溫室園藝 2020 07 76 家庭園藝 Home Gardening 一種新型陽臺(tái)水培裝置的 設(shè)計(jì)組裝與應(yīng)用 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 19 015 摘要 隨著人們收入水平的不斷提升和城鎮(zhèn)化步伐加快 都市 微農(nóng)業(yè) 作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的拓展與延伸悄 然興起 然而 作為家庭園藝 微農(nóng)業(yè) 市場銷售的陽臺(tái)水培裝置種類少 且結(jié)構(gòu)簡單 實(shí)用與美觀兼 顧性差 本研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)陽臺(tái)空間特點(diǎn)和植物生長對環(huán)境的要求 設(shè)計(jì)出一款 菱形 陽臺(tái)水培裝置 該 裝置采用支架系統(tǒng)與營養(yǎng)液系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì) 由立體支架 管道栽培槽 營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)等組成 營養(yǎng)液 流動(dòng)過程中通過與溶液表面空氣接觸 多級落差 瀑布跌落式設(shè)計(jì)等形式增加營養(yǎng)液含氧量 具有結(jié)構(gòu)新 穎 成本低廉 安裝方便 實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 庭園藝作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的拓展 一方面可以 滿足城市居民的生活所需 提高自己的觀 賞情趣 美化自己的生活環(huán)境 另一方面借由實(shí) 際接觸和運(yùn)用園藝材料 接觸自然環(huán)境而紓解工 作壓力與放松心靈 美國 華爾街日報(bào) 報(bào)道 學(xué)者研究發(fā)現(xiàn) 景觀園藝 能夠減緩心跳速度 改善情緒 減輕疼痛 對病人康復(fù)具有很大的幫 助作用 近年來 中國陽臺(tái)農(nóng)業(yè)得到了較快發(fā)展 針對陽臺(tái)作物專用的種植技術(shù)和裝備研究也取 得一定進(jìn)展 張曉磊 1 等以小白菜品種 快菜 30 為試驗(yàn)材料 通過調(diào)整基質(zhì)配比 栽培密度 和營養(yǎng)液配方建立了適合陽臺(tái)生產(chǎn)的小白菜栽培 技術(shù)體系 黃碧陽 2 等通過研究根域體積對陽 臺(tái)種植菠菜生長與品質(zhì)的影響 得出陽臺(tái)菠菜根 域體積 500 cm 3 時(shí) 地上部和根系生長較協(xié)調(diào) 根系發(fā)達(dá) 菠菜品質(zhì)最佳 產(chǎn)量最高 葉菜類栽 培簡單 生長季節(jié)較短 是適合陽臺(tái)種植的一類 蔬菜 為此研究人員針對不同種類 不同品種的 葉菜 測定了發(fā)芽率 株高 葉片數(shù) 單株重等 指標(biāo) 篩選適宜陽臺(tái)種植的葉菜品種 3 無土栽 培作為一種新型的陽臺(tái)種植方式 因其干凈衛(wèi) 生 生長周期短越來越受到市場的追捧 顏志 明 4 等根據(jù)市場需求開發(fā)了 A 字型和 屋脊 型兩種陽臺(tái)水培裝置 郭恒源 5 研制了 階梯 式 陽臺(tái)蔬菜種植設(shè)備 并進(jìn)行了生菜種植試驗(yàn) 取得了良好效果 本研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)市場需求和 陽臺(tái)空間特點(diǎn) 開發(fā)出一款新型陽臺(tái)水培裝置 具有結(jié)構(gòu)新穎 成本低廉 安裝方便 實(shí)用性強(qiáng) 等特點(diǎn) 材料與方法 試驗(yàn)材料選購自建材市場 PVC 管 3 種 直徑分別為 110 75 50 mm 中財(cái)國標(biāo)排水管 PVC 管三通 四通 彎頭 堵頭等選用中財(cái)或 聯(lián)塑國標(biāo)配件 粘合劑選用 PVC 