CN101677514A - 溶液培养系统 - Google Patents

Abstract

一种溶液培养系统(1)包括适于支承要在所述溶液培养系统中培育的植物的上板(2)、下板(3)，该下板设置在所述上板的下面，以在所述两个板之间形成空间(4)，从而允许所述植物的根延伸通过所述上板进入所述空间。所述板每个包括向下倾斜的板表面(6、7)和营养液分配器，其设置成允许在所述上板和下板之间分配分配营养液。所述板表面具有这样的形状，即对于每个所述板表面能够形成至少三个，优选至少四个切平面，每个板表面的所述切平面都不平行或重合。

Description

溶液培养系统

技术领域

本发明第一方面涉及溶液培养(hydroponic)系统，其包括适于支承要在所述溶液培养系统中生长的植物的上板；和下板，下板设置在所述上板下面，以在所述两个板之间形成空间，从而允许所述植物的根延伸通过所述上板进入所述空间，所述板每个包括从顶点或隆起部向下倾斜的倾斜的板表面；和营养液分配器，其设置成例如允许在上板和下板之间分配营养液。

背景技术

溶液培养法是利用矿物营养素溶液代替土壤种植植物的方法。地面上的植物可以在其根仅仅在矿物营养液中或在诸如珍珠岩、沙砾或矿物棉的惰性介质中的情况下生长。当所需要的矿物营养素人工地引入到植物水供给中时，植物的茁壮成长不再需要土壤。溶液培养法在缺少合适的土壤的地区(例如格林兰岛)通常是最好的现有作物生产方法，即每单位面积具有最高产量的方法。

借助于溶液培养法，高质量食物能够在世界的任何地方生长，与温度和生长季节无关。与溶液培养法相关的许多其他优点是已知的，例如，很少有杂草、节省能量，消除土壤传播的疾病并很少需要农药。溶液培养法还节省大量的水。

两种主要类型的溶液培养法是溶液栽培和介质栽培。溶液栽培不使用用于根的固体介质，只用营养液。溶液栽培的三种主要类型是静态溶液栽培、连续流动溶液栽培和空气栽培。介质栽培方法具有用于根的固体介质并且用介质的类型命名，例如，沙子栽培、沙砾栽培、或石棉栽培、珍珠岩栽培、膨胀的粘土栽培等。

在连续流动溶液栽培中，营养液不断地流动经过根。流行的变型是营养膜技术或NFT，从而，包含用于植物生长所需要的溶解的营养素的非常浅的水流在称之为流道的不渗水的沟渠中循环地经过植物裸露的根。

气栽法是一种例如通过营养液的超声雾化使根连续地或间断地处于浸透微小液滴(雾或悬浮微粒)的环境中的系统。该方法不需要基质并且使生长的植物以其根悬于深深的空气中或生长室中，其中根周期地用雾化的营养素的薄雾润湿。

JP 2000316401公开了一种溶液培养系统，根据介绍，其中组装两个扁平的外板部件以形成具有倒V形形状的上板。该上板沿着纵向延伸，并且植物在上板的上表面上生长。在外板的下面，设置类似形状和尺寸的下板，植物的根延伸到形成在所述板之间的空间中。喷射管设置在板的隆起部之间，用于将营养液喷射到植物的根上。对于上板设置向下倾斜的板表面，该板的表面形成倒V形形状。一个平面板表面部分形成在V形形状的每个腿上，并且切平面可以相对于所述两个板表面部分形成，每个切平面是与相应的板表面部分齐平。

US 6,000,173公开了一种具有类似形状和定位的板的溶液培养系统，其中营养液从设置在板的隆起部之间的管子流动。营养液通过重力向下流到内板，因此为搁置在下板上的植物的根提供营养素。

JP 2000316401和US 6,000,173的倒V形形状的上板的收割手动进行：收割的人走在平行地设置的两个板之间形成的通道上，手动地收集在其每侧的植物。植物通常生长在单个器皿中，在收割植物之前收获人收集该器皿。

发明内容

本发明的目的是提供一种溶液培养系统，相对于现有技术的系统具有增加的产量，并且提高收割的效率。

为了实现这个目的，根据本发明的第一方面的溶液培养系统的特征在于每个所述板表面具有这样的形状，即对于每个所述板表面能够形成至少三个，优选至少四个切平面，每个板表面的所述切平面都不平行或重合。

