CN112772209B - 一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业器械技术领域，具体涉及一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土装置及方法；其中主体框架是由多个长方体框架固定在一起构成，横向支架上设有水平传动齿条，主体框架左右两端的竖向立柱上设有竖直传动齿条，其余竖向立柱上设有环形齿条，横向支架端部设有水平传送机构，水平传送机构与水平传动齿条齿合，纵向支架端部设有竖直传动机构，位于主体框架左右两端的竖直传动机构与对应的竖直传动齿条齿合，其余的竖直传动机构与环形齿条齿合，长方体框架的顶面和底面上分别设有盛土箱机构；适用于大型连栋温室、日光温室和塑料大棚等设施栽培场地，克服了设施栽培下土壤连年种植同一种作物而造成的连作障碍，并且有效避免了土传病害，可以有效提高作物产量和改善作物品质，促进农业增产增收。
Description
技术领域
本发明属于农业器械技术领域，具体涉及一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土装置及方法。
背景技术
随着设施农业的快速发展，园艺作物的生产呈现出规模化、专业化和工厂化发展趋势，如一乡一村集中生产一种特色作物或者集中推广种植某种优良品种作物，这种生产模式便于标准化和规模化管理，提高了作业和管理效率，但同时也造成了设施园艺作物的复种指数的增高，难以轮作倒茬、导致病菌积累和连作障碍的加剧。加之水肥管理措施不合理等原因，造成了园艺作物病虫害的加剧、土壤环境恶化、营养失衡、产量降低、品种退化等诸多不良现象，严重影响了设施园艺作物的优质高效生产。
在设施园艺生产中，栽培土壤常常出现以下问题：
1.设施栽培条件下，生长环境相对由于自然环境，作物生长周期短，种植频率高，施肥量大幅增加，容易导致土壤出现次生盐渍化；
2.设施栽培条件下，由于土壤得不到雨水的冲刷和淋洗，加之高温环境使得土壤表层及园艺作物的蒸腾量增大，水分增发加剧，会导致土层盐分在土壤表层积累，对蔬菜作物的根系产生盐害；
3.设施栽培条件下的高温环境还会加速土壤矿物质的分解，同时土壤微生物密度降低，土壤的营养环境失衡；
4.由于土地受限，生产中难免会“重茬”，因而导致连作障碍，降低作物产量和品质；
5.随着农业现代化水平的提高，以高投入与高产出、种植品种单一、复种指数高和大量施肥施药等为特点的集约化种植已成为我国重要的农业生产模式。这一模式的不断推广与发展导致我国农田土壤的大面积退化，其表现为土壤酸化、次生盐渍化、养分失衡和土传病害频发，且退化面积逐年增加；
6.设施栽培下土壤往往会成为各种土壤病虫害越冬越夏场所，加剧了病虫害的周年发生；
7.由于设施栽培环境密闭，施肥不合理，灌溉不合理以及耕作方式的不合理影响了土壤容重、饱和含水量、土壤孔隙度、土壤团粒结构和水分利用效率，土壤的理化性质有所下降。
其中，对园艺作物影响最为广泛的是土传病害的发生，引起蔬菜作物连作障碍70％左右的地块是由于土传病害发生所引起的。土壤次生盐渍化和酸化现象在设施蔬菜生产中普遍发生，以连栋大棚和温室最为明显，已成为设施土壤可持续利用的主要障碍。
目前国内外尚未找到根治设施栽培下土壤连作障碍的有效方法。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土装置及方法，适用于大型连栋温室、日光温室和塑料大棚等设施栽培场地，克服了传统设施栽培土壤连年种植同一种蔬菜而造成的连作障碍，并且有效避免了土传病害。
一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土装置，包括主体框架、盛土箱机构、水平传送机构和竖直传送机构；
