CN105075838A - 一种无土栽培设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及设施农业技术领域，特别涉及一种无土栽培设备及其方法。该无土栽培设备包括供水系统和种植系统；供水系统包括水泵1、蓄水装置2、进水管3、排水管4，水泵设置于蓄水装置中；种植系统包括水槽5、托架6和种植盆7，托架置于水槽上，种植盆固定于托架中；进水管的两端分别与水泵和水槽连通，排水管的两端分别与蓄水装置和水槽连通，水槽上设置有溢水孔8，溢水孔的高度与所需灌溉水位的高度一致，溢水孔与排水管连通；水槽底部设置有排水孔9，排水孔与排水管连通。本发明提供的无土栽培设备浇灌方式科学合理，灌溉效率显著、维护少、寿命长、植物吸水一致、对水质要求较低。
Description
技术领域
本发明涉及设施农业技术领域，特别涉及一种无土栽培设备及其方法。
背景技术
无土栽培是以草炭或森林腐叶土、膨胀蛭石等轻质材料做基质固定植株，让植物根系直接接触营养液，采用机械化精量播种一次成苗的现代化育苗技术，包括水培、雾(气)培、基质栽培。无土栽培是一种不用天然土壤而采用含有植物生长发育必需元素的营养液来提供营养，使植物正常完成整个生命周期的栽培技术。到20世纪30年代开始把这种技术应用到农业生产上。19世纪中，W.克诺普等发明了这种方法，在二十一世纪人们进一步改进技术，使得无土栽培发展起来。
目前无土栽培(基质培)主要的方法是槽式栽培法和袋式栽培法，前者主要用于叶菜类蔬菜的栽培，后者用于茄果类等蔬菜的栽培，两者采用的浇灌方式是滴灌(微灌)和喷灌。这两种栽培方法和两种浇灌方式都有各自的缺点和不足：
(一)槽式栽培法缺点：
1、固定不可移动
所用栽培槽是一种具有一定机械强度材料制成的两头封闭的槽，一般采用立体栽培而将栽培槽固定于特定的支架以保持稳定性，故而限制了栽培槽的移动性操作。
2、机械化程度低
一般为了降低成本，栽培槽长度大且固定于支架，栽培基质的填装和更换只能通过人工或半机械化的操作，费时费力，对机械化操作不利。
3、采收方式单一
槽式栽培法栽培蔬菜只能通过人工就地采收后进行包装销售。
(二)袋式栽培法缺点：
1、蔬菜硝酸盐含量高
由于袋式栽培对外排水性差，在不断定期追肥时，不可避免的使硝态氮肥(铵态氮肥会毒害植株)累积，从而导致成品蔬菜硝酸盐含量高，对食品安全不利。
2、水电依赖度高
袋式栽培的植物根被限制于袋内，水分和肥料的供应仅能依靠滴灌，因此作物生长对滴灌的依赖度非常高，一旦在高温蒸腾旺盛的季节，供水系统出现小规模瘫痪便会引起大规模植株缺水萎蔫过度而死亡的现象。
(三)滴灌(微灌)缺点：
1、灌水器易堵塞
滴水器中很小的水流通道堵塞是滴灌应用中最主要的问题，检测堵塞是很困难的，堵塞使毛管管路出水不均，严重时会使整个系统无法正常工作，甚至报废。引起堵塞的原因有物理因素、生物因素和化学因素，如水中的泥沙、有机物质、微生物和化学沉淀物等。因此，滴灌对水质要求较高，一般均应过滤，必要时还需经过沉淀和化学处理。目前已研制出少数大流道小流量、抗堵塞性能较好的滴头品种，随着研究的深入，滴头堵塞问题将会得到逐步改善，但要彻底解决几乎是不可能的。
2、盐分积累
当基质含盐量高进行滴灌或是利用咸水滴灌时，盐分会积累在湿润区的边缘，盐分可能会引起盐害。这时需进行冲洗，必要时辅以喷灌或地面灌溉。
3、后期维护资本较高
一茬种植完成，对基质处理时必须将滴灌头拔出(或拿出微灌管)，再处理基质，基质处理完成后还必须把滴灌头重新插入位置(或把微灌管再次铺好)，提高了劳动力成本和时间成本。
4、由于管导较长，滴管压力不均匀，导致出水不均，植物所需的水份不一致。
(四)喷灌缺点：
1、无法精确浇灌，灌溉均匀性差，由于是无土栽培(基质培)使用的装置而不是在地面土壤种植，对于浇灌的精确性和均匀性就非常重要，
2、水性差，现有技术中的养护方式采用喷淋式或滴灌，均有可能造成供水不均、或多或少。
