一种用于繁殖百慕大草坪的多层栽培架的制作方法

[0001]
本实用新型涉及栽培种植技术领域，特别涉及一种用于繁殖百慕大草坪的多层栽培架。


背景技术：

[0002]
百慕大草坪科属禾本科，为多年生草本植物，是1965年美国科学家人工培育的杂交草种，即用非洲狗牙根与普通狗牙根杂交后，在子一代的杂交分离选出来的。百慕大草坪属于暖季型草坪，耐旱耐踏突出，喜温暖湿润环境。
[0003]
百慕大草坪的传统种植一般在室外耕地中进行，所需光照均由太阳光提供，这种传统种植方法受季节影响明显，一般一年最多可以生长两茬，特别是在长江流域及以北地区，百慕大草坪每年冬天进入休眠期而停止生长，一茬的生长周期约为半年或以上。另外，采用耕地种草也会与农田种粮产生矛盾，且在农田中繁殖生产草坪会对农田产生永久性破坏，而我国是一个人多地少的国家，如何保护好耕地关系到十几亿人吃饭问题，是头等大事。采用耕地长草坪，后续铲草不仅会破坏耕层，而且劳动强度大，后续运草成本也较高。
[0004]
为解决此问题，近年来也有研究采用栽培架来种植草坪，以节省耕地，如中国专利cn204426243u采用一种栽培架来进行无土栽培草坪，中国专利cn203884289u一种栽培架来进行室内牧草育苗或者蔬菜种植。但是这些装置用于种植百慕大草坪生长效果并不好，主要问题是没有解决光照的问题，连续阴雨或者在无阳光的封闭室内，必须对草坪进行补光，对应百慕大这种品种的草坪，连续弱光状态最多两周，则需要进行补光。
[0005]
光合作用为植物生长提供了90％以上的生物量，是植物生长发育所需的最基础要素。研究表明，植物并不吸收所有的光，可见光中的蓝光、红光和少量绿光对植物生长最重要，针对不同植物的偏好，最好能设定不同的“光配方”，以加速它们的生长。有关草坪草的研究也主要限于单一光质对光形态建成的影响，如文献：光质对草坪草生长发育影响的研究进展，秦璐等，热带农业科学，2008,28(4):93-97,研究表明对草坪草来说,蓝光对草坪草生长的影响主要是抑制草坪徒长,使草坪草矮生健壮，据james报道:生长于蓝光和绿光下的草坪质量优于红光下的草坪，660nm波长的红光则促进叶片伸长。也有研究不同红蓝光质配比对草坪草生长影响的，如文献：不同led光质对两种冷季型草坪草生长及生理特性的影响，陈地杰等，草业科学，2019,36(11):2831-2837,研究表明红/蓝光配比为7∶1时，两种冷季型草坪草的分蘖数最多，生长速率最高，在红/蓝光配比为3∶1和9∶1时，两种冷季型草坪草分别受到不同程度的胁迫与损伤，说明过高的蓝光或红光比例会给草坪草带来较大的胁迫。
[0006]
综上所述，现有繁殖百慕大草坪主要存在的问题包括：1.传统的在耕地中进行繁殖百慕大草坪，浪费和破坏耕地，单位面积土地利用率低，受季节影响明显，后续管理和运输劳动强度大、不方便。2.采用栽培架来繁殖百慕大草坪，没有针对百慕大草坪的定制补光装置，导致草坪生长速度慢。
[0007]
有鉴于此，针对百慕大草坪如何设计一种具有适宜其生长的补光装置的多层栽培
架是本实用新型研究的课题。


技术实现要素：

[0008]
本实用新型目的是提供一种用于繁殖百慕大草坪的多层栽培架，其目的是要解决现有在耕地中进行繁殖百慕大草坪，浪费和破坏耕地，单位面积土地利用率低，受季节影响明显，后续管理和运输劳动强度大、不方便，现有栽培架不具备适宜百慕大草坪生长的补光装置的技术问题。
[0009]
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
[0010]
一种用于繁殖百慕大草坪的多层栽培架，所述多层栽培架包括至少两个沿竖直方向设置的支柱，所有支柱在水平方向上间隔布置。
[0011]