其中主体框架是由长方体框架并排固定在一起构成，其中长方体框架的长边为主体框架的纵向支架2，长方体框架的宽边分别依次固定连接构成主体框架的横向支架1，长方体框架的高为主体框架的竖向立柱3，横向支架1上设有水平传动齿条8，位于主体框架左右两端端部的竖向立柱3上设有竖直传动齿条9，其余竖向立柱3上设有环形齿条18，横向支架1一端端部设有水平传动机构4，水平传动机构4与横向支架1上的水平传动齿条8齿合，纵向支架2一端端部设有竖直传动机构5，其中位于主体框架左右两端端部的纵向支架2上的竖直传动机构5与对应的竖向立柱3上的竖直传动齿条9齿合，其余的竖直传动机构5与对应的竖向立柱3上的环形齿条18齿合，每个长方体框架的顶面和底面上分别设有一个盛土箱机构；
盛土箱机构包括盛土箱箱体11、箱体传动杆10和箱体传动齿轮15，其中盛土箱箱体11左右两端分别固定有箱体传动杆10，箱体传动杆10前后两端分别固定有箱体传动齿轮15，盛土箱箱体11一端箱体传动杆10上的箱体传动齿轮15同时齿合在水平传动齿条8和竖直传动齿条9上，盛土箱箱体11另一端箱体传动杆10上的箱体传动齿轮15同时齿合在水平传动齿条8和环形齿条18上。
所述水平传动齿条8通过导轨连接在横向支架1上，其中导轨固定在横向支架1上，水平传动齿条8滑动连接在导轨上。
所述竖直传动齿条9通过导轨连接在竖向立柱3上，其中导轨固定在竖向立柱3上，竖直传动齿条9滑动连接在导轨上。
所述的水平传动机构4包括水平传动电机16、水平传动杆19和水平齿轮17，其中水平传动杆19与水平传动电机16的转动轴连接，水平齿轮17套置在水平传动杆19外侧，水平齿轮17与水平传动齿条8连接。
所述的竖直传动机构5包括竖直传动电机、竖直传动杆和竖直齿轮，其中竖直传动杆与竖直传动电机的转动轴连接，竖直齿轮套置在竖直传动杆外侧。
所述的位于主体框架左右两端端部纵向支架2上的竖直传动机构5的竖直齿轮与对应的竖向立柱3上的竖直传动齿条9齿合，其余竖直传动机构5的竖直齿轮与对应的竖向立柱3上的环形齿条18齿合。
所述的盛土箱机构还包括排水管6，其中盛土箱箱体11分为上下两层，上层为盛土层，且其底部为透水网，下层为积水层13，且其底部设有排水口14，排水管6通过溢水软管7与排水口14连接。
所述盛土箱箱体11的盛土层为上方开口的长方体箱体，且其底部为透水网。
所述横向支架1与竖向立柱3交接处的横向支架1下方和竖向立柱3右端均设有防撞击橡胶条12。
一种应用上述一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土装置进行换土的方法，包括如下内容：
步骤一，每个长方体框架的顶面和底面均设有一个盛土箱机构，定义盛土箱机构位于长方体框架的顶面或底面上时盛土箱箱体11位于初始位置，此时将盛土箱箱体11的盛土层内盛满土壤或基质；
步骤二，打开电源，在主体框架左端端部和中间的竖直传动机构5工作时，分别带动主体框架前端最左面的竖直传动齿条9以及主体框架前端中部的环形齿条18工作，使得位于左侧主体框架底面上的盛土箱箱体11开始向上运输，同时主体框架前端最右面的竖直传动机构5也开始工作，使得主体框架前端最右面的竖直传动齿条9以及主体框架前端中部的环形齿条18带动右侧主体框架顶面上的盛土箱箱体11向下运输，此时主体框架前后两端底部的两个水平传动机构4工作，使得右侧主体框架底面上的盛土箱箱体11在主体框架前后两端底部的水平传动齿条8带动下开始向左侧运输，同时主体框架前后两端顶部的水平传动机构4工作，使得左侧主体框架顶面上的盛土箱箱体11在主体框架前后两端顶部的水平传动齿条8带动下开始向右侧运输，如此往复循环，当原来左侧主体框架底面上的盛土箱箱体11到达右侧主体框架顶面的位置、当原来左侧主体框架顶面上盛土箱箱体11到达右侧主体框架底面上的位置、当原来右侧主体框架顶面上的盛土箱箱体11到达左侧主体框架底面上的位置，同时当原来右侧主体框架底面上的盛土箱箱体11到达左侧主体框架顶面上的位置时，所有电机停止工作；
