CN101530057B - 蔬菜根部温控栽培系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种蔬菜根部温控栽培系统及方法，系统包括：水耕种植营养液池及营养液杀菌控温槽，营养液杀菌控温槽设在育苗期水耕池旁，内部设精密过滤器、营养液冷却组、温度感应器组及电热器加温组，外部设冷凝压缩机组并与营养液冷却组相接，上方架设UV紫外线杀菌装置；方法是将水耕蔬菜种植于蔬菜根部温控栽培系统中，打开温控栽培系统设在种植池两侧的营养液阀，将营养液灌入营养液杀菌控温槽，再经由精密过滤器过滤后，流经营养液冷却组进行降温，或电热器加温组进行增温，让营养液温度在夏季维持在18℃左右，冬季则保持在22℃左右，使蔬菜植株温度降低或升高，达到蔬菜具有抵抗酷热或严寒天气的能力。

Description

蔬菜根部温控栽培系统及方法

技术领域

本发明涉及蔬菜种植技术，尤其涉及一种利用温控栽培系统进行调升或调降水耕栽培池营养液的温度，使水耕蔬菜达到能抵抗严寒或酷热的方法，使水耕蔬菜根部营养液温度，在蔬菜整个生长周期，全程保持在最适疏菜生长的18℃至22℃范围内的蔬菜根部温控栽培系统及方法。

背景技术

传统农业种植温室或专用于冬季加温的蔬菜种植温室设施(地热丰富地区)，并无法满足夏季酷热季节降温的需求，致使夏日环境温度达到35℃以上的高温时，无论一般耕地或是传统温室，农民大多无法种植任何蔬菜，只能让农地或温室休耕闲置，致使宝贵的日光能源及土地无端浪费，相当可惜；况且受限于地热带分布的限制，并非所有居住于低温地区的农民，在冬天都能利用地热将温室加温种植作物，在无法取用地热的严寒地区，采用一般能源提高温室温度，依然是极为耗费成本的经营方式，因此通常当环境温度低于5℃时，一般农民即无法种植蔬菜，也因此，目前传统农业的适耕温度范围大致落在5℃至35℃之间，逾此温度范围，农产收成即急剧下降，甚至毫无收成。

最近几年在日本或欧美先进农业国家，已经发展出植物工厂的经营模式，植物工厂虽可因应极端天气所加诸于蔬菜的冲击，但是，由于利用高成本的环控方法达到，不仅大量消耗能源，且导致成本极为高昂，因此大多仅处于实验性阶段，或仅应用于具有极高经济价值的药用植物方面，无法改变一般农业遭受极端高温或极端低温冲击的宿命；故，不论传统温室或植物工厂的建构成本，仅分析其能源消耗之巨大，即可知悉传统温室或植物工厂，若欲挑战极端天候气温，而针对种植空间进行加温或减温的工程，将因为能源成本太高，使其农产品根本无法在市场上与他人竞争，试举传统温室或植物工厂环控耗能的计算式如下：

已知太阳辐射能到达地球大气层之后，其中约34％会被大气分子或云层反射回外太空，另外，约19％会在大气层中被吸收，仅剩约47％的能量可顺利抵达地球表面；又，已知夏季太阳最大的瞬间辐射能量约为1000W/m²，也即夏季太阳辐射热能每小时施加于一般温室或植物工厂的总能量为每1平方公尺(m²)大约为470W/m²，此即为传统温室或植物工厂空间，在夏季日间所累积的显热量(entropy熵)，该470W/m²也就是本发明实施例比较基础的植物工厂或一般温室所需移除的热量，其计算公式如下：

已知1W＝1J/m²/sec.；

则1J/m²/sec.×60sec.＝60J/m²/min.；

因太阳辐射热能会增加本实施例比较基础的传统温室或植物工厂空间的显热量(entropy熵)，故，传统温室或植物工厂每分钟增加的能量即为：

温室(m²)接受太阳辐射量＝1000W/m²×47％＝470W/m²；

Q(能量)＝470W/m²×60J/m²/min.＝28200W/m²/min.。

而能/热互换单位为1J(能量)＝0.000239Kcal(热量)，则每一分钟每平方公尺(m²/min.)面积，一般传统温室所接受太阳的辐射热量为6.7398Kcal/m²/min.，也即每一小时传统温室每平方公尺的受热量为404.388Kcal/m²/hr.，其计算公式为：

28200W/m²/min.×0.000239Kcal＝6.7398Kcal/m²/min.(热量)；

6.7398Kcal/m²/min.(热量)×60min.＝404.388Kcal/m²/hr.(热量)；

本实施例比较基础的传统温室面积为500m²，其总受太阳辐射热量为202194Kcal/hr.，其计算公式为：

404.388Kcal/m²/hr.(热量)×500m²＝202194Kcal/m²/hr.(热量)：

由上列算式得知本实施例比较基础的温室面积500m²的总受热量为每小时202194Kcal/hr.(显热)；为使本比较基础的传统温室达到不升温的目标，自应从该温室空间内每小时移出超过202194Kcal/hr.的热量。