相邻两所述支柱之间连设有至少两个沿水平方向设置的承载架，所有承载架在竖直方向上间隔布置，各层承载架均具有一向上的承载面，各承载面上均铺设有栽培盘。
[0012]
除了最底层之外的各层承载架的下方均连设有用于补光的led灯具，任一层led灯具的照射范围覆盖下一层承载架上的栽培盘。所有led灯具均设有若干红光led灯珠和蓝光led灯珠，其中，红光led灯珠是波长为620～660nm、单颗功率为0.2～1w的大功率led灯珠，蓝光led灯珠是波长为450～470nm、单颗功率为0.2～1w的大功率led灯珠。单颗led灯珠与下一层承载架上在其照射范围内的栽培盘之间的照射距离为20～40cm。同一层led灯具上的红光led灯珠与蓝光led灯珠的数量比为10:1，且红光led灯珠与蓝光led灯珠相互交错分布。所述蓝光led灯珠分布均匀度大于80％，所述红光led灯珠的分布均匀度大于90％。计算单色led灯珠分布均匀度p的公式如下：
[0013][0014]
式中：ρ
实
为任一单位面积内单色led灯珠的实际密度，单位为颗每平方分米，ρ
平
为设有led灯珠的整个区域内单色led灯珠的密度，单位为颗每平方分米。
[0015]
上述技术方案中的有关内容解释如下：
[0016]
1.上述方案中，红光led灯珠的单颗功率为0.2～1w，蓝光led灯珠的单颗功率为0.2～1w，单颗led灯珠与下一层承载架上在其照射范围内的栽培盘之间的照射距离为20～40cm。经大量实验研究，发现适合百慕大草坪生长的光子能量密度(ppfd)为120～145μmol
·
(mol
·
s)-1
，控制led灯珠与下一层承载架上的栽培盘之间的间距以及led灯珠选用0.2～1w的大功率灯珠，目的为控制百慕大草坪受光面接受到适宜的led光照强度。
[0017]
2.上述方案中，除了最底层之外的各层承载架的下方均连设有用于补光的led灯具，原因在于最底层承载架的下方没有栽培盘。栽培盘的作用为种植百慕大草坪。栽培盘可以采用若干个小的栽培盘组合铺设在承载架上，也可以采用一整个大的栽培盘铺设在承载架上。采用栽培盘繁殖百慕大草坪，节省种植场地，不再需要采用优质的耕地，避免因繁殖生产草坪而对耕地产生的破坏。铲草、起运草坪可以实现机械化作业，运输更方便，运输草坪时可以连同栽培盘一起，实现多层和远距离运输，到目的地移栽也很方便。
[0018]
3.上述方案中，采用多层立体式结构，可以节省栽培场地，提高地面空间利用率，充分利用时间、空间和光照等条件，提高土地的利用率，且提高栽培的管理效率，更容易实
现自动化作业。
[0019]
4.上述方案中，除了最底层之外的各层承载架的下方均连设有用于补光的led灯具，任一层led灯具的照射范围覆盖下一层承载架上的栽培盘。在无阳光的全封闭环境或者阴雨天，可以利用led灯具对栽培盘中的百慕大草坪补光。现有补光的人工光源主要有高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯、led灯和激光等，但是led灯可以按需选择光谱、冷光源、节能、光效高、寿命长等优点，所以选择led灯。
[0020]
5.上述方案中，红光led灯珠是波长为620～660nm、单颗功率为0.2～1w的大功率led灯珠，蓝光led灯珠是波长为450～470nm、单颗功率为0.2～1w的大功率led灯珠，同一层led灯具上的红光led灯珠与蓝光led灯珠的数量比为10:1。现有研究表明，植物对光有选择性吸收的特性，特定波段的光可以提高光合作用效率。对于草坪草这类植物，现有研究认为生长于蓝光和绿光下的草坪质量优于红光下的草坪，蓝光可以抑制草坪徒长，使草坪矮生健壮，660nm波长的红光可以促进叶片伸长，过高的蓝光或红光比例都会给草坪草带来胁迫与损失。但是经过大量的实验和研究，惊奇地发现，对于百慕大这种品种的草坪草，红光与蓝光比例为10:1时，过量的红光并不会对其造成损失，反而能促进其生长，打破了业内技术人员一直以来的认知。红光与蓝光比例为10:1时，百慕大草坪生长和繁殖速度都有提高，生长速度比耕地种植的速度快，百慕大草坪成坪时间比耕地种植的成坪有大幅度缩短。