步骤三，对位于上层的盛土箱箱体11内土壤或基质进行当年或当季的栽培种植活动，下层的盛土箱箱体11内的土壤则处于休耕期，当上层种植的作物收获后，进行一次同样的换土操作，对位于下层的前一年或前一季耕种过的土壤可以将其从盛土箱箱体11取出对土壤进行消毒、施肥处理，或引入土壤动物和微生物进行保肥，此时一次换土工作完成；
步骤四，以重复步骤一至步骤三的方式进行第一层土壤和第二层土壤的更换，达到用于解决设施栽培下作物连作障碍的目的。
本发明的有益效果：
1.本发明结构简单、操作方便、机械化程度高，在换土过程中耗时短，上部结构层的土壤实现种植的功能，下部结构层的土壤在休作期(作用)可以实现保肥，利用药剂对土壤进行消毒防止土传病害的发生发展，利用土壤动物和微生物改善土壤的理化性质，从而能够实现在同一区域种植同一种植物而不会产生连作障碍和病害的周年发生；
2.本发明能够将上、下层的盛土盆结构装置进行传输，节省人力，耗时短，工作效率高；
3.在传动结构上，竖直方向上传动距离较远，且盛土盆具有一定重量，在传动方式上采用齿轮-齿条传输，水平方向上传动距离较近，且有框架作支撑，在传动方式上采用齿轮-齿条传动，在电机传动杆上的主动轮采用多齿数、大圆盘，具有省力传输的特点；
4.在框架结构上，组成框架结构的十六根支架杆采用为柱体结构，能够有效的支撑四个盛土盆盛满土壤后的重量，结构稳固，结实耐用；
5.盛土盆为中部高，四周略低，一侧边缘有排水口的结构，方便灌水的及时排出，防止灌水无法渗出而烂根，盛土盆为两层，上层盛土，下层积水，并通过排水口经排水管道排水，避免第二层的盛土盆的水渗入到第一层盛土盆中的土壤而产生污染，；
6.在框架结构顶角的八处位置处设有防撞击橡胶条，用于防止盛土箱箱体对横向支架、纵向支架和立柱的损坏。
7.盛土箱上的箱体传动杆齿轮传动的从动轮，滑轮负责来自传动电机部件的传动，使盛土箱箱体能够进行水平或竖直传动；
8.换土装置完全采用机械化操作，有五组电机部件协同工作，一次完成一个换土周期，省时省力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的箱体传动齿轮齿合示意图。
图3为本发明的俯视图。
图4为本发明的侧视图。
图5为本发明的盛土箱机构俯视图。
图6为本发明的盛土箱机构结构示意图。
图7为本发明的水平传动机构结构示意图。
图中：1.横向支架，2.纵向支架，3.竖向立柱，4.水平传动机构，5.竖直传动机构，6.排水管，7.溢水软管，8.水平传动齿条，9.竖直传动齿条，10.箱体传动杆，11.箱体，12.防撞击橡胶条，13.盛土箱积水层，14.排水口，15.箱体传动齿轮，16.水平传动电机，17.水平齿轮，18.环形齿条，19.水平传动杆。
具体实施方式
如图1-图4所示，一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土装置，包括主体框架、盛土箱机构、水平传送机构和竖直传送机构；
其中主体框架是由两个长方体框架并排固定在一起构成，其中长方体框架的长边为主体框架的纵向支架2，长方体框架顶面前后两端的宽边依次分别固定连接构成主体框架的横向支架1，长方体框架的高为主体框架的竖向立柱3，横向支架1上设有齿条朝上设置的水平传动齿条8，位于主体框架左右两端端部的竖向立柱3上设有齿条朝内设置的竖直传动齿条9，其余竖向立柱3上设有环形齿条18，每个横向支架1一端端部均设有水平传动机构4，每个水平传动机构4均与安装该水平传动机构4的横向支架1上的水平传动齿条8齿合，长方体框架顶面的每个纵向支架2前端端部均设有竖直传动机构5，其中位于主体框架左右两端端部的两个纵向支架2上的竖直传动机构5分别与对应的左右两端端部的竖向立柱3上的竖直传动齿条9齿合，另外一个竖直传动机构5与中间竖向立柱3上的环形齿条18齿合，每个长方体框架的顶面和底面上分别设有盛土箱机构；
