微型集成化立体农场的制作方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明涉及设施农业领域，具体指一种多层立体的水土分离的集成化植物栽培方法和栽培装置。
【背景技术】
[0002]城市是人类文明高度发展的产物和标志，汉代一位谋士曾向刘邦进言:“国以民为本，民以食为天”，食物供给决定着城市规模，在农耕社会城市的食物几乎全来自城区和邻近地区，这种自给自足的发展方式延续了数千年。工业革命后城市人口大量聚集，资源消耗巨大、环境恶化，因此从15世纪到20世纪初一大批社会学家和建筑规划师纷纷致力于解决城市出现的问题，乌托邦式的“城市农场”、霍华德的“田园城市”、格迪斯的“进化城市”、莱特的“广亩城市”、柯布西耶的“光明城市”，到二战后的“超级农场”及黑川纪章的“农业城市”等将农业生产纳入城市空间统筹考虑的构思和设想不断涌现。
[0003]都市农业就是在这样的背景下逐渐发展起来的，一般认为它源于20世纪初德国的市民农园，在数次能源危机后生态学理论渗入各个领域，人们在获取食物的同时考虑到运输和消费环节如何降低消耗，也重新审视如何在城市中生产食物，以实现区域内物质循环、降低对外部的依赖，现在美国绿色建筑评价体系LEED已经开始帮助并鼓励各种促进可持续农业及有机食品发展的积极因素。近年来都市农业在欧美日等发达地区的主要发展形式有:一是在城郊和城市周边地区保留大量农用地，生产粮食、蔬菜、水果等农产品，如荷兰通过发展规模化、设施先进的都市农业，其玻璃温室面积超过11万km2，农产品在满足自需后还有75%可供出口，日本则通过一系列法律对城市耕地和农业生产进行保护，其城区中有耕地35万km2，超过80%的蔬菜都由当地供应；二是利用城市中心区域的公共绿地、闲置荒地、屋面、甚至阳台和窗台建设城市农场，如德国柏林公主花园就是在一片荒地建成了6000m2的城市农场，还有美国纽约的布鲁克林农庄是面积超过I万m 2的屋顶农场；三是大力发展设施农业，走机械化、智能化、集约化的生产道路，如新加坡现有45家蔬菜农场，每年生产约14万t绿叶蔬菜，可满足全国12%的需求。
[0004]但在我国城市用地日趋紧张，城郊优质耕地迅速减少，如北京市耕地面积从1978年的69.1万hm2锐减至2009年的31.7万hm 2，其中蔬菜种植面积仅剩6.8万hm2，产量仅303万t，单纯依赖城区农用地发展都市农业面临着用地紧缺和生产效率低下的问题。而利用闲置荒地、屋面直接发展都市农业也将是杯水车薪，有学者认为要确保大城市蔬菜自给和安全应该通过设施农业即植物工厂来解决。
[0005]世界上第一座植物工厂1957年出现在家丹麦，1960年美国通用电气公司开发成功第一个人工光植物工厂，日本于1983年在静R县采用高压钠灯与三角板气雾栽培生菜。中国于1998年从加拿大引进了 2套太阳光型植物工厂，2006年中国农业科学院开始LED人工光植物工厂的试验，2009年吉林长春建成面积为200m2的商业化植物工厂，之后国内相继建成20多座植物工厂。但采用无土栽培方法的植物工厂存在蔬菜品种单一、能耗较大、硝态氮过剩等不足，新加坡的Sky green公司负责人黄顺和又回到自然光照和有土栽培的道路上，他发明9米高的蔬菜塔种植了 10多层蔬菜，为了获得均匀的光照，种植槽在水流驱动下不停的循环转动，一天耗能约60瓦，生产量是传统农场的5倍以上。
[0006]但现今设施农业因所采用无土栽培方式，存在系统复杂、投资巨大、对蔬菜品种选择性高、需要富有经验和较高专业素养的从业人员等不足，只能以企业化、基地化的方式运作，导致产出的蔬菜种类有限、价格较高、流通环节较多，限制着设施农业的进一步发展。在城市中利用建筑外墙、阳台、窗台、屋面或周边空地等空间发展微型农场，能够省去诸多中间环节将农业生产端和消费终端直接对接，如果将家庭比作社会的细胞，那么微型农场就如同细胞里的叶绿素一样，可以为市民提供源源不断的食物来源。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有设施农业难以深入城市家庭并直接造福于市民的不足，提供一种系统简单、造价低廉、管理省心、生产高效的多层立体式集成化栽培方法和栽培装置。
[0008]本发明主要由承力构架、储水盘、种植盘、种植土壤、毛细管束组成，其特征是:多层的承力构架承担各层种植模块的荷载，种植模块的种植盘是搁置在储水盘之上，种植盘内的种植土壤与存于储水盘内的水并不直接接触，之间有一空气间层，植物所需水分根据蒸腾和蒸发量经由毛细管束通过毛细现象自动输送到种植土壤中。
[0009]包括蔬菜在内的植物正常生长需要适宜的光照、水份、土壤(培养基)和空气条件，经过亿万年的进化，植物对土壤有着天然的适宜性，以土壤为栽培基质能顺应蔬菜的生长习性，相对于无土栽培更容易实现品种多样化、管理维护低技化及更天然有机的蔬菜生产。本发明采取水土分离的集成化技术方案，与水培法、雾培法等无土栽培方法相比，作物的品种选择范围要宽泛得多，管理维护的知识技能要求低很多；相对于采用浇灌或滴灌的有土栽培方式能避免土壤中含水量过多或太少，也能避免土壤中有效养份的流失。将多层立体种植系统的各部件以集成化的方式组装装配出来，可以成组成规模地安放在建筑周边空地或屋面上，也可以分散放置在阳台、窗台或与建筑外墙结合起来，市民可以根据自己的喜好种植作物、蔬菜瓜果和观赏植物。