提供具有这样形状的板表面，使得对于每个所述板表面能够形成至少三个切平面，相对于只能形成两个切平面的系统而言，能够改善可得到的地面空间的利用率。因此，可用于保持植物的面积明显增加。

这个优点是由于本发明的发明人认识到，利用根据本发明第二方面的收割方法，不需要从并排设置的溶液培养系统之间的收割通道进入上板表面。由于能够应用更复杂的几何形状，例如角锥形状的或圆锥形形状的板，因此，可以更优化地利用可得到的地面面积。由于每个单位地面面积可以得到更大的种植面积，因此实现更大的收获产量。

在本发明第一方面的优选实施例中，所述切平面能够形成为使得各个平面之间的所有角度为至少15°，优选为至少25°，最优选为至少35°。

在另一个优选实施例中，每个所述板表面包括四侧，所述四侧的下边缘优选形成正方形的底平面。这个特征使更多的溶液培养系统能够最佳地并排设置，更好地利用可得到的地面面积。在这个实施例的进一步研制中，所述四侧和底平面形成角锥形状，每侧相对于所述底平面之间的角度优选在10-50°的范围内，更优选在30-40°的范围内。这些角度范围已经证明在地面面积利用、营养素循环、将植物固定于希望的位置以及植物的营养素的吸收之间形成最佳折衷方案。大角度提供气栽法分配的营养素的较好的循环，而小角度将植物较好地固定在上板上。过大的营养液的流动引起植物的营养吸收的问题，太弱的流动带来营养液滞流和下板上的植物缺氧症。利用相对于水平底平面具有45°的角锥形状的板，在上板上可得到的用于植物的面积相对于平坦的上板增加大约40％。

在另一个优选实施例中，所述上板和下板具有基本相同的形状和尺寸，并且设置成使得所述板之间的所述空间基本上具有恒定的高度。

在另一个优选实施例中，所述上板是具有孔或网格的平板的形式，优选地孔或网格的尺寸做成50mm以下，更优选在20mm以下。因而能够避免壶穴(pothole)的使用，原因是植物能够在大致分布的介质层中生长。这明显增加了可用于植物的面积，并且因此增加作物产量。在这个实施例的进一步研制中，所述上板包括多个诸如台阶或起伏部的不规则部，其适于为设置在所述上板上以支承所述植物的粒状介质提供摩擦阻力。这个特征对于诸如沙砾的疏松介质是有利的，因为它有助于保持均匀地分布在上板表面上的介质。因此，在另一个优选实施例中，介质，优选地诸如珍珠岩、沙砾或矿物棉的惰性介质，分布在所述上板上。

在另一个优选实施例中，多个根据上面任何一个实施例的相同的溶液培养系统并排地设置，以形成溶液培养设备。因而，给定的地面面积能够最佳地利用。

在第二方面，本发明提供一种用于收割溶液培养系统的方法，包括如下步骤：

提供一种溶液培养系统，其包括支承被收割的植物的可拆卸的上板、下板，该板设置在所述上板下面以在所述两板之间形成空间，所述植物的根延伸通过所述上板进入所述空间；

从所述溶液培养系统取下包括将要收割的所述植物的上板；

将所述上板运送到收割地点，以及

割去所述植物的所述根，使得所述植物从所述上板分离，从而收割所述植物；

利用根据本发明第二方面的方法，能够并排地设置溶液培养系统，而在其之间不提供收割通道。上板能够利用，例如，具有链式驱动机构的臂取下，该臂可以接合上板的链或凸耳，以便将上板从溶液培养系统的保持部分提起。因此，上板被运送到收割地点，该收割地点可以是中心收获机械的形式，其包括用于从上板的底表面割掉植物的根的自动装置。利用沿着上板的下侧引导的大型刀具切割根很容易进行。因而，植物从上板割松并能够收集。

因此该方法提供非常有效的收割过程，该收割过程能够对根据本发明第一方面以彼此紧密靠近的方式并排设置的多个溶液培养系统连续地进行。该方法在很大程度上能够机械化；取下和运送上板两者以及收割步骤能够完全机械化和自动化。也能够避免器皿和壶穴，原因是根切割步骤使在收割期间收集器皿是多余的。因此，实现较高的产量和效率更高的收割。

在本发明第二方面的优选实施例中，该方法用于收获根据上面任何实施例的溶液培养系统。

在本发明的第三方面，提供一种溶液培养系统，其包括：

适于支承在所述溶液培养系统中培育的植物的上板、下板，该下板设置在所述上板下面，以在所述两板之间形成空间，从而允许所述植物的根延伸通过所述上板进入所述空间中，所述板每个包括向下倾斜的板表面，以及

