一种新型阳台水培装置的设计组装与应用.pdf

温室园艺 2020 07 76 家庭园艺 Home Gardening 一种新型阳台水培装置的 设计组装与应用 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 19 015 摘要 随着人们收入水平的不断提升和城镇化步伐加快 都市 微农业 作为传统农业的拓展与延伸悄 然兴起 然而 作为家庭园艺 微农业 市场销售的阳台水培装置种类少 且结构简单 实用与美观兼 顾性差 本研究团队根据阳台空间特点和植物生长对环境的要求 设计出一款 菱形 阳台水培装置 该 装置采用支架系统与营养液系统一体化设计 由立体支架 管道栽培槽 营养液循环系统等组成 营养液 流动过程中通过与溶液表面空气接触 多级落差 瀑布跌落式设计等形式增加营养液含氧量 具有结构新 颖 成本低廉 安装方便 实用性强等优点 庭园艺作为传统农业的拓展 一方面可以 满足城市居民的生活所需 提高自己的观 赏情趣 美化自己的生活环境 另一方面借由实 际接触和运用园艺材料 接触自然环境而纾解工 作压力与放松心灵 美国 华尔街日报 报道 学者研究发现 景观园艺 能够减缓心跳速度 改善情绪 减轻疼痛 对病人康复具有很大的帮 助作用 近年来 中国阳台农业得到了较快发展 针对阳台作物专用的种植技术和装备研究也取 得一定进展 张晓磊 1 等以小白菜品种 快菜 30 为试验材料 通过调整基质配比 栽培密度 和营养液配方建立了适合阳台生产的小白菜栽培 技术体系 黄碧阳 2 等通过研究根域体积对阳 台种植菠菜生长与品质的影响 得出阳台菠菜根 域体积 500 cm 3 时 地上部和根系生长较协调 根系发达 菠菜品质最佳 产量最高 叶菜类栽 培简单 生长季节较短 是适合阳台种植的一类 蔬菜 为此研究人员针对不同种类 不同品种的 叶菜 测定了发芽率 株高 叶片数 单株重等 指标 筛选适宜阳台种植的叶菜品种 3 无土栽 培作为一种新型的阳台种植方式 因其干净卫 生 生长周期短越来越受到市场的追捧 颜志 明 4 等根据市场需求开发了 A 字型和 屋脊 型两种阳台水培装置 郭恒源 5 研制了 阶梯 式 阳台蔬菜种植设备 并进行了生菜种植试验 取得了良好效果 本研究团队根据市场需求和 阳台空间特点 开发出一款新型阳台水培装置 具有结构新颖 成本低廉 安装方便 实用性强 等特点 材料与方法 试验材料选购自建材市场 PVC 管 3 种 直径分别为 110 75 50 mm 中财国标排水管 PVC 管三通 四通 弯头 堵头等选用中财或 联塑国标配件 粘合剂选用 PVC 管专用胶进行 粘合 根据实用 经济 新颖的原则 使用 AutoCAD 2017 版 绘制装置立体图 确立各 部分参数 然后根据 PVC 管配件材料尺寸调整 设计样图 根据设计图纸 利用 PVC 管切割机 充电钻等电动工具切割 PVC 管材 并在 PVC 管 材 110 mm 上打定植孔 均匀涂抹 PVC 专用 温室园艺 2020 07 77 农业工程技术 温室园艺 胶水后分层连接 试水无渗漏后 进行整体组装 组装完成后注水测试 新型阳台水培装置的结构设计 本装置基于三角形稳定性和阳台空间特点设 计为菱形 共 4 层 旨在充分利用阳台空间并增 加栽培株数 同时 注重栽培架的新颖性 实用性 经济性和便于操作 栽培管作为植物生长的主体结构 本装置选 用直径为110 mm 的国标 PVC 排水管 定植孔 可根据种植作物的不同选用 35 40 45 50 mm 等不同的孔径 植株的株距为定植孔直径的 2 倍 即 70 80 90 100 mm 等不同植株间距 栽培 管两端选用 110 mm 转 50 mm 的变径接头与连接 管连接 平面连接管采用两组类型 一组由斜四通加 2 个 15 弯头组成 另一组由水平四通加 