CN109275559A - 一种无土栽培装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无土栽培装置及方法。该无土栽培装置包括水槽1、培养板2、进水管3、喷头4、水柱阻碍装置5、排水管6；培养板2架设于水槽1上方，其上设置有种植孔7；水槽1内铺设有进水管3，喷头4与进水管3相连，喷头4正上方设置有水柱阻碍装置5。本发明无土栽培装置在种植过程中，培养液从进水管道从喷头下方的喷水管流出，遇到上方的水柱阻碍装置后，形成水珠面；经阻碍分散的水花继续往上，在碰到上方种植植物的培养板后反弹下落，更加柔和充分的与植物根部接触，使根部浸润被吸收，从而使得植株根部更加充分的吸收营养液，可大大缩短植物的生长周期，且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及无土栽培技术领域，特别涉及一种无土栽培装置及方法。
背景技术
传统农业随着科技发展逐步走向自动化，而植物工厂就是现代农业的典型代表。植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。
现在的无土栽培培养中，以营养液供给方式来划分，最常见的有管路滴灌供液的滴培，水浸没根部进行培养的水培，将营养液进行气雾化使根部吸收气雾生长的气雾培。这些方式都可以做到对营养液进行调配控制，从而根据植物需求来配制成分和供给量。
市场上相对做的最好水培公司为中科三安，如其公开“水培单元和系统”，专利号CN201680001402.0。采用漫灌的方式，使植物根部被营养液浸没，植物能够快速吸收养分。根部呼吸作用所需氧气则通过在营养液中通气或者定期排放营养液，使根部处于空气环境下进行呼吸来解决。现有技术中水培因为需要漫灌植物根部，并且存在营养液循环，所以需要的培养量和容纳营养液的水箱容量都十分巨大，大约会是气雾培水箱的3倍，相应的如果是多层培养架，每层培养架所承受的重量都会加大，相应提高培养成本。另外因为植物根部呼吸作用受阻的关系，植物的生长周期相对于气雾培都比较长，而且此方法无法培育不耐水的植物。
市场上做的相对最好的气雾培公司为上海爱盛，如其申请的一种气雾产生装置，专利号CN201510347468.2。其中阐述了将营养液进行气雾化，使植物根部处于气雾营养液环境中，从而吸收养分生长。气雾培因为需要将培养液雾化，所以对喷水泵和喷头要求都很高，且培养过程中极易造成堵塞，这就需要配套复杂的营养液过滤循环系统，相应的管道承受的压力也很高，会带来一定的安全隐患。另外气雾培并不直接对植物喷射气雾，分布方式和数量配比比较随意，为了使培养架上大量植物整体培养环境雾气分布均匀，保证植物吸收环境，还需给予一定的气雾扩散空间，这样就需要为根部提供一定高度的吸收环境，导致空间利用率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无土栽培装置及方法。该无土栽培装置培养成本低，灌溉方式可使植物更加充分地吸收营养液，缩短植物生长周期。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种无土栽培装置，包括水槽1、培养板2、进水管3、喷头4、水柱阻碍装置5、排水管6；
培养板2架设于水槽1上方，其上设置有种植孔7；
水槽1内铺设有进水管3，喷头4与进水管3相连，喷头口向上，喷头4正上方设置有水柱阻碍装置5，使得喷头喷出的水柱遇到水柱阻碍装置后形成圆弧形水珠面，水珠面与培养板碰撞后流向植株根部。
在本发明中，圆弧形水珠面可为花苞型走向，也可为部分花苞型和部分抛物线型走向。
作为优选，喷头4与水柱阻碍装置5通过连接杆8连接。
在本发明提供的一具体实施例中，连接杆8两端位于喷头、水柱阻碍装置的侧面。
