CN103250622A - 吸水式无土栽培装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸水式无土栽培装置，旨在提供一种吸水材料不会被植物根系穿透和腐蚀，也不易损坏，成本低廉且结构简单的无土栽培装置。由盛水容器、硬质吸水材料组成，盛水容器中盛着水或营养液，硬质吸水材料部分浸在水或营养液中，基质放置在硬质吸水材料上部；在硬质吸水材料中含有较多的连续孔隙和毛细管，在水的张力作用下，将盛水容器中的水或营养液输送到基质中；矿物质营养元素被溶于水中，或被放置在硬质吸水材料中，或被均匀地置于基质中，均会被水溶解，变成营养液，输送并遍布整个基质；同时基质具有良好的通气性；作物栽植在基质上，被基质支撑，充分满足了生长发育对水分、氧气和矿物质营养的需求。本发明适用于各种农作物的无土栽培。

Description

吸水式无土栽培装置

技术领域

本发明涉及一种无土栽培装置，特别是涉及一种基质培装置。

背景技术

无土栽培是不依赖土壤的种植和栽培方法，主要有营养液培、气雾培和基质培。由于无土栽培创造了适宜农作物生长发育的营养、空气及水分条件，所以，生长发育普遍优于有土栽培。近几十年来，无土栽培得到飞速发展，目前，在欧美、日本等国已成为设施农业的主要栽培方式。伴随着我国农业现代化进程，无土栽培得到广泛应用，栽培面积也逐年扩大。

从目前来看，营养液培和气雾培需要复杂的设备条件和严格的营养液配比，技术要求高、操作难度大、成本高，目前应用得较少。而基质培比较接近于传统农业的栽培方法，虽然需要基质，但不需要复杂的设备条件，矿物质营养元素放置方法灵活，营养液配比也较简单，技术要求低、操作难度小，成本相对较低。所以，目前，基质培是无土栽培的主流，应用最广泛，栽培面积也最大，约占无土栽培总面积的90%以上。在基质培中，槽式、袋式、盆式为主要栽培方式，滴灌、浇灌又是主要的灌溉方式。大部分基质培存在着营养液难以收回再利用，水肥利用率低，易引起土壤次生盐渍化等缺点；另外，相对于土壤栽培，单位植株根系所占基质体积较小，水分缓冲能力差，需要频繁浇水或营养液才能维持作物的正常生长。

虽然出现了很多技术来改进基质培，例如申请号为CN90107804.2、公告号为CN1059819的中国发明专利《无土栽培装置》所公开的一种无土栽培装置，是通过能被水浸润的纤维将容器中的营养液输送到基质中，虽然从一定程度上能够克服上述现有基质培的不足之处，但缺点是：使用植物纤维作为吸水和水分输送介质，会被作物根系穿透和腐蚀，其自身在水环境中也会被微生物分解，需要经常更换，成本较高，而使用其它纤维材料也存在着类似的各种问题。现有的吸水式栽培装置，如中国发明专利CN85200199《自动吸水花盆》、CN88217444.4《可调节自湿式花盆》等，虽然公开了植物吸水式栽培装置，但是，只是针对有土栽培，没有涉及到无土栽培，所采用的吸水和水分输送介质也不是硬质吸水材料，而是软质吸水材料。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种吸水材料不会被植物根系穿透和腐蚀，也不易损坏，成本低廉且结构简单的吸水式无土栽培装置。

上述目的是通过以下技术方案来实现的：

一种吸水式无土栽培装置，由盛水容器、吸水材料组成，所述盛水容器中盛着水或营养液，所述吸水材料为硬质吸水材料，硬质吸水材料部分浸在水或营养液中，基质放置在硬质吸水材料上部。

硬质吸水材料定义为：具有固定形状，并且这种固定形状能够在水和营养液中长期保持，摩斯硬度值1级～8级，体积吸水率在2%～80%的亲水性固体物质。

硬质吸水材料的特点是，亲水性，含有较多的连续孔隙和毛细管。亲水性是指带有极性基团的分子，对水有较大的亲和能力，可以吸引水分子，或溶解于水，这类分子形成的固体材料的表面，易被水所润湿，这种特性就是物质的亲水性，亲水性是所有吸水材料必须具备的性质。较大的连续孔隙和毛细管具有较强的吸水性、渗透性和通气性，吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质，渗透性是指材料在不损坏介质构造情况下，能使流体通过的能力，通气性是指外部空气与材料内部空气的交换能力；但爬升性和扩散性较弱，爬升性是指在水的张力作用下将水沿着材料提升到水面之上的垂直向上的运动能力，扩散性是指在水的张力作用下水在水面之上沿着材料水平方向的运动能力。较小的连续孔隙和毛细管具有较强的吸水性、爬升性和扩散性，但渗透性和通气性较弱。

一般硬质吸水材料体积吸水率越大，内部的连续孔隙和毛细管就相对越多；体积吸水率越小，内部的连续孔隙和毛细管就相对越少。如果体积吸水率在2%以下，内部含有的连续孔隙和毛细管太少，吸水性、爬升性、扩散性、渗透性和通气性不良，就不属于硬质吸水材料。如果体积吸水率在80%以上，内部含有的连续孔隙和毛细管过多，有可能具有良好的吸水性、爬升性、扩散性、渗透性和通气性，但材料强度差，易破碎；如果没有硬度或硬度太低，低于摩斯硬度值1级，就不能制作成固定形状，即使制作成固定形状，也容易变形或损坏；如果硬度太高，超过摩斯硬度值8级，这类材料稀少、价高、不易加工成型；如果不能在水和营养液中长期保持固定形状，能够被水溶解、破坏或被营养液腐蚀，这些都不属于硬质吸水材料。

一般较大的连续孔隙和毛细管与较小的连续孔隙和毛细管之间呈现负相关关系，因为较大的连续孔隙和毛细管会阻断较小的连续孔隙和毛细管，使其不连续，并片段存在，减弱甚至失去其应有的作用。与此相对应，渗透性与通气性之间呈现正相关关系，爬升性与扩散性之间也呈现正相关关系，但渗透性、通气性与爬升性、扩散性之间却呈现负相关关系。吸水性与渗透性、通气性、爬升性和扩散性之间呈现正相关关系，反映了较大和较小连续孔隙和毛细管的总量。

符合定义要求的硬质吸水材料只是具备了在吸水式无土栽培装置中应用的基本条件，如果从材料性能、价格、结构、强度、重量、宜加工性等因素综合考虑，实际上只有部分符合定义要求的硬质吸水材料能够应用在吸水式无土栽培装置中。

用于作物栽培理想的硬质吸水材料，应含有丰富的连续孔隙和毛细管，且较大的和较小的连续孔隙和毛细管比例合理，具备良好的吸水性、爬升性、扩散性、渗透性和通气性。但受制于各种因素的影响，目前，难以找到十分理想、性能全面的用于作物栽培的硬质吸水材料。所以，可以根据作物种类、品种、栽培时期、栽培环境、吸水式无土栽培装置类型，结合硬质吸水材料的吸水特性，选用适合的硬质吸水材料。

