一种设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培装置及方法。该装置包括栽培容器和灌溉装置，栽培容器优选埋置在栽培垄里，灌溉装置用于向所述栽培容器内滴灌营养液。该方法将栽培基质装在栽培容器内，并将栽培容器埋置在土壤中；采用穴盘基质育苗，成苗后连同基质一同移栽到栽培容器内；采用灌溉装置进行水肥供给，多余营养液积聚在容器底部，绝大部分根系被限制在栽培容器内，部分吸收活力强的根尖部分可通过栽培容器的开孔伸出，吸收土壤中的水分和养分，同样土壤中的水肥可通过栽培容器的开孔进入容器，被根系吸收利用。本发明适合在日光温室或塑料大棚使用，适合各种果菜和西甜瓜等作物的栽培生产，成本低、通用性强、管控方便。
【专利说明】一种设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于设施农业无土栽培【技术领域】，具体地说，涉及一种设施蔬菜土壤起垄 内嵌式无土栽培装置及方法。
【背景技术】
[0002] 设施蔬菜生产是在连栋温室、日光温室、塑料大棚等设施内进行冬春季反季节蔬 菜生产的方式，是满足我国城乡居民"菜篮子"安全和有效供给不可或缺的技术手段。我国 设施蔬菜栽培面积已近400万公顷，其中以土壤栽培为主要方式，占99%以上，而无土栽培 仅占极少比例。
[0003] 与露地栽培相比，设施土壤处于相对封闭的空间内，受高温湿度和蒸发量、高肥水 投入、高复种指数等环境条件和农艺活动的影响，设施土壤的物理、化学和生物学性质演变 剧烈，途径复杂多样，常导致土壤次生盐渍化、养分失调、有害元素积累、微生物群落区系恶 化等土壤质量问题。当前，因土壤质量恶化导致的设施园艺生产问题十分严重，连作障碍、 病虫害频发、水肥资源利用率低、生态环境恶化、农产品品质差等问题已经成了制约设施园 艺产业健康发展的"瓶颈"。更为严重的是，因土壤环境不可调控，设施蔬菜土壤栽培产量 低、品质差，日益不能满足人们对高品质农产品的要求。
[0004] 无土栽培是解决这一问题的有效方法，采用基质代替土壤，蔬菜根系被限制在人 造环境中，避免水肥的环境释放和污染；同时，基质重量轻、用量少，可消毒反复利用，避免 了连作障碍、盐渍化等生产问题的发生。但是，无土栽培在日光温室和塑料大棚内的应用推 广技术难度极大，传统营养液栽培根本无法实施。
[0005] 传统设施无土栽培或营养液栽培需要成本较高的专门设施栽培装置，而且农艺管 理技术较复杂，而且对温室环境控制要求较高，适用于硬化地面的连栋温室或玻璃温室，不 适合耕作土壤利用型日光温室和塑料大棚。虽然，我国学者研发的一些设施蔬菜有机生态 无土栽培技术和有机土栽培虽可脱离或部分脱离土壤，但需要用砖等建筑材料或挖土建造 栽培槽，配制栽培基质，操作烦琐，且基质用量大，成本颇高，重复利用性差，不适宜工厂化 生产应用。而且，设施蔬菜土壤栽培为开放式栽培模式，水肥管理粗放，水肥（特别是氮肥） 极易通过淋洗、挥发等方式向环境释放，造成养分资源浪费和环境污染问题，可持续性差。 此外，长期实施必将产生连作障碍，病虫害频发的生产问题。
[0006] 当前，亟待开发适合我国日光温室和塑料大棚应用的设施蔬菜栽培技术，既能克 服土壤栽培的固有问题，又能解决设施蔬菜无土栽培成本高、技术复杂等问题。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述问题，本发明提供一种低成本、通用性强、易管控的设施蔬菜土壤起 垄内嵌式无土栽培装置及方法。
[0008] 本发明采用的技术方案如下：
[0009] -种设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培装置，包括栽培容器和灌溉装置，所述栽 培容器埋置在土壤中，其上端开口，底端封闭，侧壁上设有开孔，内部装有栽培基质；所述灌 溉装置用于向所述栽培容器内滴灌营养液。
[0010] 进一步地，所述栽培容器可以直接埋置在土壤中，也可以预先在土壤上起垄，将栽 培容器埋置在栽培垄里。栽培容器可局部埋到地平面以下，也可以在地平面以上，包埋在垄 的内部，栽培容器上边缘略高于土壤表面（或略高于栽培垄上端），栽培容器被土壤紧密包 裹。本发明优选采用起垄的方式，这样可以在冬春季节低温时保持栽培容器内的温度，提高 基质温度缓冲能力，防止冻害发生；起垄有利于行间通风，以及操作人员行走；也有利于垄 上覆膜，提高垄内温度，防止杂草产生，保墒效果好。
