一种水控膜栽培装置的制作方法

本实用新型涉及植物无土栽培领域中的水培领域，尤其涉及一种通过使用水控膜培育植物的水控膜栽培装置。

背景技术：

随着工业化发展及人类生活品质要求的不断提高，可用于人类耕作的土地面积也越来越少，并且这一现象已经严重威胁到了人类的生存和发展。无土栽培技术作为针对人类可耕作土地面积锐减等问题的重要缓解方法在植物栽培领域已经得到了广泛的应用。而作为无土栽培领域中一个重要组成部分，植物水培技术通常是指植物根系直接与营养液接触，不使用基质的栽培方法。植物水培技术与常规土壤栽培的根本区别在于：可以不使用土壤，直接用营养液来培育植物，因此可以大幅度扩大种植面积，解决耕地不足的问题，并且通过调节营养液的供给，达到控制、调节作物生长状况及生长周期的目的。然而，常规的水培技术存在诸多缺陷：比如植物根系由于长期浸泡在营养液中，得不到充足的氧，进而影响植物根系的呼吸并最终导致植物生长不良，因此生产不出营养丰富的果蔬、粮食等；由于植物根系需要浸泡在营养液中，所使用的营养液总量较大，并且在植物生长过程中需要不断的供给充足的营养液，因此生产成本极高；病毒及病菌通过营养液等媒介进入植物根系，容易引发病虫害造成大规模污染等。

此外，日本美比欧公司早在2007年提出了专利号为：200780032327.5，名为“植物栽培系统”的专利申请，目的是为了解决在田地栽培和温室栽培等大规模栽培过程中，出现的连作土壤衰颓、土壤残留农药引起农作物污染、盐分蓄积、有害微生物繁殖等现象而不得不进行土壤消毒或者土壤交换的问题，该专利申请公开了一种通过使用无孔性亲水性膜大规模培育植物的栽培系统。然而，这种大规模作物生产的集约型农业与申请人将要提出的分散型农业之间存在着十分明显的差别。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种即简便又实用的，能让大家吃到美味、安全、健康的果蔬或者粮食的水控膜栽培装置，通过该种栽培装置的应用，还能让老人、孩子、甚至办公室人员在植物栽培的过程中享受其中的种植乐趣，增加家庭和谐、快乐，进而成为人们休闲、娱乐的一个重要途径。此外，在分散型生态农业理念下，该水控膜栽培装置的应用不但能够实现在多种严苛条件下进行农业生产、大幅度扩大农业生产面积、解决土壤污染、降低生产成本的作用，还能绿化人类生活环境、营造生态农业氛围，进而获得更高的生态效益和社会效益。最后，在落实分散型生态农业的理念、切实的将无公害农业、绿色农业、生态农业带进千家万户的道路上，人们遇到了很多困难，而该水控膜栽培装置的应用解决了生态农业进入家庭最后一公里的难题，使无公害农业、绿色农业、生态农业能够轻松、便捷的深入千家万户。

本实用新型提供了一种水控膜栽培装置，其技术方案如下：

一种水控膜栽培装置，包括托盘、栽培床、水控膜及营养液输控单元，其特征在于，所述栽培床设置于托盘上方，所述水控膜设置于托盘和栽培床之间，所述营养液输控单元的输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，植物的茎部或者蔓部通过定植位。该水控膜采用纳米级微孔加工技术，可以通过水分及植物生长所需的营养成分，但可以将细菌、病毒等隔离开，进而最大限度地降低作物病害传播的可能性，确保农产品的安全、健康。

本实用新型所提供的一种水控膜栽培装置，还可以包括以下的附属技术方案：

其中，所述装置包括设置于托盘和水控膜之间的吸水性材料。

其中，所述装置还包括设置于托盘和水控膜之间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盘的一侧、吸水性材料在接近水控膜的一侧。不透水性材料的使用，可以防止水分和营养液的流失、提高水分和营养液的利用率、降低生产成本，隔绝有害微生物、重金属、盐分、腐烂物等不良环境，实现多种严苛条件下进行农业生产的目的。