管專用膠進(jìn)行 粘合 根據(jù)實(shí)用 經(jīng)濟(jì) 新穎的原則 使用 AutoCAD 2017 版 繪制裝置立體圖 確立各 部分參數(shù) 然后根據(jù) PVC 管配件材料尺寸調(diào)整 設(shè)計(jì)樣圖 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙 利用 PVC 管切割機(jī) 充電鉆等電動(dòng)工具切割 PVC 管材 并在 PVC 管 材 110 mm 上打定植孔 均勻涂抹 PVC 專用 溫室園藝 2020 07 77 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 膠水后分層連接 試水無滲漏后 進(jìn)行整體組裝 組裝完成后注水測試 新型陽臺(tái)水培裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本裝置基于三角形穩(wěn)定性和陽臺(tái)空間特點(diǎn)設(shè) 計(jì)為菱形 共 4 層 旨在充分利用陽臺(tái)空間并增 加栽培株數(shù) 同時(shí) 注重栽培架的新穎性 實(shí)用性 經(jīng)濟(jì)性和便于操作 栽培管作為植物生長的主體結(jié)構(gòu) 本裝置選 用直徑為110 mm 的國標(biāo) PVC 排水管 定植孔 可根據(jù)種植作物的不同選用 35 40 45 50 mm 等不同的孔徑 植株的株距為定植孔直徑的 2 倍 即 70 80 90 100 mm 等不同植株間距 栽培 管兩端選用 110 mm 轉(zhuǎn) 50 mm 的變徑接頭與連接 管連接 平面連接管采用兩組類型 一組由斜四通加 2 個(gè) 15 彎頭組成 另一組由水平四通加 2 個(gè) 30 彎頭組成 四通與彎頭 彎頭與栽培管間用直徑 為 50 mm PVC 排水管連接 圖 1 本裝置的立體支架采用營養(yǎng)液兼容性設(shè)計(jì)方 案 既體現(xiàn)了本裝置簡潔 實(shí)用 新穎的特點(diǎn) 又節(jié)省了裝置建造成本 如圖 2 所示 整個(gè)裝置 高約 1 8 m 共 4 層 最底層高 50 cm 其上 4 層 之間距離均為 40 cm 整個(gè)支架由直徑為 75 mm 的國標(biāo) PVC 排水管組成 為增加支架系統(tǒng)的牢 固性 裝置采用直徑為 75 mm 的國標(biāo) PVC 排水 管組成長方形底座 根際含氧量與水培植物生長密切相關(guān) 富 氧的根系環(huán)境可以顯著提升植物根系活力 營 養(yǎng)液栽培模式有多種 本裝置采用的是營養(yǎng)液 深液流模式 裝置運(yùn)行時(shí)液位深度3 65 cm 該模式中營養(yǎng)液含氧量控制技術(shù)是核心 本裝 置的營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)采用立體支架一體化設(shè)計(jì) 采取單向循環(huán)流動(dòng)模式 營養(yǎng)液在栽培管循環(huán) 流動(dòng)過程中與空氣進(jìn)行氧氣交換 提升營養(yǎng)液 含氧量 同時(shí) 通過不同栽培層之間的落差設(shè)計(jì) 回流液以瀑布跌落的方式注入回液箱 增加水 體與空氣的氧氣交換頻率 實(shí)現(xiàn)增氧效果 另外 進(jìn)液口的落差設(shè)計(jì) 也起到了一定的增氧效果 運(yùn)行時(shí)溶氧含量為 6 8 mg L 為保證營養(yǎng)液的 單向流動(dòng) 通過 PVC 管內(nèi)堵頭人為阻斷 PVC 立 柱管材的流通性 間歇式循環(huán)流動(dòng)是營養(yǎng)液栽培的通用模式 間歇式循環(huán)供氧不僅滿足了植物根系對氧氣的 需求 而且能充足供給植物所需的礦質(zhì)營養(yǎng)和水 分 根據(jù)水體溶氧含量的變化規(guī)律和前期研究積 累 本設(shè)計(jì)采取供液 20 min 停 40 min 晝夜 循環(huán)模式 一方面保證營養(yǎng)液含氧量滿足植物根 系呼吸的要求 同時(shí)延長設(shè)備使用壽命 減少電 能消耗 30 彎頭 30 30 120 平面四通 異徑直通 平面三通 斜四通 栽培孔 