本實用新型涉及植物無土栽培領(lǐng)域中的水培領(lǐng)域，尤其涉及一種通過使用水控膜培育植物的水控膜栽培裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)化發(fā)展及人類生活品質(zhì)要求的不斷提高，可用于人類耕作的土地面積也越來越少，并且這一現(xiàn)象已經(jīng)嚴重威脅到了人類的生存和發(fā)展。無土栽培技術(shù)作為針對人類可耕作土地面積銳減等問題的重要緩解方法在植物栽培領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用。而作為無土栽培領(lǐng)域中一個重要組成部分，植物水培技術(shù)通常是指植物根系直接與營養(yǎng)液接觸，不使用基質(zhì)的栽培方法。植物水培技術(shù)與常規(guī)土壤栽培的根本區(qū)別在于：可以不使用土壤，直接用營養(yǎng)液來培育植物，因此可以大幅度擴大種植面積，解決耕地不足的問題，并且通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的供給，達到控制、調(diào)節(jié)作物生長狀況及生長周期的目的。然而，常規(guī)的水培技術(shù)存在諸多缺陷：比如植物根系由于長期浸泡在營養(yǎng)液中，得不到充足的氧，進而影響植物根系的呼吸并最終導致植物生長不良，因此生產(chǎn)不出營養(yǎng)豐富的果蔬、糧食等；由于植物根系需要浸泡在營養(yǎng)液中，所使用的營養(yǎng)液總量較大，并且在植物生長過程中需要不斷的供給充足的營養(yǎng)液，因此生產(chǎn)成本極高；病毒及病菌通過營養(yǎng)液等媒介進入植物根系，容易引發(fā)病蟲害造成大規(guī)模污染等。

此外，日本美比歐公司早在2007年提出了專利號為：200780032327.5，名為“植物栽培系統(tǒng)”的專利申請，目的是為了解決在田地栽培和溫室栽培等大規(guī)模栽培過程中，出現(xiàn)的連作土壤衰頹、土壤殘留農(nóng)藥引起農(nóng)作物污染、鹽分蓄積、有害微生物繁殖等現(xiàn)象而不得不進行土壤消毒或者土壤交換的問題，該專利申請公開了一種通過使用無孔性親水性膜大規(guī)模培育植物的栽培系統(tǒng)。然而，這種大規(guī)模作物生產(chǎn)的集約型農(nóng)業(yè)與申請人將要提出的分散型農(nóng)業(yè)之間存在著十分明顯的差別。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種即簡便又實用的，能讓大家吃到美味、安全、健康的果蔬或者糧食的水控膜栽培裝置，通過該種栽培裝置的應用，還能讓老人、孩子、甚至辦公室人員在植物栽培的過程中享受其中的種植樂趣，增加家庭和諧、快樂，進而成為人們休閑、娛樂的一個重要途徑。此外，在分散型生態(tài)農(nóng)業(yè)理念下，該水控膜栽培裝置的應用不但能夠?qū)崿F(xiàn)在多種嚴苛條件下進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、大幅度擴大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積、解決土壤污染、降低生產(chǎn)成本的作用，還能綠化人類生活環(huán)境、營造生態(tài)農(nóng)業(yè)氛圍，進而獲得更高的生態(tài)效益和社會效益。最后，在落實分散型生態(tài)農(nóng)業(yè)的理念、切實的將無公害農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)帶進千家萬戶的道路上，人們遇到了很多困難，而該水控膜栽培裝置的應用解決了生態(tài)農(nóng)業(yè)進入家庭最后一公里的難題，使無公害農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)能夠輕松、便捷的深入千家萬戶。

本實用新型提供了一種水控膜栽培裝置，其技術(shù)方案如下：

一種水控膜栽培裝置，包括托盤、栽培床、水控膜及營養(yǎng)液輸控單元，其特征在于，所述栽培床設置于托盤上方，所述水控膜設置于托盤和栽培床之間，所述營養(yǎng)液輸控單元的輸出口位于水控膜的上方和/或下方。植物的根系栽培于水控膜上方，植物的莖部或者蔓部通過定植位。該水控膜采用納米級微孔加工技術(shù)，可以通過水分及植物生長所需的營養(yǎng)成分，但可以將細菌、病毒等隔離開，進而最大限度地降低作物病害傳播的可能性，確保農(nóng)產(chǎn)品的安全、健康。