又，已知冷冻空调的计算单位为冷冻吨(RT)；如果使1ton.或者1m³的纯水，在一个单位小时内其温度上升或者下降1℃，即称之为1RT，而1RT＝3320Kcal/hr.；因此本比较基础的传统温室或植物工厂，在夏季日间所必需移除的空间显热量(不含潜热)，换算为冷冻吨(RT)的计算方式如下：

202194Kcal/hr.÷3320Kcal/hr.＝60.9RT；

亦即本发明比较基础的传统温室在夏季白天，至少需消耗60.9RT冷冻吨的能量，才能达到使温室没有温升效应的要求，若将传统温室或植物工厂尚有潜热量必须一并移除的需求加以考虑，传统温室或植物工厂所必须消耗的能量当然超过61RT以上。

而本发明实施例只需提供3RT的冷冻作功能力即可达成相同的目的，本发明所具备的节约能源效果明显可见，简言之，本发明仅针对蔬菜的植株本体调升或调降其温度，而非如传统温室或植物工厂一般，必须对整个温室的空间调升或调降温度，因此本发明控温的能源消耗极少，仅约为传统方法的5％左右，也即假设传统温室或植物工厂的能源费用支出为100元时，本发明则仅仅需要5元即可达到相同的目的，符合环保节约能源的经济原则以及产业实用性原则。

蔬菜历经数千万年的适应演化，其对温度的耐受性，受制于原生地环境的影响深远，虽已分别因应环境的多样性，演化出各种耐热或耐寒的品种，但对温度的耐受性大抵局限于环境温度5℃至35℃之间，超出这一狭窄的适种植温度范围，蔬菜即陷于停滞休眠状态，或造成存活率急剧下降的现象，因此传统农业偶遇过严寒或酷热天气，都会严重影响蔬菜收成，非但每每造成农民血本无归，更严重影响民生消费市场的供给量，造成菜价暴涨的不良结果。

人类赖以生存的地球因长期二氧化碳气体的排放而导致温室效应，极端天气频繁发生，热浪、酷寒天气每每造成农业收成遭受极大冲击，在资本市场，相关农产品项目基金竟成为避险工具(预见农产品短缺)；仅此一端，已可窥见农业经营者必须突破目前技术瓶颈及困境，其急迫性不言可喻；而2007年间，世界各大科学期刊、财经杂志、生活报导等，竟不约而同，且史无前例地将蔬菜、农产品等图片刊登于封面上，大肆报导，并进行各专业领域的分析与探讨，足见农产业在整个人类社群的重要性，已处于举足轻重的地位；本发明蔬菜根部温控栽培系统及方法，是因应温室效应所导致极端天气频繁发生的最佳农业经营及因应方法。

传统温室所栽培种植的水耕蔬菜，常伴有超高硝酸态氮(NO₃ ^--N)含量，对人体的健康有不良影响，是一个长期困扰农业专家的议题，也是农耕种植业界迄今无法提出有效解决对策的技术性难题，至今很少有人能针对控制蔬菜硝酸态氮(NO₃ ^--N)含量的议题加以著墨，更遑论技术的开发与突破；在本发明提出申请之前，他人除了利用基因改造技术，试图改变作物(包括蔬菜)的基因及成分外，很少有其他针对蔬菜有害人体成分，进行定量控制的实验或探讨；然而基因改造技术所种植的农产品，对人体有否不良影响？基因改造技术对农业或生态的影响范围有多大？其所衍生的其他不可预知风险有多高？非有一段较长的观察期间，实无法确知；截至目前为止，学术界或基因改造业界尚无任何令人完全信服的论文、数据或说法提出。

本发明实施例所栽培的蔬菜，并非利用基因改造或其他相关技术达到使硝酸态氮(NO₃ ^--N)检出量低于450ppm.的成果：即NO₃ ^--N(mg/kg)≤450ppm.；而且是利用本发明两个营养液种植池交替使用，使蔬菜在采收前，中断营养液的供给，让本实施例的蔬菜在采收前，仅有清水可供维生，强迫蔬菜在缺肥环境下进行光合作用，利用光合作用的自然法则，加速消耗植株体内残存的过量氮肥，进而达到降低硝酸态氮(NO₃ ^--N)检出量的结果，也即利用自然法则生产出本发明低硝酸盐蔬菜；使蔬菜在自然条件下无法自力成就的低硝酸盐规格，确是针对蔬菜有害人体的成分进行定量控制的一大创举，截至目前为止，完全没有与本申请相关或类似的技术、报导或论文的发表；本发明虽为水耕种植，但一举避免了水耕蔬菜硝酸态氮(NO₃ ^--N)检出量过高的缺点。