栽培管 組合一 組合一 組合二 組合二 15 彎頭 圖 1 栽培管和連接管的平面布局 40 cm 40 cm 40 cm 50 cm 圖 2 支架和營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PVC 管內(nèi)堵頭 溫室園藝 2020 07 78 家庭園藝 Home Gardening 新型陽臺(tái)水培裝置的組裝與應(yīng)用 本裝置采用模塊化分層安裝模式進(jìn)行組裝 如圖 3 所示 用 PVC 專用膠水將 110 mm 轉(zhuǎn) 50 mm 的異徑直通安裝到 110 mm PVC 栽培管上 按照圖 1 所示 用 PVC 專用膠水將組合 一和組合二進(jìn)行粘接 在確保栽培層水平條件下將 栽培管與組合一 組合二進(jìn)行粘接 待膠水粘結(jié)牢 固后 根據(jù)栽培密度 在栽培管上打直徑為5 mm 的栽培孔 底座和立柱安裝采用由下而 上的安裝方式進(jìn)行 為節(jié)省空間 裝置底座改用十字 交叉型 中間用四通連接 確保其處于同一水平面 底座完成后 將 50 cm PVC 管插入四角 將第一層 栽培架放置在立柱上 用 PVC 專用膠水固定 粘結(jié) 牢固后 搭建第二層栽培架 直至 4 層栽培架全部搭 建完成 栽培裝置搭建完成 通水測 試 PVC 管粘合密閉性 如遇滲水或漏水 及時(shí)進(jìn)行補(bǔ) 膠 確保不會(huì)發(fā)生滲漏 完全通水后 測試其穩(wěn)固性 確保栽培層水平 各管道水流基本一致 同時(shí)確保底 座和栽培支架具有足夠的支撐作用 本裝置可用于生菜等葉菜的種植 建議植株株 高在35 cm 以下 以生菜和水晶菜種植為例 采用 巖棉育苗 將生菜和水晶菜種子 55 溫湯浸種 6 h 表 1 生菜專用營養(yǎng)液配方 名稱 用量 mg L 四水硝酸鈣 910 硝酸鉀 238 磷酸二氫鉀 185 七水硫酸鎂 500 EDTA 鐵鈉鹽 16 硼酸 3 一水硫酸錳 2 七水硫酸鋅 0 2 五水硫酸銅 0 08 鉬酸銨 0 02 圖 3 陽臺(tái)水培裝置的組裝 恒溫催芽 待種子胚根露出后 播種到 3 cm 4 cm 的巖棉塊中進(jìn)行育苗 白天 25 夜間 20 2020 年 5 月 8 日 大 約在播種后 10 天左右 幼苗長至 2 葉 1 心 時(shí)定植到栽培籃 將栽培籃放置到栽培孔 營養(yǎng)液采用生菜專用營養(yǎng)液 表 1 生菜生 長最適 pH 是 6 0 6 9 EC 以 1 0 1 8 mS cm 為宜 待植株生長 20 天左右 可進(jìn)行收 獲 圖 4 圖 4 栽培裝置在生菜和水晶菜種植上的應(yīng)用 栽培層 立柱 底座 溫室園藝 2020 07 79 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 新型陽臺(tái)水培裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與 應(yīng)用分析 中國現(xiàn)有陽臺(tái)面積普遍不大 如何充分利 用陽臺(tái)有限空間 減少冗余結(jié)構(gòu) 降低裝置遮光 性是本設(shè)計(jì)首先考慮的問題 因此 本裝置采 用了支架系統(tǒng)與營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì) 支架 栽培管道 營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)采用整體設(shè)計(jì) 不僅降低了成本 減少冗余支架對光線的影響 更能體現(xiàn)簡潔實(shí)用 美觀新穎的設(shè)計(jì)效果 陽臺(tái)的主要功能是讓使用者更好更完全地 感受新鮮的空氣和陽光 而在這種愜意的環(huán)境 下 如果設(shè)置一個(gè)小型家庭園藝景觀 可以更 好地讓使用者感到舒適 同時(shí)又增加家庭園藝 設(shè)計(jì)的美觀性 因此 本裝置設(shè)計(jì)的首要原則 是美觀性和新穎性 確保設(shè)計(jì)方案既適用于家 庭陽臺(tái)空間 又具有一定的新穎性 作為都市微 農(nóng)業(yè)的一種形式 實(shí)用性設(shè)計(jì)是確保發(fā)揮最大 