在本发明提供的另一具体实施例中，连接杆8由喷头的喷水口中伸出与水柱阻碍装置连接。
作为优选，水柱阻碍装置5固定于培养板。
作为优选，培养板(2)底部设置有引流结构。
在本发明提供的一具体实施例中，引流结构为凹槽结构。
在本发明提供的另一具体实施例中，引流结构为凸起结构。
作为优选，喷头4的喷水口的口径为1～3mm。
在本发明提供的一具体实施例中，喷头4的喷水口的口径为2mm。
作为优选，喷头4与水柱阻碍装置5之间的间距为5～20mm，且间距可调。
优选地，喷头4与水柱阻碍装置5之间的间距为10～15mm，且间距可调。
在本发明提供的一具体实施例中，喷头4与水柱阻碍装置5之间的间距为10mm。
本发明还提供了一种无土栽培方法，采用本发明无土栽培装置栽培植物。
作为优选，喷头喷出的水的流速为0.5～2m/s。
优选地，喷头喷出的水的流速为0.5～1m/s。
本发明提供了一种无土栽培装置。该无土栽培装置包括水槽1、培养板2、进水管3、喷头4、水柱阻碍装置5、排水管6；培养板2架设于水槽1上方，其上设置有种植孔7；水槽1内铺设有进水管3，喷头4与进水管3相连，喷头4正上方设置有水柱阻碍装置5。本发明具有的技术效果为：
本发明无土栽培装置包括喷头和其上方的水柱阻碍装置。在种植过程中，水泵从容纳培养液的箱体中抽取培养液，使用管道运输，水流从进水管道从喷头下方的喷水管流出，遇到上方的水柱阻碍装置后，形成一个圆弧形水珠面。经阻碍分散的水花继续往上，在碰到上方种植植物的培养板后反弹下落，更加柔和充分的与植物根部接触，使根部浸润被吸收，从而使得植株根部更加充分的吸收营养液，可大大缩短植物的生长周期；
本发明无土栽培装置的水路安装成本低于普通水培和气雾培；
本发明无土栽培装置可栽培耐水性植物，也可栽培不耐水植物。
附图说明
图1示本发明培养装置，其中，水槽1、培养板2、进水管3、喷头4、水柱阻碍装置5、排水管6、种植孔7、连接杆8；
图2示喷头与水柱阻碍装置的连接关系，其中，喷头4、水柱阻碍装置5、连接杆8；
图3示水柱阻碍装置与植株之间的排布情况，其中水柱阻碍装置5、植株9；
图4示水柱阻碍装置与植株之间的排布情况，其中水柱阻碍装置5、植株9；
图5示水槽中喷头的排布情况；其中小圆孔是喷头所在位置；
图6示喷头与水柱阻碍装置的连接关系，其中，喷头4、水柱阻碍装置5、连接杆8；
图7示喷头与水柱阻碍装置的连接关系，其中，喷头4、水柱阻碍装置5、连接杆8。
具体实施方式
本发明公开了一种无土栽培装置及方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明技术方案是使植物在植物工厂中进行密闭培养，即提供人工培养环境，将植物放置在培养架上排列批量进行培养。培养装置(图1)包括培养架，培养架上设置有水槽，水槽上放置植物的培养板，培养板上留有种植孔，种植孔中放置待培养的植物，植物根部穿过培养板种植孔，使其根部处于培养板下方。
培养板架设在水槽上方，水槽中有提供营养液的水管，水管支路上设置有喷头。培养中采用和水培、气雾培都不同的方式。使用喷头向植物根部喷颗粒较小的水珠，可以称为水珠培。
如图2所示，为水珠培喷头图纸，喷头由一个直径为2mm的喷水管和正上方的水柱阻碍物(如阻挡片)组成，水流从进水管道从喷头下方的喷水管流出，遇到上方的阻挡片后，形成一个圆弧形水珠面。
作为优选，喷水管的口径为1～3mm。
优选地，喷水管的口径为2mm。
作为优选，喷水管与水柱阻碍物之间的间距为5～20mm。
优选地，喷水管与水柱阻碍物之间的间距为10～15mm。
作为优选，水柱阻碍装置与水柱接触的面的直径为2～5mm。
优选地，水柱阻碍装置与水柱接触的面的直径为3～4mm。
具体来说水泵从容纳培养液的箱体中抽取培养液，使用管道运输，最终在喷头处将培养液以较小水珠的形式直接喷洒在植物根部。水管出水口在根部下方，出水口设置喷头，水柱自下而上喷射，经过阻挡后形成水花呈圆弧形横向扩散。