与硬质吸水材料对应的是软质吸水材料。软质吸水材料是由颗粒状物质、纤维状细丝或某些含有连续孔隙和毛细管的软质材料单独或混合组成，没有固定形状，即使有固定形状，也易损坏、易变形或不能在水和营养液中保持，整体不具有硬度或硬度很小，也具有亲水性和连续孔隙及毛细管。连续孔隙和毛细管来自两方面，一是颗粒状物质或纤维状细丝之间相互接触，在接触面及周边，产生较小的连续孔隙和毛细管，在非接触部分，存在着较大的连续孔隙和毛细管，使整个软质吸水材料中的连续孔隙和毛细管也都相互连通，大部分软质吸水材料都具有这种连续孔隙和毛细管；二是颗粒状物质、纤维状细丝或某些软质材料内部也含有连续孔隙和毛细管，但不同软质吸水材料之间存在较大差异。软质吸水材料也具有吸水性、爬升性、扩散性、渗透性和通气性。

用于无土栽培的基质种类较多，由于大部分单一基质的理化性能不够理想，现在使用得较少。将几种理化性能不同的基质按一定比例混合后制作成配合基质，改善了基质的理化性能，目前使用得较多。无论是单一基质还是配合基质都属于软质吸水材料。

基质放置在硬质吸水材料上部，由于基质质地柔软，没有固定形状，基质的重量压在硬质吸水材料上，其下部就与硬质吸水材料上部紧密接触，硬质吸水材料和基质都含有较多的连续孔隙和毛细管，都具有吸水性、爬升性、扩散性、渗透性和通气性，在接触面上，两者的连续孔隙和毛细管相互连通；硬质吸水材料部分浸在水或营养液中，吸收水或营养液，并向上传递，到达硬质吸水材料上部，再从硬质吸水材料上部通过接触面上的连续孔隙和毛细管到达基质中；在这一过程中，水或营养液主要依靠吸水材料的爬升性，完成水或营养液从硬质吸水材料向上部基质的输送过程。当然，只要两种吸水材料的吸水性能和放置位置符合要求，满足紧密接触的条件，都可以完成水或营养液从一种吸水材料向上部的另一种吸水材料的输送过程。如果硬质吸水材料上部是凹槽形结构，并且基质放置在硬质吸水材料上部凹槽内，硬质吸水材料浸在水或营养液中的部分较多，水或营养液液面高度超过凹槽底部的高度，那么，水或营养液就可以通过渗透性进入硬质吸水材料上部凹槽内，被基质吸收，这是水或营养液从硬质吸水材料输送到基质的另一种方式；这种方式由于存在正向势能，并且硬质吸水材料中的连续孔隙和毛细管无论大小均能传输，因此，对水或营养液的输送速度比爬升性的输送速度快得多。

本发明还可以：

矿物质营养元素放置方法如下：被溶于水中，成为营养液，置于盛水容器中；或被放置在硬质吸水材料中；或被均匀地置于基质中。不论那种放置方法，都能被水溶解和输送，最终到达或位于基质中，被植物根系吸收利用。矿物质营养元素溶于水后成为营养液，由于营养液浓度较低，所以，营养液在硬质吸水材料及基质中的传输性质与水基本相同。

在盛水容器上设置有水位刻度线或水位计。在硬质吸水材料、基质、所种作物、栽培季节等因素确定的情况下，在非漂浮吸水式无土栽培装置中，可以建立水位与基质含水率的对应关系，根据所种作物不同生长发育时期和阶段所要求的最佳基质含水率，从而建立所种作物不同生长发育时期和阶段与适宜水位的对应关系，为进行科学规范的栽培管理提供条件。漂浮吸水式无土栽培装置中的水位刻度线或水位计的作用是指示能够漂浮的适宜水位范围。

根据各种硬质吸水材料及软质吸水材料的特点，将两种吸水材料组合起来构成组合体，位于组合体上部或位于组合体上部并延续到其它部分的是一种硬质吸水材料，另一种吸水材料位于组合体的其余部分，两种吸水材料之间各自有一部分被紧密接触，组合体能够改善硬质吸水材料的性能。

为了方便栽培，减轻劳动强度，一方面，利用在生产上普遍使用的栽培盘，另一方面，根据吸水式无土栽培装置的特点，设计了一些结构和用途不同的栽培盘，并为这些栽培盘设计配套了相应的栽培装置。这些栽培盘和相应的栽培装置的共同特点是：根据栽培盘形状制作硬质吸水材料，所述栽培盘上部敞口，下部设置有吸水孔。差别是：栽培盘、基质、硬质吸水材料之间的相对位置，一种相对位置是：栽培盘内由下至上分别放置硬质吸水材料和基质，位于盛水容器中；另一种相对位置是：栽培盘放置在硬质吸水材料上或盛水容器上，基质放置在硬质吸水材料上部和栽培盘内。不论栽培盘的相对位置如何，使用这些栽培盘，都能够使基质与硬质吸水材料紧密接触，相互连通连续孔隙和毛细管，可以完成水或营养液从硬质吸水材料到基质的输送过程。

为了实现盛水容器的封闭运行，在盛水容器上设置有管道接口，在管道接口上安装管道，水或营养液从管道进入或流出盛水容器。

为了实现向盛水容器中自动化供、排水或营养液，由储液池、水泵、管道、电磁阀、水位传感器、控制器及相关线路组成自动化供、排水或营养液系统；储液池中盛着水或营养液，用管道顺序联接储液池、水泵、电磁阀和盛水容器，盛水容器之间也用管道联接在一起，水位传感器安装在盛水容器一侧的管道上，水位传感器、电磁阀、水泵分别通过相关线路联接到控制器；控制器接收水位传感器的水位信号，控制电磁阀和水泵的运行，使盛水容器中的水或营养液保持在设定的水位范围内。

为了实现水面漂浮栽培，由轻质材料或空心材料制作浮板，所述浮板承载硬质吸水材料、基质和所种作物，浮在水或营养液上，在浮板上设置有进水孔，使所承载的硬质吸水材料部分浸在水或营养液中。

为了调节和改变浮力，由空心材料制作浮体，所述浮体内含有空腔，所述空腔上设置有通向外部的管道接口和管道口，在管道接口上安装管道，压力空气从管道进入或流出空腔，管道口位于水或营养液中，水或营养液从管道口进入或流出空腔，改变空腔内的空气压力，就改变了空腔内水或营养液与空气的比例，也就改变了浮力；浮体位于浮板的下方或周围，所产生的浮力施加在浮板上。

为了进一步实现浮体浮力的自动化控制，由空气压缩机、管道、电磁阀、压力传感器、控制器及相关线路组成自动化压力空气系统；用管道顺序联接空气压缩机、电磁阀和浮体，浮体之间也用管道联接在一起，压力传感器安装在浮体一侧的管道上，压力传感器、电磁阀分别通过相关线路联接到控制器；控制器接收压力传感器的压力信号，控制电磁阀的运行；保持或改变浮体空腔内的空气压力，进而保持或改变浮力，使基质含水率保持在需要的范围内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

硬质吸水材料来源广泛，如自然界中风化的岩石、多孔的火山石等，人造材料中的烧结砖、轻质加气砖、部分陶瓷和混凝土等。硬质吸水材料本身不会降解，具有整体硬度和能够在水和营养液中长期保持的固定形状，也不会被植物根系所穿透，具有来源范围广、成本低廉、使用寿命长等特点。与此相对应，软质吸水材料，如：泥土、沙子、蛭石、泥炭、岩棉、海绵、各种配合基质和纤维等，虽然也具有吸水性、爬升性、扩散性、渗透性和通气性，但不具有整体硬度，没有固定形状，即使有固定形状，也易损坏、易变形或不能在水和营养液中保持，需要器具盛放或支撑，会被植物根系所穿透，有些容易被腐蚀，有些自身会降解，如果用作吸水式无土栽培的吸水和水分输送介质，或受到很大限制，或成本过高，实际使用得很少。因此，作为吸水式无土栽培的吸水和水分输送介质，硬质吸水材料明显优于软质吸水材料。

