-219- 中國園藝文摘  2018 年第 1 期 家庭園藝中智能旋轉(zhuǎn)式植物種植架的研發(fā)和應(yīng)用 寇亞平 1 ，滕學(xué)政 2 (1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，北京 100193；2.山東省濰坊第一中學(xué)，山東 濰坊 261000) 摘 要： 文章分析國內(nèi)家庭園藝興起的原因及現(xiàn)狀，針對當(dāng)前家庭園藝中植物種植模式所存在的問題， 設(shè)計出一套智能旋轉(zhuǎn)式植物種植架。該裝置可替換客廳、辦公室、陽臺中花卉蔬菜的景觀無土栽培， 也可用于微型家庭植物工廠，還可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)智能居室園藝產(chǎn)品。 關(guān)鍵詞：家庭園藝；無土栽培；種植模式；植物工廠；智能居室 我國家庭園藝是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化進(jìn)程和人 們對居住水平要求的提高應(yīng)運(yùn)而生的，是一個方興未 艾的產(chǎn)業(yè) 1 。它以解決城市化進(jìn)程中人與自然和諧共 生的矛盾為核心，是釋放城市人壓力和回歸自然的紐 帶與橋梁，是園藝園林與現(xiàn)代家居的有機(jī)結(jié)合，是 “園藝療法”向家庭的貼近和延伸，是響應(yīng)我國 “生 態(tài)文明”建設(shè)的園藝產(chǎn)業(yè)新領(lǐng)域 2-4 。本文分析家庭 園藝的研究現(xiàn)狀，以解決家庭園藝種植模式中存在的 問題為出發(fā)點，設(shè)計一套智能旋轉(zhuǎn)式植物種植架，并 闡述該智能栽培裝置的原理及延伸應(yīng)用前景。 1 家庭園藝研究現(xiàn)狀 傳統(tǒng)的家庭園藝，是指在庭院中進(jìn)行的園藝活動 及園林景觀建設(shè)，包括養(yǎng)花、插花及盆景等。隨著我 國城市化的推進(jìn)，擁有庭院的市民少之又少，我國家 庭園藝便演化成 “家居園藝” ，園藝活動主要利用陽臺 和室內(nèi)空間，設(shè)計種植各種各樣的植物，以實現(xiàn)既能 塑造家居風(fēng)格，又能綠化美化環(huán)境，還能幫助修身養(yǎng) 性的目標(biāo) 5 。 與發(fā)達(dá)國家的家庭園藝相比，我國家庭園藝起步 較晚，尚處于初級階段。我國家庭園藝興起的動因有 3點：(1)工業(yè)化和城市化快速推進(jìn)過程中帶來的室 內(nèi)外環(huán)境問題，如霧霾、室內(nèi)裝修和家具帶來的甲醛 等；(2)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平提高，對居住條件 的要求日益提高，由原來的 “居者有其屋”轉(zhuǎn)變成 “居 者優(yōu)其屋”；(3)城市居民回歸自然和親近農(nóng)業(yè)的愿 望所帶來的都市農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。 2008年1月，中國華南地區(qū)首個面向高端客戶 提供家庭花園產(chǎn)品和服務(wù)的主題商場 “友家園藝生活 廣州旗艦店試營業(yè)”與 “2008年中國家庭園藝生活元 年”等活動，標(biāo)志著中國家庭園藝產(chǎn)業(yè)的開啟 6 。近 年來，家庭園藝在北京、上海、廣州、深圳等沿海城 第一作者簡介：寇亞平（1988-），女，博士，助教；主要 從事觀賞植物遺傳育種研究。  市開始流行，政府出臺 綠化管理條例 、 屋頂綠化 及垂直綠化技術(shù)導(dǎo)則等相關(guān)政策文件。行業(yè)協(xié)會及 房地產(chǎn)商舉辦和推介的家庭綠化設(shè)計競賽、美家園藝 大賽、家庭園藝節(jié)等活動，極大提高了市民從事家 庭園藝的熱情 4,7 。高校科研人員對家庭園藝的種植 模式、消費(fèi)市場、消費(fèi)行為進(jìn)行分析，開發(fā)了一系列 科技園藝產(chǎn)品，使家庭園藝產(chǎn)品更加多樣化與市場 化 8-12 。同時，在“科技科普”雙輪驅(qū)動的政策支持下， 關(guān)于家庭園藝種植活動的科技科普知識越來越容易開 展，人們對家庭園藝種植的興趣提升，形成大眾參與 創(chuàng)新創(chuàng)意的新局面。陽臺蔬菜花卉種植研究、菜園的 景觀化和情趣化、無土栽培的應(yīng)用(基質(zhì)的干凈衛(wèi)生、 水培技術(shù)的研發(fā))、LED及物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代科技的應(yīng)用、 家庭園藝產(chǎn)品的專業(yè)性研發(fā)等，使我國家庭園藝產(chǎn)品 越來越多，受到廣大市民的喜愛，激發(fā)出更大的消費(fèi) 市場。 