本實用新型所提供的一種水控膜栽培裝置，還可以包括以下的附屬技術(shù)方案：

其中，所述裝置包括設置于托盤和水控膜之間的吸水性材料。

其中，所述裝置還包括設置于托盤和水控膜之間的不透水性材料和吸水性材料，其中不透水性材料在接近托盤的一側(cè)、吸水性材料在接近水控膜的一側(cè)。不透水性材料的使用，可以防止水分和營養(yǎng)液的流失、提高水分和營養(yǎng)液的利用率、降低生產(chǎn)成本，隔絕有害微生物、重金屬、鹽分、腐爛物等不良環(huán)境，實現(xiàn)多種嚴苛條件下進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目的。

其中，所述裝置還包括設置于栽培床上表面的抑制蒸發(fā)材料。

其中，所述營養(yǎng)液輸控單元包括營養(yǎng)液儲存器、營養(yǎng)液輸液管和控制器，其中營養(yǎng)液輸液管的輸出口位于水控膜的上方和/或下方。

其中，所述營養(yǎng)液輸液管的輸入口與營養(yǎng)液儲存器相連通，所述控制器設置在營養(yǎng)液輸液管或營養(yǎng)液儲存器上或設置在營養(yǎng)液輸液管和營養(yǎng)液儲存器之間。

其中，所述營養(yǎng)液輸液管的輸入口與營養(yǎng)液儲存器相連通，所述栽培床設置有定植位。

控制器工作時，能夠控制營養(yǎng)液定時、定量的通過營養(yǎng)液輸液管的輸出口輸送至水控膜處。植物生長周期中，通過控制器和水控膜的有效配合，為其營造一個嚴苛的渴水環(huán)境。當植物根系處于渴水狀態(tài)即營養(yǎng)液、水分不飽和的狀態(tài)時，植物本身將出現(xiàn)一系列的生理反應以對抗這種嚴苛環(huán)境，其中包括發(fā)達其根系尤其地根毛微細化和膨大化、提高其根系滲透壓以利于吸收水分及營養(yǎng)、促進體內(nèi)糖分的合成并將積累的糖分運輸至果實處，植物本身這一系列的生理反應更有利于培育高糖分、高營養(yǎng)成分的果蔬、糧食等。

其中，所述營養(yǎng)液輸控單元還包括循環(huán)泵和/或分配器。

其中，所述控制器控制循環(huán)泵和/或分配器。所述控制器控制所述循環(huán)泵和/或分配器以供給營養(yǎng)液。當所述營養(yǎng)液儲存器高于栽培床高度時，營養(yǎng)液儲存器依靠重力實現(xiàn)營養(yǎng)液供給；當所述營養(yǎng)液儲存器等于或者低于栽培床高度時，該裝置配備有循環(huán)泵，營養(yǎng)液儲存器依靠動力實現(xiàn)營養(yǎng)液供給。

其中，所述水控膜栽培裝置還包括支撐架和配套使用的藤蔓夾、傳感器和/或通信模塊。至少一托盤通過多種方式配合安裝在支撐架上。吊繩與藤蔓夾、支撐架配合使用，用于固定植物藤、蔓。傳感器可以是溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、風速風向傳感器等，此外還可以包括有線通信模塊或者如藍牙、WIFI、ZigBee、Z-wave、Thread或者光學等無線通信模塊、網(wǎng)絡APP等軟件模塊等，傳感器可以將收集到的相應信號回傳至控制器進行分析處理，根據(jù)控制器所設定的程序自動調(diào)節(jié)植物生長所需的水分及營養(yǎng)液。人們也可以通過有線或者無線通信模塊和網(wǎng)絡APP等軟件模塊與控制器實現(xiàn)交互操作。

此外，本實用新型還包括如下附屬技術(shù)方案：

所述水控膜栽培裝置還包括為輔助植物栽培而設置的實驗專用部分，如小型pH測量儀、小型NO₃^-測量儀器、小型電導儀、糖度計和計量容器等；和其他附屬部分，如AC電源、吊繩、誘蟲裝置、補光裝置、配管、接插頭、濃縮營養(yǎng)液、種苗、種苗移植土、CO₂補充裝置等。

本實用新型的應用包含如下有益的技術(shù)效果：

首先，通過利用該水控膜栽培裝置不使用土壤的特點，可以實現(xiàn)在多種嚴苛條件下進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、大幅度擴大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不再過多地受地域、氣候、生長環(huán)境等因素的影響。解決了土壤污染、耕地面積不足、輪作造成土壤肥力下降、鹽分累積等問題，也降低了因大規(guī)模作物生產(chǎn)所造成的生產(chǎn)資源浪費，具體的，該水控膜栽培裝置可以實現(xiàn)在任何地方如室內(nèi)、陽臺等生活、辦公、休閑娛樂、甚至商業(yè)區(qū)等有陽光、環(huán)境溫度相對可控的小型、零散空間進行作物栽培生產(chǎn)，提高了空間利用率，而且生產(chǎn)環(huán)境干凈、衛(wèi)生，進而確保了所得的果蔬或者糧食安全、衛(wèi)生、健康。

