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家庭园艺中智能旋转式植物种植架的研发和应用.pdf

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家庭园艺中智能旋转式植物种植架的研发和应用.pdf

p-219- 中国园艺文摘 nbsp;2018 年第 1 期 家庭园艺中智能旋转式植物种植架的研发和应用 寇亚平 1 ,滕学政 2 1.中国农业大学 园艺学院,北京 100193;2.山东省潍坊第一中学,山东 潍坊 261000 摘 要 文章分析国内家庭园艺兴起的原因及现状,针对当前家庭园艺中植物种植模式所存在的问题, 设计出一套智能旋转式植物种植架。该装置可替换客厅、办公室、阳台中花卉蔬菜的景观无土栽培, 也可用于微型家庭植物工厂,还可结合物联网技术开发智能居室园艺产品。 关键词家庭园艺;无土栽培;种植模式;植物工厂;智能居室 我国家庭园艺是随着经济发展、城市化进程和人 们对居住水平要求的提高应运而生的,是一个方兴未 艾的产业 [1] 。它以解决城市化进程中人与自然和谐共 生的矛盾为核心,是释放城市人压力和回归自然的纽 带与桥梁,是园艺园林与现代家居的有机结合,是 “园艺疗法”向家庭的贴近和延伸,是响应我国 “生 态文明”建设的园艺产业新领域 [2-4] 。本文分析家庭 园艺的研究现状,以解决家庭园艺种植模式中存在的 问题为出发点,设计一套智能旋转式植物种植架,并 阐述该智能栽培装置的原理及延伸应用前景。 1 家庭园艺研究现状 传统的家庭园艺,是指在庭院中进行的园艺活动 及园林景观建设,包括养花、插花及盆景等。随着我 国城市化的推进,拥有庭院的市民少之又少,我国家 庭园艺便演化成 “家居园艺” ,园艺活动主要利用阳台 和室内空间,设计种植各种各样的植物,以实现既能 塑造家居风格,又能绿化美化环境,还能帮助修身养 性的目标 [5] 。 与发达国家的家庭园艺相比,我国家庭园艺起步 较晚,尚处于初级阶段。我国家庭园艺兴起的动因有 3点1工业化和城市化快速推进过程中带来的室 内外环境问题,如雾霾、室内装修和家具带来的甲醛 等;2经济发展和居民生活水平提高,对居住条件 的要求日益提高,由原来的 “居者有其屋”转变成 “居 者优其屋”;3城市居民回归自然和亲近农业的愿 望所带来的都市农业发展的需求。 2008年1月,中国华南地区首个面向高端客户 提供家庭花园产品和服务的主题商场 “友家园艺生活 广州旗舰店试营业”与 “2008年中国家庭园艺生活元 年”等活动,标志着中国家庭园艺产业的开启 [6] 。近 年来,家庭园艺在北京、上海、广州、深圳等沿海城 第一作者简介寇亚平(1988-),女,博士,助教;主要 从事观赏植物遗传育种研究。 nbsp;市开始流行,政府出台 绿化管理条例 、 屋顶绿化 及垂直绿化技术导则等相关政策文件。行业协会及 房地产商举办和推介的家庭绿化设计竞赛、美家园艺 大赛、家庭园艺节等活动,极大提高了市民从事家 庭园艺的热情 [4,7] 。高校科研人员对家庭园艺的种植 模式、消费市场、消费行为进行分析,开发了一系列 科技园艺产品,使家庭园艺产品更加多样化与市场 化 [8-12] 。同时,在“科技科普”双轮驱动的政策支持下, 关于家庭园艺种植活动的科技科普知识越来越容易开 展,人们对家庭园艺种植的兴趣提升,形成大众参与 创新创意的新局面。阳台蔬菜花卉种植研究、菜园的 景观化和情趣化、无土栽培的应用基质的干净卫生、 水培技术的研发、LED及物联网等现代科技的应用、 家庭园艺产品的专业性研发等,使我国家庭园艺产品 越来越多,受到广大市民的喜爱,激发出更大的消费 市场。 2 家庭园艺种植模式研究现状及问题 家庭园艺种植模式是家庭园艺产品的主要展现方 式,受到高校、科研院所以及企业的普遍重视,家庭 园艺产品的研发均基于家居环境内的园艺模式的优化 而展开。目前,建筑空间外的园艺种植模式有庭 院式、屋顶式、阳台式 [2] 。