营养液分配器，其设置成允许在上板和下板之间分配营养液，

其特征在于

包括用于在所述板之间的所述空间气栽法地分配所述营养液的装置和用于在所述下板的上表面上连续流动地分配所述营养液的装置。

提供营养液的气栽法分配和连续流动分配两者具有惊人的优点，即在连续流动分配不能实现的情况中，气栽法分配营养液能够更好地循环。其原因认为是连续流动的溶液对两个板之间的气体和悬浮微粒施加了摩擦力。该摩擦力被认为是迫使流动的溶液附近的颗粒向下，因此在两个板之间的空间中形成涡流。由于在该空间的根更多地暴露在气栽法分配的营养液中，因此达到更高的产量。而且，参考上面关于有关过大的营养液的流动植物的营养吸收问题的讨论，气栽法分配和连续流动分配的结合使得大角度的下板表面比其它情况更加可行。

在本发明第三方面的优选实施例中，所述下板在顶点处包括开口以及用营养液充满的容器、设置在所述容器内的雾化器，优选超声驱动的雾化器，用于在所述板之间的所述空间气栽法地分配营养液，优选地，所述容器设置成还允许利用所述容器的溢流在所述下板的上表面上连续流动地分配所述营养液。这给气栽法分配营养液以及连续流动分配营养液两者提供了有效、工作良好和低成本的方式。

在另一个优选实施例中，所述系统是根据本发明第一方面的任何实施例的系统。

附图说明

下面将参考附图通过实施例的例子详细说明本发明，其中

图1是根据本发明第一和第三方面的溶液培养系统的实施例的透视图。

图2是根据本发明第一和第三方面的溶液培养系统的上板的可选实施例的侧视图。

图3-图5根据本发明第一和第三方面的溶液培养系统的板的可选形状的透视图。

图6是包括多个根据图1所示的溶液培养系统的溶液培养装置的透视图。

在所有的附图中，不同的实施例中的相似的附图标记表示相似的元件或功能相同的元件。

具体实施方式

图1示出根据本发明第一和第三方面的溶液培养系统的实施例。该溶液培养系统1包括适于支承在该溶液培养系统1中生长的植物(未示出)的上板2。下板3设置在上板2的下面，在板2、3之间形成空间4，允许植物的根延伸通过上板2进入空间4中。板2、3以盒子5的形式设置，每个板2、3的底侧邻接盒子5的内表面。盒子5包括四个侧板和一个底板，并且具有敞开的顶。溶液培养系统1的尺寸大约为1×1×1m，所包围的容积大约是1m³。根据本发明的系统原则上可以是任何合适的尺寸。盒子5和板2、3优选用塑料制造，但是可以用其他材料，包括玻璃、玻璃纤维、金属和木材。

板2、3具有基本相同的形状和尺寸，并且设置成使得它们之间的空间4具有大体恒定的高度。上板2的位置并且因此高度是可以调节的，以便将溶液培养系统1定制成适合不同的希望的根的长度，或适合具有不同的根长度要求的植物。

每个板2、3是角锥形状的并且包括四个相似的平面和三角形平板(panel plate)。四个三角形的底侧(边)形成想像的正方形底平面。每个平板相对于想像的底平面之间的角度大约是35°。相应的四个平板因此分别形成上板2和下板3的从顶点向下倾斜的倾斜的表面6、7。因此，每个板表面6、7具有这种形状，即对于每个所述板表面6、7能够形成四个想像的切平面，所述的切平面都不平行或重合。在这样的情况下，四个想像的切平面每个与四个平板之一重合。

上板2的每个三角形平板从网状幅板切割成合适的平板形状，该平板在三角形平板的相互邻接的侧表面处彼此固定。网的网眼尺寸大约为20mm，允许植物的根延伸通过上板2。

栽培介质(未示出)设置在上板表面6上。该介质优选是诸如珍珠岩、沙砾或矿物棉的惰性介质，并且已经均匀地分布在上板2上。盒子5的上部形成用于适当地保持上板2上的栽培介质的保持边缘8。在另一个实施例中，该保持边缘垂直于上板表面6向外倾斜，以确保栽培介质的一致的高度(参考图2)。