传统温室水耕种植方法存在排放营养废液问题，造成河川、湖泊优养化的缺点，而土耕种植又必须消耗大量灌溉用淡水，在淡水资源越来越显珍贵的今日，产出效率较高的水耕种植方法，不得不成为近代农业经营者耕种方法的选项之一；尤有甚者，全球气候因温室效应所致，在20世纪短短100年间即已上升0.6℃，有些针对全球气候演变进行模拟的电脑模型，已推算出本世纪末，地球平均气温会升高3.3℃以上，届时极地冰原溶化将令海平面上升，迫使沿海可耕用地退缩甚或消失，世界七大河流中，除亚马逊河及刚果河之外，都已经发生水量减少的情形，中国的黄河近50年来，部分河段竟有17次断流的现象；全球暖化的结果，可能造成更多强烈风暴与豪雨等极端气候现象频繁的出现，例如2008年初，发生在中国华中地区的冰风暴即是明显例证之一，这次冰风暴值得探讨的重点不在冰风暴有多严重或损失多少，而更应检视的是冰风暴根本不该发生在华中这个纬度，并且范围如此广大而持久，更要命的是，我们竟不知道这次冰风暴究竟是特例或未来的常态；气象上短周期的剧烈变化，势必扰乱雨水滋养传统农业地区的降水规律，严重影响传统农业的经营以及农产品的收成与价格，因此具有高生产效率的水耕种植方法，将成为未来农耕种植业者提高产值无法避免的选项；但水耕种植方法虽可改善耕地减少、大量消耗灌溉用淡水及任意施用化学肥料造成土质劣化的缺点，又可避免极端气候对农业经营的不良影响，但也会衍生出任意排放水耕废营养液，造成河川、湖泊优养化的恶劣后果，更有蔬菜硝酸态氮(NO₃ ^--N)过高而妨碍消费者健康的疑虑。本发明即针对以上所叙破坏环境，浪费淡水资源，又无法提供安全卫生蔬菜的传统农耕、温室水耕或有机种植方式的诸多缺陷，提出创新而且有效的改善对策。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种蔬菜根部温控栽培系统及方法，是利用温控栽培系统进行调升或调降水耕栽培营养液的温度，使水耕蔬菜达到能抵抗严寒或酷热生长环境的功效。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明蔬菜根部温控栽培系统，其特征在于，包括：一水耕种植营养液池及一营养液杀菌控温槽，其中，该水耕种植营养液池是由一育苗期水耕池、一成长期水耕池之一及一成长期水耕池之二构成，该营养液杀菌控温槽是设在育苗期水耕池一旁；该营养液杀菌控温槽内部设有一精密过滤器、一营养液冷却组、一温度感应器组及一电热器加温组，其外部设有一冷凝压缩机组并与营养液冷却组相接，而该营养液杀菌控温槽上方架设有一UV紫外线杀菌装置；

利用上述构件调控水耕种植池内营养液的温度，夏季设在18℃，冬季设在22℃，利用蔬菜光合作用叶面排出氧气及蒸散水分的机制，以及植株内水分热传导的物理法则，达到使蔬菜植株升降温度的环控目的。

前述的蔬菜根部温控栽培系统，其中育苗期水耕池与和成长期水耕池之二之间，所述育苗期水耕池与和成长期水耕池之二上分别设有营养液曝气水道之一及营养液曝气水道之二。

前述的蔬菜根部温控栽培系统，其中营养液杀菌控温槽接有一营养液或清水补给管，以供营养液或清水由此补充于营养液杀菌控温槽内。

前述的蔬菜根部温控栽培系统，其中成长期水耕池之一及成长期水耕池之二接有一营养液或清水排放管，以供其内部所使用过后的营养液或清水排出，进而做另一方面利用。

前述的蔬菜根部温控栽培系统，其中育苗期水耕池下方接有一营养液平衡管，以连接在成长期水耕池之一与成长期水耕池之二之间。

前述的蔬菜根部温控栽培系统，其中营养液杀菌控温槽外部接有营养液循环泵。

本发明蔬菜根部温控栽培方法，其特征在于，将水耕蔬菜种植于蔬菜根部温控栽培系统中，其中，打开温控栽培系统设在种植池两侧的营养液阀，使营养液分别注入营养液循环管，再经由营养液循环泵的抽送，将营养液灌入营养液杀菌控温槽，再经由精密过滤器过滤后，流经营养液冷却组在夏季进行降温，或电热器加温组在冬季进行增温，让营养液的温度在夏季维持在相对低温18℃左右，冬季则保持在22℃左右，使蔬菜植株温度在夏季降低或在冬季升高，达到使蔬菜有抵抗酷热或严寒天气的能力。

