CN104221834A - 通气栽培装置及栽培系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通气栽培装置及栽培系统，该通气栽培装置包括用于盛装栽培基质的槽体，所述槽体的底面为拱形，拱顶朝上，所述槽体的底面设有通气孔，所述栽培基质中还设有与所述通气孔相连的通气管，所述通气管上设置有透气孔。本发明可实现封闭式栽培基质内部环境与外界环境的相通，改善栽培基质中作物根系的通气状况，减少根际传染病的发生。

Description

通气栽培装置及栽培系统
技术领域
本发明涉及农业无土栽培技术领域，尤其涉及一种通气栽培装置及栽培系统。
背景技术
无土栽培是当今世界上最先进的栽培技术，而基质栽培是无土栽培中推广面积最大的一种栽培模式，可占无土栽培面积的90％以上。基质栽培具有省工省力、节水节肥、优质高效以及避免连作障碍等优点，已被广大农民所认可。基质栽培常被分为开放式和封闭式两大类，在开放式基质栽培系统中，营养液不被循环利用，除作物吸收外，多余的营养液排放到环境中，对土壤、地表水以及地下水等造成一定污染。而封闭式基质栽培中的营养液可循环利用，避免了对环境的污染。因此，封闭式基质栽培逐渐取代开放式基质栽培成为我国无土栽培的主要形式。
封闭式基质栽培系统也面临有许多问题。首先是基质的内部环境常处于相对静态，使得某些有毒物质局部浓度过高，导致对根系的伤害。特别是设施栽培条件下，通风和透光性能差，通气不良往往引起基质中二氧化碳浓度过高以及氧气浓度过低，好气性微生物活动和根系生长均受到抑制。而且厌氧环境也导致许多还原性有毒气体的产生，如SO2、H2S、NO2等，进而急剧增加基质中根系病害的传播风险。其次是病虫害传播严重，营养液在使用过程中滋生有很多细菌，并在营养液中迅速扩散，诱发根部病害，不仅影响作物的产量和品质，也造成了营养液的浪费。所以营养液必须进行彻底的灭菌消毒才可被循环使用，否则一旦有植株感染根传病害，病原将会在整个栽培系统内传播，造成毁灭性的损失。由此可见，植株根系环境的通气以及营养液的消毒在封闭式基质栽培系统中显得非常重要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种通气栽培装置及栽培系统，能够改善栽培基质中作物根系的通气状况，减少根际传染病的发生。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种通气栽培装置，包括用于盛装栽培基质的槽体，所述槽体的底面为拱形，拱顶朝上，所述槽体的底面设有通气孔，所述栽培基质中还设有与所述通气孔相连的通气管，所述通气管上设置有透气孔。
进一步地，所述通气管为T型状。
进一步地，所述通气管上设置有多个均匀分布的透气孔，所述透气孔的直径为0.2cm～0.5cm，且任意相邻两个透气孔的间距为3cm～6cm。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种栽培系统，包括控制单元、集液池、消毒池、供液池以及上述的通气栽培装置；
所述集液池与所述通气栽培装置以及所述消毒池相连，用于存储从所述通气栽培装置中回收的营养液，以及在所述控制单元的控制下将所述存储的营养液输送至所述消毒池；
所述消毒池与所述供液池相连，用于在所述控制单元的控制下对所述消毒池中的营养液进行臭氧消毒，以及将所述臭氧消毒后的营养液输送至所述供液池；
所述供液池与所述通气栽培装置相连，用于在所述控制单元的控制下将所述供液池中的营养液输送至所述通气栽培装置中的栽培基质。
进一步地，所述槽体中还盛装有位于所述栽培基质下方的海沙，所述栽培基质与所述海沙之间设有一层纱网，所述海沙底部还设有排液管，所述排液管上设有渗水孔，所述排液管的一端封闭，另一端与所述集液池相连，通过所述排液管回收所述通气栽培装置中的营养液，并将所述回收的营养液输送至所述集液池中进行存储。
进一步地，所述排液管外壁还包裹有尼龙网布，所述排液管的封闭一端高于与所述集液池相连的另一端。
进一步地，所述排液管的另一端通过回液电磁阀与所述集液池相连，所述集液池中设置有集液池液位传感器，当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位小于或等于第一液位时，所述控制单元控制所述回液电磁阀打开以便将通过所述排液管回收的营养液输送至所述集液池中，当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位大于第一液位时，所述控制单元控制所述回液电磁阀关闭。