[0011] 进一步地，所述栽培容器采用PVC、PE等材料制作，容器口为D形、长方形或正方形 等形状，底部为为平底或尖底，顶部开口处直径应大于或等于底部直径。优选的，栽培容器 长5-15cm，宽5-15cm，高10-20cm。栽培容器具体大小可根据所栽培蔬菜的根系大小选定。
[0012] 进一步地，所述栽培容器侧壁上的开孔靠近栽培容器底部，距离底部2?5cm，开 孔行数为1-3行，行距0· 2-lcm，水平方向两孔的间距为l-2cm，孔径0· 2-0. 8cm。
[0013] 进一步地，所述栽培基质包含蛭石、草炭、珍珠盐，体积比例为1: (0.5? 2) : (0. 5?1)，优选可以为1:1:1，2:1:1，1:2:1等。更进一步地，所述栽培基质进行消毒处 理，其中草炭可以由稻壳、椰壳、腐熟粪便等一些可用于无土栽培的材料代替。
[0014] 进一步地，所述灌溉装置包括营养液容器、滴灌管路、泵动系统和控制装置（单片 机或计算机系统）组成，进行水肥供给。更进一步地，所述灌溉装置还包括水分传感器（土 壤水分含量传感器），该水分传感器连接控制装置即单片机或计算机系统等，通过水分传感 器检测栽培容器内的水量，通过控制装置进行控制，使栽培容器保持合适的持水率。
[0015] 一种采用上述装置的设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培方法，其步骤包括：
[0016] 1)配制栽培基质：将栽培基质的各组分（蛭石、草炭、珍珠盐等）按照一定体积比 例混合，制成栽培基质；
[0017] 2)制作栽培容器：栽培容器其上端开口，底端封闭，侧壁上设有开孔，将栽培基质 装在该栽培容器内；
[0018] 3)埋置栽培容器：将栽培容器埋置在土壤中，栽培容器上边缘略高于土壤表面， 栽培容器被土壤紧密包裹；
[0019] 4)育苗移栽：采用穴盘基质育苗，成苗后连同基质一同移栽到栽培容器内；
[0020] 5)制作灌溉装置：采用营养液池（或营养液容器），配置泵动系统和滴灌系统进 行水肥供给，多余营养液积聚在容器底部，绝大部分根系被限制在栽培容器内，部分吸收活 力强的根尖部分可通过栽培容器的开孔伸出栽培容器进入土壤中，吸收土壤中的水分和养 分，同样土壤中的水肥可通过栽培容器的开孔进入容器，被根系吸收利用。
[0021] 进一步地，步骤3)所述栽培容器可以直接埋置在土壤中，也可以预先在土壤上起 垄，将栽培容器埋置在栽培垄上，栽培容器上边缘略高于栽培垄上端，栽培容器被栽培垄土 壤紧密包裹。优选地，可预调节栽培垄的墒情，并可覆膜，以保持墒情，防沙尘，避免杂草生 长。
[0022] 进一步地，步骤5)进行灌溉时，按照栽培基质数量确定40%以上持水率时的灌溉 量。
[0023] 进一步地，步骤5)所述灌溉装置设有水分传感器和相应的控制装置，通过水分传 感器检测栽培容器内基质的水分含量，通过控制装置进行控制，使栽培容器保持合适的持 水率。
[0024] 与现有技术相比，本发明的优点和有益效果如下：
[0025] 1、该栽培方法适合在日光温室或塑料大棚使用，适合各种果菜和西甜瓜等作物的 栽培生产。
[0026] 2、作物根系被限制在栽培容器中，可有效吸收利用养分和水分，提高了养分和水 分的利用效率；而且，少量根系通过孔伸到栽培容器外，可吸收土壤中的养分和水分，提高 了作物的稳定性和支撑性，抗倒伏，减少了土传病害感染几率。
[0027] 3、栽培容器被埋在栽培垄中，相对固定，周围的土壤可增加栽培容器的保温能力， 通过土壤缓冲，可减少低温危害，保证冬春季夜间作物根系安全。
[0028] 4、栽培基质体积小，重量轻，可经过消毒处理，避免病虫害发生；而且，茬口间消毒 后的基质可重复使用，茬口紧凑，提高了栽培效率和单位面积的产量。
[0029] 5、栽培容器底部密闭设计可有效阻断水肥流失，避免了土壤污染、盐渍化等问题 的发生，土壤仅承担了部分栽培基质功能，从而保护了土壤质量和设施生态系统的可持续 性。
[0030] 6、栽培容器小，水肥供应充足可控，可加大栽培密度，提高光能利用效率，提高产 量。