由于本发明利用了硬质吸水材料的吸水和水分输送特性，为作物提供水或营养液，减少了浇水或营养液的次数，水肥不会流失，简化了灌溉设备，减轻了劳动强度，降低了成本，并扩展了基质培的应用范围。

附图说明

图1是第一个实施例三维立体图；

图2是第一个实施例各部分分解图；

图3是第二个实施例三维立体图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图3的B-B剖视图；

图6是第三个实施例三维立体图；

图7是第三个实施例各部分分解图；

图8是图6的C-C剖视图；

图9是第四个实施例三维立体图；

图10是第四个实施例各部分分解图；

图11是第五个实施例三维立体图；

图12是第五个实施例各部分分解图；

图13是图11的D-D剖视图；

图14是第六个实施例三维立体图；

图15是第六个实施例各部分分解图；

图16是图14的E-E剖视图；

图17是图16中X处剖面放大图；

图18是图14的F-F剖视图；

图19是第七个实施例三维立体图；

图20是第七个实施例各部分分解图；

图21是图19的G-G剖视图；

图22是图21中Y处剖面放大图；

图23是第八个实施例三维立体图；

图24是第八个实施例各部分分解图；

图25是图23的H-H剖视图；

图26是图25中Z处剖面放大图；

图27是第九个实施例自动化供、排水或营养液系统示意图；

图28是第十个实施例三维立体图；

图29是第十个实施例各部分分解图；

图30是第十一个实施例三维立体图；

图31是第十一个实施例各部分分解图；

图32是图30的I-I剖视图；

图33是第十二个实施例自动化压力空气系统示意图。

其中，1-盛水容器，2-硬质吸水材料，3-基质，4-水位刻度线，5-水或营养液，6-一种硬质吸水材料，7-另一种硬质吸水材料，8-网格状空腔，9-排气孔，10-另一种软质吸水材料，11-透水封口，12-肥料孔，13-棒状缓释肥，14-栽培盘，15-吸水孔，16-管道接口，17-管道，18-水位计，19-水位计透明窗，20-水位计腔体，21-水位计进水孔，22-水位计排气孔，23-水位计指针，24-吸水式无土栽培装置，25-储液池，26-水泵，27-电磁阀，28-水位传感器，29-控制器，30-信号线，31-控制线，32-浮板，33-进水孔，34-浮体，35-管道口，36-封闭空腔，37-空腔，38-水坝，39-空气压缩机，40-压力传感器，41-水体，42-漂浮吸水式无土栽培装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

实施例1

如图1、2所示。在盛水容器1上设置有水位刻度线4，盛水容器1中盛着水或营养液5，液面高度一般在水位刻度线4范围之内。硬质吸水材料2的底部是平面形，上部有一个四边高，中间低的凹槽，硬质吸水材料2部分浸在水或营养液5中，基质3放置在硬质吸水材料2上部凹槽内，基质3的高度低于硬质吸水材料2边缘的高度；由于硬质吸水材料2具有亲水性并含有较多的连续孔隙和毛细管，具有吸水性、爬升性、扩散性、渗透性和通气性，能够吸收盛水容器1中的水或营养液5并向上传递，输送到硬质吸水材料2上部；基质3属于软质吸水材料，同样具有亲水性并含有较多的连续孔隙和毛细管，也具吸水性、爬升性、扩散性、渗透性和通气性，基质3与硬质吸水材料2上部接触，相互连通接触面上的连续孔隙和毛细管，将硬质吸水材料2上部的水或营养液吸收并继续向上传递，遍布整个基质3。矿物质营养元素被溶于水中，成为营养液，在盛水容器1中，由硬质吸水材料2输送到基质3；或被均匀地置于基质3中，吸水后溶解，都可以被作物吸收利用。作物栽植在基质3上，被基质3支撑，充分满足了生长发育对水分、氧气和矿物质营养的需求。

水位管理方法如下：

水位与基质3含水率的作用关系：水位是指从盛水容器1底到水或营养液5液面的垂直高度。基质3的含水率主要与水或营养液5液面到基质3的垂直距离有关，垂直距离越小，含水率就相对越高；垂直距离越大，含水率就相对越低。由于本实施例中盛水容器1底到基质3的垂直高度固定不变，那么，水位就与水或营养液5液面到基质3的垂直距离呈现反向关系，换算公式是：水位﹦盛水容器1底到基质3的垂直高度－水或营养液5液面到基质3的垂直距离，作用关系为：水位越高，基质3的含水率就相对越高，反之，就相对越低。

水或营养液5在盛水容器1中的水位存在周期性高低变化。即向盛水容器1中加水或营养液5至水位刻度线4的上限，基质3的含水率较高；随着作物根系不断吸收利用，加上基质3、硬质吸水材料2及水或营养液5自身蒸腾作用，盛水容器1中水或营养液5的水位逐渐下降；随着水位下降，水或营养液5液面到基质3的垂直距离变大，由于地球的引力作用，水或营养液5沿着硬质吸水材料2爬升的阻力加大，因此，基质3的含水率变化是由高到低；当液面高度下降到水位刻度线4的下限时，基质3的含水率较低；此时，再次向盛水容器1中加水或营养液5至水位刻度线4的上限，基质3的含水率再次达到较高；就这样周而复始地循环往复。只要将盛水容器1上的水位刻度线4的中心液面对应基质3处于所种作物生长发育需要的最佳含水率状态，基质3的含水率就可以围绕着该种作物所需要的最佳含水率状态上下浮动，在较干、较湿环境中交替往复，也符合作物干湿交替的自然生长规律。

如果在盛水容器1中加入水或营养液5的量超过水位刻度线4所标注的常规水位的上限高度后，如果再超过硬质吸水材料2上部凹槽底部的高度，就到达非常规高水位（为了便于描述，防止混淆，在图1～图25中标注有水位的均是常规水位，没有标注非常规水位。在实际生产上，可以按照不同颜色标注常规水位和非常规水位，以示区别。下同），在水或营养液5与硬质吸水材料2上部凹槽之间就形成了压力差。由于硬质吸水材料2具有渗透性，压力差越大渗透性也就越强，水或营养液5通过渗透作用快速进入凹槽内，被基质3大量吸收，因此含水率较高，接近或处于饱和状态，如果水量过多，多余的水或营养液5就会在凹槽底部形成积水。基质3的含水率接近或处于饱和状态，符合某些场合的需要。例如：种子发芽时需要大量的水分，在播种后，提高水位，到达非常规高水位，基质3的含水率接近或处于饱和状态；经过2天～4天，待种子发芽后，盛水容器1中的水或营养液5被种子吸收和经多种途径蒸发后，随着水位回落到凹槽底部高度以下，基质3转为通过硬质吸水材料2的爬升性吸收水或营养液5；如果再回落到水位刻度线4的上限高度后，到达常规水位，就可以回归正常的液面管理。再如：在夏秋季节，如果气温高、蒸发量大，会出现硬质吸水材料2对水或营养液5吸收和输送的速度赶不上作物吸收和经多种途径蒸发的速度，如果造成基质3缺水、干旱，会影响作物正常的生长发育；这时，就要提高水位，提高到超过硬质吸水材料2上部凹槽底部的高度，到达非常规高水位，利用硬质吸水材料2的渗透性，快速补水；在水位下降以后，回到常规水位，则回归正常的水分输送过程，相对慢速补水；当基质3含水率下降到所种作物容许的下限时，再次向盛水容器1中加入水或营养液5至非常规高水位；就这样循环往复，快速补水和慢速补水交替进行，使基质3处于干湿交替的循环过程中。

