一种基于植物氮肥施用量优化的栽培系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于氮肥施用量研宄、水培装置的技术领域，尤其涉及一种基于植物 氮肥施用量优化的栽培系统。
【背景技术】
[0002] 精细农业是现代农业的发展趋势，精细化的按需施肥是精细农业的重要组成部 分。目前田间的施肥作业大多过量施肥，造成了环境污染、资源浪费等诸多问题，研宄植物 的按需施肥对现代农业的发展及自然环境的保护有重要意义。氮素是构成植物众多有机质 中的一种重要元素，如何准确确定植物所需氮肥量对精细化的按需施肥有重大意义，同时 也是当前精细农业领域的研宄热点。
[0003] 例如，申请公布号CN101743798A的专利申请提供了一种用于确定小麦精确施用 氮肥用量的方法，该方法是：氮肥用量由施氮量=输出-土壤氮素表观矿化量-环境养分投 入氮量-秸杆还田带入氮量-种子带入氮量-播前1米土层硝态氮；其中输出包括：作物 吸氮量、收获后土壤硝态氮残留安全量以及土壤氮素损失；收获后土壤硝态氮残留安全量 由对播种地大量土壤1米土层取样分析得出。该实用新型根据氮素输入与输出土壤植物系 统的数量应相平衡，来确定氮肥用量，从而达到精确施用氮肥，提高作物产量和氮素吸收利 用。
[0004] 植物水培技术多用于植物工厂等领域，国内还鲜有将水培技术应用于优化植物氮 肥施用量的实验栽培系统。目前对植物氮肥施量的研宄多采用传统实验室方法，该方法的 时间、物质成本均较高。尽管有光谱检测、图像检测等快速检测植物氮肥实用量的方法，但 都由于较高的成本、误差难以推广。本实用新型的基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，对 快速、准确、以较低的成本研宄植物的氮肥施用量有重要意义，为精细农业领域的按需施肥 提供有力支撑。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型提供了一种基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，该栽培系统结构简 单，成本较低，容易推广应用，且能够实现较高准度的氮素检测；该系统设置若干个梯度的 氮肥施用量分别进行实验，根据随着氮肥施用量的增加植物体内氮素含量的变化确定优化 的植物氮肥施用量。
[0006] 本实用新型所采用的具体技术方案如下：
[0007] 一种基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，包括支架，所述支架的上部设有营养 液箱，中部设有栽培箱，下部设有回收箱；所述的栽培箱通过进液管与营养液箱连通，回收 箱通过出液管与栽培箱连通，且栽培箱内盛放培养土，并设有向栽培箱中充氧的给氧装置 和营养液高度定量装置。
[0008] 其中，所述的支架呈三级台阶型，台阶上由高至低依次放置所述的营养液箱、栽培 箱和回收箱，营养液在自身重力作用下可输入栽培箱，并排出至回收箱内，结构简单，维护 和运行成本较低。
[0009] 其中，所述的栽培箱外设有金属网罩，金属网罩用来防止鸟类等飞禽对植物造成 伤害，网孔应小于鸟类等常见飞禽的体型大小，以充分保护植物的生长。
[0010]另外，为保证植物的健康生长，所述的支架放置在栽培室内，用于放置鸟类等飞禽 对植物造成伤害。
[0011] 同时，所述的栽培室由PC阳光板制成，顶部设有通风天窗。
[0012] PC阳光板具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点，保证植物 可正常进行光合作用，利于保持物质生长所需的适宜温度，并设置通风天窗，方便简易栽培 室的通风换气。
[0013] 其中，所述的栽培室内安装有温度调节器，可以使简易栽培室内的温度保持在较 为适宜植物生长的水平上。
[0014] 本实用新型中，所述的给氧装置包括充气机和连接充气机且端部伸入栽培箱的输 气管；所述的营养液高度定量装置为由栽培箱侧面向上弯曲延伸的弧形透明管。
[0015] 充气机和输气管可以补充栽培箱内营养液中的氧气，弧形透明管用来观察栽培箱 内的营养液是否到达其上限位置，对培养液的添加和更新提供定量依据。
[0016] 其中，所述的培养土为陶粒砂，陶粒砂不吸收水和营养液中的其他任何成分，也不 会被营养液溶解，避免导致氮肥的损耗，影响测量数据的准确性。
[0017] 与传统的实验装置相比，本实用新型的优点为：
[0018] (1)本栽培系统结构简单，操作流程简洁，设备成本低廉，便于推广应用和同时用 多个该温控栽培系统进行实验，降低实验的时间成本。
[0019] (2)本栽培系统几乎完全利用除土壤、气温外的自然条件进行植物栽培，由于较为 接近自然条件，所得的实验结果更有实际田间应用价值，且能够提供适宜的生长温度，可以 缩短植物的生长周期。
[0020] (3)本栽培系统可以以较高的精确度测得植物的氮素吸收量与氮肥施用量的关 系。
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型中基于植物氮肥施用量优化的栽培系统的结构示意图。
[0022] 其中，1、简易栽培室；2、温度调节器；3、天窗；4、营养液箱；5、梯形支架；6、回收 箱；7、出液管；8、出液开关；9、弧形透明管；10、陶粒砂；11、栽培箱；12、输气管；13、进液开 关；14、进液管；15、充气机。
【具体实施方式】
[0023] 如图1所示，一种基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，栽培系统包括简易栽培 室1、温度调节器2、天窗3、营养液箱4、梯形支架5、回收箱6、出液管7、出液开关8、弧形透 明管9、陶粒砂10、栽培箱11、输气管12、进液开关13、进液管14和充气机15。