进一步地，所述集液池通过集液池潜水泵以及过滤器将所述集液池存储的营养液输送至所述消毒池，所述消毒池中设置有消毒池液位传感器，所述消毒池通过消毒池潜水泵将所述臭氧消毒后的营养液输送至所述供液池，当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位高于第二液位时且所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位低于第三液位时，所述控制单元控制所述集液池潜水泵开启以将所述集液池存储的营养液输送至所述消毒池，否则关闭所述集液池潜水泵，当所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位不低于第三液位时，所述控制单元控制臭氧消毒机对所述消毒池中的营养液进行臭氧消毒，待预设时间的臭氧消毒后，所述控制单元控制所述消毒池潜水泵将臭氧消毒后的营养液输送至所述供液池，当所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位不高于第四液位时，所述控制单元控制所述消毒池潜水泵关闭，所述第二液位低于所述第一液位，所述第四液位低于所述第三液位。
进一步地，所述供液池、所述消毒池以及所述集液池均布置于地面下的土体中。
进一步地，所述供液池中设置有供液水泵，所述栽培基质上方布置有与所述供液水泵相连的压力补偿式滴管带，所述压力补偿式滴管带上设置有多个等间距分布的滴头，通过所述供液水泵以及所述压力补偿式滴管带将所述供液池中的营养液输送至所述栽培基质中。
(三)有益效果
本发明有效解决了封闭式栽培通气及营养液循环消毒利用等技术问题，可实现封闭式栽培基质内部环境与外界环境的相通，改善作物根系的通气状况，提高了营养液的循环利用的质量，保障了营养液的安全，且系统的自动化程度较高，操作简单，运行稳定，对降低劳动强度、控制基质和营养液中根传病虫害的传播均具有积极作用。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种通气栽培装置的示意图；
图2是本发明实施方式提供的一种栽培系统的示意图；
图3是本发明实施方式提供的栽培系统进行臭氧消毒的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明实施方式提供的一种通气栽培装置的示意图，该通气栽培装置包括用于盛装栽培基质2的槽体1，所述槽体的底面为拱形，拱顶朝上，所述槽体的底面设有通气孔8，所述栽培基质中还设有与所述通气孔8相连的通气管9，所述通气管9上设置有透气孔10。其中，通气孔8的直径可以为2cm～3cm，通过该通气管使栽培基质内部环境与外界环境相通，实现气体的自由流通与交换，从而改善栽培基质中作物根系的通气状况，减少根际传染病的发生。
优选地，上述通气管9可以为T型状，通气孔8可设置于槽体底面的拱顶上。
优选地，可以在通气管9上设置多个均匀分布的透气孔10，透气孔10的直径为0.2cm～0.5cm，且任意相邻两个透气孔的间距为3cm～6cm。
其中，槽体1的材质可以为UPVC，通气栽培装置的高可以为40cm，宽度为30cm，底部呈拱形，拱顶高15cm，单个通气栽培装置的长度可以为400cm，相邻两个通气栽培装置的摆放间距可以为60cm，具体可以根据需求及栽培作物的种类改变其长度和间距。
参见图2，图2是本发明实施方式提供的一种栽培系统的示意图，该栽培系统包括控制单元33、集液池20、消毒池28、供液池13以及上述的通气栽培装置；
其中，所述集液池与所述通气栽培装置以及所述消毒池相连，用于存储从所述通气栽培装置中回收的营养液，以及在所述控制单元的控制下将所述存储的营养液输送至所述消毒池；
所述消毒池与所述供液池相连，用于在所述控制单元的控制下对所述消毒池中的营养液进行臭氧消毒，以及将所述臭氧消毒后的营养液输送至所述供液池；
所述供液池与所述通气栽培装置相连，用于在所述控制单元的控制下将所述供液池中的营养液输送至所述通气栽培装置中的栽培基质。
上述的供液池13，通气栽培装置，集液池20以及消毒池27组成营养液循环管路，通过该营养液循环管路可以对栽培装置中的营养液进行臭氧消毒，臭氧是一种非常强的氧化剂，几乎可以与所有活体组织发生氧化反应。它在水中的溶解度为氧的10倍，如果有足够的曝气时间和浓度，可以杀灭水中的所有有机体。臭氧无论在气体状态还是溶解于水的状态，都极易分解为氧气或单个氧原子，而且消毒完成后多余的臭氧可在数小时内完全分解，不存在任何有毒残留物，不会对环境造成二次污染，被称为“理想的绿色消毒剂”。
具体地，参见图1，通气栽培装置的槽体1中还盛装有位于栽培基质2下方的海沙3，栽培基质2与所述海沙3之间设有一层纱网4，纱网的孔径可以为0.015cm，所述海沙底部还设有排液管5，所述排液管上设有渗水孔6，所述排液管的一端封闭，另一端与所述集液池相连，例如，可在两侧海沙底部各埋设一根排液管，通过所述排液管回收所述通气栽培装置中的营养液，并将所述回收的营养液输送至所述集液池中进行存储。