总之，水位刻度线4所指示的水位范围属于所种作物的常规水位，所种作物在常规水位条件下种植是相对安全的，但只是符合所种作物一般的栽培条件。当采用常规水位不能满足种植需要的时候，可以灵活调节液面高度，采用非常规水位，来控制基质3的含水率，满足栽培上的要求或所种作物对水或营养液5的需要。值得注意的是，大部分作物根系只能适应基质3的含水率短时间接近或处于饱和状态，如果长时间接近或处于饱和状态，就会因缺乏氧气，作物根系新陈代谢受阻，影响水和矿物质营养的吸收和根系的正常生长，严重的会造成沤根、腐烂。少数作物，如水稻等水生作物的根系，已高度适应水环境，如果在基质3上种植，其含水率就可以长时间处于饱和状态，与此相对应的高水位就是属于它的常规水位；还有少数作物耐旱性强，如沙漠植物等，如果在基质3上种植，其含水率就可以长时间处于较低水平，与此相对应的低水位就是属于它的常规水位。但大部分作物根系的耐水、耐旱性能一般，在其生长发育过程中，根据需要，可以采用高于常规水位的非常规高水位或低于常规水位的非常规低水位，但在非常规水位条件下种植安全性较低，风险较大，所以，应用时应当注意避免风险，方法是：只能短时间使用，一般几个小时以内是安全的；或采用非常规水位和常规水位按照安全的时间间隔交替进行。

实施例2

如图3、4、5所示。硬质吸水材料是两种吸水材料的组合体，即：位于组合体上部的是一种硬质吸水材料6，另一种硬质吸水材料7位于组合体的其余部分。硬质吸水材料6上部是凹槽形，其内放置基质3，下部与另一种硬质吸水材料7的上部通过浇筑等方式，相互嵌合在一起，组合成为一个整体；在嵌合部分中，两种吸水材料之间被紧密接触，在接触面上的连续孔隙和毛细管相互连通。为了减轻另一种硬质吸水材料7的重量，在基本不影响吸水及水分输送性能的前提下，内部结构是网格状空腔8，排气孔9的作用是当水位升高时，尽快排出网格状空腔8内的空气。组合的目的是根据不同吸水材料的特性，取长补短，例如：一些硬质吸水材料爬升性和扩散性相对差一些，但比重小，通气性和渗透性好，易加工、搬运，如轻质加气砖等；而另一些硬质吸水材料爬升性和扩散性较好，但比重大，通气性和渗透性较差，不易加工、搬运，如烧结砖等。为了方便加工、栽培和改善性能，就可以将它们组合起来，组成一个组合体。位于组合体下部的另一种硬质吸水材料7，具有较好的吸水性、爬升性、扩散性，能够将水或营养液输5送到较高处，作用是吸收并向上输送水或营养液5；位于组合体上部的一种硬质吸水材料6，爬升性和扩散性一般，但重量轻，吸水性、通气性、渗透性好，作用是通过相互连通的连续孔隙和毛细管，吸收另一种硬质吸水材料7输送的水或营养液5，并使其均匀分布，再向上输送到基质3，同时改善基质3底部的通气性和渗透性，满足作物生长发育的要求。

水或营养液吸收和输送的具体过程、矿物质营养元素的放置方法和水位管理同实施例1。

实施例3

如图6、7、8所示。硬质吸水材料是另一种两种吸水材料的组合体，即：位于组合体上部并延续到其它部分的是一种硬质吸水材料6，另一种软质吸水材料10位于组合体的其余部分。硬质吸水材料6上部是凹槽形，其内放置基质3，下部为空心圆柱形阵列，在空心圆柱形内部填充另一种软质吸水材料10，在软质吸水材料10下面设置有透水封口11；透水封口11的作用是：将软质吸水材料10封闭在空心圆柱形内部，让水或营养液5自由通过；两种吸水材料组合成为一个整体，它们之间各自有一部分被紧密接触，在接触面上的连续孔隙和毛细管相互连通。组合的目的是根据不同吸水材料的吸水特性，取长补短，例如：一些硬质吸水材料爬升性和扩散性相对差一些，但比重小，通气性和渗透性好，易加工、搬运，如轻质加气砖等；而另一些软质吸水材料爬升性和扩散性较好，但比重大，需要器具盛放或支撑，如细沙等。为方便加工、栽培和提高性能，就可以将它们组合起来，组成一个组合体。位于组合体内部的另一种软质吸水材料10，具有较好的吸水性、爬升性、扩散性，能够将水或营养液5输送到较高处，作用是通过透水封口11，吸收并向上输送水或营养液5；组合体主体部分是一种硬质吸水材料6，爬升性和扩散性一般，但重量轻，吸水性、通气性、渗透性好，作用是通过相互连通的连续孔隙和毛细管，吸收软质吸水材料10输送的水或营养液5，并使其均匀分布，再向上输送到基质3，同时改善基质3底部的通气性和渗透性，满足作物生长发育的要求。

矿物质营养元素除了被溶于水中，成为营养液，由硬质吸水材料输送到基质3，或被均匀地置于基质3中，基质3吸水后溶解，供作物吸收利用外，还可以放置在硬质吸水材料中。在硬质吸水材料6上设置前后贯通的肥料孔12，棒状缓释肥13的直径小于肥料孔12的直径，长度与肥料孔12的长度相同或略短，可以将棒状缓释肥13放入肥料孔12中。如果此时在盛水容器1中盛着水，且水位高度在水位刻度线4范围以内，随着水通过吸水材料10、6，在吸水并向上输送过程中，棒状缓释肥13遇水后缓慢溶解，并释放出矿物质营养元素，溶于水中，变成营养液，再向上输送到基质3，供作物吸收利用。

所有采用硬质吸水材料作为吸水和水分输送介质的吸水式无土栽培装置，只要在硬质吸水材料的适当位置设置肥料孔，就可以将肥料放置其中，达到施肥的目的。

此外，肥料孔12还可以作为通气孔，进一步改善了硬质吸水材料上部的通气性，增加基质3底部的氧气含量。

水或营养液吸收和输送的具体过程、矿物质营养元素的其它放置方法和水位管理同实施例1。

实施例4

如图9、10所示。根据栽培盘14形状制作硬质吸水材料2，栽培盘14一般由塑料制作，内部形状为长方形，上部敞口，下部设置有吸水孔15，硬质吸水材料2也被制作成长方形，形状和大小以刚好放入栽培盘14内为准；栽培盘14内由下至上分别放置硬质吸水材料2和基质3，位于盛水容器1中，硬质吸水材料2部分浸在水或营养液5中。制作栽培盘14的目的：一是保护硬质吸水材料2，二是为了放置基质3，三是方便搬运和操作。

如果在使用过程中，水位超过硬质吸水材料2的上部平面，水或营养液5就直接与基质3接触，基质3直接将水或营养液5吸收并向上传递，遍布整个基质3，此时的基质3含水率较高，接近或处于饱和状态，其作用与实施例1相同，不再赘述。

