CN105230463A - 一种潮汐式水培方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潮汐式水培方法及装置，方法包括穴盘育苗阶段和定植潮汐水培阶段，在所述定植水培阶段，通过控制营养液液位上涨，使定植板漂浮在营养液表面以满足在水面移动和适应低耗氧水培要求；通过液面下降使定植板下降被支撑在水培槽内，然后进一步降低液位使营养液液位底于定植板下表面使植物根系一部分位于营养液内一部分位于营养液至定植板下表面的空间。装置包括水培槽、定植板以及供液系统，水培槽内部容纳面积大于定植板面积，水培槽内设有用于支撑所述定植板的支撑件，支撑件的支撑高度低于所述水培槽的最大工作深度且大于最小工作深度。本发明能够增加营养液中溶氧，能够满足植株根系需氧，促进植株生长。

Description

一种潮汐式水培方法及装置

技术领域

本发明涉及植物种植领域，特别涉及一种潮汐式水培方法及水培装置。

背景技术

随着科技发展和社会进步，新型的农业栽培模式逐渐得到应用和推广。水培作为新型农业培养方式的一种，以其节约肥料、清洁方便的优势逐渐占领市场。

现有对叶菜进行水培的方法中：一种是采用定植板漂浮在水培槽液面上，由于漂浮的定植板很容易移动，因此可以采用较大面积的水培槽从而提高了空间利用率和降低成本，但不足之处是定植板（和定植杯）由于始终与营养液接触从而其下表面易生绿藻易，更为重要的是由于营养液中溶解氧含量低，对于需氧量大的植株或需养量大的生长阶段根部供养不足导致植株生长不良或者出现烂根现象，因此目前这种水培方式只适用于需氧量小的叶菜类。另一种水培方式是定植板固定在水培槽的营养液工作液面以上的位置，例如搭扣在水培槽上边缘，或者利用定植板下方的调节螺栓的吸盘吸附并支撑在水培槽底部，以使植物根系一部分进入营养液一部分在营养液以外以提高根部氧吸收量，但这种方式的不足是定植板均相对于水培槽固定，因此移动困难从而劳动强度大，特别是对于采用螺栓和吸盘固定的方式，还需要一个个地拔下吸盘，安装时还需要一个个按压吸盘以使其吸附在水培槽底，过大的劳动强度使得其应用受到了限制，并且为了便于搬动定植板进行定植和采收作业，需要在营养液槽之间留有操作通道，从而降低了土地平面及空间利用率，与浮板水培相比空间利用率降低了30-40%，是以牺牲空间利用率为代价以满足植物高需氧要求，通常的DFT水培和NFT水培技术土地平面利用率不足70%。

另外，在水培定植过程中，均包括育苗和移苗定植两个阶段，根据需要有的移苗定植阶段还需要经过一次分苗，以增大行株距满足不同阶段生长空间需要。然而移苗定植过程中，由于植物根系横向生长一般会超出育苗孔的直径范围，从育苗孔拔起并定植到等孔径的定植孔时，在起苗和植入过程中会不可避免地伤及根系，而且定植需要双手操作，耗时较多。为方便定植和避免伤根，一般会采用减少移苗次数的方式或在小苗时定植。这就要求在育苗完成后只进行一次移苗定植，育苗完全后的整体定植培养过程中不再进行分苗，但这样以定植后前半阶段的培养过程中由于植株稀疏从而使空间利用率相对较低，而且小苗定植至收获的周期相对延长，对于周年生产来说，就减少了茬次。

目前水培育苗采用两种方式，一种方式是采用剪切成方块便又部分连接的海绵或岩棉作为育苗床的育苗材料，铺设在育苗盘内。育苗完成需要向定植板定植时将一个个方块撕开，将带有秧苗的方块直接塞入定植板上的定植孔内。这种方式的不足时秧苗的根系会生长入相邻的方块内甚至相邻方块上的秧苗根系纠缠在一起，因此在分离方块进行分苗定植时会伤及根系，并且海绵或岩棉只是利用弹性嵌在定植板的定植孔内，其插入深浅不易控制且容易脱落。另一种方式是采用珍珠岩、蛭石等多孔颗粒状基质，在平育苗盘内育苗，育苗完成后将秧苗从育苗盘的颗粒状基质中提出并进行洗根，再用海绵或无纺布包裹后移植到定植杯内放入定植板的定植孔中，同样秧苗从育苗盘向定植板移植时也会伤及根系。