[0021]
6.上述方案中，采用公式(1)来计算单色led灯珠分布均匀度p，分布均匀度的含意为单色led灯珠在设有led灯珠的整个区域内分布的均匀程度，p值越接近1说明led灯珠分布的越均匀，即为均匀分布。ρ
实
为任一单位面积内单色led灯珠的实际密度，单位面积为一平方分米或者根据整个布灯区域实际面积来设定更合适的。ρ
平
为设有led灯珠的整个区域内单色led灯珠的密度，即用单色led灯珠的颗数来除以设有led灯珠的整个区域的面积来计算ρ
平
。限定蓝光led灯珠分布均匀度大于80％，所述红光led灯珠的分布均匀度大于90％，目的为避免单色的led灯珠聚集，提高其在位置上的分布均匀程度，从而提高光照的均匀度，避免偏色。
[0022]
7.上述方案中，所述承载架的层数为4～5层，上下相邻的两承载架之间的竖向间距为50～60cm。既能方便管理，又能提高利用率。
[0023]
8.上述方案中，述承载架为矩形框架结构。
[0024]
9.上述方案中，将栽培架具有立柱的面定义为侧面，从任一侧面去观察栽培架，承载架的宽度自上向下逐渐增大。目的为在自然光照条件下，能让下一层的草坪多接受自然光照射，减少上一层栽培盘对下一层的遮挡。
[0025]
10.上述方案中，除了最底层之外的各层所述承载架的下方还均连设有喷淋结构，喷淋结构的喷淋范围覆盖下一层承载架上的栽培盘，所述喷淋结构包括水管、喷嘴和水泵。喷淋结构用于给百慕大草坪喷淋水。
[0026]
11.上述方案中，各所述承载架与相邻的两个支柱均转动连接。作为优选，至少一个所述立柱的两侧设有两股竖向拉线，每股拉线均与各承载架连接；所述栽培架的底部还设有一矩形定位框，两股拉线均与定位框卡扣连接。承载架与支柱转动连接，通过拉线来调整承载架的倾斜程度，在自然光照条件下，在上午、中午和下午可以根据太阳直射方向来调整角度，以接受阳光直射。
[0027]
12.上述方案中，任一层的所有所述蓝光led灯珠呈阵列均匀排布，所述蓝光led灯
珠的分布均匀度为100％。作为优选，以单颗所述蓝光led灯珠为圆心，十颗红光led灯珠呈环形阵列均匀排布。作为进一步优选，任一层所述led灯具还包括基板，同一层的所有led灯珠均设于基板上，且led灯珠的发光面均朝向下一层承载架；相邻两红光led灯珠之间的中心间距为0.5～1.5cm。蓝光led灯珠和红光led灯珠这样排布可以提高灯珠分布的均匀程度，从而进一步提高光照均匀度。
[0028]
本实用新型工作原理是：本实用新型采用多层式的栽培架，在相邻两个立柱之间设置多个竖向间隔布置的承载架，承载架上放置栽培盘，栽培盘用于种植百慕大草坪。除了最底层之外的各层承载架的下方均连设有led灯具，用于给下一层承载架上的栽培盘补光。led灯具中每个led灯组中红蓝光质比为10:1，红光led灯珠选用波长为620～660nm、单颗功率为0.2～1w的大功率led灯珠，蓝光led灯珠选用波长为450～470nm、单颗功率为0.2～1w的大功率led灯珠。并通过公式计算led灯珠的分布均匀度，并限定蓝光led灯珠分布均匀度大于80％，所述红光led灯珠的分布均匀度大于90％。控制灯珠与下一层栽培盘之间的竖向间距为20～40cm。在阴雨天或者在无阳光的全封闭环境下，通过led灯具对百慕大草坪进行补光。
[0029]
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：
[0030]