水或营养液吸收和输送的具体过程、矿物质营养元素的放置方法和水位管理同实施例1。

实施例5

如图11、12、13所示。根据栽培盘14形状制作硬质吸水材料2，栽培盘14上排列着孔穴阵列，上部敞口，孔穴下部设置吸水孔15，硬质吸水材料2上部排列着圆柱形阵列，圆柱形阵列的每个圆柱形的位置均与吸水孔15的位置一一对应，圆柱形直径比吸水孔15直径小5%～30%，栽培盘14放置在硬质吸水材料2上部阵列对应处，硬质吸水材料2上部圆柱形阵列穿过吸水孔15伸入到栽培盘14内，基质3放置在硬质吸水材料2上部和栽培盘14孔穴内。伸入到栽培盘14内的圆柱形的高度约为基质3深度的1/2，作用是使硬质吸水材料2与基质3具有较大的接触面积，连通更多的连续孔隙和毛细管。

硬质吸水材料2下部是纵横沟槽形，其作用是在水或营养液吸收和输送性能基本不变的情况下减少体积，减少自重，使盛水容器1中可以盛放更多的水或营养液5。这里的栽培盘14是生产上常用的穴盘形状结构，可以很方便地在硬质吸水材料2上放置或取下，适用于穴盘基质育苗。

如果在使用过程中，水位超过栽培盘14的底部，水或营养液5就直接与基质3接触，基质3直接将水或营养液5吸收并向上传递，遍布整个基质3，此时的基质3含水率较高，接近或处于饱和状态，其作用与实施例1相同，不再赘述。

水或营养液吸收和输送的具体过程、矿物质营养元素的放置方法和水位管理同实施例1。

实施例6

如图14、15、16、17、18所示。根据栽培盘14形状制作硬质吸水材料2，栽培盘14上部敞口，下部为平底，设置有吸水孔15阵列；硬质吸水材料2为带圆盘的圆柱体，阵列形排列，与吸水孔15的阵列位置对应；硬质吸水材料2圆盘以下圆柱体的直径比吸水孔15的直径小0%～20%；硬质吸水材料2下部，也就是圆盘以下的圆柱体，穿过吸水孔15，位于吸水孔中及以下；硬质吸水材料2上部，也就是圆盘及圆盘以上的圆柱体，卡在吸水孔15之上，位于栽培盘14内；栽培盘14放置在盛水容器1上，栽培盘14上部边缘是倒槽形结构，槽内侧支撑在盛水容器1的上部边缘，两者之间形状吻合；基质3放置在硬质吸水材料2上部和栽培盘14内。硬质吸水材料2上部的高度一般为基质3深度的1/2，这一高度可以根据需要增加或减少，其作用是使硬质吸水材料2与基质3具有较大的接触面积，连通更多的连续孔隙和毛细管；硬质吸水材料2下部，伸出的最低位置接近盛水容器1的底部。

在盛水容器1上设置水位计18，由水位计透明窗19、水位计腔体20、水位计进水孔21、水计排气孔22、水位计指针23、水位刻度线4组成。原理是：盛水容器1中的水或营养液5从水位计进水孔21进入到水位计腔体20，多余空气从水位计排气孔22排出，水位计腔体20内的水位与盛水容器1中的水位保持一致，水位计指针23比重小于水，浮在水面之上，朝外的一面被涂成醒目的颜色，在水位计腔体20与外界之间设置有水位计透明窗19，在水位计透明窗19上标注有水位刻度线4，随着盛水容器1中的水位升高或降低，水位计指针23随之升高或降低，水位计指针23通过水位计透明窗19反映到水位刻度线4上，指示水位。

盛水容器1上设置有管道接口16，位置一般在盛水容器1侧壁的下部，在管道接口16上安装管道17，水或营养液5从管道17进入或流出盛水容器1。

当吸水式无土栽培装置放置在露天环境下栽培作物，如遇雨水过多，进入到栽培盘内的雨水，除部分被基质3、硬质吸水材料2吸收外，未能被吸收的雨水，一方面依靠硬质吸水材料2的渗透性，进入盛水容器1中；另一方面会沿着硬质吸水材料2与栽培盘14之间的缝隙，通过吸水孔15，向下流入盛水容器1中。如果造成盛水容器1中水或营养液5的水位过高，超过栽培上的需要，就要通过管道17排掉多余的水或营养液5，使水位回归正常状态，还可以将被排掉的水或营养液5用容器收集起来，以备需要的时候使用。

由于栽培盘14上部边缘是倒槽形结构，槽内侧支撑在盛水容器1的上部边缘，两者之间形状吻合；在盛水容器1上设置水位计18；盛水容器1上设置有管道接口16，并安装管道17，水或营养液5从管道17进入或流出盛水容器1，这样，吸水式无土栽培装置内部就实现了全封闭，可以有效地防止蚊虫滋生和外部杂质、灰尘进入。如果盛水容器1和栽培盘14采用不透光材料制作，就可以最大限度地减少水或营养液5的蒸发，保证盛水容器1中的水或营养液5清洁、干净、少流失。本实施例所述的栽培装置实用价值较大。

由于本实施例将硬质吸水材料2制作成带圆盘的圆柱形，其上部伸入到基质3中，通过加大接触面积、提高接触深度，有效提高了水或营养液5从硬质吸水材料2向基质3传递的速度和均匀性，使栽培盘14内可以放置较厚的基质，适宜生长周期较长、根系粗壮的农作物栽培，例如：番茄栽培、葡萄栽培等等。

水或营养液吸收和输送的具体过程、矿物质营养元素的放置方法和水位管理同实施例1。

实施例7

如图19、20、21、22所示。根据栽培盘14形状制作硬质吸水材料2，栽培盘14上排列着孔穴阵列，上部敞口，硬质吸水材料2上部排列着与栽培盘14形状、大小相吻合的孔穴阵列，栽培盘14放置在硬质吸水材料2上部阵列对应处，紧贴着硬质吸水材料2，栽培盘14在接触到硬质吸水材料2的部分设置有网格状排列的吸水孔15，基质3放置在硬质吸水材料2上部和栽培盘14孔穴内，基质3通过吸水孔15与硬质吸水材料2接触，在接触面上，相互连通连续孔隙和毛细管。

硬质吸水材料2下部是纵横沟槽形，作用与实施例5相同，不再赘述。这里的栽培盘14是生产上常用的穴盘形状结构，可以很方便地在硬质吸水材料2上放置或取下，适用于穴盘基质育苗。

水或营养液吸收和输送的具体过程、矿物质营养元素的放置方法和水位管理同实施例1。

实施例8

如图23、24、25、26所示。根据栽培盘14形状制作硬质吸水材料2，栽培盘14上部敞口，底为平面形，硬质吸水材料2上部也制作成平面形，栽培盘14放置在硬质吸水材料2上，栽培盘14底部紧贴着硬质吸水材料2上部平面，在接触到硬质吸水材料2的部分设置有网格状排列的吸水孔15，基质3放置在硬质吸水材料2上部和栽培盘14内，基质3通过吸水孔15与硬质吸水材料2接触，在接触面上，相互连通连续孔隙和毛细管。

硬质吸水材料2下部是纵横沟槽形，作用与实施例5相同，不再赘述。这里的栽培盘14是生产上常用的育苗盘形状结构，可以很方便地在硬质吸水材料2上放置或取下，适用于饲草、叶菜类、芽苗菜栽培和基质育苗等。