[0031] 7、栽培容器小，埋置方便，可重复使用，茬口安排快捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1是实施例中设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培装置的示意图。
[0033] 图2是栽培容器埋置在栽培垄中的剖面示意图。
[0034] 图3是实施例中栽培容器的示意图。
[0035] 图4是带有传感设备的设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培装置的示意图。
[0036] 图5是采用长槽形栽培容器的栽培装置示意图。
[0037] 图6是各种形状的栽培容器示意图。
[0038] 图7是实施例中设施蔬菜土壤内嵌式基质栽培方法的步骤流程图。
[0039] 图中标号说明：10-栽培容器，11 一开孔，12-栽培基质，20-栽培垄，21-营养液 容器，22-泵动系统，23-滴灌管路，24-水分传感器，25-控制装置。
【具体实施方式】
[0040] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和 附图，对本发明做进一步说明。
[0041] 图1是本发明的设施蔬菜土壤内嵌式基质栽培装置的整体示意图，主要包括栽培 容器10和灌溉装置。灌溉装置用于向所述栽培容器内浇灌营养液，包括营养液池（营养液 容器）21，并配置泵动系统22和滴灌管路23进行水肥供给，由控制装置25 (计算机、单片机 等）进行控制。栽培容器10埋置在栽培垄20上，栽培容器10的上边缘略高于栽培垄20 上端，栽培容器10被栽培垄20的土壤紧密包裹，如图2所示。
[0042] 图3是栽培容器10的示意图，其上端开口，底端封闭，侧壁上设有开孔11，内部装 有栽培基质12。栽培容器10可以采用PVC、PE等材料制作，容器口为D形、长方形或正方 形等，底部为为平底或尖底，长5-15cm，宽5-15cm，高10-20cm。栽培容器10的侧壁上的开 孔11靠近底部，距离底部2?5cm，开孔行数可为1-3行，行距0. 2-lcm，水平方向两孔的间 距为 l-2cm，孔径 0· 2-0. 8cm。
[0043] 栽培基质12包含蛭石、草炭、珍珠盐，体积比例为1: (0. 5?2) : (0. 5?1)，优选可 以为1:1:1，2:1:1，1:2:1等。更进一步地，所述栽培基质进行消毒处理，其中草炭可以由稻 壳、椰壳、腐熟粪便等一些可用于无土栽培的材料代替。
[0044] 其它实施例中，如图4所示，灌溉装置还可包括水分传感器24,通过水分传感器24 检测栽培容器内的水量，通过控制装置25进行控制，使栽培容器保持合适的持水率。比如 按照栽培基质数量确定80%持水率时的灌溉量，定时控制。根据栽培面积大小，每亩可设置 数个比如2个传感器，也可以在每个栽培容器处均设置传感器，在栽培容器开孔处插入传 感器检测基质水分含量，按需浇灌水肥。
[0045] 其它实施例中，如图5所示，栽培容器10还可以是长槽形，此时每个栽培垄上布置 一个长槽形栽培容器。图6是各种形状的栽培容器示意图，其中（a)为圆形或椭圆形，上大 下小，（b)为两个对称放置的D形容器，（c)为长槽形的栽培容器。
[0046] 图7是采用上述装置的一个实施例的设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培方法的 步骤流程图，对各步骤具体说明如下：
[0047] 1)配制栽培基质：将栽培基质的各组分（蛭石、草炭、珍珠盐等）按照一定体积比 例混合，制成栽培基质；
[0048] 2)制作栽培容器：采用PVC、PE等材料定制栽培容器，容器口为D形、长方形或 正方形，栽培容器长5-15cm，宽5-15cm，高10-20cm。栽培容器底部为密闭结构，为平底 或尖底，在底部上方2-5cm处的四周壁上开孔（直径0. 2-lcm)，开孔行数为1-3行，行距 0· 2-lcm，水平2孔间距为l-2cm，孔径0· 2-0. 8cm。栽培容器内装满基质。通过滴灌系统浇 灌营养液，多余营养液积聚在容器底部，避免渗漏到深层土壤。绝大部分根系被限制在栽培 容器内，部分吸收活力强的根尖部分可通过孔伸出栽培容器进入土壤中，吸收土壤中的水 分和养分，同样土壤中的水肥可通过空隙进入容器，被根系吸收利用。