该营养液冷却组降温的机制，是利用冷凝压缩机组运转的动作(逆卡诺循环)，将营养液的热量，以热交换方式排出，该冷凝压缩机组的电源由冷凝电源线供应，而冷凝压缩机组启动与否，是由温度感应器组侦测营养液的回流温度，并将讯号传送至冷凝压缩机组；夏季，当温度感应器组侦测到营养液的温度高于20℃时，启动冷凝压缩机组的电源，降低营养液的温度，当感应器组侦测到营养液的温度已低于18℃时，关闭冷凝压缩机组的电源，即能让营养液的温度在夏季维持在相对低温的18℃左右；冬季，当温度感应器组侦测到营养液的温度低于20℃时，通过加热电源线供应电力，启动电热器加温组加热，使营养液的温度在冬天维持在相对高温的22℃左右；

续前所述，当营养液的温度被调控至设定的温度范围，营养液则经UV紫外线杀菌装置消毒杀菌后，注入育苗期水耕池，注满营养液后即分由两侧，分别流经第一营养液曝气水道之一及营养液曝气水道之二曝气，增加营养液含氧量，再注入成长期水耕池之一及成长期水耕池之二供水耕蔬菜生长之需，借助上述流程控制水耕蔬菜所需营养液的温度，使该蔬菜的根部在水耕过程中能在适当的温度下成长，让蔬菜能借由营养液温度调控的助力而容易克服环境高温或严寒的冲击。

本发明蔬菜根部温控栽培系统及方法的有益效果，是利用温控栽培系统进行调升或调降水耕栽培营养液的温度，使水耕蔬菜达到能抵抗严寒或酷热生长环境的功效。本发明的第一特点是，耗费极少能源(仅约为传统环控温室的5％)即能使蔬菜的适宜种植环境温差的上下限，大幅扩充至-5℃至40℃的宽广范围，属蔬菜在天然环境下无法适应的范围，足可用极少成本克服极端天候对农业的限制；本发明的第二特点是，采用中断营养液供给法，以降低蔬菜的硝酸盐含量，使蔬菜的硝酸态氮(NO₃ ^--N)检出量低于450ppm.；本发明的第三特点是，节约灌溉用淡水，利用UV紫外线杀菌灯对营养液杀菌消毒，使营养液达到循环使用的目的。但是，营养液虽然有UV紫外线杀菌灯杀菌消毒，营养液的循环再利用也是有极限的，不可能永无止境循环，本发明实施例采用添加方式弥补日常营养液被蔬菜吸收、蒸发的消耗量，营养液经约180天左右的循环再利用后(达到四次种植周期)也需更新。

附图说明：

图1为本发明水耕种植池配置示意图。

图2为本发明营养液与清水互相调度示意图。

图3为本发明营养液杀菌控温槽配置示意图。

图4为本发明育苗期种植浮板示意图。

图5为本发明成长期种植浮板示意图。

图6为本发明实施例测温区块及关系位置示意图。

图7为本发明实施例电路控制图。

图8为本发明实施方法流程图。

图9为为本发明实施例蔬菜根茎、叶柄，叶脉温度折线图。

图中主要标号说明：1水耕种植营养液池、1a水耕种植营养液池俯视图、1b水耕种植营养液池侧视图、11育苗期水耕池、111营养液曝气水道之一、112营养液曝气水道之二、12成长期水耕池之一、121营养液阀、122营养液循环管、123营养液循环泵、13成长期水耕池之二、131营养液阀、132营养液循环管、133营养液循环泵、14营养液或清水补给管、141营养液或清水补给阀、15营养液或清水排放管、151营养液排放阀、152营养液排放阀、16营养液平衡管、161营养液平衡阀、2营养液杀菌控温槽、21精密过滤器、22为UV紫外线杀菌装置、23营养液冷却组、24冷凝压缩机组、241冷凝电源线、242温度感应器组、25电热器加温组、251加热电源线、3营养液、4清水、5育苗期种植浮板、51为96穴定植孔、6成长期种植浮板、61为6穴定植孔、7水耕蔬菜、71支撑杯架。

具体实施方式

本发明蔬菜根部温控栽培系统及方法是利用温控栽培系统调升或调降水耕栽培营养液的温度，使水耕蔬菜达到抵抗严寒或酷热天气的方法。

参阅图1所示，本发明的系统包括：一水耕种植营养液池1及一营养液杀菌控温槽2，而本实施方法的附图显示，特将该水耕种植营养液池1，详细标示为水耕种植营养液池俯视图1a及水耕种植营养液池侧视图1b两部分，方便后续针对本实施方法叙述，该水耕种植营养液池1分别由育苗期水耕池11、成长期水耕池之一12、成长期水耕池之二13所构成；又，该营养液杀菌控温槽2是设在育苗期水耕池11的一旁；

该育苗期水耕池11与成长期水耕池之一12、成长期水耕池之二13之间分别设有营养液曝气水道之一111与营养液曝气水道之二112；

该营养液杀菌控温槽2接有一营养液或清水补给管14，以供营养液或清水由此补充于营养液杀菌控温槽2内；该成长期水耕池之一12及成长期水耕池之二13接有一营养液或清水排放管15，以供其内部所使用过后的营养液或清水排出，进而做另一方面利用；该水耕种植营养液池1的育苗期水耕池11下方接有一营养液平衡管16，以连接成长期水耕池之一12与成长期水耕池之二13之间(参阅图1b所示)；