水或营养液吸收和输送的具体过程、矿物质营养元素的放置方法和水位管理同实施例1。

实施例9

如图27所示，为一种吸水式无土栽培装置的自动化供、排水或营养液系统。采用了实施例6的吸水式无土栽培装置，所不同的是，用水位传感器28取代了水位计。由储液池25、水泵26、管道17、电磁阀27、水位传感器28、控制器29及相关线路组成自动化供、排水或营养液系统；储液池25中盛着水或营养液5，用管道17顺序联接储液池25、水泵26、电磁阀27和吸水式无土栽培装置24的盛水容器，盛水容器之间也用管道17联接在一起，一般几十个盛水容器联接成为一组；水位传感器28安装在盛水容器一侧的管道17上；信号线30和控制线31组成相关线路，水位传感器28通过信号线30、电磁阀27和水泵26通过控制线31分别联接到控制器29；控制器29接受水位传感器28的水位信号，控制电磁阀27和水泵26的运行。

盛水容器之间用管道17联接在一起，一般几十个盛水容器联接成为一组，多组或许多组还能继续联接到栽培系统中。

控制器29一般由计算机及内部控制程序和相关电路组成，既能够对栽培系统中的一组盛水容器实施控制，又可以对多组或许多组盛水容器实施多路分时控制。计算机多路分时控制为已有技术，不再赘述。

水泵26为双向型，正向运转为供水，反向运转为排水。

以控制器29对栽培系统中的一组盛水容器实施控制为例，自动化供、排水或营养液系统的运行过程如下：

首先假设：吸水式无土栽培装置24中种植了农作物，盛水容器中水或营养液5液面处于所设定的供水下限水位值或供水下限水位值以下，储液池25中的水或营养液5充足，控制器29的控制程序已设定完毕，系统已通电，整个系统正常运行。

安装在盛水容器一侧管道17上的水位传感器28，由于有管道17与盛水容器直接联接，所以与盛水容器中的水位始终保持一致；水位传感器28时刻探测水位的变化，将探测到的水位信号通过信号线30传送到控制器29，控制器29将接收到的水位信号经过处理，变成水位值，与人们预先设定在控制器29程序中的水位值进行比较；经过比较，水位值低于或等于程序设定的供水下限水位值，启动供水的条件成立，控制器29启动供水程序，分别通过控制线31控制水泵26正向运转，同时打开电磁阀27；水泵26通过管道17吸取储液池25中的水或营养液5，使水或营养液5产生压力，迫使其在管道17中流动，经过已开启的电磁阀27、管道17进入盛水容器中，盛水容器中的水位快速上升；水位传感器28不断地将探测到的水位变化通过信号线30传送到控制器29，控制器29将接收到的水位信号经过处理，变成水位值，不断与人们预先设定在控制器29程序中的供水上限水位值进行比较，当水位上升到程序设定的供水上限水位值时，停止供水的条件成立，控制器29终止供水程序，分别通过控制线31关闭水泵26和电磁阀27；随着水或营养液5被所种作物吸收利用和经其它途径蒸发后，盛水容器中水或营养液5液面逐渐下降，经过一段时间后，当水位传感器28探测到水位下降到程序设定的供水下限水位值时，启动供水的条件成立，再次启动供水程序；就这样周而复始地循环往复。

当吸水式无土栽培装置24放置在露天环境下栽培作物，如遇雨水过多，造成盛水容器中水或营养液5的水位过高，超过栽培上的需要，必须排除多余的水或营养液5，使水位回归正常状态，并将这些水或营养液5通过管道17回收到储液池25中。排水的运行过程为：当盛水容器中的水位，随着降雨过程上升到程序设定的供水上限水位值以后，此时供水程序肯定处于终止状态；如果水位继续上升，当水位传感器28探测到水位上升到程序设定的排水上限水位值时，启动排水的条件成立，控制器29启动排水程序，分别通过控制线31控制水泵26反向运转，同时打开电磁阀27；水泵26通过已开启的电磁阀27、管道17吸取盛水容器中的水或营养液5，迫使其经过水泵26从管道17流入储液池25中，盛水容器中的水位快速下降；经过一段时间以后，当水位下降到程序设定的供水上、下限水位值之间，接近下限水位值，且肯定不会启动供水程序的某个位置，这个位置就是程序设定的排水下限水位值，当这个排水下限水位值被水位传感器28探测到，停止排水的条件成立，控制器29终止排水程序，分别通过控制线31关闭水泵26和电磁阀27；如果此后降雨过程还未结束，盛水容器中的水位又开始重新上升，当水位传感器28探测到水位上升到程序设定的排水上限水位值时，启动排水的条件成立，控制器29再次启动排水程序；就这样周而复始地循环往复，直到降雨过程结束。排水的上、下限水位值一般比供水的上、下限水位值高出一个安全的、较小的幅度，目的是保证供、排水程序运行部分不重叠、不会被误启动，并使水位保持在合理范围内。

通过对供、排水或营养液5的自动化控制，使盛水容器中的水或营养液5保持在设定的水位范围内。

水位管理与实施例1原理相同，方法类似，所不同的是，盛水容器1中的水位由人工控制改为由自动化供、排水或营养液系统进行自动控制。

这种吸水式无土栽培装置的自动化供、排水或营养液系统，适用于规模化无土栽培、城市楼顶绿化等场合，设备投入及运行成本虽然相对较高，但可以比较准确地控制基质含水率，既可以实施供水，又可以排水，并收集雨水，实现自动化科学管理。

实施例10

如图28、29所示。硬质吸水材料2的上部有一个四边高，中间低的凹槽，在凹槽下部排列着长条形小凹槽，在硬质吸水材料2上部凹槽里面放置基质3，在基质3上种植作物；由轻质材料或空心材料制作浮板32，轻质材料一般为硬质泡沫塑料，空心材料一般为塑料空心体；根据硬质吸水材料2的外形制作浮板32上部的凹槽，凹槽的底部设置有进水孔33，进水孔33穿过浮板32；硬质吸水材料2、基质3连同所种作物放置在浮板32上部的凹槽中，硬质吸水材料2的底面紧贴着浮板32上凹槽的底面；盛水容器1中盛着水或营养液5，浮板32承载硬质吸水材料2、基质3和所种作物，浮在水或营养液5上，水或营养液5从进水孔33进入到浮板32的上部凹槽内；浮板32的浮力大小应控制在既能使硬质吸水材料2始终部分浸在水或营养液5中，又不能在硬质吸水材料2上部凹槽内产生积水。

硬质吸水材料2上部凹槽内的下部排列的长条形小凹槽的作用：一是减少根垫产生，二是增加硬质吸水材料2与基质3之间的接触面积，提高基质吸水速度。

水或营养液吸收和输送的具体过程和矿物质营养元素的放置方法同实施例1。

和实施例1-9比较，本实施例特殊性在于，吸水式无土栽培装置漂浮在水或营养液5上栽培，水或营养液5液面到基质3的垂直距离的变化方式也有所不同。作物在基质3上种植后，随着作物的生长，作物重量随之增加，增加的重量使浮板32连同硬质吸水材料2和基质3以及所种作物一起下沉，作物重量增加越多，下沉越严重，水或营养液5液面到基质3的垂直距离由大变小，基质3的含水率呈现前低后高的状态。通过浮力→水或营养液5液面到基质3的垂直距离→基质含水率的作用关系，只要将浮板32的浮力调整到对应基质3处于所种作物生长发育中期所需要的最佳含水率状态即可，这样在生长发育前期，基质3含水率偏低，生长发育中后期，基质3含水率偏高，也符合作物生长前期需水或营养液较少，生长中后期需水或营养液较多的实际需要。