由于有这些问题我们利用土壤毛细管作用(毛细管水是作物生长有效水中最主要的部分)创造了无土栽培(基质培)的自吸式浇灌方法以及机械化程度极高的有机生态型无土栽培方法，此无土栽培法最适合叶菜类蔬菜的规模化无土栽培。
为了解决上述问题，急需提供一种机械化程度高、灌溉方式科学合理的无土栽培方法及相关设备。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无土栽培设备及其方法。该无土栽培设备浇灌方式科学合理，灌溉效率显著、维护少、寿命长、植物吸水一致、对水质要求较低，比滴灌节水7％以上，比喷灌节水达30％以上；本发明提供的无土栽培设备浇灌方式是植物主动从流动的水源中用基质毛细孔直接吸水，植物可以按需求来吸水，对植物的生产更有利；本发明提供的无土栽培设备系统构成简单，故障率可大大降低；本发明提供的无土栽培方法种植的产品安全无公害。由于采用有机质肥料直接混合入基质的栽培方法，避免了后期化肥的添加，可以使生产的叶菜类蔬菜或其它种类的蔬菜在品质和安全上达到有机生产标准；机械化、自动化程度高。从基质混合、填装、播种、养护、管理，直至最后的采收和基质的回收再利用，都可通过机械化的操作完成。
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设备，包括供水系统和种植系统；
供水系统包括水泵1、蓄水装置2、进水管3、排水管4，水泵设置于蓄水装置中；
种植系统包括水槽5、托架6和种植盆7，托架置于水槽上，种植盆固定于托架中；
进水管的两端分别与水泵和水槽连通，排水管的两端分别与蓄水装置和水槽连通，水槽上设置有溢水孔8，溢水孔的高度与所需灌溉水位的高度一致，溢水孔与排水管连通；水槽底部设置有排水孔9，排水孔与排水管连通。
作为优选，进水管的出水量大于排水孔的排水量。
作为优选，溢水孔排水量大于进水管的进水量。
本发明提供的无土栽培设备实现自吸式浇灌系统工作过程如下：
浇灌：水泵从蓄水装置中抽水，由进水管传送到水槽中，根据种植盆的大小设定水泵工作时间，使水接触种植盆内基质，基质便可通过毛细管或根系作用自行吸水并保持水分；
回流：供水水泵到设定时间自动关闭，由于水的不断流动，使种植盆达到浸润的程度，多余的水经排水管道排入过滤装置。过滤装置内的循环水经过沉淀、过滤、杀菌处理，重新灌入蓄水装置循环使用。
为了保证植物的生长需要，在不同的生长阶段要适当追施可溶性有机肥。可溶性有机肥可通过本发明无土栽培设备的浇灌系统同时进行，满足植物的生长需要。
本发明无土栽培设备设计的进水管的出水量大于排水孔的排水量，且排水管一直是处于开排的状态，当经过一定时间的供水后，由于进水量、排水量不等，水槽水位就会上升，水通过种植盆底部的孔自然进入基质，植物根系通过虹吸作用主动吸收水分，自行达到供水的目的。但当水位超过一定高度时，系统上设计有溢水孔，溢水孔排水量大于进水管出水量，使水位保持相对稳定。最后，根据作物的需水量控制进水时间，实现有效的浇灌。本发明提供的无土栽培设备是一种动态的(供排水同时进行)、相对的(供排水不等)和稳定的(有溢水孔)保持水位多因子控制系统，是全新的、创造性的浇灌方式。
作为优选，溢水孔或排水孔的进口处设置有滤网。因为在浇灌中有基质从种植盆底部泄出，滤网能够防止基质堵塞溢水孔或排水孔。
为了便于控制供水时间，同时为了不使水槽中水回流至蓄水装置中，在本发明提供的一些实施例中，进水管上设置有阀门10。
从水槽排出的水会有基质等杂质，为了进一步净化水质，在本发明提供的一些实施例中，排水管上设置有过滤装置11。
在本发明提供的一些实施例中，水槽边缘有翻边，增加水槽强度。
为了保证水槽固定于支架上，在本发明提供的一些实施例中，水槽底部设置有固定装置，可以架在预先设置的架子上。
在本发明提供的一些实施例中，水槽底部的固定装置为平行的两条或两条以上的凹槽，凹槽可与水槽架卡位配合，并在水槽底部有凹槽的两边设置有2个或2个以上的防滑装置。
作为优选，为了防止种植作物时托架下榻，在托架下面设置2个或2个以上的支撑物12，支撑物为支撑脚或支撑钉。