下板7和盒子5形成室9。该室9包围用于在上下板2、3之间分配营养液的分配系统。营养液包括溶解在水中的，优选无机的和离子形式的植物营养液。分配系统包括溶液泵10，其经由溶液导管12引导营养液到营养液分配器11。

下板3在角锥形状的顶点包括开口，在开口下面已经设置溶液分配器11。溶液分配器11包括利用溶液导管12填充营养液的容器13。它还包括设置在容器13内浸没在营养液中的超声驱动的雾化器。该雾化器用于在空间4中气栽法地分配营养液。容器13还设置成用于通过容器13的溢流在下板3的上表面上连续流动营养液(例如，NFT分配)。

正如前面所提到的，气栽法分配和连续流动分配具有以下优点，即气栽法分配的营养液在不能实施连续流动分配的情况中能够更好地循环。用在下板3的上表面7中通常必须的流动通道也能够进行分配，因为气栽法分配的营养液能够到达连续流动分配不能到达的区域。由于能够避免通道，因此也避免阻塞通道的危险。而且，可获得的根空间被更好地利用，原因是能够实现植物的根更均匀地分布。

但是，营养液可以以任何其他合适的形式分配。例如分配器，例如具有纵向分布的孔的管子形式的分配器可以沿着下板3的平板之间的连接部设置，用于在下板3的上表面上的侧向分配连续流动。可选地，可以实施用于气栽法分配的一个或多个喷嘴系统，和/或可以实施具有设置在例如上板2的下表面处的多个滴水喷嘴的滴水系统。

为了为植物提供进行光合作用所必须的光，LED灯(未示出)，安装成面向上板2的上表面6。其他的光照方法也是可以想到的。

图2示出根据本发明第一和第二方面的溶液培养系统的上板2的可选实施例。在上板2的每个平板上设置多个台阶14、15形式的不规则部。每个平板包括两个竖直地设置的薄平板形式的台阶14、15，以便提供设置在上板2上的栽培介质的摩擦阻力。台阶14、15的作用因此对应于保持边缘8的作用，即适当地保持在上板2上的栽培介质。在本实施例中，保持边缘8是垂直于上板表面6向外倾斜的。台阶14、15可以有利地设置成也垂直于上板表面6。

在另一个实施例中，台阶14、15能够用例如上板表面6中的起伏不平、多个室等替代或补充。

图3-图5示出根据本发明第一和第二方面的溶液培养系统的板2、3的三种可选的形状。图3示出基本上对应于图1的实施例的角锥形状的板2、3的实施例，但是用三个板而不是四个板。在这个实施例中，由三个三角形的平板的下侧形成的想像的底平面也是三角形。图4和图5示出这样的实施例，其中板2、3的形状分别做成像半球和锥形。优选地，板2、3形状做成具有用于盒子5的底侧，盒子5具有例如用于最佳地并排设置若干个溶液培养系统的直线侧平板。

在图1和图3-5的实施例中，板2、3包括从每个板的顶部的顶点或顶峰向下倾斜的倾斜的板表面。在另外一些实施例中，而板可以均包括隆起部，即形成每个板的顶部的线。在这种情况下，根据本发明每个所述板表面具有这样的形状，即对于每个所述板表面能够形成至少三个切平面，每个板表面的所述切平面都不平行或重合。

图1的实施例的板2、3可以用根据图2-5的板替代。在图4和图5的实施例的情况下，盒子5可以是对应的形状，即圆形或优选地是直线的。

在所有的实施例中溶液培养系统1可以是装配形成溶液培养系统1的模块化系统的形式。例如每个板2、3、盒子5和分配系统可以设置装配形成溶液培养系统1的分离的模块单元。

图6示出溶液培养装置，包括多个以彼此紧密靠近的形式并排设置的根据图1的实施例的相同的溶液培养系统1。每个系统1的底表面的各侧彼此面向，并且可以彼此邻接以最佳地利用可得到的地面面积。根据本发明的溶液培养系统也可以以一个在另一个上面的两层或更多层的形式设置。

图1的溶液培养系统1的单个营养液泵10用具有共用的泵的中心营养液储存箱替代，该泵也标以10。共用的泵10通过营养液导管(也示为图1的两根线管之一)从中心储存箱循环营养液到每个溶液培养系统1。营养液通过导管16、17分配到如上面参考图1所说明的每个系统。在流动通过溶液培养系统1的空间4之后，溶液经由下板的下部中的孔18(参考图1)被集中以返回到中心储存箱。

