阅读说明：本技术 一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统及方法 (Root-limiting and liquid-limiting nutrient solution cultivation and microenvironment accurate regulation and control system and method ) 是由 仝宇欣 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统及方法,属于设施农业工程领域,该系统主要包括上固定架、栽培支撑架、限根栽培槽、黑色网、上下可移动固定架、通风管道、滴灌管、滴箭和回液管。可以大幅减少营养液使用量和废弃液量,减少营养液循环使用需要杀菌消毒,过滤、实时监测调配等繁琐程序。避免营养液长期使用带来的细菌、青苔滋生、根系溶解氧不足等问题。限根栽培槽与栽培支撑架的可移动性可以大幅增加栽培密度,避免单独取苗移栽耗时耗人力,也避免移栽对根系的损伤,便于实现自动化。根生长受到一定限制,促使光合产物更多的用于地上部生长发育。管道上开有通风孔,以便符合植物生长要求的空气均匀分布到植物群落。(The invention discloses a root-limiting and liquid-limiting nutrient solution cultivation and microenvironment accurate regulation and control system and method, belonging to the field of facility agricultural engineering. The using amount and the waste liquid amount of the nutrient solution can be greatly reduced, and the complicated procedures of sterilization, filtration, real-time monitoring and blending and the like required by recycling the nutrient solution are reduced. The problems of bacteria and moss breeding, insufficient dissolved oxygen of root systems and the like caused by long-term use of the nutrient solution are avoided. The mobility of limit root cultivation groove and cultivation support frame can increase cultivation density by a wide margin, avoids getting alone that the seedling transplants consuming time and consuming manpower, also avoids transplanting the damage to the root system, is convenient for realize the automation. Root growth is limited, promoting more photosynthetic products to be used for overground growth and development. The pipeline is provided with vent holes so that air meeting the growth requirement of plants is uniformly distributed to the plant community.)

一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统及方法

技术领域

本发明属于设施农业工程领域，具体涉及一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统及方法。

背景技术

近年来，植物工厂技术发展迅速，在中国得到越来越多的关注。随着植物工厂技术发展，为了进一步提高投入资源利用效率，降低成本，并能同时提高产品品质和产量，在很多技术细节方面需要进行提高。

植物工厂主要运用的是营养液栽培技术，包括深液流营养液栽培技术(DFT)、浅液流营养液栽培技术(NFT)和雾培技术，现用的栽培技术主要优缺点如下：DFT优点：不需一直循环，节省运行能耗，营养液量大，为植物生长提供足够营养；DFT缺点：每次注入的营养液量大，并且营养液长期使用容易长青苔，根系分泌物积累使营养液浑浊，容易滋生细菌，循环次数或时间不足容易造成溶氧量不足。NFT优点：使用营养液量较少，废弃液较少，不容易产生营养液溶氧量不足的问题；NFT缺点：需要一直进行营养液循环，断电或循环泵一旦发生问题，短期内就会影响植物生长。雾培优点：根际生长环境能精准调控，不会发生根际缺氧的现象；物化缺点：不同植物，植物不同生长阶段喷雾需求量不同，断电或循环泵一旦发生问题，短期内会影响植物生长。在植物工厂环境调控方面，目前基本利用的是室内整体进行环境控制，随着植物工厂规模不断增加，大型植物工厂采用室内环境整体控制很难做到栽培空间的精准调控。