水位管理方法如下：向盛水容器1中加水或营养液5，并保持在水位刻度线4上、下限范围内即可，水位的下限位置必须保证浮板32连同硬质吸水材料2和基质3以及所种作物始终浮在水或营养液5上。

必须注意：由于本实施例所述的吸水式无土栽培装置是漂浮在水或营养液5上栽培，盛水容器1底到基质3的垂直高度是不确定的，水位与水或营养液5液面到基质3的垂直距离就不存在反向关系，那么，水位在水位刻度线范围内与基质3的含水率也就不存在任何关系。水位管理的目的，只是使浮板32连同硬质吸水材料2和基质3以及所种作物始终浮在水或营养液5上。

如果需要调整基质3的含水率，可以采用制造波浪的方法，波浪会沿着进水孔33传导至浮板32上部凹槽及放置在凹槽中的硬质吸水材料2，波浪越高，浪顶与基质3的垂直距离就越小，基质3含水率就越高，反之，就越低，如果没有波浪则最低。这种方法，只能提高基质3含水率，不能降低，特别适用于生长前期和中期。可以采用电动机减速后带动摆锤转动击打水面的方法制造波浪。

如果将自然界中的水库、湖泊、江河等水体作为盛水容器1，如果这些水体容量大，深度深，就可以免除向盛水容器1中加水或营养液5，以及使液面保持在水位刻度线4上、下限范围之内的栽培管理过程，同时可以集中放置数量较多的漂浮吸水式无土栽培装置。

这种漂浮吸水式无土栽培装置，适宜生长期较短、生物体重量较轻的叶菜类、芽苗菜等的栽培以及基质育苗等。适用于从小型到中、大型的水体条件，如：池塘、水库、湖泊、江河等，在这种环境条件下栽培，可以根据自然水体的养分状况，在基质中均匀施入所需种类和数量的矿物质营养元素，可以充分利用水面，实现立体种植和养殖，节省土地资源，治理水体富营养化污染。

实施例11

如图30、31、32所示。根据栽培盘14形状制作硬质吸水材料2，栽培盘14上部敞口，底为平面形，硬质吸水材料2的上部和下部也都制作成平面形，分别与栽培盘14底部和浮板32上的凹槽底部的平面形在形状、大小上一致；由空心材料制作浮板32，其内部是封闭空腔36；根据硬质吸水材料2和栽培盘14的外形制作浮板32上部的凹槽，凹槽的底部设置有进水孔33，硬质吸水材料2放置在浮板32上部凹槽内，硬质吸水材料2的底面紧贴着浮板32上的凹槽底面；栽培盘14放置在硬质吸水材料2上，栽培盘14底部紧贴着硬质吸水材料2上部平面，在接触到硬质吸水材料2的部分设置有网格状排列的吸水孔15；基质3放置在硬质吸水材料2上部和栽培盘14内，基质3通过吸水孔15与硬质吸水材料2接触，在接触面上，相互连通连续孔隙和毛细管；在基质3上种植作物。由空心材料制作浮体34，位于浮板32的下方，两者固定在一起，成为一个整体；浮体34内含有空腔37，在空腔37上设置有通向外部的管道接口16和管道口35，除管道接口16和管道口35以外，其余部分处于封闭状态；设置在空腔37顶部的管道接口16，穿过浮板32，并位于其上，在管道接口16上安装管道17，压力空气从管道17进入或流出空腔37；设置在空腔37底部的管道口35位于水或营养液5中，水或营养液5从管道口35进入或流出空腔37。进水孔33穿越浮体34和浮板32，能够使水或营养液5从进水孔33进入到浮板32上部凹槽内，使硬质吸水材料2部分浸在水或营养液5中。

水或营养液吸收和输送的具体过程和矿物质营养元素的放置方法同实施例1。

水位管理方法如下：向盛水容器1中加水或营养液5，并保持在水位刻度线4上、下限范围内即可，水位的下限位置必须保证浮体34、浮板32连同硬质吸水材料2和基质3以及所种作物始终漂浮在水或营养液5上。

由浮板32提供基本浮力，浮体34提供可变浮力。由于浮体34位于浮板32的下方，两者固定在一起，成为一个整体，所以浮体34所产生的浮力就施加在浮板32上。如果浮体位于浮板的周围，只要使浮体所产生的浮力均衡地施加在浮板上即可，方法较多，也容易做到，不再赘述。

浮体34改变浮力的原理如下：如果降低浮体34空腔37内的空气压力，空腔37内的压力空气从管道17流出，形成外高内低的压力差，水或营养液5就从管道口35进入空腔37内，使空腔37内水或营养液5比例增加，空气比例下降，浮力降低；反之，浮力增加。

改变基质含水率的原理如下：通过调节空气压力，改变了浮体34的浮力，浮体34的浮力施加在浮板32上，浮板32受到浮体34向上的托举力随之改变，也就改变了水或营养液5液面到基质3的垂直距离，引起基质3含水率的变化。

压力空气管理方法如下：根据作物生长发育需要，通过压力空气→浮体的浮力→浮板受到的托举力→水或营养液5液面到基质3的垂直距离→基质含水率的控制过程，将空气压力设定在对应基质3处于所种作物生长发育所需要的最佳含水率状态。另外，使基质3的含水率处于饱和状态或较低水平的方法及应用与实施例1类似，不再赘述。

这种漂浮吸水式无土栽培装置，可以比较准确地控制基质含水率，适宜栽培条件要求较高、生长期较长、生物体较重的农作物栽培。

实施例12

如图33所示，为一种浮体的自动化压力空气系统。采用了施例11的浮体及漂浮吸水式无土栽培装置。由水坝38拦蓄形成水体41，水坝38就相当于盛水容器，水体41就相当于水或营养液，漂浮吸水式无土栽培装置42漂浮在水体41上。由空气压缩机39、管道17、电磁阀27、压力传感器40、控制器29及相关线路组成自动化压力空气系统；用管道17顺序联接空气压缩机39、电磁阀27和与漂浮吸水式无土栽培装置42固定在一起的浮体，浮体之间也用管道17联接在一起，一般几十个浮体联接成为一组；压力传感器40安装在浮体一侧的管道上17上，信号线30和控制线31组成相关线路，压力传感器40通过信号线30、电磁阀27通过控制线31分别联接到控制器29；控制器29接收压力传感器40的压力信号，控制电磁阀27的运行，保持或改变浮体空腔内的空气压力。

浮体之间用管道17联接在一起，一般几十个浮体联接成为一组，多组或许多组还能继续联接到栽培系统中。

控制器29一般由计算机及内部控制程序和相关电路组成，既能够对栽培系统中的一组浮体实施控制，又可以对多组或许多组浮体实施多路分时控制。计算机多路分时控制为已有技术，不再赘述。

一般在组内，所种作物的品种、种类、栽培时期和栽培方法、无土栽培装置42的材料、尺寸和规格、使用矿物质营养元素的种类、数量和放置方法、基质的种类及放置厚度等都应相同，并将组内无土栽培装置42在相同的高度，相互之间及四周进行机械连接，经机械连接后的整体形状以正方形或长方形为好。目的是，如果出现诸如所种作物生长速度不一致、无土栽培装置42的重心出现偏差、遇到风浪等问题的时候，在组内无土栽培装置42之间通过机械连接，相互牵制的作用下，使漂浮状态趋于一致，可以有效地克服由于重量和浮力不均匀带来的各种问题。