用于叶菜培养的现有水培方法为设立单个培养槽，多个培养槽之间需预留供操作人员行走操作空间，较浪费空间。尤其是进行温室培养时，更是大大增加成本，降低温室生产效率。

因此，为了解决上述空间浪费及成本增加的问题，产生了“大槽式”漂浮水培的方法，该方法为将培养槽设置到足够大，槽内放置水培营养液，使定植板漂浮在培养槽内进行培养，此种做法虽然能够充分利用空间，但是，由于培养槽过大，设施设置时施工难度大、维护困难，设施容易漏液而浪费营养液。此外，“大槽式”的漂浮水培的方法在使用过程中，由于定植板长期漂浮于槽内，营养液与定植板底面长期接触，容易滋生绿藻等，增加定植板的重量和体积，长时间以往，容易造成营养液缺氧，同时，也会使得植株的根系完全浸入缺氧的营养液，不利于植株生长，容易造成烂根的情况。对于此种情况，一般技术人员为间隔一定时间对绿藻进行人工清理及更换营养液的做法，此种做法不但麻烦，更是劳民伤财。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种潮汐式水培方法及潮汐式水培系统，既可避免水培设施下表面滋生绿藻，保证植株供氧良好，又可以保障较高的空间利用率，兼顾本文背景技术中提及的定植板漂浮和固定两种水培技术的优势。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种潮汐式水培方法，包括穴盘育苗阶段和定植潮汐水培阶段，在所述定植潮汐水培阶段，通过控制水培槽内营养液的液位上涨，使定植板漂浮在水培槽的营养液表面以使定植板能够在水面移动和适应低耗氧水培要求；通过控制水培槽内营养液液面下降使定植板下降并进而被支撑在水培槽内，然后进一步降低液位使营养液液位低于定植板下表面使植物根系一部分位于营养液内一部分位于营养液至定植板下表面的空间。

为了实现上述方法，发明还提供一种潮汐式水培装置，包括水培槽、定植板以及供液系统，水培槽内部容纳面积大于定植板面积，在所述定植板下部设置有向下凸出的支撑定植板的支撑件，或者在所述水培槽底部设置有向上凸出的支撑定植板的支撑件，或者在水培槽侧壁水平设置支撑定植板的支撑件，所述支撑件的高度低于所述水培槽的最大工作深度且大于最小工作深度。

本文中的最大工作深度是通过营养液液位上涨使定植板脱离支撑完全漂浮起来的营养液深度。

本文中的最小工作深度是指正常水培时能够保证植物根系一部分在营养液中一部分在营养液外适于植物生长的液位深度。具体数值本领域技术人员根据植物不同阶段对根部吸收氧的要求而确定。

为了便于根据养植的植物不同方便地调节支撑件的高度，优选地所述支撑件是插装在定植板的安装孔上的支柱。

所述支柱最好采用上端插入端直接变小的凸台状，利用环状支撑面实现从定植板下方的有效支撑。

所述支柱优选采用管状结构，特别是上端内孔直径小于下端的结构，其优点是能够形成向营养液供氧的通道以保证营养液中溶解氧量，另外植株上端内孔能够在营养液液面上涨时排除孔内多余气体，减少浮力，避免浮力过大，产品倾倒的情况，同时，较小的孔径还有助于防止灰尘落入营养液造成污染。

进一步地，为解决移苗定植过程中伤及根系的问题，本发明的第二个目的还在于进一步提供一种方法。其基本方案是：所述植物通过基质定植在定植杯内，定植杯外套有固定托，移植时将定植杯连同固定托一起插放在定植板上大于定植杯的定植孔内。由于增加了固定托且套上定植杯上连同定植杯一起移植到定植板上，使得定植板上的定植孔能够大于定植杯水平截面积，进而可以保证大于植物根系，避免定植杯拿出和放入时不伤及根系，同时移植时还可以实现单手操作或机械化作业，以提高移植效率。