优选地，所述排液管5外壁还包裹有尼龙网布7，所述排液管的封闭一端高于与所述集液池相连的另一端，排液管5可以呈4-8‰倾斜度布置，例如可以呈5‰倾斜度布置。
具体地，参见图2，槽体1中的排液管5伸出槽外一端连接排液阀17，并通过回液电磁阀19与所述集液池相连，所述集液池中设置有集液池液位传感器22，排液阀17可以为内径20mm的球阀，未被作物吸收利用的营养液由排液阀17经排液主管道18和回液电磁阀19回流至集液池20，其中，所述排液主管道18可以为内径25mm的PVC管，其封闭一端较敞口一端要高，具体可以呈5-10‰倾斜度布置，例如可以呈8‰的倾斜度布置，通过异径三通与排液阀17连接。
优选地，所述供液池13、所述消毒池27以及所述集液池20均布置于地面下的土体中，并在其上口设置封盖21，距地面10cm左右，利用土壤的热容量较空气大的特点，减缓循环营养液的温度随空气温度的变化而剧烈变化。供液池13可以为100cm×100cm×100cm的正方体水箱，供液池13中设置有供液水泵14，所述栽培基质上方布置有与所述供液水泵14相连的压力补偿式滴管带11，所述压力补偿式滴管带上设置有多个等间距分布的滴头，滴头间距可以为10cm，其上覆盖有塑料薄膜12，通过所述供液水泵以及所述压力补偿式滴管带将所述供液池中的营养液输送至所述栽培基质中。具体地，参见图2，供液池13通过灌溉主管路15以及灌溉电磁阀16与滴灌带11连接。所述灌溉主管路15为内径25mm的PVC给水管。所述灌溉电磁阀16为内径20mm的常闭式电磁阀，通过异径三通与灌溉主管路15连接。
其中，所述集液池20为长宽高分别为80cm、60cm、和100cm的水箱，其内部设有集液池液位传感器22和集液池潜水泵23，所述集液池潜水泵23的出水口通过过滤器25与消毒池28连接，所述过滤器25为叠片式过滤器，集液池20通过集液池潜水泵23以及过滤器25将所述集液池存储的营养液输送至所述消毒池28，通过过滤器25在利用臭氧杀菌消毒之前对营养液进行过滤，防止较大的颗粒物影响臭氧的杀菌消毒效果。
消毒池28可以为长宽高分别为60cm、40cm、和100cm的水箱，其内部设有消毒池潜水泵29和消毒池液位传感器32，利用臭氧消毒机26为消毒池28内的回收营养液进行消毒，臭氧消毒机26的出气量可以为20g/h，通过塑料软管27与消毒池28连接，塑料软管27的末端连接有六通塑料分配器30，所述六通塑料分配器连接有曝气头31，以提高臭氧水的形成速度，经臭氧杀菌消毒后的营养液由消毒池潜水泵29进入供液池13，进而形成一个封闭式循环管路。
其中，控制单元33通过线路24与各潜水泵和液位传感器相连，控制单元的控制方法如图3所示，当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位小于或等于第一液位时，所述控制单元控制所述回液电磁阀打开以便将通过所述排液管回收的营养液输送至所述集液池中，当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位大于第一液位时，所述控制单元控制所述回液电磁阀关闭。
当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位高于第二液位时且所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位低于第三液位时，所述控制单元控制所述集液池潜水泵开启以将所述集液池存储的营养液输送至所述消毒池，否则关闭所述集液池潜水泵，当所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位不低于第三液位时，所述控制单元控制臭氧消毒机对所述消毒池中的营养液进行臭氧消毒，待预设时间的臭氧消毒后，所述控制单元控制所述消毒池潜水泵将臭氧消毒后的营养液输送至所述供液池，当所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位不高于第四液位时，所述控制单元控制所述消毒池潜水泵关闭，所述第二液位低于所述第一液位，所述第四液位低于所述第三液位，例如，第二液位与第四液位均可以为20cm，第一液位与第三液位均可以为80cm。
具体地，可根据消毒池内回收液的体积和臭氧消毒机出气量设定臭氧消毒机每次的开启时间。消毒池潜水泵则在臭氧消毒机关闭6-8h后启动，经过滤、消毒后的回收营养液进入供液池，被再次供给作物吸收利用，继而完成一次营养液的过滤和消毒过程。例如，具体的杀菌消毒时间为10min，回收液残余臭氧浓度可达到0.5-0.7mg/L，研究表明，当营养液中残余臭氧浓度为0.6mg/L，接触时间5min时，臭氧对黄瓜枯萎病的杀灭率能达到100％，当臭氧消毒机26关闭8h后，消毒池潜水泵29可启动。研究认为，臭氧对营养液中的病原真菌和病原细菌有很强的杀灭能力，但经臭氧处理后的营养液不能立即用于植物栽培。当消毒池液位低于或等于第四液位时，消毒池潜水泵29关闭，进入下一次营养液循环消毒过程。