2 个 30 弯头组成 四通与弯头 弯头与栽培管间用直径 为 50 mm PVC 排水管连接 图 1 本装置的立体支架采用营养液兼容性设计方 案 既体现了本装置简洁 实用 新颖的特点 又节省了装置建造成本 如图 2 所示 整个装置 高约 1 8 m 共 4 层 最底层高 50 cm 其上 4 层 之间距离均为 40 cm 整个支架由直径为 75 mm 的国标 PVC 排水管组成 为增加支架系统的牢 固性 装置采用直径为 75 mm 的国标 PVC 排水 管组成长方形底座 根际含氧量与水培植物生长密切相关 富 氧的根系环境可以显著提升植物根系活力 营 养液栽培模式有多种 本装置采用的是营养液 深液流模式 装置运行时液位深度3 65 cm 该模式中营养液含氧量控制技术是核心 本装 置的营养液循环系统采用立体支架一体化设计 采取单向循环流动模式 营养液在栽培管循环 流动过程中与空气进行氧气交换 提升营养液 含氧量 同时 通过不同栽培层之间的落差设计 回流液以瀑布跌落的方式注入回液箱 增加水 体与空气的氧气交换频率 实现增氧效果 另外 进液口的落差设计 也起到了一定的增氧效果 运行时溶氧含量为 6 8 mg L 为保证营养液的 单向流动 通过 PVC 管内堵头人为阻断 PVC 立 柱管材的流通性 间歇式循环流动是营养液栽培的通用模式 间歇式循环供氧不仅满足了植物根系对氧气的 需求 而且能充足供给植物所需的矿质营养和水 分 根据水体溶氧含量的变化规律和前期研究积 累 本设计采取供液 20 min 停 40 min 昼夜 循环模式 一方面保证营养液含氧量满足植物根 系呼吸的要求 同时延长设备使用寿命 减少电 能消耗 30 弯头 30 30 120 平面四通 异径直通 平面三通 斜四通 栽培孔 栽培管 组合一 组合一 组合二 组合二 15 弯头 图 1 栽培管和连接管的平面布局 40 cm 40 cm 40 cm 50 cm 图 2 支架和营养液循环系统的设计 PVC 管内堵头 温室园艺 2020 07 78 家庭园艺 Home Gardening 新型阳台水培装置的组装与应用 本装置采用模块化分层安装模式进行组装 如图 3 所示 用 PVC 专用胶水将 110 mm 转 50 mm 的异径直通安装到 110 mm PVC 栽培管上 按照图 1 所示 用 PVC 专用胶水将组合 一和组合二进行粘接 在确保栽培层水平条件下将 栽培管与组合一 组合二进行粘接 待胶水粘结牢 固后 根据栽培密度 在栽培管上打直径为5 mm 的栽培孔 底座和立柱安装采用由下而 上的安装方式进行 为节省空间 装置底座改用十字 交叉型 中间用四通连接 确保其处于同一水平面 底座完成后 将 50 cm PVC 管插入四角 将第一层 栽培架放置在立柱上 用 PVC 专用胶水固定 粘结 牢固后 搭建第二层栽培架 直至 4 层栽培架全部搭 建完成 栽培装置搭建完成 通水测 试 PVC 管粘合密闭性 如遇渗水或漏水 及时进行补 胶 确保不会发生渗漏 完全通水后 测试其稳固性 确保栽培层水平 各管道水流基本一致 同时确保底 座和栽培支架具有足够的支撑作用 本装置可用于生菜等叶菜的种植 建议植株株 高在35 cm 以下 以生菜和水晶菜种植为例 采用 岩棉育苗 将生菜和水晶菜种子 55 温汤浸种 6 h 表 1 生菜专用营养液配方 名称 用量 mg L 四水硝酸钙 910 硝酸钾 238 磷酸二氢钾 185 七水硫酸镁 500 EDTA 铁钠盐 16 硼酸 3 一水硫酸锰 2 七水硫酸锌 0 2 五水硫酸铜 0 08 钼酸铵 0 02 图 3 阳台水培装置的组装 恒温催芽 待种子胚根露出后 播种到 3 cm 4 cm 的岩棉块中进行育苗 白天 25 夜间 20 2020 年 5 月 8 日 大 约在播种后 10 天左右 幼苗长至 2 