其中，所述装置还包括设置于栽培床上表面的抑制蒸发材料。

其中，所述营养液输控单元包括营养液储存器、营养液输液管和控制器，其中营养液输液管的输出口位于水控膜的上方和/或下方。

其中，所述营养液输液管的输入口与营养液储存器相连通，所述控制器设置在营养液输液管或营养液储存器上或设置在营养液输液管和营养液储存器之间。

其中，所述营养液输液管的输入口与营养液储存器相连通，所述栽培床设置有定植位。

控制器工作时，能够控制营养液定时、定量的通过营养液输液管的输出口输送至水控膜处。植物生长周期中，通过控制器和水控膜的有效配合，为其营造一个严苛的渴水环境。当植物根系处于渴水状态即营养液、水分不饱和的状态时，植物本身将出现一系列的生理反应以对抗这种严苛环境，其中包括发达其根系尤其地根毛微细化和膨大化、提高其根系渗透压以利于吸收水分及营养、促进体内糖分的合成并将积累的糖分运输至果实处，植物本身这一系列的生理反应更有利于培育高糖分、高营养成分的果蔬、粮食等。

其中，所述营养液输控单元还包括循环泵和/或分配器。

其中，所述控制器控制循环泵和/或分配器。所述控制器控制所述循环泵和/或分配器以供给营养液。当所述营养液储存器高于栽培床高度时，营养液储存器依靠重力实现营养液供给；当所述营养液储存器等于或者低于栽培床高度时，该装置配备有循环泵，营养液储存器依靠动力实现营养液供给。

其中，所述水控膜栽培装置还包括支撑架和配套使用的藤蔓夹、传感器和/或通信模块。至少一托盘通过多种方式配合安装在支撑架上。吊绳与藤蔓夹、支撑架配合使用，用于固定植物藤、蔓。传感器可以是温度传感器、湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器等，此外还可以包括有线通信模块或者如蓝牙、WIFI、ZigBee、Z-wave、Thread或者光学等无线通信模块、网络APP等软件模块等，传感器可以将收集到的相应信号回传至控制器进行分析处理，根据控制器所设定的程序自动调节植物生长所需的水分及营养液。人们也可以通过有线或者无线通信模块和网络APP等软件模块与控制器实现交互操作。

此外，本实用新型还包括如下附属技术方案：

所述水控膜栽培装置还包括为辅助植物栽培而设置的实验专用部分，如小型pH测量仪、小型NO₃^-测量仪器、小型电导仪、糖度计和计量容器等；和其他附属部分，如AC电源、吊绳、诱虫装置、补光装置、配管、接插头、浓缩营养液、种苗、种苗移植土、CO₂补充装置等。

本实用新型的应用包含如下有益的技术效果：

首先，通过利用该水控膜栽培装置不使用土壤的特点，可以实现在多种严苛条件下进行农业生产、大幅度扩大农业生产面积、农业生产不再过多地受地域、气候、生长环境等因素的影响。解决了土壤污染、耕地面积不足、轮作造成土壤肥力下降、盐分累积等问题，也降低了因大规模作物生产所造成的生产资源浪费，具体的，该水控膜栽培装置可以实现在任何地方如室内、阳台等生活、办公、休闲娱乐、甚至商业区等有阳光、环境温度相对可控的小型、零散空间进行作物栽培生产，提高了空间利用率，而且生产环境干净、卫生，进而确保了所得的果蔬或者粮食安全、卫生、健康。

其次，通过水控膜和控制器的有效配合，可以实现精密调节水分及营养液的供给。通过合理控制水肥，达到控制、调节作物生长状况及生长周期的目的。该水控膜栽培装置通过精密控制生长条件，时而提供严苛的生长环境，时而提供优良的生长环境，当植物处于严苛的生长环境时，植物根系尤其是根毛微细化和膨大化，并提高根系渗透压以利于吸收水分及营养，促进体内糖分的合成并将积累的糖分运输至果实处，当植物处于优良的生长环境时，将加速糖分和营养成分的合成。植物果实等积累了较高的糖分和营养，生产出的果蔬也更加美味、健康、营养。具体的，通过该水控膜栽培装置培育出的果蔬、粮食其糖分和营养成分远远高出传统水培产品，甚至达到了营养品的水准，为保健品的生产提供了高品质的原料，在这方面神奈川县产业技术中心做出了下述详细的数据分析，应用上述水控膜栽培装置生产出的西红柿其糖分含量比传统水培西红柿高出1-2倍，氨基酸等营养成分含量比传统水培西红柿高出1倍以上。

再次，随着人类生活品质要求的不断提高，人们对所食用的果蔬及粮食的安全、健康、无公害等指标的要求也越来越高，通过该水控膜栽培装置的应用，人们可以自行调节和控制植物所需水、肥的供给，减少甚至杜绝使用对人体有害的化肥、农药、除草剂等，进而降低植物体内亚硝酸盐的积累，生产出无公害的、健康的、安全的果蔬及粮食，消费者通过食用该水控膜栽培装置所生产的果蔬、粮食，也能相应的免受国内土壤、水体、大气污染等问题所带来的健康、安全隐患。