进一步地，由于移植时不易伤及根系，在定植阶段可以根据植物生长的间距要求，方便地更换定植板，例如在定植的初中期使用定植孔之间间距较小的定植板，以提高该阶段水培空间单位面积利用率，在植株增大后的中后期更换到定植孔间距较大的定植板上。

对应地提供一种水培装置，包括定植杯和套在定植杯外的固定托，所述定植板的定植孔大于定植杯且与固定托吻合，所述固定托插在定植板的定植孔内。

定植板上的定植孔以及固定托与定植孔配合的外部形状均采用上大下小的形状。

固定托上端设置一圈向周围凸出的法兰，该法兰能够搭在定植板的定植孔边缘，其作用一个是保证定植杯插入定植孔的深度一致和固定，另一个作用是由于其凸出于定植板一定高度形成移植操作时的抓持部，以方便操作。由于定植杯为薄壁部件，为便于抓持操作在固定托沿内孔上边缘设置一圈凸台以支撑定植杯上边缘并保证定植杯高于固定托法兰表面，便于抓持定植杯上边缘。

进一步地，为解决育苗后向定植板定植时伤及根系的问题，本发明采用在装有颗粒状基质的定植杯内直接育苗，定植杯放置在带有多个定植穴的育苗盘内，育苗盘置于水培槽内进行育苗，在育苗完成后将定植杯连同基质和秧苗整体移植到定植板上。

由于采用颗粒基质和定植杯，育苗时即可以向基质喷淋营养液，也可以将育苗盘安装在水培槽上方控制营养液能够浸没定植杯内中下部基质，利用毛细现象使中上部基质内含有营养液，可以减少定期喷散营养液的劳动强度，还可以实现育苗和定植均在同一水培槽内进行。减少投资同时也减少定植时秧苗移动距离。

为进一步控制根系向下生长，尽量减少或避免向外生长，所述定植杯仅在底部设置通孔。并且定植杯采用下大下小的结构。对应地固定托内孔也采用上大下小的形状。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、水培过程中定植板底面与营养液的液面留有空隙，增加营养液中溶氧，能够满足植株根系需氧，促进植株生长；

2、需进行定植、采收或整理操作时，上涨水位使定植板能漂移，漂流至水培槽一端的作业通道边上，此过程中营养液液面与定植板底面接触，完成操作后即可降低液位，减少了营养液液面与定植板底面的接触时间，避免绿藻滋生，保证植株生长，降低维护成本；

3、营养液液面潮汐式升降，液位下降是为了使部分根系能间隙离开水面吸收空气中的氧气，同时不让定植板长期漂浮于液面而滋生绿藻；液位上升是为了浸润基质，让定植杯内的植株根系得到养分，此外，定植板的漂流也是通过液面上涨到特定的高度实现的，定植板漂流至水培槽一端，方便采收和定植后的归位；

4、进行水培无需操作时，若采用潮汐灌溉的方式，营养液液面不高于基质的上表面，则能避免潮汐过程对植株的茎基部产生的影响；

5、由于解决了移植伤根的问题，可二次移植以保证植株充分生长的前提下充分利用空间资源，在本发明中采用二段移植三段生长（种子到幼苗、幼苗到中苗、中苗到成熟）的水培模式，种子到幼苗期采用传统的穴盘+定植杯育苗培植方式，在幼苗到中苗期的时期采用株距较小的定植板，中苗到成熟时期采用株距较大的定植板，保证植株生长的前提下充分空间利用率，节约成本，增加温室周年种植茬次；

6、定植杯底部带格栅而四周闭合不带格栅，保证植株根系尽量向下生长，避免不同定植杯内的植株根系纠缠，防止移植时定植孔边缘伤根；

7、通过固定托使定植杯定植在定植板的大定植孔中，扩大了大定植孔开口，可防止定植孔边缘伤根，而且收获时非常容易拔起而不伤害定植板，定植杯和根系分离也比已有圆形水培定植杯方便，重复利用率高；