其次，通過水控膜和控制器的有效配合，可以實現(xiàn)精密調(diào)節(jié)水分及營養(yǎng)液的供給。通過合理控制水肥，達到控制、調(diào)節(jié)作物生長狀況及生長周期的目的。該水控膜栽培裝置通過精密控制生長條件，時而提供嚴苛的生長環(huán)境，時而提供優(yōu)良的生長環(huán)境，當植物處于嚴苛的生長環(huán)境時，植物根系尤其是根毛微細化和膨大化，并提高根系滲透壓以利于吸收水分及營養(yǎng)，促進體內(nèi)糖分的合成并將積累的糖分運輸至果實處，當植物處于優(yōu)良的生長環(huán)境時，將加速糖分和營養(yǎng)成分的合成。植物果實等積累了較高的糖分和營養(yǎng)，生產(chǎn)出的果蔬也更加美味、健康、營養(yǎng)。具體的，通過該水控膜栽培裝置培育出的果蔬、糧食其糖分和營養(yǎng)成分遠遠高出傳統(tǒng)水培產(chǎn)品，甚至達到了營養(yǎng)品的水準，為保健品的生產(chǎn)提供了高品質(zhì)的原料，在這方面神奈川縣產(chǎn)業(yè)技術(shù)中心做出了下述詳細的數(shù)據(jù)分析，應用上述水控膜栽培裝置生產(chǎn)出的西紅柿其糖分含量比傳統(tǒng)水培西紅柿高出1-2倍，氨基酸等營養(yǎng)成分含量比傳統(tǒng)水培西紅柿高出1倍以上。

再次，隨著人類生活品質(zhì)要求的不斷提高，人們對所食用的果蔬及糧食的安全、健康、無公害等指標的要求也越來越高，通過該水控膜栽培裝置的應用，人們可以自行調(diào)節(jié)和控制植物所需水、肥的供給，減少甚至杜絕使用對人體有害的化肥、農(nóng)藥、除草劑等，進而降低植物體內(nèi)亞硝酸鹽的積累，生產(chǎn)出無公害的、健康的、安全的果蔬及糧食，消費者通過食用該水控膜栽培裝置所生產(chǎn)的果蔬、糧食，也能相應的免受國內(nèi)土壤、水體、大氣污染等問題所帶來的健康、安全隱患。

最后，通過利用該水控膜栽培裝置革命性的將植物的根系栽培于水控膜上方的特點，可以避免植物根系長期浸泡在營養(yǎng)液中導致的植物根系無法呼吸、生長發(fā)育不良的現(xiàn)象，提高了根系與氧氣的接觸面積，有效地調(diào)節(jié)了植物根系的呼吸作用，提高了植物的投入產(chǎn)出比，并且還有效的阻止了病毒及病菌通過營養(yǎng)液等媒介傳播進入其他植物根系。此外，通過利用該水控膜栽培裝置所特有的、革命性的栽培處理方法，具體的，通過設置和使用營養(yǎng)液輸控單元，達到對營養(yǎng)液供給定時、定量化的精確控制，進而為植物根系發(fā)育營造出科學的、或嚴苛或優(yōu)良的生長環(huán)境，以促使和激發(fā)植物的毛細根發(fā)達，同時作物所積累的果實糖度及營養(yǎng)成分也隨之大幅度提高，為消費者提供更加美味、健康的產(chǎn)品。

此外，通過使用該水控膜栽培裝置，植物的根系無需再長時間的浸泡在大量的營養(yǎng)液中，而且通過有效控制和調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的供給也可以大幅度降低營養(yǎng)液的使用量，有效的降低生產(chǎn)成本，實驗表明使用該水控膜栽培裝置，西紅柿的日用水量為200mL/株，比土壤栽培或者傳統(tǒng)栽培用水量降低了10倍左右。同時，該水控膜栽培裝置也無需向傳統(tǒng)水培一樣配備循環(huán)殺菌系統(tǒng)，降低了成本。該水控膜栽培裝置還可以進行自動化生產(chǎn)，能夠進行大規(guī)模的標準化生產(chǎn)，進而大量的減少了人工費用和耗時，人們不需要專業(yè)的知識，只要按照操作手冊操作就可以進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

