一种可压缩折叠式蔬菜生长箱的制作方法

本发明涉及一种可压缩、折叠式蔬菜生长箱，主要应用于空间站等地外密闭环境。属于长期载人航天环境控制与生命保障技术研究领域。

背景技术：

植物是空间受控生态生保系统(controlledecologicallifesupportsystem，celss)系统中非常关键的功能部件，通过植物的光合作用和蒸腾作用，可以为航天员提供食物、氧气和净水，同时去除二氧化碳和一些微量有害气体，并能缓解航天员的心理压力(hoehnetal，1998)。

因此，在空间人工设施(如飞船、空间实验室、航天飞机或空间站)中，研究空间特殊环境条件下的植物栽培技术，对于理解植物的基础生物学特性，探索celss系统中植物功能部件的作用和功能，保证航天员的长期驻留(poughonetal，2009)，延长深空探测的时间和距离都具有非常积极的意义(rajapakseetal，2009)。

本发明设计并建立了一种可压缩折叠式蔬菜生长箱，主要针对空间微重力环境条件限制和蔬菜培养需求，创造了适合多类蔬菜生长的培养箱。该培养箱为小化轻量化设施，适合空间密闭微重力环境中的蔬菜培养。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对空间密闭微重力环境条件的特点，发明一种可压缩、折叠式蔬菜生长箱，降低蔬菜生长箱重量、能耗和空间占用率，适合多类叶菜类蔬菜植物培养。

本发明的技术解决方案是：一种可压缩折叠式蔬菜生长箱，包括三个部分，即led光源、生长室和栽培床。led光源主要采用新型led为植物生长提供光照条件并适时通过风扇散热。生长室主要为蔬菜生长提供空间，并根据蔬菜生长过程，适时调整生长空间的高度，以充分利用光源，减少能耗。同时，维持一定的蔬菜培养的温湿度条件。栽培床主要为蔬菜在微重力环境中生长提供栽培基质、水分和养分，并测量和调节基质水分和养分含量。整个蔬菜生长箱采用模块化设计，可以快速拆卸和组装，可以充分利用有限空间开展蔬菜培养。

所述的led光源采用红色和蓝色led单色光，按一定比例(红色∶蓝色比值范围为7∶3～9∶1)形成两种颜色led组合光源，主要用于为不同类蔬菜培养提供光能。led光源主要由电源，调节旋钮，微型显示器，风扇、led灯板和气体采样口组成。调节旋钮可以调节红蓝led比例和光强，以满足不同植物的光能需要。通过风扇(风速：0.4～1.0m/s)可以实时将led灯散发的热量散发到周围环境中，同时实时更新生长室中大气，维持一定的温湿度条件和二氧化碳浓度(～500ppm)。led光源上方设置气体采样测量口，通过二氧化碳测量仪器可以测量蔬菜植株的光合速率。

所述的生长室由立杆和伸缩罩组成，主要为蔬菜生长提供空间，并适时调节其生长高度。立杆由多段连接杆组成，根据蔬菜生长高度，连接不同数量的连接杆。伸缩罩为半透明柔性材料，可以根据立杆高度进行自由拉伸(拉伸范围5cm～70cm)，为蔬菜生长创造密闭生长空间(最高可达70cm)，维持其生长所需的温湿度条件。

所述的栽培床主要由栽培盘，三参数传感器，栽培杯，导水材料，底座，缓释肥，栽培基质、注水口和循环通风口组成。栽培基质为有机基质和无机基质的混合物，其体积混合比范围为5∶5～7∶3。蔬菜生长所需要的水分通过注水口注入，然后被导水材料(高分子材料，吸水量10～20倍自身重量)吸附，导水材料吸附的水分再吸附进入栽培基质，从而被根系吸收利用。栽培基质中预先混入的缓释肥，则随水分运输到蔬菜根系，满足蔬菜整个生长周期养分需求。栽培基质中的水分、养分和温度可以通过三参数传感器测量，其测量数据是添加水分的依据。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用模块化、可压缩和折叠式蔬菜生长箱，便于组装、运输和储存，可以充分利用密闭系统中的有限空间，提高单位空间的蔬菜生产效率。

(2)本发明采用伸缩罩结构，柔性、轻质，能有效维持蔬菜生长的适宜温度和湿度条件，并降低整个装置的重量，提高单位装置重量的蔬菜生产效率。

(3)本发明采用固体混合基质+缓释肥+导水材料的栽培模式，解决了空间微重力根系的水分和氧气供应难题，栽培操作简单，减少了航天员园艺操作时长。

附图说明

图1为可压缩折叠式蔬菜生长箱构成及原理图。

图中：1电源，2调节旋钮，3微型显示器，4风扇，5led灯板，6立杆，7伸缩罩，8栽培盘，9三参数传感器，10栽培杯，11导水材料，12底座，13缓释肥，14栽培基质，15注水口，16气体采样测量口，17循环通风口。