8、固定托的法兰和凸台，便于固定托、定植杯和定植板之间的拆卸，便于机械操作。

附图说明

图1是本发明潮汐式水培装置的部分结构示意图（省略了堵头、部分底槽和给排液管路）。

图2是本发明支柱的结构示意图。

图3是图2中支柱另一角度结构示意图。

图4是本发明固定托的结构示意图。

图5是图4中固定托另一角度结构示意图。

图6是本发明定植杯的结构示意图。

图7是本发明第二定植板的结构示意图。

图8是图7中第二定植板另一角度结构示意图。

图9是本发明第一定植板的结构示意图。

图10是本发明堵头的结构示意图。

图11是本发明底槽的装配结构示意图。

上述附图中，3、定植杯；4、固定托；101、堵头；102、底槽；201、第一定植板；202、第二定植板；203、支柱；301、格栅；302、上边缘；401、杯孔；402、法兰；403、凸台；2001、定植孔；2002、安装孔；2031、圆台；2032、内孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。

本发明提供了一种潮汐式水培方法，包括穴盘育苗阶段和定植潮汐水培阶段，在所述定植水培阶段，通过控制水培槽内营养液的液位上涨，使定植板漂浮在水培槽的营养液表面以使定植板能够在水面移动和适应低耗氧水培要求；通过控制水培槽内营养液液面下降使定植板下降并进而被支撑在水培槽内，然后进一步降低液位使营养液液位底于定植板下表面使植物根系一部分位于营养液内一部分位于营养液至定植板下表面的空间。

为了实现上述方法，图1中还示意了一种潮汐式水培装置，包括水培槽、定植板以及供液系统，水培槽内部容纳面积大于定植板面积，在所述定植板下部设置有向下凸出的支撑定植板的支撑件，或者在所述水培槽底部设置有向上凸出的支撑定植板的支撑件，或者在水培槽侧壁水平设置支撑定植板的支撑件，所述支撑件的高度低于所述水培槽的最大工作深度且大于最小工作深度。本文中的最大工作深度是通过营养液液位上涨使定植板脱离支撑完全漂浮起来的营养液深度。本文中的最小工作深度是指正常水培时能够保证植物根系一部分在营养液中一部分在营养液外适于植物生长的液位深度。具体数值本领域技术人员根据植物不同阶段对根部吸收氧的要求而确定。为了便于根据养植的植物不同方便地调节支撑件的高度，本实施例中优选地支撑件是插装在定植板的安装孔2002上的支柱203。支柱203的作用在于支撑定植板及其上的植株重量，使定植板在液位下降时能离开水面，而液位上升至一定高度时，支柱203也可与定植板一起漂浮而移动。所述水培槽内设有给排液管路（图中未示出）。给排液管路包括进液管路、排液管路和回液管路，主要用于实现水培槽内营养液的给液、排液以及营养液循环，同时也能在必要时使营养液产生流动，实现定植板的漂流效果。

如图2和图3所示，支柱203上端为插入端，呈圆台2031状，利用环状支撑面实现从定植板下方的有效支撑。支柱203优选采用管状结构，特别是上端内孔2032直径小于下端的结构，其优点是能够形成向营养液供氧的通道以保证营养液中溶解氧量，另外植株上端内孔2032能够在营养液液面上涨时排除孔内多余气体，减少浮力，避免浮力过大，产品倾倒的情况，同时，较小的孔径还有助于防止灰尘落入营养液造成污染。

进一步地，为解决移苗定植过程中伤及根系的问题，本发明的第二个目的还在于进一步提供一种方法。其基本方案是：植株通过基质定植在定植杯内，定植杯外套有固定托，移植时将定植杯连同固定托一起插放在定植板上大于定植杯的定植孔内。由于增加了固定托且套上定植杯上连同定植杯一起移植到定植板上，使得定植板上的定植孔能够大于定植杯水平截面积，进而可以保证大于植物根系，避免定植杯拿出和放入时不伤及根系，同时移植时还可以实现单手操作，以提高移植效率。