叶 1 心 时定植到栽培篮 将栽培篮放置到栽培孔 营养液采用生菜专用营养液 表 1 生菜生 长最适 pH 是 6 0 6 9 EC 以 1 0 1 8 mS cm 为宜 待植株生长 20 天左右 可进行收 获 图 4 图 4 栽培装置在生菜和水晶菜种植上的应用 栽培层 立柱 底座 温室园艺 2020 07 79 农业工程技术 温室园艺 新型阳台水培装置的设计特点与 应用分析 中国现有阳台面积普遍不大 如何充分利 用阳台有限空间 减少冗余结构 降低装置遮光 性是本设计首先考虑的问题 因此 本装置采 用了支架系统与营养液循环系统的一体化设计 支架 栽培管道 营养液循环系统采用整体设计 不仅降低了成本 减少冗余支架对光线的影响 更能体现简洁实用 美观新颖的设计效果 阳台的主要功能是让使用者更好更完全地 感受新鲜的空气和阳光 而在这种惬意的环境 下 如果设置一个小型家庭园艺景观 可以更 好地让使用者感到舒适 同时又增加家庭园艺 设计的美观性 因此 本装置设计的首要原则 是美观性和新颖性 确保设计方案既适用于家 庭阳台空间 又具有一定的新颖性 作为都市微 农业的一种形式 实用性设计是确保发挥最大 生产潜力的主要举措 本装置设计为 4 层 每 层 5 根栽培管 并根据栽培植物的不同设置不 同的种植孔径和种植孔距 充分利用了阳台的 立体空间 本设计的营养液循环系统通过闭环式设计 营养液在系统内滤后循环流动 并根据作物利用 情况及时补充新鲜营养液 营养液循环利用一段 时间后 或一个栽培季完成后 剩余的营养液可 用于盆栽花草或小区树木的施肥 避免直接排放 对周边水体造成不良影响 由于采用了无外支架设计 且受限于 PVC 配件的固有特性 本设计连接件所占比例稍高 导致其空间利用率低于有外支撑的设计类型 同 时 由于 PVC 管作为立柱 支撑栽培层的全部 重量 造成该装置体型不宜过大 有鉴于上述局 限性 在后期改良中采用直径 110 mm 的 PVC 管 做立柱 可有效解决支架系统牢固性与稳定性不 足的缺点 同时 通过简化栽培层管道数量和排 布 解决栽培层连接件过于复杂 占比较高的问 题 使该装置更趋简单实用 总结 在水培装置的设计过程中 既要满足植物 生长的要求 又要考虑阳台有限空间的合理利 用 本研究开发的新型阳台水培装置 不仅具有 结构新颖 成本低廉 拆装方便 实用性强等优 点 而且具有便于操作 空间利用率高 安装简 单等特点 同时栽培管长度 栽培孔直径和栽培 孔孔距的多样化 为不同的阳台空间提供了多样 化选择 适用于叶菜类 野生草本植株以及部分 中药材的小面积种植 后期通过结构的进一步优 化 使之更趋经济性和实用性 具有广阔的市场 空间 参考文献 1 张晓磊 信丽媛 王艳婕 等 适用于阳台农业小白菜种植技术 的建立 J 天津农业科学 2018 24 9 46 48 2 黄碧阳 林碧英 柯彦 等 根域体积对阳台种植菠菜生长与品 质的影响 J 亚热带农业研究 2017 13 2 121 126 3 张晓磊 信丽媛 王艳婕 等 适用于阳台农业种植的叶菜品种 筛选研究 J 天津农林科技 2019 4 16 21 4 颜志明 史红林 蔡善亚 等 两种阳台蔬菜水培装置的开发与 应用 J 南方园艺 2016 27 1 35 39 5 郭恒源 阳台蔬菜种植设备的研制及在生菜上的试验研究 D 新疆农业大学 2016 项目支持 土壤与可持续农业国家重点实验室开放基 金 编号 Y412201447 江苏省大学生创业创新 项目 编号 201813573031Y 作者简介 陶 柳 1997 女 四 川 武 胜 人 研 究方向为设施作物无土栽培和微型园艺装置设计 E mail 978377092 通信作者 王长义 1975 男 山东济南人 副教授 研究方向为温室环境工程及园艺作物生理生 态研究 E mail cywang