发明内容

本发明的目的是提出一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统及方法，能够对植物进行限根、限液营养液栽培，以及进行微环境精准调控。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统，包括：上固定架、栽培支撑架、限根栽培槽、黑色网、上下可移动固定架、通风管道、滴灌管、滴箭和回液管；其中，上固定架置于栽培支撑架至少一端的上方，并相对于栽培支撑架垂直布置，用于对栽培支撑架进行高度固定，并通过上下移动来调整与光源的距离；栽培支撑架固定支撑一排限根栽培槽，底部设有回液槽，在栽培支撑架上铺设一层覆盖回液槽的黑色网；限根栽培槽内置植物栽培用的栽培固定基质，上方蒙有一层不透明薄膜或薄板，底部设有连通回液槽的回液凹口，用于营养液回流；在栽培支撑架的一侧固定滴灌管，另一侧活动连接上下可移动固定架；滴灌管的高度高于限根栽培槽，并连接多个滴箭，滴箭插入栽培固定基质内用于灌溉营养液；上下可移动固定架的上端固定通风管道，通过其相对于栽培支撑架上下移动来调整通风管道的高度；通风管道上开有多个通风孔；回液管置于栽培支撑架一端的下方，并相对于栽培支撑架垂直布置，连通回液槽，用于回流营养液，进行进一步消毒处理和循环利用。

进一步地，栽培支撑架为相互平行布置的纵向一层或多层和横向一排或多排。

进一步地，不透明薄膜或薄板为塑料或其他材质，

进一步地，栽培支撑架通过卡槽固定滴灌管。

进一步地，通风管道上的通风孔朝向限根栽培槽所在位置。

进一步地，通风管道由一风机控制风速，滴灌管由电磁阀自动控制营养液灌溉量。

进一步地，限根栽培槽的栽培固定基质含有栽培支撑材料，该栽培支撑材料可以为岩棉、海绵或椰糠等孔隙度大、吸水、保水性好的材料。

一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控方法，包括以下步骤：

通过上固定架置移动栽培支撑架的纵向和横向位置，以及调整倾斜程度；

通过调整限根栽培槽位置来调整栽培密度，增加种植密度；

通过在限根栽培槽上方蒙上一层不透明薄膜或薄板，进行避光和防止菌藻滋生；

通过将栽培支撑材料作为限根栽培槽的栽培固定基质，减少营养液使用量和废弃液量；

通过调整上下可移动固定架，来调整通风管道的高度，满足植物在不同生长阶段，空气能均匀喷射到植物的不同部位上，并通过控制通风量来调节空气湿度、风速和CO₂含量；

通过滴箭调整营养液灌溉流量，通过回流槽和回液管回收营养液；

通过在栽培支撑架上铺设黑色网，允许回流的营养液透过，并同时减少光线透过。

本发明的优点在于：1)限液即采用保水、持水性和透气性好的材料作为栽培生长支撑材料(如海绵、岩棉、椰糠等)，大幅减少营养液使用量和废弃液量，减少营养液循环使用需要杀菌消毒，过滤、实时监测调配等繁琐程序。2)避免营养液长期使用带来的细菌、青苔滋生、根系溶解氧不足等问题。3)限根栽培槽与栽培支撑架的可移动性可以大幅增加栽培密度，避免单独取苗移栽耗时耗人力，也避免移栽对根系的损伤，便于实现自动化。4)根生长受到一定限制，促使光合产物更多的用于地上部生长发育。5)管道上开有通风孔，以便符合植物生长要求的空气均匀分布到植物群落。可以通过风机选型、转速和通风管道开孔大小、距离等调节控制出风风速。增加植物群落内环境扰动，使群落内环境也得到精准控制，避免环境因子在植物生长空间的不均匀性分布；增加植物群落内及冠层的风速，增加蒸腾，减少植物叶烧等生理性病害的发生；环境因子(风速、CO₂浓度等)直接控制在植物生长空间，增加环控的有效性，提高投入资源如CO₂等的利用效率。