如图5、图6所示，盛土箱机构包括盛土箱箱体11、箱体传动杆10和箱体传动齿轮15，其中盛土箱箱体11左右两端分别固定有箱体传动杆10，箱体传动杆10前后两端分别固定有箱体传动齿轮15，盛土箱箱体11一端箱体传动杆10上前端的箱体传动齿轮15同时齿合在前端对应的水平传动齿条8和竖直传动齿条9上，盛土箱箱体11该端箱体传动杆10上后端的箱体传动齿轮15同时齿合在后端对应的水平传动齿条8和竖直传动齿条9上，盛土箱箱体11另一端箱体传动杆10上前端的箱体传动齿轮15同时齿合在前端对应的水平传动齿条8和环形齿条18上，盛土箱箱体11该端箱体传动杆10上后端的箱体传动齿轮15同时齿合在后端对应的水平传动齿条8和环形齿条18上。
所述水平传动齿条8通过导轨连接在横向支架1上，其中导轨固定在横向支架1上，水平传动齿条8滑动连接在导轨上。当水平传动电机16工作时带动水平传动齿条8在横向支架1上的导轨上滑动。
所述竖直传动齿条9通过导轨连接在竖向立柱3上，其中导轨固定在竖向立柱3上，竖直传动齿条9滑动连接在导轨上。当竖直传动电机工作时带动竖直传动齿条9在竖向立柱3上的导轨上滑动。
所述环形齿条18通过环形导轨连接在中部的竖向立柱3上，环形导轨固定在竖向立柱3上，环形齿条18滑动连接在环形导轨上。当竖直传动电机工作时带动环形齿条18在竖向立柱3上的环形导轨上滑动。
环形齿条18在中间的前后两根竖向立柱3上各设置有一根，用于与A-B，C-D两端的盛土箱箱体11上的箱体传动齿轮15齿合，带动A-B侧的盛土箱箱体11竖直向上传动，C-D侧的盛土箱箱体11竖直向下传动。
如图7所示所述的水平传动机构4包括水平传动电机16、水平传动杆19和水平齿轮17，其中水平传动杆19与水平传动电机16的转动轴连接，水平齿轮17套置在水平传动杆19外侧，水平齿轮17与水平传动齿条8连接。
所述的竖直传动机构5包括竖直传动电机、竖直传动杆和竖直齿轮，其中竖直传动杆与竖直传动电机的转动轴连接，竖直齿轮套置在竖直传动杆外侧。
所述的位于主体框架左右两端端部纵向支架2上的竖直传动机构5的竖直齿轮与对应的竖向立柱3上的竖直传动齿条9齿合，其余竖直传动机构5的竖直齿轮与对应的竖向立柱3上的环形齿条18齿合。
所述的盛土箱机构还包括排水管6，其中盛土箱箱体11分为上下两层，上层为盛土层，且其底部为透水网，下层为积水层13，且其底部设有排水口14，排水管6通过溢水软管7与排水口14连接。
所述盛土箱箱体11的盛土层为上方开口的长方体箱体。
所述构成主体框架的长方体框架的数量为大于或者等于2的整数。
所述横向支架1与竖向立柱3交接处的横向支架1下方和竖向立柱3右端均设有防撞击橡胶条12，用于防止盛土箱箱体11对横向支架1、纵向支架2和竖向立柱3的损坏。
竖直传动机构5只设有3个，当需要使盛土箱箱体11上下运动的时候，只需驱动长方体框架顶面的纵向支架2前端端部设有的竖直传动机构5就可以，盛土箱箱体11后端就随着前端的竖直传动机构5带动在长方体框架后端的竖向立柱3上的环形齿条18和竖直传动齿条9上滚动即可。
使用时，参阅图1，主体框架是由两个长方体框架并排固定在一起构成，共横向支架1四根、纵向支架2六根、竖向立柱3六根，皆为中空的柱体结构，四根横向支架1的内部分别铺设有一条水平传动齿条8，特点是水平传动机构4上的水平齿轮17通过齿轮组与水平传动齿条8齿合，通过水平传动电机16的运转带动水平传动齿条8工作，水平传动齿条8与箱体传动杆10上的箱体传动齿轮15连接，当水平传动电机16工作时通过水平齿轮17带动水平传动齿条8，传送安装于水平传动齿条8上的盛土箱箱体11水平运输，竖直传动电机工作时，带动竖直传动齿条9工作，传送盛土箱箱体11竖直运输，在整个盛土箱箱体11传输过程中，其流程是：