[0049] 3)制作栽培垄：预先起垄，宽度和高度分别为20-30cm和20-30cm。栽培容器整齐 排列（成对排列或等距离列成行）并埋置在栽培垄上，比如将两个D字形栽培容器成对排 列，呈跑道椭圆形。栽培容器上边缘略高于栽培垄上端，栽培容器被栽培垄土壤紧密包裹。 可预调节栽培垄的墒情，并可覆膜，以保持墒情，防沙尘，避免杂草生长。
[0050] 4)育苗移栽：采用穴盘基质育苗，成苗后连同基质一同移栽到栽培容器中央。
[0051] 5)制作灌溉装置：采用营养液池或容器，配置泵动系统和滴灌系统进行水肥供 给，按照栽培基质数量确定80%持水率时的灌溉量，定时控制。
[0052] 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，而不脱离本发明的精神和范围，本 发明的保护范围应以权利要求所述为准。
【权利要求】
1. 一种设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培装置，其特征在于，包括栽培容器和灌溉装 置，所述栽培容器埋置在土壤中，其上端开口，底端封闭，侧壁上设有开孔，内部装有栽培基 质；所述灌溉装置用于向所述栽培容器内滴灌营养液。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述栽培容器埋置在栽培垄里，栽培容器上 边缘略高于栽培垄上端，栽培容器被栽培垄的土壤紧密包裹。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述栽培容器的容器口为D形、长方形或正 方形，或者所述栽培容器为长槽形；所述栽培容器底部为平底或尖底，顶部开口处尺寸大于 或等于底部尺寸。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述栽培容器侧壁上的开孔靠近底部，距离 底部2?5cm，开孔行数为1?3行，行距为0· 2?lcm，水平方向两孔的间距为1?2cm，孔 径为〇· 2?0· 8cm。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述栽培基质包含蛭石、草炭、珍珠盐，其体 积比例为1: (0. 5?2) : (0. 5?1)，其中草炭可由稻壳、椰壳、腐熟粪便代替。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述灌溉装置包括营养液容器、滴灌管路、 泵动系统和控制装置。
7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述灌溉装置还包括水分传感器，用于检测 所述栽培容器内的水量，通过所述控制装置进行控制，使栽培容器保持合适的持水率。
8. -种采用权利要求1所述装置的设施蔬菜土壤起垄内嵌式无土栽培方法，其步骤包 括： 1) 将栽培基质的各组分按照一定体积比例混合，制成栽培基质； 2) 制作栽培容器，将栽培基质装在该栽培容器内； 3) 将栽培容器埋置在土壤中，栽培容器上边缘略高于土壤表面，栽培容器被土壤紧密 包裹； 4) 采用穴盘基质育苗，成苗后连同基质一同移栽到栽培容器内； 5) 制作灌溉装置进行水肥供给，多余营养液积聚在栽培容器底部，绝大部分根系被限 制在栽培容器内，部分吸收活力强的根尖部分通过栽培容器的开孔伸出并进入土壤中，吸 收土壤中的水分和养分，同样土壤中的水肥通过栽培容器的开孔进入容器，被根系吸收利 用。
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤3)预先在土壤上起垄，将栽培容器埋 置在栽培垄里，栽培容器上边缘略高于栽培垄上端，栽培容器被栽培垄土壤紧密包裹；所述 栽培垄上覆膜，以保持墒情。
10. 如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤5)进行灌溉时，按照栽培基质数量确 定40%以上持水率时的灌溉量。
【文档编号】A01G31/02GK104145802SQ201410342395
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】刘文科, 杨其长 申请人:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所