由此，经过滤、消毒后的回收液进入供液池13，被再次供给作物吸收利用。从而完成一次营养液的利用、过滤、回收及消毒过程。
通过本发明的栽培系统进行的黄瓜生产表明，黄瓜产量达4971.5kg/667m2，提高了9.9％，且黄瓜采摘早、次数多、果形好。
本发明有效解决了封闭式栽培通气及营养液循环消毒利用等技术问题，可实现封闭式栽培基质内部环境与外界环境的相通，改善作物根系的通气状况，提高了营养液的循环利用质量，保障了营养液的安全，且该系统的自动化程度较高，操作简单，运行稳定，对降低劳动强度、控制基质和营养液中根传病虫害的传播均具有积极作用。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种通气栽培装置，其特征在于，包括用于盛装栽培基质的槽体，所述槽体的底面为拱形，拱顶朝上，所述槽体的底面设有通气孔，所述栽培基质中还设有与所述通气孔相连的通气管，所述通气管上设置有透气孔。
2.根据权利要求1所述的通气栽培装置，其特征在于，所述通气管为T型状。
3.根据权利要求1或2所述的通气栽培装置，其特征在于，所述通气管上设置有多个均匀分布的透气孔，所述透气孔的直径为0.2cm～0.5cm，且任意相邻两个透气孔的间距为3cm～6cm。
4.一种栽培系统，其特征在于，包括控制单元、集液池、消毒池、供液池以及如权利要求1至3任一所述的通气栽培装置；
所述集液池与所述通气栽培装置以及所述消毒池相连，用于存储从所述通气栽培装置中回收的营养液，以及在所述控制单元的控制下将所述存储的营养液输送至所述消毒池；
所述消毒池与所述供液池相连，用于在所述控制单元的控制下对所述消毒池中的营养液进行臭氧消毒，以及将所述臭氧消毒后的营养液输送至所述供液池；
所述供液池与所述通气栽培装置相连，用于在所述控制单元的控制下将所述供液池中的营养液输送至所述通气栽培装置中的栽培基质。
5.根据权利要求4所述的栽培系统，其特征在于，所述槽体中还盛装有位于所述栽培基质下方的海沙，所述栽培基质与所述海沙之间设有一层纱网，所述海沙底部还设有排液管，所述排液管上设有渗水孔，所述排液管的一端封闭，另一端与所述集液池相连，通过所述排液管回收所述通气栽培装置中的营养液，并将所述回收的营养液输送至所述集液池中进行存储。
6.根据权利要求5所述的栽培系统，其特征在于，所述排液管外壁还包裹有尼龙网布，所述排液管的封闭一端高于与所述集液池相连的另一端。
7.根据权利要求5所述的栽培系统，其特征在于，所述排液管的另一端通过回液电磁阀与所述集液池相连，所述集液池中设置有集液池液位传感器，当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位小于或等于第一液位时，所述控制单元控制所述回液电磁阀打开以便将通过所述排液管回收的营养液输送至所述集液池中，当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位大于第一液位时，所述控制单元控制所述回液电磁阀关闭。
8.根据权利要求7所述的栽培系统，其特征在于，所述集液池通过集液池潜水泵以及过滤器将所述集液池存储的营养液输送至所述消毒池，所述消毒池中设置有消毒池液位传感器，所述消毒池通过消毒池潜水泵将所述臭氧消毒后的营养液输送至所述供液池，当所述集液池液位传感器检测所述集液池中的液位高于第二液位时且所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位低于第三液位时，所述控制单元控制所述集液池潜水泵开启以将所述集液池存储的营养液输送至所述消毒池，否则关闭所述集液池潜水泵，当所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位不低于第三液位时，所述控制单元控制臭氧消毒机对所述消毒池中的营养液进行臭氧消毒，待预设时间的臭氧消毒后，所述控制单元控制所述消毒池潜水泵将臭氧消毒后的营养液输送至所述供液池，当所述消毒池液位传感器检测所述消毒池中的液位不高于第四液位时，所述控制单元控制所述消毒池潜水泵关闭，所述第二液位低于所述第一液位，所述第四液位低于所述第三液位。
9.根据权利要求4所述的栽培系统，其特征在于，所述供液池、所述消毒池以及所述集液池均布置于地面下的土体中。
10.根据权利要求4所述的栽培系统，其特征在于，所述供液池中设置有供液水泵，所述栽培基质上方布置有与所述供液水泵相连的压力补偿式滴管带，所述压力补偿式滴管带上设置有多个等间距分布的滴头，通过所述供液水泵以及所述压力补偿式滴管带将所述供液池中的营养液输送至所述栽培基质中。
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