进一步的，经阻碍分散的水花继续往上，在碰到上方种植植物的培养板后反弹下落，更加柔和充分的与植物根部接触，使根部浸润被吸收。
更进一步的，培养板底部具有引流的结构，可以是凹槽，引导水花形成小水流浸润根部。
更进一步的，培养板底部具有引流的结构，可以是凸起，使阻挡横向分散的水花，引导缓冲水花向下更准确的流向植物根部。
优选的，一个喷头为4～6棵植物提供营养液。
在本发明提供的具体实施例中，为4棵植物提供营养液，喷头与植株的排布示意图见图3；
在本发明提供的另一具体实施例中，为6颗植物提供营养液，喷头与植株的排布示意图见图4。
植物在人工环境中生长很快，当植株较小时，一般密集的排布植物间距，从而充分利用人工光照。当植物成长到一定大小后，将植物重新排列，增大植株间距离，防止植物叶片重叠影响光合作用。这时植株根部之间的间距也会相应变化，这需要对根部营养液供给系统进行调整。
优选的，喷头水管口和水柱阻碍物之间间距可进行调节。变更水管管口和阻挡物之间的间距，这样向上的水柱在水压较大时受到阻碍压迫，将会圆周形扩散的更远，以匹配植株间距的变化。相应的，改变水管中营养液流速，改变喷头水的出水压力，也可以共同作用，调整水扩散的距离。
营养液在喷洒完成后通过底部水槽进行汇流过滤、消毒处理最终营养液回流循环，一定时间根据植物消耗，补充特定营养成分，继续使用。
本发明需满足喷头向上喷水，遇到水柱阻碍物，水花散开。但不限制水柱阻碍物和喷头是一体的，水柱阻碍物可与喷头连接，也可以固定在培养板等其他物件上。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
本实施例培养装置(图1)包括培养架，培养架上设置有水槽(1440mm×700mm×52mm)，水槽上放置植物的培养板，培养板上留有种植孔，种植孔中放置待培养的植物，植物根部穿过培养板种植孔，使其根部处于培养板下方。
培养板架设在水槽上方，水槽中有提供营养液的水管，水管支路上设置有喷头，水槽中设置有6个喷头，喷头的长边间距为400mm，短边间距为180mm，见图5。如图2所示，喷头由一个直径为2mm的喷水管和正上方的阻挡片组成，喷水管与阻挡片由一根位于侧边的连接杆连接，喷水管口与阻挡片之间的间距为10mm。
在本实施例中，一个喷头为4棵植物提供营养液，喷头与植株的排布示意图见图3。
培养板底部具有引流作用的凹槽，引导水花形成小水流浸润根部。
在种植过程中，为植物根部提供营养液时，水泵从容纳培养液的箱体中抽取培养液，使用管道运输，水流从进水管道从喷头下方的喷水管流出，遇到上方的阻挡片后，形成一个圆弧形水珠面。经阻碍分散的水花继续往上，在碰到上方种植植物的培养板后反弹下落，更加柔和充分的与植物根部接触，使根部浸润被吸收。营养液在喷洒完成后通过底部水槽进行汇流过滤、消毒处理最终营养液回流循环，一定时间根据植物消耗，补充特定营养成分，继续使用。
试验例1
采用实施例1水珠培以及水培、气雾培的培养装置分别种植两种生菜品种(橡叶绿和绿碟)。
培育时间：播种前一批种子育的苗，育种12天，平均全部长到8g左右，以下数据是从移栽后统计，总计12天的数据，水珠培和气雾培的喷停时间比为(5分钟：5分钟)。
营养液：三种培养方法均采用同一叶菜类营养液，配方为：Ca(NO3)24H2O 1260mg/L，KH2PO3 350mg/L，MgSO47H2O 537mg/L，NH4H2PO4 237mg/L，K2SO4 250mg/L，硼酸2.86mg/L，硫酸锰1水1.55mg/L，硫酸锌7水0.22mg/L，硫酸铜5水0.08mg/L，钼酸铵4水0.02mg/L，铁-EDTA 25mg/L。
下表为培育两种蔬菜的比较数据：
表1移栽12天后的生菜重量
可见，本发明实施例提供的水珠培培养装置有利于生菜的生长，可大大提高生菜产量。