为了把溢水孔和排水孔流出的水集中起来，并通过排水管回流到供水系统，本发明无土栽培设备还包括集水系统13(水回流系统)。
在本发明提供的一些实施例中，集水系统进水端与溢水孔、排水孔连通，出水端与排水管连通。
在本发明提供的一些实施例中，基于成本的考虑，集水系统采用普通的PVC塑料管对剖即1/2管，或者用塑料薄膜折成凹槽状，能够实现收集水的作用即可。
在本发明提供的一些实施例中，水槽高2～5cm，长40～100cm，宽20～60cm，水槽厚度为1～3mm。
优选地，水槽高2～5cm，长60～70cm，宽22～35cm，水槽厚度为1～3mm。
在本发明中，托架用于固定种植盆，根据作物种植要求，托架孔的直径根据种植作物的不同进行调整。例如种植芹菜、蒿菜等可用小孔托架，直径为2～4厘米；种植生菜时托架孔直径设计为11～13厘米；种植青菜、草莓时托架孔直径设计为16～18厘米。
种植盆根据不同作物选择普通不同规格的市场上通用的种植盆。
作为优选，排水管设置有阀门。
本发明还提供了一种无土栽培方法，采用本发明无土栽培设备种植植物。
在本发明提供的一些实施例中，无土栽培方法具体为：
播种育苗，将定植苗定植于本发明无土栽培设备的种植盆，采用本发明无土栽培设备浇灌、培养。
在本发明提供的一些实施例中，播种育苗基质为泥炭、蛭石和珍珠岩的混合物，以质量比计，泥炭：蛭石：珍珠岩＝7：2：1。
在本发明提供的一些实施例中，种植盆中填装有栽培基质，栽培基质为泥炭、蛭石、珍珠岩和有机肥的混合物，以质量比计，泥炭：蛭石：珍珠岩：有机肥＝5：3：1：1。
本发明提供了一种无土栽培设备及其方法。该无土栽培设备包括供水系统和种植系统；供水系统包括水泵1、蓄水装置2、进水管3、排水管4，水泵设置于蓄水装置中；种植系统包括水槽5、托架6和种植盆7，托架置于水槽上，种植盆固定于托架中；进水管的两端分别与水泵和水槽连通，排水管的两端分别与蓄水装置和水槽连通，水槽上设置有溢水孔8，溢水孔的高度与所需灌溉水位的高度一致，溢水孔与排水管连通；水槽底部设置有排水孔9，排水孔与排水管连通。本发明至少具有如下优势：
1、本发明提供的无土栽培设备浇灌方式科学合理，灌溉效率显著、维护少、寿命长、植物吸水一致、对水质要求较低。本发明方法的用水量是根据植物实际所需要的用水量，多余的水通过回流收集过滤，重复利用，几乎没有水浪费，这种浇灌方法比传统的滴灌方式更科学，比喷灌更节水。据试验，在同等作物的种植情况下，本方法比滴灌节水7％以上，比喷灌节水达30％以上。
2、本发明提供的无土栽培设备浇灌方式是植物主动从流动的水源中用基质毛细孔直接吸水，植物可以按需求来吸水，对植物的生产更有利。
3、本发明提供的无土栽培设备系统构成简单，故障率可大大降低。
4、本发明提供的无土栽培方法种植的产品安全无公害。由于采用有机质肥料直接混合入基质的栽培方法，避免了后期化肥的添加，可以使生产的叶菜类蔬菜或其它种类的蔬菜在品质和安全上达到有机生产标准。
5、机械化、自动化程度高。从基质混合、填装、播种、养护、管理，直至最后的采收和基质的回收再利用，都可通过机械化的操作完成。
附图说明
图1示本发明提供的无土栽培设备结构示意图；其中，1示水泵，2示蓄水装置，3示进水管，4示排水管，5示水槽；
图2示本发明提供的无土栽培设备中种植系统的结构示意分解图；其中，5示水槽，6示托架，7示种植盆，8示溢水孔，9示排水孔，10示阀门，11示过滤装置，12示支撑物；
图3示本发明提供的无土栽培设备结构示意图；13示集水系统。
具体实施方式
本发明公开了一种无土栽培设备及其方法，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。
本发明无土栽培设备及其方法中所用基质、肥料、种子、灌溉系统配件等均可由市场购得。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1无土栽培设备的构造