最后，通过利用该水控膜栽培装置革命性的将植物的根系栽培于水控膜上方的特点，可以避免植物根系长期浸泡在营养液中导致的植物根系无法呼吸、生长发育不良的现象，提高了根系与氧气的接触面积，有效地调节了植物根系的呼吸作用，提高了植物的投入产出比，并且还有效的阻止了病毒及病菌通过营养液等媒介传播进入其他植物根系。此外，通过利用该水控膜栽培装置所特有的、革命性的栽培处理方法，具体的，通过设置和使用营养液输控单元，达到对营养液供给定时、定量化的精确控制，进而为植物根系发育营造出科学的、或严苛或优良的生长环境，以促使和激发植物的毛细根发达，同时作物所积累的果实糖度及营养成分也随之大幅度提高，为消费者提供更加美味、健康的产品。

此外，通过使用该水控膜栽培装置，植物的根系无需再长时间的浸泡在大量的营养液中，而且通过有效控制和调节营养液的供给也可以大幅度降低营养液的使用量，有效的降低生产成本，实验表明使用该水控膜栽培装置，西红柿的日用水量为200mL/株，比土壤栽培或者传统栽培用水量降低了10倍左右。同时，该水控膜栽培装置也无需向传统水培一样配备循环杀菌系统，降低了成本。该水控膜栽培装置还可以进行自动化生产，能够进行大规模的标准化生产，进而大量的减少了人工费用和耗时，人们不需要专业的知识，只要按照操作手册操作就可以进行农业生产。

再者，该水控膜栽培装置的应用提供了一种简便、实用的植物生长过程的真实场景，可以成为老人、孩子、甚至办公室人员休闲、娱乐的一个重要途径，在保证消费者吃到美味、健康、安全的产品的情况下，还能让老人、孩子、甚至办公室人员在植物栽培的过程中享受其中的种植乐趣，增加家庭和谐和快乐。最后，在分散型生态农业理念下，该水控膜栽培装置的应用不但能够实现在多种严苛条件下进行农业生产、大幅度扩大农业生产面积，还能绿化人类生活环境、营造生态农业氛围，进而获得更高的生态效益和社会效益。同时，在落实分散型生态农业理念、切实将无公害农业、绿色农业、生态农业带进千家万户的道路上，人们遇到了很多困难，而该水控膜栽培装置的应用解决了生态农业进入家庭最后一公里的难题，使无公害农业、绿色农业、生态农业能够轻松、便捷的深入千家万户。

附图说明

图1为该水控膜栽培装置的结构示意图。

图2为各层材料位置示意图。

图3为托盘平面示意图。

图4为该水控膜栽培装置整体结构示意图。

图5为与支撑架配套使用的藤蔓夹结构示意图。

图6为营养液循环系统工作原理示意图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，按照本实用新型提供的一种水控膜栽培装置，包括托盘3、栽培床1、水控膜2及营养液输控单元，栽培床1设置于托盘3上方，水控膜2设置于托盘3和栽培床1之间，栽培床1设置有定植位111，营养液输控单元的输出口位于水控膜2的上方和/或下方。植物的根系栽培于水控膜2上方，植物的茎部或者蔓部通过定植位111伸出。优选的，本实施例中栽培床1上所设置的定植位111的数量为4。水控膜2采用纳米级微孔加工技术，可以通过水分及植物生长所需的营养成分，但可以将细菌、病毒等隔离开，进而最大限度地降低作物病害传播的可能性，确保农产品的安全、健康。

按照本实用新型上述实施例，水控膜栽培装置包括设置于托盘3和水控膜2之间的吸水性材料11。

参见图2，按照本实用新型的优选实施例，水控膜栽培装置还包括设置于托盘3和水控膜2之间的不透水性材料12和吸水性材料11，其中不透水性材料12在接近托盘3的一侧、吸水性材料11在接近水控膜2的一侧。优选的，本实施例中的不透水性材料12采用止水胶垫，吸水性材料11采用无纺布。不透水性材料12的使用，可以防止水分和营养液的流失、提高水分和营养液的利用率、降低生产成本，隔绝有害微生物、重金属、盐分、腐烂物等不良环境，实现多种严苛条件下进行农业生产的目的。

按照本实用新型上述实施例，水控膜栽培装置还包括设置于栽培床1上表面的抑制蒸发材料。优选的，本实施例中的抑制蒸发材料为常规的覆盖用薄膜。

参见图2、图4，按照本实用新型上述实施例，所述营养液输控单元包括营养液储存器41、营养液输液管13和控制器，其中营养液输液管13的输出口位于水控膜2的上方和/或下方。