同时对培养装置重量与水路安装成本进行统计，统计结果如下：
表2三种培养方式的比较
因为喷出的营养液无须像气雾培一样需要雾化，所以对喷嘴、水管和泵体压力的要求不高，多层植物培养时每层层高没有特别要求。没有将植物泡在营养液中，所以培养水槽可以不留水，整体支架压力减轻。
水珠培系统种出来的菜的每克成本为气雾培的0.27倍。而且降低了售后维护的风险(如果要将售后维护的费用计算上，气雾培成本将会更高)。
水珠培系统种出来的菜的每克成本为水培的0.72倍。而且在后期考虑堆叠层数越来越高的情况，其材料成本初始投入会继续拉大。而且一些种类的菜水培是种植不了的。
试验例2
本实验中设置对比装置，对比装置中无土栽培装置基本与实施例1装置一致，不同的是没有阻挡片，喷水时营养液直接喷向植物根部。
采用实施例1专利和对比装置栽培生菜，统计培养至平均50g/株时的培养周期，试验结果为：实施例1装置的培养周期为28天，对比装置的培养周期为30天。可见本发明装置的灌溉方式可促进植物更好的吸收营养液，有利于植株的生长，缩短生长周期。
实施例2
喷头的示意图见图6。喷水管与阻挡片由两根位于侧边的连接杆连接，使连接更为稳固。
实施例3
喷头的示意图见图7。喷水管与阻挡片由一根喷水口伸出的连接杆连接。
实施例4
喷头与阻挡片不相连，阻挡片固定于培养板上。
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 (12)
1.一种无土栽培装置，其特征在于，包括水槽(1)、培养板(2)、进水管(3)、喷头(4)、水柱阻碍装置(5)、排水管(6)；
所述培养板(2)架设于水槽(1)上方，其上设置有种植孔(7)；
所述水槽(1)内铺设有进水管(3)，喷头(4)与进水管(3)相连，喷头口向上，喷头(4)正上方设置有水柱阻碍装置(5)，使得喷头喷出的水柱遇到水柱阻碍装置后形成水珠面，水珠面与培养板碰撞后流向植株根部。
2.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述喷头(4)与所述水柱阻碍装置(5)通过连接杆(8)连接。
3.根据权利要求2所述的无土栽培装置，其特征在于，所述连接杆(8)两端位于喷头、水柱阻碍装置的侧面。
4.根据权利要求2所述的无土栽培装置，其特征在于，所述连接杆(8)由喷头的喷水口中伸出与水柱阻碍装置连接。
5.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述水柱阻碍装置(5)固定于培养板。
6.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述培养板(2)底部设置有引流结构。
7.根据权利要求6所述的无土栽培装置，其特征在于，所述引流结构为凹槽结构。
8.根据权利要求6所述的无土栽培装置，其特征在于，所述引流结构为凸起结构。
9.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述喷头(4)的喷水口的口径为1～3mm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的无土栽培装置，其特征在于，所述喷头(4)与所述水柱阻碍装置(5)之间的间距为5～20mm，且间距可调；所述水柱阻碍装置与水柱接触的面的直径为2～5mm。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的无土栽培装置，其特征在于，所述喷头喷出的水的流速为0.5～2m/s。
12.一种无土栽培方法，其特征在于，采用权利要求1至11中任一项所述无土栽培装置栽培植物。
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