该成长期水耕池之一12与该营养液杀菌控温槽2之间连接一营养液阀121及一营养液循环管122；同样地，该成长期水耕池之二13与该营养液杀菌控温槽2之间也连接一营养液阀131及一营养液循环管132。

参阅图3所示，该营养液杀菌控温槽2外部接有营养液循环泵123、133及一冷凝压缩机组24，其内部设有一精密过滤器21，一UV紫外线杀菌装置22、一营养液冷却组23及一电热器加温组25；

参阅图1至图8所示，首先，将营养液或清水补给阀141打开，使营养液3流经营养液或清水补给管14注入营养液杀菌控温槽2；注满后，该营养液3即流经UV紫外线杀菌装置22消毒，然后注满育苗期水耕池11备用；最后又分两侧，分别流经营养液曝气水道之一111及营养液曝气水道之二112曝气后，注入成长期水耕池之一12及成长期水耕池之二13内，使营养液3的溶氧量增加；开启营养液平衡阀161，使营养液3通过营养液平衡管16的调节，让成长期水耕池之一12及成长期水耕池之二13的营养液同时达到30cm深度，也即图2中的1b1所示，即可进行两阶段分植程序。

第一阶段分植程序：将育苗期种植浮板5置入育苗期水耕池11，并使之铺满，于此同时，也将成长期种植浮板6分别置入成长期水耕池之一12及成长期水耕池之二13，并使之铺满；然后将蔬菜种籽浸种后，置于支撑杯架71内，经5天催芽，并将已长出两片仔叶的幼苗(本实施例为冬季意大利生菜)移植至育苗期种植浮板5上，使继续成长14天；此时水耕蔬菜7已长大成为六片叶的菜苗，即可进行第二次移植。

第二阶段分植程序：将第一阶段六片叶的菜苗连同支撑杯架71移植至成长期水耕池之一12，使之在成长期种植浮板6上继续生长25天；在此同时，将育苗期水耕池11先前腾出的育苗期种植浮板5空间，再次补满第二次播种，已长出两片仔叶的幼苗，也经14天的成长期，然后将该第二批长大成为六片叶的菜苗，进行第二次移植，将该第二批六片叶的菜苗连同支撑杯架71，移植至成长期水耕池之二13，使该第二批菜苗在成长期种植浮板6上继续成长25天；此时第一阶段移入成长期水耕池之一12的蔬菜已达采收前阶段；

可将营养液平衡阀161关闭，打开营养液循环阀121，利用营养液循环泵123将成长期水耕池之一12内的营养液3，抽送至成长期水耕池之二13内，即图2中1b2所示，并立刻将成长期水耕池之一12注入15cm深度的清水4，即图2中1b3所示，使待采收的水耕蔬菜7历经3日在缺肥环境下进行光合作用，使蔬菜利用光合作用的自然法则，彻底消费蔬菜植株体内过量的硝酸盐，其光合作用的机理为[(NO₃ ^-)→(光合作用转化为amino acid)→(光合作用合成为protein)]，则所采收的水耕蔬菜7即是低硝酸盐蔬菜。

采收后，将成长期水耕池之一12内的清水4排放干净，重新打开营养液平衡阀161，使成长期水耕池之二13内的营养液3流回至成长期水耕池之一12内，使两池营养液3回复平衡，也即回复为图2中1b1所示；此时将育苗期水耕池11上的六片叶菜苗，移入成长期水耕池之一12内。当第二批菜苗已在成长期种植浮板6上经过25天成长，再次将营养液平衡阀161关闭，把成长期水耕池之二13内的营养液3，反向抽送至成长期水耕池之一12内，并在成长期水耕池之一13内注入15cm深度的清水4，也使待采收的水耕蔬菜7历经3日在缺肥环境下进行光合作用，使蔬菜利用光合作用的自然法则，彻底消费植株体内过量的硝酸盐；如此周而复始，整年产出低硝酸盐环保健康蔬菜(NO₃ ^--N(mg/kg)≤450ppm.)；本实施例的营养液3经使用4个循环周期后(约180天)，即予淘汰至土耕种植区，进行二度利用。

营养液3的淘汰程序：首先打开营养液排放阀151或152，使营养液3通过营养液或清水排放管15导引，灌溉土耕种植区作物(非属本申请的技术特征，未标在图内)，由土耕种植区作物吸收，进行二次利用，大幅降低土耕作物的肥料施用量，部分需肥量较低的作物，甚至无需施肥，让水耕种植所不得不淘汰的营养液，被高明地充分利用，毫无浪费，又不致污染水源，确实既经济又环保；而清水4历经采收前3日的光合作用后，则被引入土耕种植区，作为土耕作物的灌溉用水，一水二用，充分达到节约宝贵水资源的环保目的。