再者，該水控膜栽培裝置的應用提供了一種簡便、實用的植物生長過程的真實場景，可以成為老人、孩子、甚至辦公室人員休閑、娛樂的一個重要途徑，在保證消費者吃到美味、健康、安全的產(chǎn)品的情況下，還能讓老人、孩子、甚至辦公室人員在植物栽培的過程中享受其中的種植樂趣，增加家庭和諧和快樂。最后，在分散型生態(tài)農(nóng)業(yè)理念下，該水控膜栽培裝置的應用不但能夠?qū)崿F(xiàn)在多種嚴苛條件下進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、大幅度擴大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積，還能綠化人類生活環(huán)境、營造生態(tài)農(nóng)業(yè)氛圍，進而獲得更高的生態(tài)效益和社會效益。同時，在落實分散型生態(tài)農(nóng)業(yè)理念、切實將無公害農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)帶進千家萬戶的道路上，人們遇到了很多困難，而該水控膜栽培裝置的應用解決了生態(tài)農(nóng)業(yè)進入家庭最后一公里的難題，使無公害農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)能夠輕松、便捷的深入千家萬戶。

附圖說明

圖1為該水控膜栽培裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為各層材料位置示意圖。

圖3為托盤平面示意圖。

圖4為該水控膜栽培裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為與支撐架配套使用的藤蔓夾結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)工作原理示意圖。

具體實施方式

參見圖1、圖2、圖3和圖4，按照本實用新型提供的一種水控膜栽培裝置，包括托盤3、栽培床1、水控膜2及營養(yǎng)液輸控單元，栽培床1設置于托盤3上方，水控膜2設置于托盤3和栽培床1之間，栽培床1設置有定植位111，營養(yǎng)液輸控單元的輸出口位于水控膜2的上方和/或下方。植物的根系栽培于水控膜2上方，植物的莖部或者蔓部通過定植位111伸出。優(yōu)選的，本實施例中栽培床1上所設置的定植位111的數(shù)量為4。水控膜2采用納米級微孔加工技術(shù)，可以通過水分及植物生長所需的營養(yǎng)成分，但可以將細菌、病毒等隔離開，進而最大限度地降低作物病害傳播的可能性，確保農(nóng)產(chǎn)品的安全、健康。

按照本實用新型上述實施例，水控膜栽培裝置包括設置于托盤3和水控膜2之間的吸水性材料11。

參見圖2，按照本實用新型的優(yōu)選實施例，水控膜栽培裝置還包括設置于托盤3和水控膜2之間的不透水性材料12和吸水性材料11，其中不透水性材料12在接近托盤3的一側(cè)、吸水性材料11在接近水控膜2的一側(cè)。優(yōu)選的，本實施例中的不透水性材料12采用止水膠墊，吸水性材料11采用無紡布。不透水性材料12的使用，可以防止水分和營養(yǎng)液的流失、提高水分和營養(yǎng)液的利用率、降低生產(chǎn)成本，隔絕有害微生物、重金屬、鹽分、腐爛物等不良環(huán)境，實現(xiàn)多種嚴苛條件下進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目的。

按照本實用新型上述實施例，水控膜栽培裝置還包括設置于栽培床1上表面的抑制蒸發(fā)材料。優(yōu)選的，本實施例中的抑制蒸發(fā)材料為常規(guī)的覆蓋用薄膜。

參見圖2、圖4，按照本實用新型上述實施例，所述營養(yǎng)液輸控單元包括營養(yǎng)液儲存器41、營養(yǎng)液輸液管13和控制器，其中營養(yǎng)液輸液管13的輸出口位于水控膜2的上方和/或下方。

參見圖2、圖4，按照本實用新型上述實施例，所述營養(yǎng)液輸液管13的輸入口與營養(yǎng)液儲存器41相連通，所述控制器設置在營養(yǎng)液輸液管13或營養(yǎng)液儲存器41上或在營養(yǎng)液輸液管13和營養(yǎng)液儲存器41之間。

參見圖2、圖4，按照本實用新型上述實施例，所述栽培床設置有定植位。

控制器工作時，能夠控制營養(yǎng)液定時、定量地通過營養(yǎng)液輸液管13的輸出口輸送至水控膜2處。優(yōu)選的，本實施例中的營養(yǎng)液儲存器41的容量為6-10L，高度為30cm。植物生長周期中，通過控制器和水控膜2的有效配合，為其營造一個嚴苛的渴水環(huán)境。當植物根系處于渴水狀態(tài)即營養(yǎng)液、水分不飽和的狀態(tài)時，植物本身將出現(xiàn)一系列的生理反應以對抗這種嚴苛環(huán)境，其中包括發(fā)達其根系尤其將根毛微細化和膨大化、提高其根系滲透壓以利于吸收水分及營養(yǎng)、促進體內(nèi)糖分的合成并將積累的糖分運輸至果實處，植物本身這一系列的生理反應更有利于培育高糖分、高營養(yǎng)成分的果蔬、糧食等。