1.本实用新型给百慕大草坪补光采用led灯具，控制红蓝光质配比为10:1，红光波长为620～660nm，蓝光波长为450～470nm。经过大量的实验和研究，惊奇地发现，对于百慕大草坪，选用该光质配比，生长和繁殖速度都有提高，生长速度比耕地种植的速度快，百慕大草坪成坪时间比耕地种植的成坪有大幅度缩短。打破了业内过高的红光比例会给草坪草带来较大的损伤的认知。且在百慕大草坪移栽后可以一直采用这种光质配比，不需要再根据百慕大草坪不同生长阶段来调整光质或波长，操作较简单。
[0031]
2.本实用新型led灯具采用的蓝光和红光灯珠均采用单颗0.2～1w的的大功率led灯珠，并控制灯珠与下一层栽培盘之间的竖向间距为20～40cm。有利于百慕大草坪受光面接受到适宜的led光照强度，有利于促进百慕大草坪生长。控制蓝光led灯珠分布均匀度大于80％，红光led灯珠的分布均匀
[0032]
度大于90％，避免单色的led灯珠聚集，提高其在位置上的分布均匀程度，从而提高光照的均匀度，避免偏色。
[0033]
3.本实用新型采用多层立体结构的栽培架来繁殖百慕大草坪，栽培架结构简单，便于量产，且可以适用于植物工厂来避免季节对百慕大草坪繁殖的影响，在植物工厂内，采用本实用新型的栽培架能实现三个月产一茬，一年可以产四茬。不再需要优质的耕地来繁殖草坪，避免对耕地产生的占用和破坏。且节省栽培场地，提高地面空间利用率，充分利用时间、空间和光照等条件，提高土地的利用率，且提高栽培的管理效率，更容易实现自动化作业。
[0034]
总之，本实用新型的栽培架有助于促进百慕大草坪的生长和繁殖，缩短成坪时间，且可以适用于百慕大草坪的各个生长阶段，在百慕大草坪的生长过程中不需要再调整结构或光质，本实用新型栽培架可以作为标准件来繁殖百慕大草坪，节省栽培场地，提高地面空间利用率，提高栽培的管理效率，更容易实现自动化作业。适用于立体的植物工厂，有助于提高百慕大草坪的产量。
附图说明
[0035]
附图1为本实用新型实施例栽培架的前视图；
[0036]
附图2为本实用新型实施例一个承载架的仰视图；
[0037]
附图3为本实用新型实施例led灯珠排列示意图；
[0038]
附图4为本实用新型另一实施例红光led灯珠呈两层环形阵列排列示意图；
[0039]
附图5为本实用新型另一实施例红光led灯珠呈矩形阵列排列示意图；
[0040]
附图6为本实用新型实施例栽培架的立体图；
[0041]
附图7为本实用新型实施例和对比例的鲜重对比图；
[0042]
附图8为本实用新型实施例和对比例的覆盖率对比图；
[0043]
附图9为本实用新型实施例和对比例的光合速率对比图；
[0044]
附图10为本实用新型实施例和对比例的气孔导度对比图；
[0045]
附图11为本实用新型实施例和对比例的胞间co2浓度对比图；
[0046]
附图12为本实用新型实施例和对比例的蒸腾速率对比图。
[0047]
以上附图中：1、支柱；2、承载架；3、栽培盘；4、led灯具；5、红光led灯珠；6、蓝光led灯珠；7、拉线；8、基板。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
[0049]
实施例1：一种用于繁殖百慕大草坪的多层栽培架
[0050]
参见附图1～附图6所示，本实施例多层栽培架为四层，包括两个沿竖直方向设置的支柱1，两个支柱1在水平方向上间隔布置。
[0051]
参见附图1和附图6，两支柱1之间连设有四个沿水平方向设置的承载架2，所有承载架2在竖直方向上间隔布置，上下相邻的两承载架2之间的竖向间距为50cm。承载架2为矩形框架结构。将栽培架具有立柱1的面定义为侧面，从任一侧面去观察栽培架，承载架2的宽度自上向下逐渐增大。自上向下承载架2的宽度依次为0.36m、0.64m、0.92m、1.2m，承载架的长度为2.4m。各所述承载架2与相邻的两个支柱1均转动连接。其中一个立柱1的两侧设有两股竖向拉线7，每股拉线7均与各承载架2连接；所述栽培架的底部还设有一矩形定位框，两股拉线7均与定位框卡扣连接。