参阅图4所示，该图显示一育苗期种植浮板5，作为育苗期蔬菜定植之用，该浮板上设有贯穿的圆孔96个，即96穴定植孔51，其上可放置支撑杯架71共96个，从播种、催芽、育苗及至成长期的蔬菜，全程都在支撑杯架71内生长；参阅图5所示，显示一成长期种植浮板6，作为成长期蔬菜定植之用，该浮板上设有贯穿的圆孔6个，即6穴定植孔61，其上可放置支撑杯架71共6个，作为成长期蔬菜定植之用，接受移植自育苗期种植浮板5上，已长大成为六片叶的菜苗，使该菜苗有充足的阳光照射空间，能有效率的成长至采收日，该成长期与育苗期空间的比值为16∶1倍；而图6显示一水耕蔬菜7种植在支撑杯架71内，并置放于种植浮板5上，该种植浮板5漂浮在营养液3的液面上，平常营养液3的液面，只灌满水耕种植池的50％，以方便营养液3于两个种植池12及13之间互相调配，使清水4与营养液3有替换的空间，使本实施例的蔬菜终能利用光合作用的自然法则，生产出低硝酸盐的健康蔬菜；本发明利用植物光合作用及热传导的物理现象，以极经济的方式使用能源，仅针对蔬菜植体范围内的温度加以调节，即能帮助作物克服极端温度，属于非常精致的环控技术。

图6右边以虚线区隔标示的T_L、T_A、t₁、t₂、t₃等标号，其所代表的意思为：T_L区指营养液温度、T_A区指环境温度、t₁区指根茎附近温度、t₂区指叶柄附近温度、t₃区指叶脉叶片温度。

又，参阅图2所示，其中三幅相同的水耕种植营养液池侧视图1b1、1b2、1b3，是本实施例营养液3替换为清水4操作方法的示意图，由上而下分别表示，种植池营养液1b1容量；营养液暂时抽至另一种植池1b2的情形；灌注清水4于水耕种植营养液池1b3等三种情形。

以上描述仅是本发明有关低硝酸盐蔬菜育苗、分植及营养液调控技术的实施步骤，其重点在于如何生产出低硝酸盐蔬菜，以及如何二次应用水耕种植所淘汰的营养液供应土耕作物生长之需，以避免污染水源等两大部分。

本发明蔬菜根部温控栽培系统及方法，最主要的技术特征，应当属于植株温控技术的创举，特详叙如下：

参阅图1至图3所示，首先打开设在种植池两侧的营养液阀121及131，使营养液3分别注入营养液循环管122及132，再经由营养液循环泵123及133的抽送，将营养液3灌入营养液杀菌控温槽2，再经由精密过滤器21过滤后，流经营养液冷却组23进行降温(夏天)，或电热器加温组25进行增温(冬天)，让营养液3的温度在夏季维持在相对低温18℃左右，而冬季则保持在22℃左右，使蔬菜植株温度降低(夏季)或升高(冬季)，达到使蔬菜有抵抗酷热或严寒天候的能力。

该营养液冷却组23降温的机制，是利用冷凝压缩机组24运转的动作(逆卡诺循环)，将营养液3的热量，以热交换方式排出，该冷凝压缩机组24的电源是由冷凝电源线241供应，而冷凝压缩机组24启动与否，是由温度感应器组242侦测营养液3的回流温度，并将讯号传送至冷凝压缩机组24，在夏季，当温度感应器组242侦测到营养液3的温度高于20℃时，启动冷凝压缩机组24的电源，降低营养液3的温度，当感应器组242侦测到营养液3的温度已低于18℃时，关闭冷凝压缩机组24的电源，即能让营养液3的温度在夏季维持在相对低温的18℃左右；在冬天，当温度感应器组242侦测到营养液3的温度低于20℃时，通过加热电源线251供应电力，启动电热器加温组25加热，使营养液3的温度在冬季维持在相对高温的22℃左右。

续前所述，当营养液3的温度被调控至设定的温度范围，营养液3则经UV紫外线杀菌装置22消毒杀菌后，注入育苗期水耕池11，注满营养液3后即由两侧分别流经第一营养液曝气水道之一111及营养液曝气水道之二112曝气，增加营养液3含氧量，再注入成长期水耕池之一12及成长期水耕池之二13供水耕蔬菜生长之需；周而复始，使本发明蔬菜根部温控栽培系统及方法，发挥功效，让本发明环控能源支出费用降低至传统植物工厂或温室的5％左右，也即他人必须花费100元的能源支出以控制温室空间的温度，而本发明只需5元，即可达成相同的环控效果；本实施例以遥感式红外线温度计测量，实测意大利生菜植株各部位温度分布概况(薄膜温室50％遮阳网遮荫)，请详细参阅图6、图9所示：