[0024] 梯形支架5呈三级台阶型，台阶上由高至低依次放置营养液箱4、栽培箱11和回收 箱6,营养液在自身重力作用下可输入栽培箱，并排出至回收箱内。简易栽培室1由PC阳光 板制成，具有良好的透光、保温性能。简易栽培室1的顶部设有天窗3,方便简易栽培室的通 风换气。营养液箱4内存储植物生长所需要的氮肥营养液，进液开关13打开可以使氮肥营 养液经进液管14流进栽培箱11内。弧形透明管9用来观察栽培箱内的营养液是否到达其 上限位置。出液开关8打开可以使栽培箱内的经过植物吸收的废旧营养液经出液管7流进 回收箱6。回收箱6用来收集经过植物吸收的废旧营养液；充气机15和输气管12可以补 充栽培箱11内营养液中的氧气；温度调节器2可以使简易栽培室内的温度保持在较为适宜 植物生长的水平上。
[0025] 在本实施例中，若无简易栽培室1，则可在栽培箱11外覆盖金属网罩16,用来防止 鸟类等飞禽对植物造成伤害。
[0026] 上述装置用于优化植物的氮肥施用量，假设设置4个梯度的氮肥施用量，先准备 A、B、C、D四组足量的营养液，A、B、C、D营养液中的氮素含量按一定间距量依次增加，四份 营养液中的其他营养元素含量都相同。
[0027] (1)将营养液A注入营养液箱，打开进液开关使营养液流入栽培箱，当弧形透明管 内有流入的营养液时说明营养液已达到栽培箱的上限，关闭进液开关；每隔一段时间打开 充气机为栽培箱内的营养液补充氧气；经过一定时间后，打开出液开关使栽培箱内废旧的 营养液流进回收箱，待废旧营养液流尽后，关闭出液开关，并打开进液开关向栽培箱内注入 新的营养液；若环境温度不适宜植物的生长，则打开温度调节器；可以根据需要定期打开 天窗增加简易栽培室内的空气流动。
[0028] (2)植物生长至符合实验要求的形态时，将营养液箱、回收箱、栽培箱以及进液管、 出液管中残留的营养液收集起来，测量其中氮素的质量，记为a;取出栽培箱内的陶粒砂并 用蒸馏水进行清洗，将清洗后的蒸馏水收集起来，测量其中的氮素质量，记为b;取出栽培 箱中的植株，采用托马斯燃烧法测得植株内氮素的质量c。m = a+b+c为对植物施用氮肥中 总的氮素质量。
[0029] (3)分别将营养液B、C、D注入营养液箱，其他按照⑴至⑶重复进行实验，每组 实验均得到a、b、c、m四个值。将其列表如下：
[0030]
[0031] 由于1111〈1112〈1]13〈1]14，若有〇 1〈〇2〈〇3，且〇3与(34差距很小，则认为当施用氮素量超过111 3 时，植株吸收的氮素量基本维持在(：3不再增加，从而确定该植物优化的氮素施量为m 3。
[0032] 可根据实验需要设置不同个梯度的氮肥；若条件允许，可以用4组该温控栽培系 统同时进行A、B、C、D 4组营养液的实验，也可以根据需要测定不同生长时间或生长期所需 最佳氮肥施用量。
【主权项】
1. 一种基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，包括支架，其特征在于，所述支架的上部 设有营养液箱，中部设有栽培箱，下部设有回收箱；所述的栽培箱通过进液管与营养液箱连 通，回收箱通过出液管与栽培箱连通，且栽培箱内盛放陶粒砂，并设有向栽培箱中充氧的充 气机和营养液高度定量装置。2. 如权利要求1所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，其特征在于，所述的支 架呈三级台阶型，台阶上由高至低依次放置所述的营养液箱、栽培箱和回收箱。3. 如权利要求1所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，其特征在于，所述的栽 培箱外设有金属网罩。4. 如权利要求1所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，其特征在于，所述的支 架放置在栽培室内。5. 如权利要求4所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，其特征在于，所述的栽 培室由PC阳光板制成，顶部设有通风用的天窗。6. 如权利要求5所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，其特征在于，所述的栽 培室内安装有温度调节器。7. 如权利要求1所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，其特征在于，所述的营 养液高度定量装置为由栽培箱侧面向上弯曲延伸的弧形透明管。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于植物氮肥施用量优化的栽培系统，包括支架，所述支架的上部设有营养液箱，中部设有栽培箱，下部设有回收箱；所述的栽培箱通过进液管与营养液箱连通，回收箱通过出液管与栽培箱连通，且栽培箱内盛放培养土，并设有向栽培箱中充氧的给氧装置和营养液高度定量装置。本实用新型结构简单，操作流程简洁，设备成本低廉，便于推广应用和同时用多个该温控栽培系统进行实验，降低实验的时间成本。
【IPC分类】A01G1/00, A01C21/00
【公开号】CN204634454
【申请号】CN201520095906
【发明人】刘飞, 宋坤林, 孔汶汶, 何勇, 方慧, 冯雷
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年2月10日