[0052]
各层承载架2均具有一向上的承载面，各承载面上均铺设有栽培盘3，见附图1所示。栽培盘3底部密布直径为1.5mm的镂空孔，栽培盘3长宽高为58cm、28cm和2.8cm。
[0053]
除了最底层之外的各层承载架2的下方均连设有用于补光的led灯具4，见附图2所示，本实用新型每层led灯具4的数量为两个。任一层led灯具4的照射范围覆盖下一层承载架2上的栽培盘3。所有led灯具4均设有若干红光led灯珠5和蓝光led灯珠6，其中，红光led灯珠5是波长为660nm、单颗功率为0.2w的大功率led灯珠，蓝光led灯珠6是波长为460nm、单颗功率为0.2w的大功率led灯珠。单颗led灯珠与下一层承载架2上在其照射范围内的栽培盘3之间的照射距离为25cm；同一层led灯具4上的红光led灯珠5与蓝光led灯珠6的数量比为10:1，且红光led灯珠5与蓝光led灯珠6相互交错分布。同一层的所有所述蓝光led灯珠6呈阵列均匀排布，以单颗所述蓝光led灯珠6为圆心，十颗红光led灯珠5呈单层环形阵列均匀排布，见附图3，所述蓝光led灯珠6和红光led灯珠5的分布均匀度均为100％。计算单色
led灯珠分布均匀度p的公式如下：
[0054][0055]
式中：ρ
实
为任一单位面积内单色led灯珠的实际密度，单位为颗每平方分米，ρ
平
为设有led灯珠的整个区域内单色led灯珠的密度，单位为颗每平方分米。
[0056]
任一层所述led灯具4还包括基板8，同一层的所有led灯珠均设于基板8上，且led灯珠的发光面均朝向下一层承载架2；相邻两红光led灯珠5之间的中心间距为0.5cm。
[0057]
除了最底层之外的各层所述承载架2的下方还均连设有喷淋结构，喷淋结构的喷淋范围覆盖下一层承载架2上的栽培盘，所述喷淋结构包括水管、喷嘴和水泵。图中未画出。
[0058]
采用本实施例的栽培架进行栽培百慕大草坪，栽培方法如下：
[0059]
将栽培盘3从栽培架上取下，向栽培盘3内铺设栽培基质。基质为工农业废弃物生产的基质，调节含水率达45-65％，均匀铺在栽培槽内，铺装高度为槽内2.3cm，使其铺平。将带根、带少量泥土的百慕大母本草坪块撕成2cm2大小，均匀放入基质层上，百慕大草坪母本与铺设面积之比为6:1，再覆盖0.5cm厚的基质，稍用力压实基质，再浇透水至底部有水渗出，即含水率达95～100％。将栽培盘3搬到承载架2上。
[0060]
室内控制温度为25～26℃，室内相对湿度为89.9％。自移栽当天起进行光照处理。每日白天进行led连续光照16h，其他时间作暗处理。移栽后30天施肥一次，施用16:8:16的复合肥10g/m2,溶解于水后兑水喷用。养护期间每2天喷水1次，保持基质含水率为60～90％。试验期间没有发生缺水、缺肥，也没有干旱协迫。
[0061]
在百慕大草坪母本移栽第50天，采用美国li-6800光合作用测定仪测量草坪光合速率、叶片气孔导度、胞间co2浓度、蒸腾速率，测量结果见附图9～附图12。在百慕大草坪母本移栽第73天时，采用万深la-s叶面积分析系统测定草坪面积覆盖率，测量结果见附图8，收割称取各重复草坪地上部分鲜重，测量结果见附图7。
[0062]
对比例1：
[0063]
一种多层栽培架，其结构和实施例1的区别在于同一层led灯具4上的红光led灯珠5与蓝光led灯珠6的数量比为3:1。栽培方法以及测量草坪面积覆盖率、鲜重、光合速率、叶片气孔导度、胞间co2浓度和蒸腾速率的方法均同实施例1，测量结果见附图7～附图12。
[0064]
对比例2：
[0065]