首先，盛土箱箱体11共四个，分别位于主体框架上的A、B、C、D四处，其中A处为左侧主体框架的底面，B处为左侧主体框架的顶面，C处为右侧主体框架的顶面，D处为右侧主体框架的底面；
当盛土箱箱体11位于初始位置时，即盛土箱箱体11分别位于长方体框架的顶面或底面上时，严格地说是各盛土箱箱体11左侧箱体传动杆10上的箱体传动齿轮15与水平传动齿条8、竖直传动齿条9同时齿合以及各盛土箱箱体11右侧箱体传动杆10上的箱体传动齿轮15与水平传动齿条8、环形齿条18同时齿合时，此时将盛土箱箱体11的上层即盛土层内盛满土壤或基质，打开电源，水平传动机构4和竖直传动机构5的水平传动电机16和竖直传动电机开始工作，在主体框架左端端部和中间的竖直传动机构5工作时，分别带动主体框架前端最左面的竖直传动齿条9以及主体框架前端中部的环形齿条18工作，使得位于主体框架A处的盛土箱箱体11开始向上运输，同时主体框架前端最右面竖直传动机构5也开始工作，使得主体框架前端最右面的竖直传动齿条9以及主体框架前端中部的环形齿条18带动C处的盛土箱箱体11向下运输，即C处的盛土箱箱体11在主体框架前端最右面的竖直传动齿条9以及主体框架前端中部的环形齿条18带动下向下运输，此时主体框架前后两端底部的两个水平传动电机16工作，使得D处的盛土箱箱体11在主体框架前后两端底部的水平传动齿条8带动下开始向左侧运输，同时主体框架前后两端顶部的水平传动电机16工作，使得B处的盛土箱箱体11在主体框架前后两端顶部的水平传动齿条8带动下开始向右侧运输，如此往复循环，当前A处盛土箱箱体11到达C处的位置、当前B处盛土箱箱体11到达D处的位置、当前C处的盛土箱箱体11到达A处的位置，同时当前D处的盛土箱箱体11到达B处的位置时，所有电机停止工作；
对位于上层的盛土箱箱体11内土壤或基质进行当年或当季的栽培种植活动，下层的盛土箱箱体11内的土壤则处于休耕期，当上层种植的作物收获后，进行一次同样的换土操作，对位于下层的前一年或前一季耕种过的土壤可以将其从盛土箱箱体11取出对土壤进行消毒、施肥处理，或引入土壤动物和微生物进行保肥，此时一次换土工作完成，之后可以以相同的方式进行第一层土壤和第二层土壤的更换，达到用于解决设施栽培下作物连作障碍的目的。
主体框架采用的材料为铝合金材料，箱体截面尺寸为200mm*200mm的钢铁方管空心柱体结构，长度根据结构功能有所不同，所述的纵向支架2的长度为1.2m，横向支架1的长度为1.5m～2m，所述的竖向立柱3的长度为1m，材质选用铝合金，具有延展性好、载重能力大的特点，柱体结构还具有受力强度大，结构轻巧的特点。
所述的水平传动齿条8和竖直传动齿条9、环形齿条18所采用的材料均为S45C机械构造用碳素钢，水平传动齿条8和竖直传动齿条9、环形齿条18的模数为5M，齿距为CP15，齿深11mm，厚度50mm，宽度60mm，其中水平传动齿条8规格长1.5m，竖直传动齿条9规格长1～1.2m，环形齿条18的周长为3.5m，满足承重需求，水平传动齿条8和竖直传动齿条9的功能是横向和竖向导向及支撑作用，保证了盛土箱部件横向运动及竖向运动，采用45钢作为导轨材料具有：刚度大，导向精度高，低速平稳运行以及结构简单，便于制造、调整和维护，更换容易。
所述的箱体传动齿轮15设置在箱体传动杆10上，为农机专用齿轮，齿距为CP15，齿深11mm，厚度50mm，宽度60mm规格长1.5m，与水平传动齿条8啮合，起到防滑稳固、传动盛土箱部件的作用。
所述的水平传动电机16和竖直传动电机均采用Y2-200L-4三相异步电动机，额定功率30kW，额定电压380V，额定转速1500rpm，具有耐热，不易腐蚀的优点。
所述的箱体传动杆10为铝合金材质，圆柱体结构，长度为2.5m，与传动电机的转动轴连接，将传动电机的机械能传送到水平传动齿条8和竖直传动齿条9上，带动盛土箱做横向运输和纵向运输。
所述的排水管6为直插下水管，材质为塑料，连接口径30-35mm，长度为350mm，直接套在盛土箱箱体11下层的积水层13的排水口14上使用。