请参阅图1、图2、图3，图1示本发明提供的无土栽培设备结构示意图；其中，1示水泵，2示蓄水装置，3示进水管，4示排水管，5示水槽；图2示本发明提供的无土栽培设备中种植系统的结构示意分解图；其中，5示水槽，6示托架，7示种植盆，8示溢水孔，9示排水孔，10示阀门，11示过滤装置，12示支撑物；图3示本发明提供的无土栽培设备结构示意图；13示集水系统。
本发明提供了一种无土栽培设备，包括供水系统和种植系统；
供水系统包括水泵1、蓄水装置2、进水管3、排水管4，水泵设置于蓄水装置中；
种植系统包括水槽5、托架6和种植盆7，托架置于水槽上，种植盆固定于托架中；
进水管的两端分别与水泵和水槽连通，排水管的两端分别与蓄水装置和水槽连通，水槽上设置有溢水孔8，溢水孔的高度与所需灌溉水位的高度一致，溢水孔与排水管连通；水槽底部设置有排水孔9，排水孔与排水管连通。
作为优选，进水管的出水量大于排水孔的排水量。
作为优选，溢水孔排水量大于进水管的出水量。
本发明提供的无土栽培设备实现自吸式浇灌系统工作过程如下：
浇灌：水泵从蓄水装置中抽水，由进水管传送到水槽中，根据种植盆的大小设定水泵工作时间，使水接触种植盆内基质，基质便可通过毛细管或根系作用自行吸水并保持水分；
回流：供水水泵到设定时间自动关闭，由于水的不断流动，使种植盆达到浸润的程度，多余的水经排水管道排入过滤装置。过滤装置内的循环水经过沉淀、过滤、杀菌处理，重新灌入蓄水装置循环使用。
为了保证植物的生长需要，在不同的生长阶段要适当追施可溶性有机肥。可溶性有机肥可通过本发明无土栽培设备的浇灌系统同时进行，满足植物的生长需要。
本发明无土栽培设备设计的进水管的出水量大于排水孔的排水量，且排水管一直是处于开排的状态，当经过一定时间的供水后，由于进水量、排水量不等，水槽水位就会上升，水通过种植盆底部的孔自然进入基质，植物根系通过虹吸作用主动吸收水分，自行达到供水的目的。但当水位超过一定高度时，系统上设计有溢水孔，溢水孔排水量大于进水管出水量，使水位保持相对稳定。最后，根据作物的需水量控制进水时间，实现有效的浇灌。本发明提供的无土栽培设备是一种动态的(供排水同时进行)、相对的(供排水不等)和稳定的(有溢水孔)保持水位多因子控制系统，是全新的、创造性的浇灌方式。
作为优选，溢水孔或排水孔的进口处设置有滤网。因为在浇灌中有基质从种植盆底部泄出，滤网能够防止基质堵塞溢水孔或排水孔。
为了便于控制供水时间，同时为了不使水槽中水回流至蓄水装置中，在本发明提供的一些实施例中，进水管上设置有阀门10。
从水槽排出的水会有基质等杂质，为了进一步净化水质，在本发明提供的一些实施例中，排水管上设置有过滤装置11。
在本发明提供的一些实施例中，水槽边缘有翻边，增加水槽强度。
为了保证水槽固定于支架上，在本发明提供的一些实施例中，水槽底部设置有固定装置，可以架在预先设置的架子上。
在本发明提供的一些实施例中，水槽底部的固定装置为平行的两条或两条以上的凹槽，凹槽可与水槽架卡位配合，并在水槽底部有凹槽的两边设置有2个或2个以上的防滑装置。
作为优选，为了防止种植作物时托架下榻，在托架下面设置2个或2个以上的支撑物12，支撑物为支撑脚或支撑钉。
为了把溢水孔和排水孔流出的水集中起来，并通过排水管回流到供水系统，本发明无土栽培设备还包括集水系统13(水回流系统)。
在本发明提供的一些实施例中，集水系统进水端与溢水孔、排水孔连通，出水端与排水管连通。
在本发明提供的一些实施例中，基于成本的考虑，集水系统采用普通的PVC塑料管对剖即1/2管，或者用塑料薄膜折成凹槽状，能够实现收集水的作用即可。
在本发明提供的一些实施例中，水槽高2～5cm，长40～100cm，宽20～60cm，水槽厚度为1～3mm。
优选地，水槽高2～5cm，长60～70cm，宽22～35cm，水槽厚度为1～3mm。
在本发明中，托架用于固定种植盆，根据作物种植要求，托架孔的直径根据种植作物的不同进行调整。例如种植芹菜、蒿菜等可用小孔托架，直径为2～4厘米；种植生菜时托架孔直径设计为11～13厘米；种植青菜、草莓时托架孔直径设计为16～18厘米。
