一种新型植物工厂化水培装置的制作方法

1.本发明属于农业技术领域，特别指一种新型植物工厂化水培装置。


背景技术：

2.水培是一种植物的无土栽培方式，水培是将植物直接培养在盛水的器皿中，施加以生长所需的氮磷钾和中微量营养元素的一种植物培养方式，因此又叫营养液水培。水培是近年来植物栽培中研究和应用较多的一种方式，2022年7月22日国家知识产权局公开了一种农业种植用蔬菜幼苗水培装置(申请专利号cn202210574074.0)，该发明实现了营养液的自动补充和营养液的循环流动，能消除根表与根外营养液的养分浓度差，使养分能及时送到根表，满足植物的需要。
3.水培技术主要原理是不改变植物原有遗传物质，只通过添加外源生长激素或增加环境因素等方式促使植物生根基因的表达促其生根。水环境会对植物造成低氧胁迫，长期处于水环境状态的植物为了适应低氧胁迫，其土生根结构会发生改变，分化出能适应水生环境的根系，同时植物的生理生化与分子机制也会发生一些相应改变，实现植物在水中长期正常生长。由于水中缺氧易产生烂根，水培目前对于天南星科等植物效果较好，而对于其他很多植物水培，在苗期就会因为缺氧烂根死亡。
4.本发明一种新型植物工厂化水培装置正是针对上述问题开发的。