家居环境的种植模式主要 有台架式、一点中心式、近窗式、环绕式、节奏摆 点式 [13,14] 。根据家庭园艺植物栽培的形式,将其划分 为盆栽式包括单株观赏的大中型植物、盆景、插 花、容器种植、室内附种植器具的景观栽培架及室 内景观园3种。相关的家庭园艺产品有丰富多样的 小型盆栽类、家庭种植套装类、智能花盆类、阳台种 植架、室内种植墙类以及智能植物种植架等 [14] 。 在家庭园艺种植模式中,由于我国市民的居住面 积受限及食品安全问题的存在,阳台园艺和室内景观 园的接受程度较高。利用阳台自己开展种菜、赏菜、 收菜活动,可以得到安全放心的新鲜蔬菜,还可以改 善居住环境、获得知识、愉悦心情、锻炼身体。特别 是无土栽培技术的日渐成熟和人们更加追求环保、自 -220- 然的生活,蔬菜无土栽培开始进入家庭。阳台种菜在 新加坡和我国香港、台湾地区,作为生活方式早已成 为常态。近几年来,国内阳台菜园也发展迅速,利用 自家阳台成为一种时尚,打造阳台 “一米菜园” 、 “一 米花园”成为一种城市生活新潮流。 目前,国内家庭无土栽培主要以阳台种菜为主, 提供生活便利的同时也带来新的问题。主要是受阳台 朝向、阳台封闭环境、无土栽培架等方面的限制,使 固定式阳台种菜存在以下弊端1阳台朝向决定光 照,光照不均,不利于生长,需人为旋转无土栽培种 植架;2栽培架多维PVC管道固定式,造型有碍观 瞻,不宜放置在客厅或办公室;3栽培种植架体积 大,调整困难;4种植架内植物需人工定时浇水清 理,有异味。 3 智能旋转式植物种植架的设计 nbsp;相比阳台,客厅和办公室日照较弱,但四季温度 变化幅度小,空间面积和硬件设备均优于阳台。但客 厅和办公室美观度要求较高,一般的阳台栽培装置又 不适合。为了解决以上问题,我们设计了一款能满足 客厅、办公室景观要求,可以替代绿植,又能提供绿 色无公害蔬菜的装置见附图。 附图 智能旋转景观栽培架设计结构图 注A智能旋转景观栽培架结构图营养液箱1,带驱动机构 的立柱2,营养液盘3,间隔设置的多层托架4,供液泵5, 设置在托架内的空腔6,栽培孔7,驱动电机9,贯通腔10, 旋转接头11,输液管12,供液管13,轴承14,回液管15。 B智能旋转景观栽培架横向结构示意图。 旋转式景观蔬菜无土栽培装置的工作原理如下 电机9通过传动同步带轮及同步带带动立柱 nbsp;2旋转,从而实现连接在立柱2上的所有托架 nbsp;4同时旋转,这样栽培孔7上栽培的蔬菜就实现了 旋转,蔬菜得到的光照就均匀了。 营养液储存在营养液箱1内,通过供液泵5加 压经输供液管13、旋转接头11和输液管12到 达营养液盘3内,从营养液盘3通过连通管道 nbsp;15到达下1层托架4上的栽培机构,托架4上 的栽培机构连通管道15逐层连接,最底层托架 nbsp;4上的栽培机构与贯通腔10连通,营养液最后通 过贯通腔10回流到营养液箱1内,解决了蔬菜架 旋转时营养液可稳定的输送、循环、回收问题。 4 智能旋转式植物种植架的应用展望 智能旋转式植物种植架,是为了解决现代家庭园 艺阳台及办公室中蔬菜、花卉等植物种植中遇到的 问题而设计的。该装置创新点1采用电机带动蔬 菜架定时慢速旋转,保证光照均匀;2采用活动组 合方式,可搭配宝塔、树型等造型,种植不同蔬菜; nbsp;3采用营养液滴灌方式,满足生长的同时又保证环 境干净、无异味。4定时启动,夜间停止,节约能 源,防止噪音;5重点解决装置旋转和浇灌系统运 行相互干涉的难题,实现正常连续浇灌。 该智能旋转式种植架除具备以上功能和创新点 外,根据实际条件和需要还可以进行以下方面的扩展 应用。 4.1 家庭植物微型工厂 植物工厂,又称 “人工光利用型植物工厂” ,是采 用LED等为植物提供人工光源,并配备多层栽培架、 循环风机、空调、CO 2 施肥系统、营养液循环系统等 设备的一种密闭式园艺设施栽培 [15-17] ,主要分为大 型植物工厂和微型植物工厂。微型植物工厂满足人们 追求快速、自然和健康饮食方式的需求,适合家庭使 用,能满足未来城市家庭园艺作物栽培的需要。