T_L＝18℃       (营养液温度)；

T_A＝41℃       (温室空间温度)；

t₁＝19℃至21℃ (根茎附近温度)；

t₂＝22℃至26℃ (叶柄附近温度)；

t₃＝27℃至34℃ (叶脉叶片温度)。

由以上实施例数据(温度取样为整数)，足证农业要克服极端温度对作物的冲击，实不必大费周章地对整个温室空间进行增温或降温的浩大工程，仅仅需要局部针对营养液的温度加以调控即可，本发明的确是今后农业经营的一大创举，也是未来农业对抗地球温室效应造成极端天侯的解决良方。

以上本发明实施例是方便本申请说明之用，非指本专利申请技术仅自我限缩在本实施例的范围内，凡是依据本发明原理，进行类推应用或摘取本发明部分原理加以并凑的其他营养液温控方法，皆属于本发明技术范畴；本发明利用植物光合作用及热传导的物理法则，以极经济的方式使用能源控制温室温度，帮助作物克服极端温度，确实具有很好的产业实用价值，且全方位顾及环境保护、食品安全卫生、降低农业生产成本、提升农业种植效率等领域，确实符合《专利法》规定的新颖性、创造性合实用性的专利构成要件。

本发明使植株降温的原理(方法)，在夏季，本发明方法是使水耕栽培养液温度保持在18℃左右的相对低点，利用水耕蔬菜生长进行光合作用时，蔬菜叶面气孔蒸散水份及氧气(6CO₂+6H₂O→C₆H₁₂O₆+6O₂↑±Δ)的自然现象，让植株吸取自根部18℃左右的营养液温度，自动将植株遭受种植环境增益的热量，从植株核心内自然蒸散而移除一部分(降低)，此为其一；

本实施例为意大利生菜，植株本体即是一活体，含水量约在85至90％之间，水是属热导体，植株根部长期浸泡在质量很大、温度相对较低的营养液中，因此植株接受来自周围环境所增益的热量，可利用由热自高向低传递的物理特性，通过植株体内水分的热导作用，自然将植株受环境增益的热，通过植株根部传导至相对低温的营养液中(即蔬菜降温营养液增温)，此为其二；

因此本发明蔬菜根部温控栽培系统及方法，即是利用极少的能源成本，仅针对植株本体进行温度调控，即能达到使植株耐候条件大幅扩充为一5℃至40℃的范围，一举将适宜种植作物的环境温差范围，由30℃大幅提升为45℃，使蔬菜种植环境温差的宽裕度提升达150％，而且无须浪费大量昂贵的能源，进行毫无效率的整个温室空间降温或升温工程。

本实施例以意大利生菜(冬季品种)在夏季种植实况，作为本发明实施方法的描述基础，纵然在本次种植记录控管的过程中，该温室环境温度曾有瞬间高达摄氏41℃(阳光下)，本实施例当下也仅针对植株上方稍加遮荫(减少辐射热)，该植株依然轻易抵抗环境高温持续生长而未见枯萎；在冬季，本发明使植株升温的原理(方法)相似，但营养液温度设定的高低限则逆转，让营养液温度保持在22℃左右的相对高点，当蔬菜进行光合作用时，利用植株叶面气孔蒸散氧气及水份的自然现象，使22℃左右的营养液由植株根部向上扩散，同时将营养液的热量导入植株体内，弥补植株遭受种植环境减损的热量(增温)，此为其一；

又如前所叙，蔬菜植株本体即是一活体，其含水量约在85至90％间，而水是属热的导体，该植株的根部又长期浸泡在质量很大，温度则相对较高的营养液中，因此植株遭到周围环境所减损的热量，即可利用热自高向低传递的物理特性，利用蔬菜植株体内水分的热传导作用，自然将营养液中的显热量，通过植株根部传导而扩散至整株蔬菜(即蔬菜增温营养液降温)，即可避免因种植环境温度过低，致使蔬菜的细胞结冰，细胞壁因膨胀而破裂的问题，此为其二；

因此纵然种植环境气温低于摄氏-5℃，该植株依然可以抵挡低温生长而不至于冻坏；相比较在将整个温室空间的环境温度调整至适合蔬菜生长的程度，本发明仅调升或调降水耕栽培营养液的温度，其所消耗的能源，约略只达控制整个温室空间能源支出的5％左右，本发明轻易地使水耕蔬菜能在-5℃至40℃的环境温度范围内种植，而-5℃至40℃的环境温度范围，已经涵盖现今地球表面绝大部分地区；本发明一举将严苛天气(温度)对农业的限制打破，确实是今后人类对抗温室效应造成极端天气异常时，所能采取的最经济生产粮食的手段与方法。