进一步地，由于移植时不易伤及根系，在定植阶段可以根据植物生长的间距要求，方便地更换定植板，例如在定植的初中期使用定植孔之间间距较小的定植板，以提高该阶段水培空间单位面积利用率，在植株增大后的中后期更换到定植孔间距较大的定植板上。在本实施例中，所述定植板包括第一定植板201和第二定植板202两种（参见图7、图8和图9，图9中未示出安装孔2002）。所述第一定植板201和第二定植板202等大且二者的定植孔2001也等大；同一所述第一定植板201的定植孔2001间距比同一第二定植板202的定植孔2001间距小。第一定植板201与第二定植板202适用于植株不同阶段的水培。利用穴盘进行种子育苗后，培育幼苗的定植杯3连同植株幼苗和基质一起移植到第一定植板201上进行定植水培，待植株成长到预定的大小，连同将定植杯3连同基质和植株由第一定植板201移植到第二定植板202继续进行水培。

对应上述方法，本实施例还在上述的潮汐式水培装置基础上增加了定植杯3，套在定植杯3外的固定托4，以及定植孔2001大于定植杯3且与固定托4吻合的定植板；所述固定托4插在定植板的定植孔2001内。定植板上的定植孔2001，以及固定托4与定植孔2001配合的外部形状均采用上大下小的形状。如图4和图5所示，固定托4上端设置一圈向周围凸出的法兰402，该法兰402能够搭在定植板的定植孔2001边缘，其作用一个是保证定植杯3插入定植孔2001的深度一致和固定，另一个作用是由于其凸出于定植板一定高度形成移植操作时的抓持部，以方便操作。由于定植杯3为薄壁部件，为便于抓持操作在固定托4沿杯孔401上边缘302设置一圈凸台403以支撑定植杯3上边缘302并保证定植杯3高于固定托4法兰402表面，便于抓持定植杯3上边缘302。

进一步地，为解决育苗后向定植板定植时伤及根系的问题，本发明采用在装有颗粒状基质的定植杯3内直接育苗，定植杯3放置在带有多个定植穴的育苗盘内，在育苗完成后将定植杯3连同基质和秧苗整体移植到定植板上。如此，移植时并不需要去除植株根部的基质，也就降低了植株根部的损伤，有助于保证植株生长。幼苗期采用水培槽+育苗盘+定植杯+基质+水位升降浸润的水培育苗方式，液位升降不超过定植杯的基质面；育苗盘的功能是固定水培定植杯而成一整体，并且每个穴孔提供每个定植杯中幼苗的单独生长与水肥吸收空间，其结构采用现有的基质栽培中用的育苗盘。穴盘(育苗盘)中的水位也是潮汐式的，水位上升湿润定植杯中的基质，完成播种初期的幼苗水肥供给，当根系深入穴盘孔穴中时，水位保持与定植杯底部格栅接触即可。

在穴盘育苗阶段，除了上文采用的水位升降的方式外，由于采用颗粒基质和定植杯3，还可以向基质喷淋营养液，也可以将育苗盘安装在水培槽上方控制营养液能够浸没定植杯3内中下部基质，利用毛细现象使中上部基质内含有营养液，可以减少定期喷散营养液的劳动强度，还可以实现育苗和定植均在同一水培槽内进行。减少投资同时也减少定植时秧苗移动距离。

为进一步控制根系向下生长，尽量减少或避免向外生长，所述定植杯3仅在底部设置通孔或格栅（如图6所示，本实施例为格栅301）。定植杯3采用下大下小的结构。对应地固定托4杯孔401也采用上大下小的形状。

在本实施例中，定植杯3外轮廓横截面为方形，所述固定托4的下部的外轮廓与所述定植杯3外轮廓横截面相似，所述固定托4的下部的设有圆角或倒角，所述定植板的定植孔2001形状与所述固定托4的下部形状匹配。定植杯3的外轮廓与定植板的定植孔2001形状相似，保证固定托4各部分较为均匀，使得固定托4各部分强度基本一致，延长使用寿命；圆角或倒角的设置有效保证固定托4在机械搬运中磕碰碎坏。同理，本发明中，定植杯3外轮廓横截面并不一定为方形，只需定植杯3外轮廓的形状与所述定植板的定植孔2001形状相同，固定托4的杯孔401与外形也保持与定植杯3和定植板的定植孔2001形状一致即可。