2 家庭園藝種植模式研究現(xiàn)狀及問題 家庭園藝種植模式是家庭園藝產(chǎn)品的主要展現(xiàn)方 式，受到高校、科研院所以及企業(yè)的普遍重視，家庭 園藝產(chǎn)品的研發(fā)均基于家居環(huán)境內(nèi)的園藝模式的優(yōu)化 而展開。目前，建筑空間外的園藝種植模式有：庭 院式、屋頂式、陽臺式 2 。家居環(huán)境的種植模式主要 有：臺架式、一點中心式、近窗式、環(huán)繞式、節(jié)奏擺 點式 13,14 。根據(jù)家庭園藝植物栽培的形式，將其劃分 為：盆栽式(包括單株觀賞的大中型植物、盆景、插 花、容器種植)、室內(nèi)附種植器具的景觀栽培架及室 內(nèi)景觀園3種。相關(guān)的家庭園藝產(chǎn)品有：豐富多樣的 小型盆栽類、家庭種植套裝類、智能花盆類、陽臺種 植架、室內(nèi)種植墻類以及智能植物種植架等 14 。 在家庭園藝種植模式中，由于我國市民的居住面 積受限及食品安全問題的存在，陽臺園藝和室內(nèi)景觀 園的接受程度較高。利用陽臺自己開展種菜、賞菜、 收菜活動，可以得到安全放心的新鮮蔬菜，還可以改 善居住環(huán)境、獲得知識、愉悅心情、鍛煉身體。特別 是無土栽培技術(shù)的日漸成熟和人們更加追求環(huán)保、自 -220- 然的生活，蔬菜無土栽培開始進(jìn)入家庭。陽臺種菜在 新加坡和我國香港、臺灣地區(qū)，作為生活方式早已成 為常態(tài)。近幾年來，國內(nèi)陽臺菜園也發(fā)展迅速，利用 自家陽臺成為一種時尚，打造陽臺 “一米菜園” 、 “一 米花園”成為一種城市生活新潮流。 目前，國內(nèi)家庭無土栽培主要以陽臺種菜為主， 提供生活便利的同時也帶來新的問題。主要是受陽臺 朝向、陽臺封閉環(huán)境、無土栽培架等方面的限制，使 固定式陽臺種菜存在以下弊端：(1)陽臺朝向決定光 照，光照不均，不利于生長，需人為旋轉(zhuǎn)無土栽培種 植架；(2)栽培架多維PVC管道固定式，造型有礙觀 瞻，不宜放置在客廳或辦公室；(3)栽培種植架體積 大，調(diào)整困難；(4)種植架內(nèi)植物需人工定時澆水清 理，有異味。 3 智能旋轉(zhuǎn)式植物種植架的設(shè)計  相比陽臺，客廳和辦公室日照較弱，但四季溫度 變化幅度小，空間面積和硬件設(shè)備均優(yōu)于陽臺。但客 廳和辦公室美觀度要求較高，一般的陽臺栽培裝置又 不適合。為了解決以上問題，我們設(shè)計了一款能滿足 客廳、辦公室景觀要求，可以替代綠植，又能提供綠 色無公害蔬菜的裝置(見附圖)。 附圖 智能旋轉(zhuǎn)景觀栽培架設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 注：A：智能旋轉(zhuǎn)景觀栽培架結(jié)構(gòu)圖：營養(yǎng)液箱(1)，帶驅(qū)動機(jī)構(gòu) 的立柱(2)，營養(yǎng)液盤(3)，間隔設(shè)置的多層托架(4)，供液泵(5)， 設(shè)置在托架內(nèi)的空腔(6)，栽培孔(7)，驅(qū)動電機(jī)(9)，貫通腔(10)， 旋轉(zhuǎn)接頭(11)，輸液管(12)，供液管(13)，軸承(14)，回液管(15)。 B：智能旋轉(zhuǎn)景觀栽培架橫向結(jié)構(gòu)示意圖。 旋轉(zhuǎn)式景觀蔬菜無土栽培裝置的工作原理如下： 電機(jī)(9)通過傳動同步帶輪及同步帶帶動立柱  (2)旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)連接在立柱(2)上的所有托架  (4)同時旋轉(zhuǎn)，這樣栽培孔(7)上栽培的蔬菜就實現(xiàn)了 旋轉(zhuǎn)，蔬菜得到的光照就均勻了。 營養(yǎng)液儲存在營養(yǎng)液箱(1)內(nèi)，通過供液泵(5)加 壓經(jīng)輸供液管(13)、旋轉(zhuǎn)接頭(11)和輸液管(12)到 達(dá)營養(yǎng)液盤(3)內(nèi)，從營養(yǎng)液盤(3)通過連通管道  (15)到達(dá)下1層托架(4)上的栽培機(jī)構(gòu)，托架(4)上 的栽培機(jī)構(gòu)連通管道(15)逐層連接，最底層托架  (4)上的栽培機(jī)構(gòu)與貫通腔(10)連通，營養(yǎng)液最后通 過貫通腔(10)回流到營養(yǎng)液箱(1)內(nèi)，解決了蔬菜架 旋轉(zhuǎn)時營養(yǎng)液可穩(wěn)定的輸送、循環(huán)、回收問題。 4 智能旋轉(zhuǎn)式植物種植架的應(yīng)用展望 智能旋轉(zhuǎn)式植物種植架，是為了解決現(xiàn)代家庭園 藝陽臺及辦公室中蔬菜、花卉等植物種植中遇到的 問題而設(shè)計的。