所述的盛土箱箱体11，为盛土层，深度100mm，为大多数园艺作物的根系深度，解决了根系需土量要求的同时解决减少用土量减轻质量的问题，内部盛有新鲜、肥沃、无病原物的干净土壤，最顶层的两个盛土箱箱体11内栽种有作物。
所述盛土箱箱体11的积水层13深度50mm，采用不锈钢材质，防止温室和大棚内高温高湿环境对箱体的腐蚀，作用是承接盛土箱箱体11渗下的水。
所述的排水口14，盛土箱箱体11一侧底端设有开口，积水层13一侧设有开口，这两个开口共同构成排水口14，引导灌溉水的排出，防止灌溉水积累过久产生病菌和毒害作物根系，排水口14的直径为30-35mm。
所述的溢水软管7采用塑料材质，长20～30cm，管口直径30-35mm，方便排水，让灌溉水及时排除。
所述的防撞击橡胶条12为方形，规格为20mm*20mm，材质为硅胶，具有耐腐蚀,耐高压,耐高温,耐磨损,防水等功能，适用于长期处于高温高湿的设施环境作业，共有8个，在各层横向支架1与竖向立柱3连接处的内侧，用于防止盛土箱箱体11对横向支架1、纵向支架2和竖向立柱3的损坏。
所述的排水管6排除积聚在积水层13中的灌溉水，在盛土箱箱体11中的灌溉水渗入到箱体底部后通过排水口排到积水层13中，再排出到装置外，完成排水。
所述盛土箱箱体11的构造整体为一个去顶长方体箱体，这样的结构利于土壤表面透气，而且浇水容易汇聚下渗到底部，同时利于盛土箱箱体11中土壤或基质的更换。
所述的箱体传动杆10上两侧分布有箱体传动齿轮15，通过齿轮-齿条结构进行水平传动运输和竖直船东运输将箱体运送到指定位置。在盛土箱箱体11的一角有一个排水口14，方便灌溉水的排出，排出的水直接渗入到下层的积水层13，再通过排水管6排出到装置外，完成排水作业，方便及时地将多余的灌水排出到土壤外，避免过多的水分积聚在土壤里层对作物根系造成威胁甚至烂根和死亡。
水平齿轮17通过齿轮组连接到箱体传动杆10上的箱体传动齿轮15上对箱体进行水平和竖直运输，在箱体传动杆10的两端各有一组齿轮组连接到箱体传动齿轮15。
所述的箱体传动齿轮15与水平传动齿条8和竖直传动齿条9齿合，如图即是初始阶段，箱体传动齿轮15与水平传动齿条8和竖直传动齿条9各有一部分齿合，在各水平传动齿条8、竖直传动齿条9的作用下盛土箱部件在左侧主体框架底面上时，只能通过竖直传动齿条9带动左侧主体框架底面上盛土箱部件的箱体传动齿轮15竖直向上传送；盛土箱部件位于左侧主体框架顶面上时，只能通过水平传动齿条8带动左侧主体框架顶面上盛土箱部件的箱体传动齿轮15水平向右传送；盛土箱部件位于右侧主体框架顶面上时，只能通过竖直传动齿条9带动右侧主体框架顶面上盛土箱部件的箱体传动齿轮15竖直向下传送；盛土箱部件位于右侧主体框架底面上时，同样只能通过水平传动齿条8带动右侧主体框架底面上盛土箱部件的箱体传动齿轮15水平向左传送。
本发明适用于大型连栋温室、日光温室和塑料大棚等设施栽培的场景，其主要优点为：
(1)由于设施栽培环境封闭，传统栽培方法常常采用大水漫灌，频繁灌水，会使土壤团粒结构被破坏，土壤通透性会降低，以及不合理的耕作方式会使土壤盐渍化加重，让土壤休作一段时间有利于土壤保肥，避免土壤盐渍化；
(2)农业上在同一地块上连年种植同一种蔬菜会引起作物生长发育异常的连作障碍，导致产量下降、品质降低，所述的换土装置达到让土壤休作的效果，避免蔬菜作物产生连作障碍；
(3)随着集约化种植的不断推广，高投入与高产出、种植品种单一、复种指数高和大量施肥施药等为特点的集约化种植已成为我国重要的农业生产模式，这种模式会加剧温室土壤的退化，成为土壤病虫害的越冬越夏场所，导致土传病害的发生和蔓延，所述的换土装置在休作期对土壤进行消毒处理，避免土产病害的发生，阻断病虫害的越冬越夏场所，避免病害的周年发生；