一种多层栽培架，其结构和实施例1的区别在于同一层led灯具4上的红光led灯珠5与蓝光led灯珠6的数量比为7:1。栽培方法以及测量草坪面积覆盖率、鲜重、光合速率、叶片气孔导度、胞间co2浓度和蒸腾速率的方法均同实施例1，测量结果见附图7～附图12。
[0066]
对比例3：
[0067]
一种多层栽培架，其结构和实施例1的区别在于同一层led灯具4采用全光光照。栽培方法以及测量草坪面积覆盖率、鲜重、光合速率、叶片气孔导度、胞间co2浓度和蒸腾速率的方法均同实施例1，测量结果见附图7～附图12。
[0068]
对比例4：
[0069]
不采用栽培架，采用传统室外耕地接受自然光照进行栽培，栽培基质和实施例1一样。平均温度25.5
±
3.9℃，最高温度26.9
±
4.3℃，最低温度18.8
±
4.05℃，日照时数4.87
±
4.75h/天，降雨量3.8
±
10.2mm/天，相对湿度71.1
±
12.0％，以上栽培条件数据根据实际天气情况提供。移栽后30天施肥一次，施用16:8:16的复合肥10g/m2,溶解于水后兑水喷用。在百慕大草坪母本移栽第177天，草坪覆盖率达80％，即成坪时间约为177天。采用实施例1栽培的草坪覆盖率达87.06％需73天，以覆盖率达80％作为草坪成坪的标准，即成坪不到70天。
[0070]
对比例5：
[0071]
一种多层栽培架，其结构和实施例1的区别在于其没有补光装置，处于黑暗环境中，百慕大草坪母本移栽后73天内全部死亡。
[0072]
草坪的生长量即鲜重是反映草坪生长最直观的指标，由附图7可见，实施例1的百慕大草坪鲜重最大，其次是3∶1、7∶1和全光光谱，生长量在补光处理中最好而且均匀一致，明显高于其他三种情况。说明红蓝光质为10:1时，最利于百慕大草坪光合物质的合成及器官的建成，促进其生长。
[0073]
覆盖率是草坪生长后对地面的覆盖程度，是一定面积上草坪植物的垂直投影面积与草坪所占土地面积的比例，也是草坪生长状况重要指标。由附图8可见，实施例1的百慕大草坪覆盖率最高，达87.06％，其次是3∶1、7∶1和全光光谱。说明红蓝光质为10:1时，确实能促进百慕大草坪繁殖。且不到70天的成坪时间，与在室外耕地中177天的成坪时间相比，有大幅度缩短。
[0074]
由附图9可见，实施例1的百慕大草坪光合速率最高，其次是3∶1、全光光谱和7∶1，可见光合作用速率与生物量生长、草坪覆盖率有较好的吻合度，从光合生理方面证明了补光光源中红蓝光质配比为10:1处理百慕大草坪，生长较好的原因。
[0075]
草坪叶片气孔导度、胞间co2浓度、蒸腾速率是叶片光合速率的间接指标，一定程度表明叶片光合、呼吸的程度。由附图10～附图12可见，气孔导度3∶1、10∶1、7∶1属于第一方阵，它们之间无显著差异，全光光谱属于第二方阵。胞间co2浓度无显著差异。蒸腾速率3∶1、10∶1、全光光谱属于第一方阵，它们之间无显著差异，7∶1属于第二方阵。
[0076]
下面针对本实用新型的其他实施情况以及结构变化作如下说明：
[0077]
1.以上实施例中，同一层的所有所述蓝光led灯珠6呈阵列均匀排布，以单颗所述蓝光led灯珠6为圆心，十颗红光led灯珠5呈单层环形阵列均匀排布，本实用新型不局限于此，十颗红光led灯珠5也可以呈双层环形阵列均匀排布，见附图4，也可以不呈环形阵列，也可以呈矩形阵列，见附图5。另外，以上排布方式的蓝光led灯珠6和红光led灯珠5的分布均匀度均为100％。本实用新型不局限于此，控制蓝光led灯珠6的分布均匀度大于80％，红光led灯珠5的分布均匀度大于90％即可。
[0078]
2.以上实施例中，计算密度为现有技术，是本领域技术人员可以实现的，本实用新型中没有再进行赘述。
[0079]
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。