参见图2、图4，按照本实用新型上述实施例，所述营养液输液管13的输入口与营养液储存器41相连通，所述控制器设置在营养液输液管13或营养液储存器41上或在营养液输液管13和营养液储存器41之间。

参见图2、图4，按照本实用新型上述实施例，所述栽培床设置有定植位。

控制器工作时，能够控制营养液定时、定量地通过营养液输液管13的输出口输送至水控膜2处。优选的，本实施例中的营养液储存器41的容量为6-10L，高度为30cm。植物生长周期中，通过控制器和水控膜2的有效配合，为其营造一个严苛的渴水环境。当植物根系处于渴水状态即营养液、水分不饱和的状态时，植物本身将出现一系列的生理反应以对抗这种严苛环境，其中包括发达其根系尤其将根毛微细化和膨大化、提高其根系渗透压以利于吸收水分及营养、促进体内糖分的合成并将积累的糖分运输至果实处，植物本身这一系列的生理反应更有利于培育高糖分、高营养成分的果蔬、粮食等。

参见图4，按照本实用新型上述实施例，所述营养液输控单元还包括循环泵42和/或分配器。

参见图4，按照本实用新型上述实施例，所述控制器控制循环泵42和/或分配器。当所述营养液储存器41高于栽培床1的高度时，营养液储存器41依靠重力实现营养液供给；当所述营养液储存器41等于或者低于栽培床1的高度时，该装置配备有循环泵42，营养液储存器41依靠动力实现营养液供给。

参见图3、图4和图5，按照本实用新型上述实施例，该水控膜栽培装置还包括支撑架6和配套使用的藤蔓夹61和/或传感器、有线或者无线通信模块。至少一托盘3通过多种方式配合安装在支撑架6上。吊绳与藤蔓夹61、支撑架6配合使用，用于固定植物藤、蔓。优选的，本实施例中的支撑架6包括支柱和横梁，托盘3通过多种方式配合安装在支撑架6上。当所种植的植物为藤蔓类植物时，吊绳与藤蔓夹61、支撑架6配合使用，用于固定植物藤、蔓。优选的，支撑架6通过设置于托盘3上的接口31与托盘3相连接。支撑件6根据室内、阳台等零散空间的特点，拟采用45cm(±3～5cm)×45cm(±3～5cm)的平面尺寸，支撑架6的整体高度200cm，栽培床1以上的高度为150cm。当该水控膜栽培装置培育的是藤蔓植物时还可以配套使用吊绳、藤蔓夹61。更优选的，藤蔓夹61采用如图5所示的弹性夹合结构，其中藤蔓夹61由吊绳夹合部611、夹臂部612、固定部613和弹性结构部614组成，其中，吊绳夹合部611用于与吊绳配合夹紧，固定部613用于固定植物藤、蔓。传感器可以是温度传感器、湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器等，此外还可以包括有线通信模块或者如蓝牙、WIFI、ZigBee、Z-wave、Thread或者光学等无线通信模块、网络APP等软件模块等，传感器可以将收集到的相应信号回传至控制器进行分析处理，根据控制器所设定的程序自动调节植物生长所需的水分及营养液。人们也可以通过有线或者无线通信模块和网络APP等软件模块与控制器实现交互操作。

参见图4和图6，按照本实用新型上述实施例，优选的，该水控膜栽培装置的营养液循环系统工作原理如图6所示，控制器通过定时、定量程序控制循环泵5，进而将营养液储存器41中配置好的营养液通过营养液输液管13输送至水控膜2的上方和/或下方或者控制器通过定时、定量程序控制循环泵5和/或分配器，进而将营养液储存器41中的水分和浓缩营养液通过营养液输液管13输送至水控膜2的上方和/或下方。其中，定时程序设置成﹥12h，控制精度为s。循环泵采用流量1L/min，扬程﹥1m。

按照本实用新型上述实施例，水控膜栽培装置还包括为辅助植物栽培而设置的测量系统，包括小型pH测量仪、小型NO₃^-测量仪器、小型电导仪、糖度计和计量容器等；和其他附属部分，优选的，包括AC电源、吊绳、诱虫板、LED灯、配管、接插头、浓缩营养液、种苗、种苗移植土等。

最后，应当指出的是，本实用新型尽管已经阐述了上述具体实施例，但针对本领域的普通技术人员而言，可以理解为在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可对所述实施例进行变化，本实用新型的范围是由所附的权利要求极其等同物限定。