营养液被循环直到营养素的浓度太小，其后添加另外的营养素或更换营养液。但是，优选地营养素连续地添加到营养液中。可以在储存罐中进行营养液浓度的采样和调节。不断地测量温度、水分含量和pH值。

当收割植物时，首先包括植物的上板2从相应的溶液培养系统1的保持部分取下。上板2用例如具有链式驱动器的臂提升，该臂可以接合链条装置或上板2的凸耳。随后，上板2例如经由相同的臂被输送到中心收割机形式的收割地点。该收割机包括用于从上板的底表面割下植物的根的自动化的装置。根切割利用沿着上板2的下侧引导的一个大型刀具进行。因而，植物从上板被切松，并且能够被收集，以打捆或进一步处理(例如，浆果采摘等)。

Claims (14)

1.一种溶液培养系统，包括：

适于支承要在所述溶液培养系统中培育的植物的上板、和下板，所述下板设置在所述上板下面，以在所述两个板之间形成空间，从而允许所述植物的根延伸通过所述上板进入所述空间，所述板每个包括从顶点或隆起部向下倾斜的倾斜板表面，和

营养液分配器，其设置成允许在所述上板和下板之间分配营养液，

其特征在于

每个所述板表面具有这样的形状，使得对于每个所述板表面能够形成至少三个，优选至少四个切平面，每个板表面的所述切平面都不平行或重合。

2.根据权利要求1所述的溶液培养系统，其中

所述切平面能够形成为使得各个平面之间的角度为至少15°，优选为至少25°，最优选为至少35°。

3.根据权利要求1或2所述的溶液培养系统，其中每个所述板表面包括四侧，所述四侧的下边缘优选形成正方形的底平面。

4.根据权利要求3所述的溶液培养系统，其中所述四侧和底平面形成角锥形状，每侧相对于所述底平面之间的角度优选在10-50°的范围内，最优选在30-40°的范围内。

5.根据任何前述权利要求所述的溶液培养系统，其中所述上板和下板具有基本相似的形状和尺寸，并且设置成使得在所述板之间的所述空间具有基本恒定的高度。

6.根据任何前述权利要求所述的溶液培养系统，其中所述上板是具有孔或网格的平板的形式，孔或网格的尺寸优选地小于50mm，更优选地小于20mm。

7.根据权利要求6所述的溶液培养系统，其中所述上板包括诸如台阶或起伏部的多个不规则部，其适于给设置在所述上板上以支承所述植物的粒状介质提供摩擦阻力。

8.根据任何前述权利要求所述的溶液培养系统，其中介质，优选地诸如珍珠岩、沙砾或矿物棉的惰性介质，分布在所述上板上。

9.根据任何前述权利要求所述的溶液培养系统，其中多个根据任何前述权利要求的相似的溶液培养系统并排地设置，以形成溶液培养设备。

10.一种用于对溶液培养系统进行收割的方法，包括如下步骤：

提供一种溶液培养系统，其包括支承将要被收割的植物的可拆卸的上板和下板，该下板设置在所述上板下面，以在所述两板之间形成空间，所述植物的根延伸通过所述上板进入所述空间，

从所述溶液培养系统取下包括所述将要被收割的植物的上板，

将所述上板运送到收割地点，以及

割去所述植物的所述根，使得所述植物与所述上板分离，从而收割所述植物。

11.根据权利要求10所述的方法，用于对根据任何前述权利要求的溶液培养系统进行收割。

12.一种溶液培养系统，其包括：

适于支承要在所述溶液培养系统中培育的植物的上板、和下板，该下板设置在所述上板下面，以在所述两板之间形成空间，从而允许所述植物的根延伸通过所述上板进入所述空间中，所述板均包括向下倾斜的板表面，以及

设置成允许在所述上板和下板之间分配营养液的营养液分配器，

其特征在于

包括用于在所述板之间的所述空间中气栽法地分配所述营养液的装置，和用于在所述下板的上表面上连续流动地分配所述营养液的装置。

13.根据权利12所述的溶液培养系统，其中所述下板在顶点处包括开口以及要用所述营养液充满的容器、设置在所述容器内的雾化器，优选超声驱动的雾化器，以用于在所述板之间的所述空间中气栽法地分配营养液，优选地，所述容器设置成还允许通过所述容器的溢流使所述营养液在所述下板的上表面上连续流动。

14.根据权利12或13所述的溶液培养系统，其中所述系统是根据权利要求1-9中任何一项的系统。

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