种植盆根据不同作物选择普通不同规格的市场上通用的种植盆。
作为优选，排水管设置有阀门。
实施例2种植实例
采用实施例1提供的无土栽培设施种植叶菜类蔬菜，同时设置对比例1和对比例2，除浇灌方法不同外，其它操作步骤一致。对比例1采用传统滴灌系统灌溉，对比例2采用传统喷灌系统灌溉。种植方法如下：
1、专用基质的配比，分成两个大类：播种育苗基质、栽培基质，按照特定的比例混合有机基质与无机基质及固态有机肥。播种育苗基质配比为，泥炭：蛭石：珍珠岩＝7：2：1；栽培基质配比为，泥炭：蛭石：珍珠岩：有机肥＝5：3：1：1，基质配比根据不同栽培品种进行适当调整。
2、基质混合，基质的混合可使用传统的混凝土搅拌器或者专门设计的基质搅拌器，目的是将按比例调配的基质能够充分混合，达到均匀、一致的目的。
3、基质的机械化填装，播种育苗穴盘机械化填装，目前市面上已经有成熟的穴盘填装机械，各个规格的穴盘都可进行机械化精准的填料；大规模的生产，种植盆也使用机械化填装，节省劳动力并保证填装量一致，在培养盆内形成一个与穴盘单孔大小的孔洞，方便定植。
4、播种，种子使用播种机播种于穴盘，使用品质较好的种子，保证发芽率和苗的整齐性。
5、育苗，将播种完成后的穴盘运往育苗棚，定点集中育苗，培育壮苗。
6、定植，穴盘苗生长到一定阶段时，一般叶菜幼苗5～6片真叶时，将穴盘苗取出，定植于种植盆内已有的孔内进行定植。
7、将种植盆安放于水槽上，将定植好的种植盆运往培养棚(生长区)，安放于培养板上，单个培养架上安放3层培养板，充分利用空间。
8、定点培养，采用本发明提供的无土栽培设施进行自动化培养、灌溉。对比例1采用滴灌系统培养、灌溉，对比例2采用喷灌系统培养、灌溉。
9、采收，传统采收方式包装后上市，也可带培养盆活体销售。
第二茬时重复3～7步即可，基质每茬培养完成后集中处理再利用。
计算实施例1、对比例1、对比例2的灌溉用水量，结果显示本发明无土栽培设备比传统的滴灌系统节水7％以上，比喷灌系统节水30％以上。
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 (10)
1.一种无土栽培设备，其特征在于，包括供水系统和种植系统；
所述供水系统包括水泵（1）、蓄水装置（2）、进水管（3）、排水管（4），水泵设置于蓄水装置中；
所述种植系统包括水槽（5）、托架（6）和种植盆（7），托架置于所述水槽上，种植盆固定于托架中；
所述进水管的两端分别与水泵和水槽连通，所述排水管的两端分别与蓄水装置和水槽连通，所述水槽上设置有溢水孔（8），溢水孔与排水管连通；水槽底部设置有排水孔（9），排水孔与排水管连通。
2.根据权利要求1所述的无土栽培设备，其特征在于，所述进水管的出水量大于排水孔的排水量。
3.根据权利要求1所述的无土栽培设备，其特征在于，所述溢水孔排水量大于进水管的进水量。
4.根据权利要求1所述的无土栽培设备，其特征在于，所述溢水孔或排水孔的进口处设置有滤网。
5.根据权利要求1所述的无土栽培设备，其特征在于，所述进水管上设置有阀门（10），所述排水管上设置有过滤装置（11）。
6.根据权利要求1所述的无土栽培设备，其特征在于，所述水槽底部设置有固定装置。
7.根据权利要求1所述的无土栽培设备，其特征在于，在所述托架下面设置2个或2个以上的支撑物（12），所述支撑物为支撑脚或支撑钉。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的无土栽培设备，其特征在于，所述无土栽培设备还包括集水系统（13）。
9.根据权利要求8所述的无土栽培设备，其特征在于，所述集水系统进水端与溢水孔、排水孔连通，出水端与排水管连通。
10.一种无土栽培方法，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述无土栽培设备种植植物。
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