本文 提出的智能旋转式植物栽培种植架,只需通过简单改 造,添加LED等人工光源,即可满足家庭植物微型 工厂的需要。 4.2 智能居家园艺产品的开发 随着工业化4.0的提出,互联网、物联网和大数 据等新一代信息技术为驱动的智能生产时代即将到 来。本文中所涉及的智能旋转植物栽培种植架,可以 升级为 “家庭植物微型工厂”后进一步升级,通过物 联网技术,实现远程管理和控制,用户可以通过网络 随时随地进行在线管理、远程监控、实时操作,实现 网络种花种菜的效果。 此外,在本文设计的智能旋转植物栽培种植架基 础上,基于植物微型工厂理论,结合室内家电产品进 行高度整合设计,结合室内景观配制、日常养护管 理、种植体验等,可为现代家居提供成套的以互动、 健康、环保为主题的“生态家电”产品。 5 结语 基于国内家庭园艺的兴起,针对当前家庭园艺中 植物种植模式所存在的问题,本文介绍了笔者设计出 的一套智能旋转式植物种植架。该装置可替换客厅、 办公室、阳台中花卉蔬菜的景观无土栽培,也可用于 -221- 中国园艺文摘 nbsp;2018 年第 1 期 微型家庭植物工厂,还可结合物联网技术开发智能居 室园艺产品,具有延伸应用前景。 参考文献 [1] 段云,白燕枫.家庭园艺一个正在兴起的市场[J].中 国花卉园艺,2007,11218-11. 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[19] 常彬.工业4.0智能化工厂与生产[J].化工管理, nbsp;2013,2121-25. (上接210页) 3.2.3 壮梢肥 在春梢顶芽自剪和转绿时各喷施 nbsp;1次叶面肥,用0.5尿素0.3磷酸二氢钾,加速 春梢老熟,顺利转入花芽分化。 3.2.4 保花、壮果肥 金橘现蕾时用0.4~0.5 尿素0.3磷酸二氢钾0.2硼砂混合液喷施2~3 次。在第1批花现果后、第2批花谢完时约6月中 旬,每株施腐熟粪水15~20 kg或硫酸钾复合肥 0.3~0.5 kg,并喷施0.3磷酸二氢钾、0.2硼 砂混合液1~2次,促稳果壮果。 4 整形修剪 4.1 幼树 金橘复芽萌发抽枝力强,因此,在生产上常用 “抹一芽促多芽”的办法来培养幼树树冠,选留方位 恰当、分布均匀、长势健壮的4~5个分枝作主枝, 其余抹除,通常以抹芽、疏梢、摘心、拉枝为主,促 其形成圆头形或宝塔形的早结丰产树冠。 4.2 结果树 1初结果期各级骨干延长枝继续选择短截处 理,抹除夏梢、促发健壮秋梢。 2盛果期及时回缩结果枝组、落花结果枝组 和衰退枝组,剪除挡光枝、枯枝、病虫枝。 3采果后在采果后至翌年2月底前的冬季清 园时进行,主要剪除枯枝、细弱枝、病虫枝,疏除密 集枝、重叠枝、交叉枝等。 5 病虫害综合防治 金橘病虫害的防治应根据 “预防为主、综合防治” 的方针,严格按照GB/T 8321.1~GB/T 8321.9的 要求使用农药,采用农业防治、生物防治、利用性诱 剂诱杀及使用生物源农药、物理机械防治和化学防治 相结合的方法,尽量少使用化学农药,禁止使用高 毒、剧毒、高残留农药和国家规定禁止使用的农药, 安全间隔期轮换使用安全、高效、低毒、低残留的化 学农药,推广生物农药,提高防治水平,达到无公害 产品标准。 金橘抗性强,病虫害较少,幼树在高温多湿情况 下容易感染炭疽病,结果树则主要防治红蜘蛛。防治 炭疽病在春梢抽生期及时喷药2次,第1次于新 梢萌发0.5 cm长时,喷0.5倍量式波尔多液,第 2次于7~10 d后喷可杀得500倍液或甲基托布津 600倍液。防治红蜘蛛当平均单叶片有螨2~3头 时,选用克螨物、绿亨阿维、螨杀、哒螨灵等药剂 轮换喷施;虫害发生期喷20双甲脒乳油1 000倍、 20三氯杀螨砜800倍、三氯杀螨醇乳剂2 000倍, 每7~10 d喷1次,共喷2~3次。 6 果实采收 采摘时注意做到剪下果实、剪平果柄、轻摘轻 放、轻装轻运,防止机械损伤,提高采果质量,降低 果实腐烂率,并分级包装销售,提高商品率。/p

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