技术实现要素：

5.本发明一种新型植物工厂化水培装置，主要由水培池系统和营养液供液系统、物联网控制系统组成。
6.水培池系统基本单元长5-50m，宽1-2m，高10-40cm，水培池可用混凝土砌成，也可采用耐腐蚀的聚乙烯硬质塑料槽。在水培池的底部均匀分布表面磁场强度为0.08t-0.12t的永磁铁氧体，厚度2-20mm，磁体上表面积之和为水培池系统基本单元面积的0.1％-5％，参见附图1。在水培池的上部安装聚乙烯泡沫塑料定植板，定植板上分布有多排孔，孔中装有供安置外植体的定植杯，孔间距4-12cm，行距8-15cm，行的走向与地球南北极方向垂直。定植杯底部也安装上述性能的磁体，充磁方向要使其与水培池的底部磁体相吸，磁体面积约为定植杯杯底面积的5-25％。
7.具有磁场的水培池有明显的增氧作用，因此特别有利于水培育苗。由于磁性增氧作用，营养液循环可采用间歇式而非连续式，每4-6小时开动循环0.5小时，循环流量10-50升/分，营养液中氧含量不低于6.5mg/l。
8.营养液供液系统包括营养液储液池、水泵、供液管道、排液管道、电导传感器、ph 值及氧含量传感器、温度传感器、微纳米气泡营养液处理装置等。
9.营养液储液池容积8-30m3，电加热器的功率80-150w/m2，需要时通过向水培池输加热的营养液，增加其温度。微纳米气泡营养液处理装置功率0.75-7.5kw。
10.物联网控制系统系统所设计的底层是由zigbee节点构成的无线传感网，上边连接
电导、ph值、氧含量、温度等传感器和水泵、微纳米气泡营养液处理装置、继电器等执行器，数据通过socket双向通信技术完成上位机与web服务器的存储与转发，并且与数据库服务器进行数据交换，再与网页与手机app进行通信；中间层是带有wifi网关的服务器，利用 socket和websocket数据传输通信协议来实现的双向通信。服务器及应用层客户端采用qt 进行开发，手机端使用android studio进行开发，实现数据实时显示、设备控制、阈值控制等各个功能。该系统利用zigbee网络多跳自组织的能力，以星形拓扑结构为基础，为底层传感器构建灵活的自组织网络，提高整个系统的灵活性和可维护性。
附图说明
11.附图1为一种新型植物工厂化水培池装置示意图，1为营养液储液池，2为水泵，3为营养液输运管道，4为营养液回流管道，5为电导率传感器，6为ph值/温度传感器，7为氧含量传感器，8为加温装置，9为水培池底部永磁体，10为定植板，11为定植杯，12为11 为定植杯，12为水培池，13为定植杯底部永磁体，14为微纳米气泡营养液处理装置。
12.附图2为实施例4000m2新型植物工厂化水培装置的平面示意图，1为营养液储液池， 3为营养液输运管道，4为营养液回流管道，9为水培池底部均匀分布的圆片永磁铁氧体。
13.附图3为实施例4000m2新型植物工厂化水培装置中物联网控制系统框图。
具体实施方式
14.一个4000m2新型植物工厂化水培装置的建设，平面示意图如图2所示。
15.整个装置被暖气沟分成两部分，每部分占地2000m2，两部分有各自的营养液供液系统和水培池组系统，每部分水培池系统分布37个水培池。
16.水培池系统基本单元长34m，宽1.2m，高25cm，水培池用混凝土砌成。在水培池的底部均匀分布y30型号的圆片永磁铁氧体，厚度5mm，直径30mm，磁体面积之和为水培池系统基本单元面积的1％，水培池之间为0.5宽的过道。
17.4000m2新型植物工厂化水培装置的单元水培池组件如表1所示。
18.营养液供液系统参见图1、图2。营养液供液系统包括2个容积3m*3m*2.5m的储液池、2个水泵、2套供液管道、2套排液管道、2套电导率传感器、2套ph值及氧含量传感器、温度传感器、2套微纳米气泡营养液处理装置等。上述这两套系统均受物联网控制系统控制。营养液供液系统及水培池单元组件具体型号、材质的说明见表1。表1营养液供液系统及水培池单元组件名称、材质和作用说明
19.物联网控制系统系统框图如图3所示，两套营养液供液系统和两部分水培池组系统的被控参数参数电导率、氧含量、ph值等均受物联网控制系统控制。系统所设计的底层是由 zigbee节点构成的无线传感网，上边连接电导、ph值、氧含量、温度等传感器和水泵、微纳米气泡营养液处理装置及加温设备继电器等执行器，数据通过socket双向通信技术完成上位机与web服务器的存储与转发，并且与数据库服务器进行数据交换，再与网页与手机app 进行通信；中间层是带有wifi网关的服务器，利用socket和websocket数据传输通信协议来实现的双向通信。服务器及应用层客户端采用qt进行开发，手机端使用android studio 进行开发，实现数据实时显示，实现两套水泵、两套微纳米气泡营养液处理装置、加温装置等设备控制、阈值控制功能。
20.植物在新型植物工厂化水培装置中水培，营养液选用水溶肥，浓度大量元素n+p2o
5 +k2o1.5％，ca、mg、si、fe、zn等中微量元素0.5％。实现了以叶和叶芽为外植体繁殖培育的植物有仙客来、八仙花、非洲紫罗兰、虎尾兰、十字海棠、千岁兰、落地生根、大岩桐、豆瓣绿、石莲花、青锁龙、景天、长寿花、椒草、山茶花、天竺葵、菊花、蔷薇、大丽花；实现了以肉质茎为外植体繁殖培育的植物包括仙人掌、仙人球、山影拳、芦荟、蟹爪兰等；实现了以根为外植体较快速繁殖培育的植物有海棠、红薯等；实现了以茎段或枝为外植体较快繁殖的植物有红雀珊瑚、夹竹桃、龟背竹、龙血树、红桑、茉莉、含笑、一品红、朱蕉、栀子花、玫瑰、紫苏、冷水花、蔓绿绒、绿萝、黛粉叶、喜林芋、火鹤芋、粗肋草、巴西铁、香石竹、瓜叶菊、倒挂金钟、月季、常春藤、金银花、番茄、皮椒草、小蚌兰、花叶万年青、矮牵牛、合果芋、富贵竹、吊竹梅、鸭跖草、淡竹叶、竹蕉、红苋、圆叶洋苋菜等；实现了以种子繁殖培育的植物水稻等。
21.在新型植物工厂化水培装置中水培，上述多种植物经3-10天培育即可生根，进而获得完整植株，操作简便，一次成苗，不需多次培养，20-45天可以繁殖一代种苗，种苗根系发达，水培育苗成本较低，并能充分保留母株遗传特性。
22.在本发明一种新型植物工厂化水培装置中水培后，多种植物根系活力均比土培对
照高，测定根部抗氧化酶都有增加，抗逆性增强，由大量不定根组成的根系，表皮完整且光滑，并且具根毛，根的外皮层变薄，皮层薄壁细胞大且排列不紧密，细胞间隙增大，可以观察到有明显的通气组织形成，说明在新型植物工厂化水培装置中水培增强了植物根系代谢，缓解低氧对其造成的伤害，水培成功率提高。
23.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对发明的具体实施方式进行修改，不脱离发明技术方案的精神，其均应涵盖在发明请求保护的技术方案范围当中。