(4)种植一年后的土壤经过休作期，土壤容重、饱和含水量、土壤孔隙度、土壤团粒结构和水分利用效率有所改善，所述的换土装置有利于土壤恢复改善种植地土壤的理化性质，增产增收；
(5)所述的换土装置机械化程度高，结构简单、操作方便，在一定程度上发展了机械化生产；
(6)该装置更换、搬运简便，适于广泛使用；
(7)该装置一半可埋入土壤中(由于土层下温度较低，需要加装加温设施)，减少设施内的空间利用；也可以直接放在地面上，方便搬运和维修。
(8)框架的支架采用柱体结构，能够承受盛土箱和传动电机模块的重量，并能稳定箱体结构。
立体换土装置巧妙地解决了以上问题：
1.立体换土装置采用两层结构，上层土壤用于当年种植，同时下层土壤休息一季或一年，这样一季一休或一年一休，能够使土壤能够有时间进行自我调节，恢复地力；
2.一季一休或一年一休种植制度避免由于土地条件而出现连作障碍，保障了产量；
3.下层处于休作期的土层初期可利用药剂消毒、太阳能消毒或者熏蒸消毒；
4.由于与土层隔绝，其恢复能力有限，故下层处于休作期的土壤在初期消毒过后，可以加入土壤小动物或微生物，包括但不限于蚯蚓等动物，用以帮助土壤恢复营养成分，还有利于改善土壤成分和孔隙度等理化性质；
5.避免了作物在同一地块上种植的模式，降低了土传病害病原菌的积累、抑制了病菌生长和繁殖，一年一换或一季一换的模式及时对土传病害病原菌加以控制，可以有效提高作物产量和改善作物品质，促进农业增产增收。
Claims (9)
1.一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，包括如下内容：
步骤一，每个长方体框架的顶面和底面均设有一个盛土箱机构，定义盛土箱机构位于长方体框架的顶面或底面上时盛土箱箱体(11)位于初始位置，此时将盛土箱箱体(11)的盛土层内盛满土壤或基质；
步骤二，打开电源，在主体框架左端端部和中间的竖直传动机构(5)工作时，分别带动主体框架前端最左面的竖直传动齿条(9)以及主体框架前端中部的环形齿条(18)工作，使得位于左侧主体框架底面上的盛土箱箱体(11)开始向上运输，同时主体框架前端最右面的竖直传动机构(5)也开始工作，使得主体框架前端最右面的竖直传动齿条(9)以及主体框架前端中部的环形齿条(18)带动右侧主体框架顶面上的盛土箱箱体(11)向下运输，此时主体框架前后两端底部的两个水平传动机构(4)工作，使得右侧主体框架底面上的盛土箱箱体(11)在主体框架前后两端底部的水平传动齿条(8)带动下开始向左侧运输，同时主体框架前后两端顶部的水平传动机构(4)工作，使得左侧主体框架顶面上的盛土箱箱体(11)在主体框架前后两端顶部的水平传动齿条(8)带动下开始向右侧运输，如此往复循环，当原来左侧主体框架底面上的盛土箱箱体(11)到达右侧主体框架顶面的位置、当原来左侧主体框架顶面上盛土箱箱体(11)到达右侧主体框架底面上的位置、当原来右侧主体框架顶面上的盛土箱箱体(11)到达左侧主体框架底面上的位置，同时当原来右侧主体框架底面上的盛土箱箱体(11)到达左侧主体框架顶面上的位置时，所有电机停止工作；
步骤三，对位于上层的盛土箱箱体(11)内土壤或基质进行当年或当季的栽培种植活动，下层的盛土箱箱体(11)内的土壤则处于休耕期，当上层种植的作物收获后，进行一次同样的换土操作，对位于下层的前一年或前一季耕种过的土壤能够将其从盛土箱箱体(11)取出对土壤进行消毒、施肥处理，或引入土壤动物和微生物进行保肥，此时一次换土工作完成；
步骤四，以重复步骤一至步骤三的方式进行第一层土壤和第二层土壤的更换，达到用于解决设施栽培下作物连作障碍的目的；
所述该方法所用的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土装置，包括主体框架、盛土箱机构、水平传送机构和竖直传送机构；