參見圖4，按照本實用新型上述實施例，所述營養(yǎng)液輸控單元還包括循環(huán)泵42和/或分配器。

參見圖4，按照本實用新型上述實施例，所述控制器控制循環(huán)泵42和/或分配器。當所述營養(yǎng)液儲存器41高于栽培床1的高度時，營養(yǎng)液儲存器41依靠重力實現(xiàn)營養(yǎng)液供給；當所述營養(yǎng)液儲存器41等于或者低于栽培床1的高度時，該裝置配備有循環(huán)泵42，營養(yǎng)液儲存器41依靠動力實現(xiàn)營養(yǎng)液供給。

參見圖3、圖4和圖5，按照本實用新型上述實施例，該水控膜栽培裝置還包括支撐架6和配套使用的藤蔓夾61和/或傳感器、有線或者無線通信模塊。至少一托盤3通過多種方式配合安裝在支撐架6上。吊繩與藤蔓夾61、支撐架6配合使用，用于固定植物藤、蔓。優(yōu)選的，本實施例中的支撐架6包括支柱和橫梁，托盤3通過多種方式配合安裝在支撐架6上。當所種植的植物為藤蔓類植物時，吊繩與藤蔓夾61、支撐架6配合使用，用于固定植物藤、蔓。優(yōu)選的，支撐架6通過設置于托盤3上的接口31與托盤3相連接。支撐件6根據(jù)室內(nèi)、陽臺等零散空間的特點，擬采用45cm(±3～5cm)×45cm(±3～5cm)的平面尺寸，支撐架6的整體高度200cm，栽培床1以上的高度為150cm。當該水控膜栽培裝置培育的是藤蔓植物時還可以配套使用吊繩、藤蔓夾61。更優(yōu)選的，藤蔓夾61采用如圖5所示的彈性夾合結(jié)構(gòu)，其中藤蔓夾61由吊繩夾合部611、夾臂部612、固定部613和彈性結(jié)構(gòu)部614組成，其中，吊繩夾合部611用于與吊繩配合夾緊，固定部613用于固定植物藤、蔓。傳感器可以是溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、風速風向傳感器等，此外還可以包括有線通信模塊或者如藍牙、WIFI、ZigBee、Z-wave、Thread或者光學等無線通信模塊、網(wǎng)絡APP等軟件模塊等，傳感器可以將收集到的相應信號回傳至控制器進行分析處理，根據(jù)控制器所設定的程序自動調(diào)節(jié)植物生長所需的水分及營養(yǎng)液。人們也可以通過有線或者無線通信模塊和網(wǎng)絡APP等軟件模塊與控制器實現(xiàn)交互操作。

參見圖4和圖6，按照本實用新型上述實施例，優(yōu)選的，該水控膜栽培裝置的營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)工作原理如圖6所示，控制器通過定時、定量程序控制循環(huán)泵5，進而將營養(yǎng)液儲存器41中配置好的營養(yǎng)液通過營養(yǎng)液輸液管13輸送至水控膜2的上方和/或下方或者控制器通過定時、定量程序控制循環(huán)泵5和/或分配器，進而將營養(yǎng)液儲存器41中的水分和濃縮營養(yǎng)液通過營養(yǎng)液輸液管13輸送至水控膜2的上方和/或下方。其中，定時程序設置成﹥12h，控制精度為s。循環(huán)泵采用流量1L/min，揚程﹥1m。

按照本實用新型上述實施例，水控膜栽培裝置還包括為輔助植物栽培而設置的測量系統(tǒng)，包括小型pH測量儀、小型NO₃^-測量儀器、小型電導儀、糖度計和計量容器等；和其他附屬部分，優(yōu)選的，包括AC電源、吊繩、誘蟲板、LED燈、配管、接插頭、濃縮營養(yǎng)液、種苗、種苗移植土等。

最后，應當指出的是，本實用新型盡管已經(jīng)闡述了上述具體實施例，但針對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解為在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下，可對所述實施例進行變化，本實用新型的范圍是由所附的權(quán)利要求極其等同物限定。