如图1、图10和图11所示，所述水培槽包括拼合成无盖槽状的堵头101和底槽102；所述水培槽内还有防渗膜（图中未示出）。所述堵头101为一侧边开口的无盖体，所述底槽102为两个片状体拼合成两端开口的无盖体，所述底槽102的开口与所述堵头101的开口相匹配。水培槽采用堵头101和底槽102拼合而成，水培槽的大小可根据需要进行调整，避免营养液浪费、设施维护成本大等弊端，并且堵头101和底槽102易于加工，降低加工成本。通过增加/减少参与拼合的底槽102的数量可拼出不同长度的单体水培槽。多个单体水培槽并排放置，即可铺满整个温室，同时，由于温室中由多个单体水培槽，即便个别水培槽产生漏液问题也不会对绝大多数单体水培槽产生影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种潮汐式水培方法，包括穴盘育苗阶段和定植潮汐水培阶段，其特征在于，在所述定植潮汐水培阶段，通过控制水培槽内营养液的液位上涨，使定植板漂浮在水培槽的营养液表面以使定植板能够在水面移动和适应低耗氧水培要求；通过控制水培槽内营养液液面下降使定植板下降并进而被支撑在水培槽内，然后进一步降低液位使营养液液位低于定植板下表面使植物根系一部分位于营养液内一部分位于营养液至定植板下表面的空间。

2.根据权利要求1所述潮汐式水培方法，其特征在于，所述穴盘育苗阶段是在装有颗粒状基质的定植杯内直接育苗，定植杯放置在带有多个定植穴的育苗盘内，育苗盘置于水培槽内进行育苗，在育苗完成后将定植杯连同基质和秧苗整体移植到所述定植板上。

3.根据权利要求1所述潮汐式水培方法，其特征在于，在定植水培阶段，植株通过基质定植在定植杯内，定植杯外套有固定托，移植时将定植杯连同固定托一起插放在定植板上的大于定植杯的定植孔内。

4.根据权利要求3所述的潮汐式水培方法，其特征在于，在定植阶段根据植物生长的间距要求更换定植板。

5.一种潮汐式水培装置，包括水培槽、定植板以及供液系统，其特征在于，水培槽内部容纳面积大于定植板面积，在所述定植板下部设置有向下凸出的支撑定植板的支撑件，或者在所述水培槽底部设置有向上凸出的支撑定植板的支撑件，或者在水培槽侧壁水平设置支撑定植板的支撑件，所述支撑件的支撑高度低于所述水培槽的最大工作深度且大于最小工作深度。

6.根据权利要求5所述的潮汐式水培装置，其特征在于，所述支撑件是插装在定植板的安装孔中的支柱；所述支柱采用上端插入端直接变小的凸台状，利用环状支撑面实现从定植板下方的有效支撑。

7.根据权利要求6所述的潮汐式水培装置，其特征在于，所述支柱采用管状结构，且上端内孔直径小于下端的结构。

8.根据权利要求5所述的潮汐式水培装置，其特征在于，还包括定植杯和套在定植杯外的固定托，所述定植板的定植孔大于定植杯且与固定托吻合；所述固定托插在定植板的定植孔内；所述定植杯仅在底部设置通孔或格栅。

9.根据权利要求8所述的水培装置，其特征在于，定植板上的定植孔以及固定托与定植孔配合的外部形状均采用上大下小的形状；定植杯采用上大下小的结构，对应地固定托内孔也采用上大下小的形状。

10.根据权利要求9所述的水培装置，其特征在于，固定托上端设置一圈向周围凸出的法兰，该法兰能够搭在定植板的定植孔边缘；固定托沿内孔上边缘设置一圈凸台以支撑定植杯上边缘并保证定植杯高于固定托法兰表面。