本发明独创地将该淘汰的营养液，导引至一个专设的土耕种植区，进行淘汰营养液的二次利用，本发明实施例使水耕种植区所淘汰的营养液，由土耕种植区内的作物，进行最后吸收再利用而消费殆尽，使本发明实施例土耕区的作物，不必施肥或降低施肥量，即能生长繁茂，完全杜绝排放水耕废液的不良影响，除了增进水耕蔬菜生长速率，降低土耕区一般肥料的施用量外，还可有效增加蔬菜、作物的种植坪效，让传统被视为属于恶地的土地，一夕变成适宜种植的良田，使极端天气成为过去，为未来人类食物来源，提供更加不虞匮乏的解决方法，符合《专利法》关于新颖性、创造性与产业实用性等专利构成要件，确是农耕种植技术的一大创举，其特点如下：(一)耗费极少能源即可大幅扩充蔬菜种植环境的适温范围至-5℃至40℃间，降低极端气候对农业的限制。(二)采取中断营养液供给法，使蔬菜硝酸态氢(NO₃ ^--N)检出量低于450ppm.，即NO₃ ^--N(mg/kg)≤450ppm.。(三)节约灌溉用淡水，使营养液达到循环再利用的目的，最终将营养液导引至土耕种植区，让土耕作物进行二次吸收利用，避免淘汰营养液污染水源、湖泊。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种蔬菜根部温控栽培系统，其特征在于，包括：一水耕种植营养液池及一营养液杀菌控温槽，其中，该水耕种植营养液池是由一育苗期水耕池、一成长期水耕池之一及一成长期水耕池之二构成，该营养液杀菌控温槽是设在育苗期水耕池一旁；该营养液杀菌控温槽内部设有一精密过滤器、一营养液冷却组、一温度感应器组及一电热器加温组，其外部设有一冷凝压缩机组并与营养液冷却组相接，而该营养液杀菌控温槽上方架设有一UV紫外线杀菌装置；

利用该蔬菜根部温控栽培系统调控水耕种植池内营养液的温度，夏季设在18℃，冬季设在22℃，利用蔬菜光合作用叶面排出氧气及蒸散水分的机制，以及植株内水分热传导的物理法则，达到使蔬菜植株升降温度的环控目的。

2.根据权利要求1所述的蔬菜根部温控栽培系统，其特征在于，所述育苗期水耕池和成长期水耕池之一之间，设有营养液曝气水道之一，所述育苗期水耕池和成长期水耕池之二之间，设有营养液曝气水道之二。

3.根据权利要求1所述的蔬菜根部温控栽培系统，其特征在于，所述营养液杀菌控温槽接有一营养液或清水补给管，以供营养液或清水由此补充于营养液杀菌控温槽内。

4.根据权利要求1所述的蔬菜根部温控栽培系统，其特征在于，所述成长期水耕池之一及成长期水耕池之二接有一营养液或清水排放管，以供其内部所使用过后的营养液或清水排出，进而做另一方面利用。

5.根据权利要求4所述的蔬菜根部温控栽培系统，其特征在于，所述育苗期水耕池下方接有一营养液平衡管，以连接在成长期水耕池之一与成长期水耕池之二之间。

6.根据权利要求1所述的蔬菜根部温控栽培系统，其特征在于，所述营养液杀菌控温槽外部接有营养液循环泵。

7.一种蔬菜根部温控栽培方法，其特征在于，将水耕蔬菜种植于如权利要求1-6任何一项所述的蔬菜根部温控栽培系统中，其中，打开温控栽培系统设在种植池两侧的营养液阀，使营养液分别注入营养液循环管，再经由营养液循环泵的抽送，将营养液灌入营养液杀菌控温槽，再经由精密过滤器过滤后，流经营养液冷却组在夏季进行降温，或电热器加温组在冬季进行增温，让营养液的温度在夏季维持在相对低温18℃左右，冬季则保持在22℃左右，使蔬菜植株温度在夏季降低或在冬季升高，达到使蔬菜有抵抗酷热或严寒天气的能力；

该营养液冷却组降温的机制，是利用冷凝压缩机组运转的动作，将营养液的热量，以热交换方式排出，该冷凝压缩机组的电源由冷凝电源线供应，而冷凝压缩机组启动与否，是由温度感应器组侦测营养液的回流温度，并将讯号传送至冷凝压缩机组；夏季，当温度感应器组侦测到营养液的温度高于20℃时，启动冷凝压缩机组的电源，降低营养液的温度，当感应器组侦测到营养液的温度已低于18℃时，关闭冷凝压缩机组的电源，即能让营养液的温度在夏季维持在相对低温的18℃左右；冬季，当温度感应器组侦测到营养液的温度低于20℃时，通过加热电源线供应电力，启动电热器加温组加热，使营养液的温度在冬天维持在相对高温的22℃左右；

续前所述，当营养液的温度被调控至设定的温度范围，营养液则经UV紫外线杀菌装置消毒杀菌后，注入育苗期水耕池，注满营养液后即分由两侧，分别流经营养液曝气水道之一及营养液曝气水道之二曝气，增加营养液含氧量，再注入成长期水耕池之一及成长期水耕池之二供水耕蔬菜生长之需，借助上述流程控制水耕蔬菜所需营养液的温度，使该蔬菜的根部在水耕过程中能在适当的温度下成长，让蔬菜能借由营养液温度调控的助力而容易克服环境高温或严寒的冲击。

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