其中主体框架是由多个长方体框架并排固定在一起构成，其中长方体框架的长边为主体框架的纵向支架(2)，长方体框架的宽边依次固定连接构成主体框架的横向支架(1)，长方体框架的高为主体框架的竖向立柱(3)，横向支架(1)上设有水平传动齿条(8)，位于主体框架左右两端端部的竖向立柱(3)上设有竖直传动齿条(9)，其余竖向立柱(3)上设有环形齿条(18)，横向支架(1)一端端部设有水平传动机构(4)，水平传动机构(4)与横向支架(1)上的水平传动齿条(8)齿合，纵向支架(2)一端端部设有竖直传动机构(5)，其中位于主体框架左右两端端部的纵向支架(2)上的竖直传动机构(5)与对应的竖向立柱(3)上的竖直传动齿条(9)齿合，其余的竖直传动机构(5)与对应的竖向立柱(3)上的环形齿条(18)齿合，每个长方体框架的顶面和底面上分别设有一个盛土箱机构；
盛土箱机构包括盛土箱箱体(11)、箱体传动杆(10)和箱体传动齿轮(15)，其中盛土箱箱体(11)左右两端分别固定有箱体传动杆(10)，箱体传动杆(10)前后两端分别固定有箱体传动齿轮(15)，盛土箱箱体(11)一端箱体传动杆(10)上的箱体传动齿轮(15)同时齿合在水平传动齿条(8)和竖直传动齿条(9)上，盛土箱箱体(11)另一端箱体传动杆(10)上的箱体传动齿轮(15)同时齿合在水平传动齿条(8)和环形齿条(18)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，所述水平传动齿条(8)通过导轨连接在横向支架(1)上，其中导轨固定在横向支架(1)上，水平传动齿条(8)滑动连接在导轨上。
3.根据权利要求2所述的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，所述竖直传动齿条(9)通过导轨连接在竖向立柱(3)上，其中导轨固定在竖向立柱(3)上，竖直传动齿条(9)滑动连接在导轨上。
4.根据权利要求3所述的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，所述的水平传动机构(4)包括水平传动电机(16)、水平传动杆(19)和水平齿轮(17)，其中水平传动杆(19)与水平传动电机(16)的转动轴连接，水平齿轮(17)套置在水平传动杆(19)外侧，水平齿轮(17)与水平传动齿条(8)连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，所述的竖直传动机构(5)包括竖直传动电机、竖直传动杆和竖直齿轮，其中竖直传动杆与竖直传动电机的转动轴连接，竖直齿轮套置在竖直传动杆外侧。
6.根据权利要求5所述的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，所述的位于主体框架左右两端端部纵向支架(2)上的竖直传动机构(5)的竖直齿轮与对应的竖向立柱(3)上的竖直传动齿条(9)齿合，其余竖直传动机构(5)的竖直齿轮与对应的竖向立柱(3)上的环形齿条(18)齿合。
7.根据权利要求6所述的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，所述的盛土箱机构还包括排水管(6)，其中盛土箱箱体(11)分为上下两层，上层为盛土层，且其底部为透水网，下层为积水层(13)，且其底部设有排水口(14)，排水管(6)通过溢水软管(7)与排水口(14)连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，所述盛土箱箱体(11)的盛土层为上方开口的长方体箱体，且其底部为透水网。
9.根据权利要求8所述的一种用于解决设施栽培下作物连作障碍的换土方法，其特征在于，所述横向支架(1)与竖向立柱(3)交接处的横向支架(1)下方和竖向立柱(3)右端均设有防撞击橡胶条(12)。
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