生產(chǎn)潛力的主要舉措 本裝置設(shè)計(jì)為 4 層 每 層 5 根栽培管 并根據(jù)栽培植物的不同設(shè)置不 同的種植孔徑和種植孔距 充分利用了陽臺(tái)的 立體空間 本設(shè)計(jì)的營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)通過閉環(huán)式設(shè)計(jì) 營養(yǎng)液在系統(tǒng)內(nèi)濾后循環(huán)流動(dòng) 并根據(jù)作物利用 情況及時(shí)補(bǔ)充新鮮營養(yǎng)液 營養(yǎng)液循環(huán)利用一段 時(shí)間后 或一個(gè)栽培季完成后 剩余的營養(yǎng)液可 用于盆栽花草或小區(qū)樹木的施肥 避免直接排放 對周邊水體造成不良影響 由于采用了無外支架設(shè)計(jì) 且受限于 PVC 配件的固有特性 本設(shè)計(jì)連接件所占比例稍高 導(dǎo)致其空間利用率低于有外支撐的設(shè)計(jì)類型 同 時(shí) 由于 PVC 管作為立柱 支撐栽培層的全部 重量 造成該裝置體型不宜過大 有鑒于上述局 限性 在后期改良中采用直徑 110 mm 的 PVC 管 做立柱 可有效解決支架系統(tǒng)牢固性與穩(wěn)定性不 足的缺點(diǎn) 同時(shí) 通過簡化栽培層管道數(shù)量和排 布 解決栽培層連接件過于復(fù)雜 占比較高的問 題 使該裝置更趨簡單實(shí)用 總結(jié) 在水培裝置的設(shè)計(jì)過程中 既要滿足植物 生長的要求 又要考慮陽臺(tái)有限空間的合理利 用 本研究開發(fā)的新型陽臺(tái)水培裝置 不僅具有 結(jié)構(gòu)新穎 成本低廉 拆裝方便 實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn) 而且具有便于操作 空間利用率高 安裝簡 單等特點(diǎn) 同時(shí)栽培管長度 栽培孔直徑和栽培 孔孔距的多樣化 為不同的陽臺(tái)空間提供了多樣 化選擇 適用于葉菜類 野生草本植株以及部分 中藥材的小面積種植 后期通過結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu) 化 使之更趨經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性 具有廣闊的市場 空間 參考文獻(xiàn) 1 張曉磊 信麗媛 王艷婕 等 適用于陽臺(tái)農(nóng)業(yè)小白菜種植技術(shù) 的建立 J 天津農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018 24 9 46 48 2 黃碧陽 林碧英 柯彥 等 根域體積對陽臺(tái)種植菠菜生長與品 質(zhì)的影響 J 亞熱帶農(nóng)業(yè)研究 2017 13 2 121 126 3 張曉磊 信麗媛 王艷婕 等 適用于陽臺(tái)農(nóng)業(yè)種植的葉菜品種 篩選研究 J 天津農(nóng)林科技 2019 4 16 21 4 顏志明 史紅林 蔡善亞 等 兩種陽臺(tái)蔬菜水培裝置的開發(fā)與 應(yīng)用 J 南方園藝 2016 27 1 35 39 5 郭恒源 陽臺(tái)蔬菜種植設(shè)備的研制及在生菜上的試驗(yàn)研究 D 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016 項(xiàng)目支持 土壤與可持續(xù)農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基 金 編號 Y412201447 江蘇省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新 項(xiàng)目 編號 201813573031Y 作者簡介 陶 柳 1997 女 四 川 武 勝 人 研 究方向?yàn)樵O(shè)施作物無土栽培和微型園藝裝置設(shè)計(jì) E mail 978377092 通信作者 王長義 1975 男 山東濟(jì)南人 副教授 研究方向?yàn)闇厥噎h(huán)境工程及園藝作物生理生 態(tài)研究 E mail cywang