[0010]可以利用植物的遮阳和蒸腾作用以改善城市微气候和建筑热环境，利用植物的吸尘滞尘作用和吸收CO2释放O2功能可以净化空气，剩余的厨余垃圾可以制成有机堆肥循环利用，生活污水和雨水收集处理后可以用于灌溉和施肥，因此在城市中发展微型集成化立体农场能够为市民提供新鲜高品质的有机蔬菜，又能更好地实现都市农业的生产功能、生态功能、修身养性、休闲景观、教育和知识传播及其它社会服务功能，对我国城市的可持续发展具有重要的理论价值和重大现实意义。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的正立面图。
[0012]图2是本发明的侧立面图。
[0013]图3是本发明水土分离栽培模块大样图。
[0014]图中:承力构架1，储水盘2，种植盘3，存水4，种植土壤5，毛细管束6，套管7，毛细管穿孔8，气孔9，空气间层10，通气孔11，透水缝12。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明:
[0016]如图1所示，本发明主体由承力构架1、储水盘2、种植盘3构成，承力构架I采用金属或其它型材制成可组装的多层框架式结构，承力构架I可以承受各层种植模块的荷载，一套储水盘2、种植盘3及内容物就组成单个的种植模块。如图2所示，承力构架I的每层间距可根据所处地理位置、储水盘2和种植盘3的尺寸调整，以使种植在每层种植盘3内的植物能获得足够光照。如图3所示，种植盘3内盛放有种植土壤5，储水盘2储存一定液位高度的存水4、种植盘3放置在储水盘2之上，种植土壤5和存水4并不直接接触，其间被一层空气间层10隔开，种植盘3开有一定数量的毛细管穿孔8，毛细管束6从毛细管穿孔8探入存水4底部，这样，水份就可以利用毛细现象经毛细管束6自动输送到种植土壤5中，以满足植物生长所需。
[0017]为获得较好的吸水性，毛细管束6采用超细纤维材料制成，一般较蓬松并富有弹性，为确保毛细管束6能深入水面下，可如图3所示，在毛细管束6外套上硬质套管7，套管7的直径大小以能穿过毛细管穿孔8又不能轻易移动为好。套管7接近底部位置可开透水缝12，毛细管束6可经透水缝12或套管7端部开口吸水。此外可在种植盘3底部开细小的气孔9，既能使种植土壤5透水透气，植物的毛细根也可以从气孔9伸入存水4内直接获取水份。
[0018]蔬菜等植物根系都喜好湿润、蓬松、肥沃的土壤，为使种植土壤5保持适当含水量及具备透气性，可在储水盘2侧边开有一定数量的通气孔11，经空气间层10、气孔9、种植土壤5表面形成空气流通路径。放置在室外的微型立体农场遇上大雨天气时，落入种植盘3内的雨水可经气孔9流入储水盘2，过量的雨水可经通气孔11流走，以免种植盘3积水。采取以上措施后，种植土壤能保持适当含水量及透水透气状态，为植物创造一个最佳的生长环境。
[0019]当储水盘2内存水4耗光或液面下降至一定高度时，就需要向储水盘2补水，自动补水的方式将另案单独申请，在此不再细述。
【主权项】
1.一种微型集成化立体农场，主要由承力构架、储水盘、种植盘、种植土壤、毛细管束组成，其特征是:多层的承力构架承担各层种植模块的荷载，种植模块的种植盘是搁置在储水盘之上，种植盘内的种植土壤与存于储水盘内的水并不直接接触，之间有一空气间层，植物所需水分根据蒸腾和蒸发量经由毛细管束通过毛细现象自动输送到种植土壤中。
2.根据权利要求1所述的微型集成化立体农场，其特征是:毛细管束外套套管，套管的直径等于或略大于毛细管穿孔内径。
3.根据权利要求1所述的微型集成化立体农场，其特征是:套管接近底部位置开有透水缝。
4.根据权利要求1所述的微型集成化立体农场，其特征是:在种植盘底部开有气孔。
5.根据权利要求1所述的微型集成化立体农场，其特征是:在储水盘侧边开有通气孔。
【专利摘要】一种微型集成化立体农场，主要由承力构架、储水盘、种植盘、种植土壤、毛细管束组成，其特征是：多层的承力构架承担各层种植模块的荷载，种植模块的种植盘是搁置在储水盘之上，种植盘内的种植土壤与存于储水盘内的水并不直接接触，之间有一空气间层，植物所需水分根据蒸腾和蒸发量经由毛细管束通过毛细现象自动输送到种植土壤中。采取上述技术方案后，可在建筑周边空地、屋面、阳台、窗台或在建筑外墙建造微型农场，市民可以根据自已的喜好种植作物、蔬菜瓜果和观赏植物，种植系统具有构造简单、造价低廉、管理省心、生产高效的特点。
【IPC分类】A01G9-02, A01G27-02
【公开号】CN104823744
【申请号】CN201510096796
【发明人】赵明桥, 石磊, 李哲, 付峥嵘, 周书栋, 王宇
【申请人】中南大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月5日