性材料12在接近託盤3的一側、吸水性材料11在接近水控膜2的一側。優選的，本實施例中的不透水性材料12採用止水膠墊，吸水性材料11採用無紡布。不透水性材料12的使用，可以防止水分和營養液的流失、提高水分和營養液的利用率、降低生產成本，隔絕有害微生物、重金屬、鹽分、腐爛物等不良環境，實現多種嚴苛條件下進行農業生產的目的。
按照本實用新型上述實施例，水控膜栽培裝置還包括設置於栽培床1上表面的抑制蒸發材料。優選的，本實施例中的抑制蒸發材料為常規的覆蓋用薄膜。
參見圖2、圖4，按照本實用新型上述實施例，所述營養液輸控單元包括營養液儲存器41、營養液輸液管13和控制器，其中營養液輸液管13的輸出口位於水控膜2的上方和/或下方。
參見圖2、圖4，按照本實用新型上述實施例，所述營養液輸液管13的輸入口與營養液儲存器41相連通，所述控制器設置在營養液輸液管13或營養液儲存器41上或在營養液輸液管13和營養液儲存器41之間。
參見圖2、圖4，按照本實用新型上述實施例，所述栽培床設置有定植位。
控制器工作時，能夠控制營養液定時、定量地通過營養液輸液管13的輸出口輸送至水控膜2處。優選的，本實施例中的營養液儲存器41的容量為6-10L，高度為30cm。植物生長周期中，通過控制器和水控膜2的有效配合，為其營造一個嚴苛的渴水環境。當植物根系處於渴水狀態即營養液、水分不飽和的狀態時，植物本身將出現一系列的生理反應以對抗這種嚴苛環境，其中包括發達其根系尤其將根毛微細化和膨大化、提高其根系滲透壓以利於吸收水分及營養、促進體內糖分的合成並將積累的糖分運輸至果實處，植物本身這一系列的生理反應更有利於培育高糖分、高營養成分的果蔬、糧食等。
參見圖4，按照本實用新型上述實施例，所述營養液輸控單元還包括循環泵42和/或分配器。
參見圖4，按照本實用新型上述實施例，所述控制器控制循環泵42和/或分配器。當所述營養液儲存器41高於栽培床1的高度時，營養液儲存器41依靠重力實現營養液供給；當所述營養液儲存器41等於或者低於栽培床1的高度時，該裝置配備有循環泵42，營養液儲存器41依靠動力實現營養液供給。
參見圖3、圖4和圖5，按照本實用新型上述實施例，該水控膜栽培裝置還包括支撐架6和配套使用的藤蔓夾61和/或傳感器、有線或者無線通信模塊。至少一託盤3通過多種方式配合安裝在支撐架6上。吊繩與藤蔓夾61、支撐架6配合使用，用於固定植物藤、蔓。優選的，本實施例中的支撐架6包括支柱和橫梁，託盤3通過多種方式配合安裝在支撐架6上。當所種植的植物為藤蔓類植物時，吊繩與藤蔓夾61、支撐架6配合使用，用於固定植物藤、蔓。優選的，支撐架6通過設置於託盤3上的接口31與託盤3相連接。支撐件6根據室內、陽臺等零散空間的特點，擬採用45cm(±3～5cm)×45cm(±3～5cm)的平面尺寸，支撐架6的整體高度200cm，栽培床1以上的高度為150cm。當該水控膜栽培裝置培育的是藤蔓植物時還可以配套使用吊繩、藤蔓夾61。更優選的，藤蔓夾61採用如圖5所示的彈性夾合結構，其中藤蔓夾61由吊繩夾合部611、夾臂部612、固定部613和彈性結構部614組成，其中，吊繩夾合部611用於與吊繩配合夾緊，固定部613用於固定植物藤、蔓。傳感器可以是溫度傳感器、溼度傳感器、光照傳感器、風速風向傳感器等，此外還可以包括有線通信模塊或者如藍牙、WIFI、ZigBee、Z-wave、Thread或者光學等無線通信模塊、網絡APP等軟體模塊等，傳感器可以將收集到的相應信號回傳至控制器進行分析處理，根據控制器所設定的程序自動調節植物生長所需的水分及營養液。人們也可以通過有線或者無線通信模塊和網絡APP等軟體模塊與控制器實現交互操作。
參見圖4和圖6，按照本實用新型上述實施例，優選的，該水控膜栽培裝置的營養液循環系統工作原理如圖6所示，控制器通過定時、定量程序控制循環泵5，進而將營養液儲存器41中配置好的營養液通過營養液輸液管13輸送至水控膜2的上方和/或下方或者控制器通過定時、定量程序控制循環泵5和/或分配器，進而將營養液儲存器41中的水分和濃縮營養液通過營養液輸液管13輸送至水控膜2的上方和/或下方。其中，定時程序設置成﹥12h，控制精度為s。循環泵採用流量1L/min，揚程﹥1m。
按照本實用新型上述實施例，水控膜栽培裝置還包括為輔助植物栽培而設置的測量系統，包括小型pH測量儀、小型NO3-測量儀器、小型電導儀、糖度計和計量容器等；和其他附屬部分，優選的，包括AC電源、吊繩、誘蟲板、LED燈、配管、接插頭、濃縮營養液、種苗、種苗移植土等。
最後，應當指出的是，本實用新型儘管已經闡述了上述具體實施例，但針對本領域的普通技術人員而言，可以理解為在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下，可對所述實施例進行變化，本實用新型的範圍是由所附的權利要求極其等同物限定。