該裝置創(chuàng)新點：(1)采用電機(jī)帶動蔬 菜架定時慢速旋轉(zhuǎn)，保證光照均勻；(2)采用活動組 合方式，可搭配寶塔、樹型等造型，種植不同蔬菜；  (3)采用營養(yǎng)液滴灌方式，滿足生長的同時又保證環(huán) 境干凈、無異味。(4)定時啟動，夜間停止，節(jié)約能 源，防止噪音；(5)重點解決裝置旋轉(zhuǎn)和澆灌系統(tǒng)運(yùn) 行相互干涉的難題，實現(xiàn)正常連續(xù)澆灌。 該智能旋轉(zhuǎn)式種植架除具備以上功能和創(chuàng)新點 外，根據(jù)實際條件和需要還可以進(jìn)行以下方面的擴(kuò)展 應(yīng)用。 4.1 家庭植物微型工廠 植物工廠，又稱 “人工光利用型植物工廠” ，是采 用LED等為植物提供人工光源，并配備多層栽培架、 循環(huán)風(fēng)機(jī)、空調(diào)、CO 2 施肥系統(tǒng)、營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)等 設(shè)備的一種密閉式園藝設(shè)施栽培 15-17 ，主要分為大 型植物工廠和微型植物工廠。微型植物工廠滿足人們 追求快速、自然和健康飲食方式的需求，適合家庭使 用，能滿足未來城市家庭園藝作物栽培的需要。本文 提出的智能旋轉(zhuǎn)式植物栽培種植架，只需通過簡單改 造，添加LED等人工光源，即可滿足家庭植物微型 工廠的需要。 4.2 智能居家園藝產(chǎn)品的開發(fā) 隨著工業(yè)化4.0的提出，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù) 據(jù)等新一代信息技術(shù)為驅(qū)動的智能生產(chǎn)時代即將到 來。本文中所涉及的智能旋轉(zhuǎn)植物栽培種植架，可以 升級為 “家庭植物微型工廠”后進(jìn)一步升級，通過物 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò) 隨時隨地進(jìn)行在線管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、實時操作，實現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)種花種菜的效果。 此外，在本文設(shè)計的智能旋轉(zhuǎn)植物栽培種植架基 礎(chǔ)上，基于植物微型工廠理論，結(jié)合室內(nèi)家電產(chǎn)品進(jìn) 行高度整合設(shè)計，結(jié)合室內(nèi)景觀配制、日常養(yǎng)護(hù)管 理、種植體驗等，可為現(xiàn)代家居提供成套的以互動、 健康、環(huán)保為主題的“生態(tài)家電”產(chǎn)品。 5 結(jié)語 基于國內(nèi)家庭園藝的興起，針對當(dāng)前家庭園藝中 植物種植模式所存在的問題，本文介紹了筆者設(shè)計出 的一套智能旋轉(zhuǎn)式植物種植架。該裝置可替換客廳、 辦公室、陽臺中花卉蔬菜的景觀無土栽培，也可用于 -221- 中國園藝文摘  2018 年第 1 期 微型家庭植物工廠，還可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)智能居 室園藝產(chǎn)品，具有延伸應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)： 1 段云,白燕楓.家庭園藝一個正在興起的市場J.中 國花卉園藝,2007,11(21):8-11. 2 周穎.我國城市家庭園藝模式研究D.長沙:中南林業(yè) 大學(xué),2015. 3 劉洋.邯鄲市家庭園藝現(xiàn)狀及種植模式研究D.邯鄲: 河北工程大學(xué),2017. 4 唐雪松.成都市陽臺園藝種植模式研究D.成都:四川 農(nóng)業(yè)大學(xué),2012 5 陳思妤,王輝,王云萍等.家居園藝研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J.中國園藝文摘,2015,(6):50-51. 6 王捷.“友家花園生活”引領(lǐng)中國家庭園藝走向產(chǎn)業(yè)花 J.中國花卉園藝,2008,35(1):26-27. 7 吳芳林.家庭園藝一個充滿魅力挑戰(zhàn)的市場J.園林,  2009,35(7):14-17. 8 王正銀.陽臺樓頂蔬菜容器栽培J.中國農(nóng)學(xué)通報,  1998,(4):72-73. 9 陸宇菲.杭州市家庭園藝經(jīng)營與消費(fèi)市場調(diào)研分析D. 杭州:浙江農(nóng)林大學(xué),2010. 10 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