附图说明

图1是实施例中的一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统俯视图。

图2是实施例中的一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统侧视截面图。

图中：1-上固定架，2-栽培支撑架，3-限根栽培槽，4-滴箭，5-滴灌管，6-通风管道，7-回液管，8-上下可移动固定架，9-回液槽，10-栽培固定基质。

具体实施方式

为使本发明的技术方案能更明显易懂，特举实施例并结合附图详细说明如下。

图1和图2是限根、限液营养液栽培及微环境精准调控系统结构示意图。该系统主要包括上固定架1、栽培支撑架2、限根栽培槽3、黑色网、上下可移动固定架8、通风管道6、滴灌管5、滴箭4和回液管7。其中，上固定架1置于栽培支撑架2至少一端的上方，并相对于栽培支撑架2垂直布置，用于对栽培支撑架2进行高度固定，并通过上下移动来调整与光源的距离。栽培支撑架2为三排，每排上固定支撑一排多个限根栽培槽3，底部设有回液槽9，在栽培支撑架2上铺设一层覆盖回液槽9的黑色网。限根栽培槽3内置植物栽培用的栽培固定基质10，栽培固定基质10含有栽培支撑材料，该栽培支撑材料为岩棉、海绵或椰糠等孔隙度大、吸水、保水性好的材料。限根栽培槽3底部设有连通回液槽9的回液凹口，用于营养液回流。限根栽培槽3上方蒙有一层不透明薄膜或薄板，用于避光，防止菌藻滋生。在栽培支撑架2的一侧通过卡槽固定滴灌管5，滴灌管5由阀门控制营养液灌溉量，另一侧活动连接上下可移动固定架8。滴灌管5的高度高于限根栽培槽3，并连接多个滴箭4，滴箭4插入栽培固定基质10内用于灌溉营养液。上下可移动固定架8的上端固定通风管道6，通风管道6由一风机控制风速，通过其相对于栽培支撑架2上下移动来调整通风管道6的高度。通风管道6上开有多个通风孔，通风孔朝向限根栽培槽3所在位置。回液管7置于栽培支撑架2一端的下方，并相对于栽培支撑架2垂直布置，连通回液槽9，用于回流营养液，进行进一步消毒处理和循环利用。

另外提供一种限根、限液营养液栽培及微环境精准调控方法，包括以下步骤：

通过上固定架置移动栽培支撑架的纵向和横向位置，以及调整倾斜程度；

通过调整限根栽培槽位置来调整栽培密度；

通过在限根栽培槽上方蒙上一层不透明薄膜或薄板，进行避光和防止菌藻滋生；

通过将栽培支撑材料作为限根栽培槽的栽培固定基质，减少营养液使用量和废弃液量；

通过调整上下可移动固定架，来调整通风管道的高度，使空气均匀喷射到各个植物的不同部位上，并通过控制通风量来调节空气湿度、风速和CO2含量；

通过电磁阀调整营养液灌溉流量，通过回流槽和回液管回收营养液；

通过在栽培支撑架上铺设黑色网，允许回流的营养液透过，并同时减少光线透过。

以下列举一具体应用实例：

在一个20平方的植物工厂，放置两个多层立体栽培架，每个栽培架为上下3层，每一层可放置7排栽培支撑架，每个栽培支撑架上放置112个限根栽培槽。每个栽培支撑架长度为9m，高度为10cm，上总宽度为10cm，下总宽度为6厘米。回液槽高度为2cm，宽度为2cm。限根栽培槽高度为8厘米，上总宽度为8cm，下总宽度为6厘米。栽培对象为生菜，开始栽培密度为124颗/m²，栽培支撑架和限根栽培槽间距均可调，生菜栽培密度随着生长时间可逐渐降低，保证生菜生长空间，21天采收时，栽培密度约为32颗/m²。

滴灌管使用PE管，直径25mm，放置于栽培支撑架的卡槽内，工作压力0.1MP，流量2L/h，滴键一分四，工作频率根据植物光暗期和生长阶段设定。通风管道置于上下可移动固定架上，上下可移动固定架可手动上下移动，移动范围为0～30cm。通风管道长度为9米，直径为5cm，通风量为3.5*10^-2m³/s，通风孔大小范围为10～20mm，间距范围40～100mm，保持栽培期间生菜冠层风速在0.3～0.7m/s。

本实施例可使空间利用率提高一倍，与深夜流营养液栽培相比，减少营养液用量80％以上，与常规栽培方法(深夜流+一个栽培空间)相比，生菜产量可提高20％以上，生菜生理性病害(如叶烧病)降低30％以上。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，本发明的保护范围以权利要求所述为准。