具体实施方式

如图1所示，构建可压缩折叠式蔬菜生长箱。该装置主要由led光源、生长室和栽培床三部分组成。

led光源主要由电源(1)，调节旋钮(2)，微型显示器(3)，风扇(4)、led灯板(5)和气体采样口(16)组成。led灯板(5)采用红色和蓝色led单色光，按9∶1比例均匀分布形成两种颜色led组合光源(根据蔬菜类别，红色∶蓝色比值范围为7∶3～9∶1)，光强337μmol/m²/s(光源正下方5cm测量，其值≮300μmol/m²/s)，可以为不同类蔬菜培养提供光能。

调节旋钮(2)可以调节不同比例红蓝led组合光源的光强，微型显示器(3)则适时显示光源的输出功率，并可设置led光源的光周期，以满足不同蔬菜对光周期的需求。

通过风扇(4)提供0.4～1.0m/s风速，以实时将led灯散发的热量(电源(1)周围环境中或生长室内的热量)及时散发到生长箱周围环境中。同时风扇(4)可以实时更新生长室中大气，以维持适宜的温度、湿度和二氧化碳浓度(23～25℃的温度和60～90％湿度条件和二氧化碳浓度～500ppm)。

通过led光源上方的气体采样口(16)，可以采集气体样品进行气体成分分析，连接二氧化碳仪器可以测量一定时间段内蔬菜的光合速率，从而判断其生长状况。

生长室由立杆(6)和伸缩罩(7)组成，主要为蔬菜生长提供空间，并适时调节其生长高度。立杆(6)由4～6段连接杆组成。从蔬菜种子萌发开始，根据植株生长高度，连接不同数量的连接杆，以实现满足蔬菜获得最佳光照强度的目的。

伸缩罩(7)为半透明柔性材料，根据立杆(6)高度进行自由拉伸(拉伸范围5cm～70cm)，为蔬菜生长创造密闭生长空间(最高可达70cm)，维持其生长所需的温湿度条件。

栽培床主要由栽培盘(8)，三参数传感器(9)，栽培杯(10)，导水材料(11)，底座(12)，缓释肥(13)，栽培基质(14)，注水口(15)和循环通风口(17)组成。栽培基质为有机基质和无机基质的混合物，其体积混合比范围为5∶5～7∶3。缓释肥(13)添加比例为5.0～8.0g/l干基质。蔬菜生长所需要的水分通过注水口(15)注入，然后被导水材料(高分子材料，吸水量10～20倍自身重量)吸附，导水材料吸附的水分再吸附进入栽培基质，从而被根系吸收利用。栽培基质中预先混入的缓释肥，则随水分运输到蔬菜根系，从而满足蔬菜整个生长周期养分需求。栽培基质中的水分、养分和温度可以通过三参数传感器测量，其测量数据是添加水分和养分的依据。

蔬菜培养过程如下。首先，按7∶3比例(体积比)混合有机基质(短纤维泥炭)和无机基质(2～3mm煅烧陶粒)，同时加入7.5g/l缓释肥(n∶p2o5∶k2o＝18∶6∶8)，混合均匀。将混匀后的基质和缓释肥的混合物装入有导水材料(11)的栽培杯(10)，并放置在底部填充有导水材料(11)的栽培盘(8)中。基于基质的湿度(通过三参数传感器(9)测量)，从注水口(15)加入220ml水/栽培杯，水分被导水材料吸收并输送到基质中。

第二，在基质中播种蔬菜(生菜)种子2～3粒/栽培杯，进行种子萌发。期间，调节立杆(6)和伸缩罩(7)，使led灯板距离栽培杯(10)5cm。

第三，种子萌发后，开启led灯，红蓝比例为9∶1，光强100μmol/m²/s，光周期16h光/8h暗。生长室内大气温度24℃，湿度60～90％，二氧化碳浓度530ppm，风速0.6m/s。第7天，间苗至1株/栽培杯，继续培养，光强调整为200μmol/m²/s。第15天至35天，光强调整为300μmol/m²/s。

期间用三参数传感器(9)测量基质水分含量，并从注水口(15)加入水分，基质水分含量维持范围为30～35％(体积比)。共添加水分7次，共耗水10148ml。期间根据植株高度，调整立杆(6)和伸缩罩(7)共6次，始终维持led灯板(5)距离栽培杯(10)5cm。

第四，第35天，生菜成熟，进行收获。收获计算单株生菜平均鲜重48.81g/株，单位面积的生产效率为139.45克/平方米/天，整个栽培盘(8)共收获生菜585.70克(12株生菜)。第34天，通过气体测量口(16)，连接二氧化碳分析仪器，测量植株的光合速率达到9.77μmolco2/m²/s。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。