空气压缩机39为自动运行，即：开启后，处于压力下限开始运行，到达压力上限停止运行，循环往复。

一般情况下，管道17、管道接口及其它相关部分，由于传输距离远，分布范围广，不可能做到百分之百密封，总有空气泄漏。所以，通过控制电磁阀27的打开和关闭，不断地补充压力空气，以设定的压力值为中心，上下浮动，可以使空气压力保持在设定范围内。如果要改变空气压力，相对应地，电磁阀27的打开时间较长，关闭时间较短，就增加空气压力；反之，就降低空气压力。

压力空气管理方法如下：根据作物生长发育需要，通过压力空气→浮体的浮力→浮板受到的托举力→水体41液面到基质的垂直距离→基质含水率的控制过程，将空气压力设定在对应基质处于所种作物生长发育所需要的最佳含水率为中心，上下浮动。另外，使基质的含水率处于饱和状态或较低水平的方法及应用与实施例1类似，不再赘述。

以控制器29对栽培系统中的一组浮体实施控制为例，自动化压力空气系统的运行过程如下：

首先假设：漂浮吸水式无土栽培装置42中种植了农作物，水体41的水深满足漂浮吸水式无土栽培装置42、浮体和所种作物的要求，管道17、管道接口及其它相关部分存在轻微泄露，漂浮吸水式无土栽培装置42漂浮在水体41上，漂浮状态是水体41的水面与基质的垂直距离等于或低于设定的下限，与此相对应，浮体空腔内的空气压力等于或低于程序中设定的增压下限压力值，控制器29的控制程序已设定完毕，系统已通电，空气压缩机39已开启，整个系统正常运行。

空气压缩机39运转产生压力空气，压力空气通过管道17到达电磁阀27；安装在浮体一侧管道17上的压力传感器40，由于有管道17与浮体空腔直接联接，所以两者空气压力相同；压力传感器40时刻探测空气压力的变化，将探测到的压力信号通过信号线30传送到控制器29，控制器29将接收到的压力信号经过处理，变成压力值，与人们预先设定在程序中的压力值进行比较；经过比较，压力值等于或低于程序中设定的增压下限压力值，启动增压的条件成立，控制器29启动增压程序，通过控制线31打开电磁阀27，压力空气经电磁阀27、管道17进入浮体的空腔内，使空腔内的压力快速上升；压力传感器40不断地将探测到的空气压力的变化通过信号线30传送到控制器29，控制器29将接收到的压力信号经过处理，变成压力值，不断与人们预先设定在程序中的增压上限压力值进行比较，当压力上升到程序设定的增压上限压力值时，停止增压的条件成立，控制器29终止增压程序，通过控制线31关闭电磁阀27；随着压力空气在管道17、管道接口及其它相关部分的不断泄露，浮体空腔内空气压力逐渐下降，经过一段时间后，当压力传感器40探测到浮体空腔内的空气压力下降到程序设定的增压下限值压力时，启动增压的条件成立，控制器29再次启动增压程序；就这样周而复始地循环往复。随着种植在漂浮吸水式无土栽培装置42上农作物的不断生长，通过定期提高控制程序中的增压上、下限压力值，增加的浮力与农作物所增加的重量相互抵消，使水体41液面到基质的垂直距离保持基本稳定。通过对压力空气的自动化控制，使漂浮吸水式无土栽培装置42中的基质含水率保持在需要的范围内。

这种浮体的自动化压力空气系统适用于规模化水面无土栽培场合，虽然设备投入及运行成本相对较高，但可以比较准确地控制基质含水率，实现自动化科学管理。

Claims (13)

1.一种吸水式无土栽培装置，由盛水容器、吸水材料组成，其特征在于，所述盛水容器中盛着水或营养液，所述吸水材料为硬质吸水材料，硬质吸水材料部分浸在水或营养液中，基质放置在硬质吸水材料上部。

2.根据权利要求1所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，矿物质营养元素被溶于水中，或被放置在硬质吸水材料中，或被均匀地置于基质中。

3.根据权利要求1或2所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，在盛水容器上设置有水位刻度线或水位计。

4.根据权利要求1或2所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，所述硬质吸水材料是两种吸水材料的组合体，位于组合体上部或位于组合体上部并延续到其它部分的是一种硬质吸水材料，另一种吸水材料位于组合体的其余部分，两种吸水材料之间各自有一部分被紧密接触。

5.根据权利要求1或2所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，根据栽培盘形状制作硬质吸水材料，所述栽培盘上部敞口，下部设置有吸水孔，其内由下至上分别放置硬质吸水材料和基质，位于盛水容器中。

6.根据权利要求1或2所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，根据栽培盘形状制作硬质吸水材料，所述栽培盘上部敞口，下部设置有吸水孔，硬质吸水材料相关部分尺寸比吸水孔尺寸小5%～30%，栽培盘放置在硬质吸水材料上，硬质吸水材料上部穿过吸水孔伸入到栽培盘内，基质放置在硬质吸水材料上部和栽培盘内。

7.根据权利要求1或2所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，根据栽培盘形状制作硬质吸水材料，所述栽培盘上部敞口，下部设置有吸水孔，硬质吸水材料相关部分尺寸比吸水孔尺寸小0%～20%，硬质吸水材料下部穿过吸水孔，位于吸水孔中及以下，硬质吸水材料上部卡在吸水孔之上，位于栽培盘内，栽培盘放置在盛水容器上，基质放置在硬质吸水材料上部和栽培盘内。

8.根据权利要求1或2所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，根据栽培盘形状制作硬质吸水材料，所述栽培盘上部敞口，栽培盘放置在硬质吸水材料上，在接触到硬质吸水材料的部分设置有吸水孔，基质放置在硬质吸水材料上部和栽培盘内。

9.根据权利要求1或2所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，在盛水容器上设置有管道接口，在管道接口上安装管道，水或营养液从管道进入或流出盛水容器。

10.根据权利要求9所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，由储液池、水泵、管道、电磁阀、水位传感器、控制器及相关线路组成自动化供、排水或营养液系统；储液池中盛着水或营养液，用管道顺序联接储液池、水泵、电磁阀和盛水容器，盛水容器之间也用管道联接在一起，水位传感器安装在盛水容器一侧的管道上，水位传感器、电磁阀、水泵分别通过相关线路联接到控制器；控制器接收水位传感器的水位信号，控制电磁阀和水泵的运行。

11.根据权利要求1或2所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，由轻质材料或空心材料制作浮板，所述浮板承载硬质吸水材料、基质和所种作物，浮在水或营养液上，在浮板上设置有进水孔。

12.根据权利要求11所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，由空心材料制作浮体，所述浮体内含有空腔，所述空腔上设置有通向外部的管道接口和管道口，在管道接口上安装管道，压力空气从管道进入或流出空腔，管道口位于水或营养液中，水或营养液从管道口进入或流出空腔；浮体位于浮板的下方或周围，所产生的浮力施加在浮板上。

13.根据权利要求12所述的吸水式无土栽培装置，其特征在于，由空气压缩机、管道、电磁阀、压力传感器、控制器及相关线路组成自动化压力空气系统；用管道顺序联接空气压缩机、电磁阀和浮体，浮体之间也用管道联接在一起，压力传感器安装在浮体一侧的管道上，压力传感器、电磁阀分别通过相关线路联接到控制器；控制器接收压力传感器的压力信号，控制电磁阀的运行。

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