CN112005872A - 一种作物无土栽培***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种作物无土栽培***及方法，该作物无土栽培***包括：栽培槽，用于盛放供应作物生长所需的营养液；溶氧量采集装置，用于采集营养液的溶氧含量；液位调节装置，液位调节装置连接栽培槽，用于基于溶氧含量，控制栽培槽内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换；本发明结构简单、成本低廉，可基于对营养液的液位调节，赋予作物根系不同的营养吸收与代谢功能，确保了作物的根系对水、肥及氧气的正常吸收，大幅度提高作物无土栽培的周年产出率，实现作物的优质高效生产，尤其适用于绿叶菜的无土栽培。

Description

一种作物无土栽培***及方法

技术领域

本发明涉及无土栽培技术领域，尤其涉及一种作物无土栽培***及方法。

背景技术

绿叶菜是以鲜嫩绿叶、叶柄或嫩茎为食用部位的速生蔬菜。由于营养丰富、口感爽脆，加之生长期短、采收灵活、管理难度低，绿叶菜的栽培十分广泛，是我国设施的主栽蔬菜之一。

然而，对于绿叶菜的传统种植而言，由于种植茬口较多，每次换茬都需要对种植土壤进行翻松、平整、做畦等重体力劳动作业。随着农业产业结构的优化调整，从事设施农业的适龄人员越来越少，劳动力短缺的问题日益严重。与此同时，由于种植模式单一、复种指数较高，为了获得高产，农民往往凭经验，盲目地采用“大水大肥”的灌溉模式，导致出现土壤次生盐渍化、土传性病虫害频发等问题，相应地，蔬菜的产量和品质均会受到影响。相反，对于无土栽培技术而言，它是将植物直接种植在营养液中，摆脱了天然土壤对植物生长的束缚，从而克服了土壤次生盐渍化和土传性病虫害的问题，降低了从事绿叶菜种植生产的劳动强度，有利于解决农村老龄或留守劳动力的就业问题，是现代农业的新兴发展方向之一。

在无土栽培相应的水培条件下，作物根系需要从营养液中吸收水分、养分和氧气，以此来满足作物自身生长发育和代谢的需求。尤其应当指出的是，营养液中溶氧含量对作物根部的呼吸作用至关重要，并且，营养液中的溶氧含量与营养液温度及循环频率密切相关。由于设施农业的生产往往是按照周年进行，在炎热的夏季，营养液的温度会随环境温度的升高而升高，而营养液中氧气的溶解度又与营养液的温度呈负相关关系，如果营养液中溶氧含量过低，就会抑制作物根系的生长，甚至导致作物出现烂根、黄叶的现象，从而严重影响到作物的生长。在实际无土栽培过程中，通常通过加大营养液的循环频率、对营养液进行搅拌扰动、向营养液内泵入空气或氧气等实施方式来增加营养液中溶氧含量。虽然这些实施方式在一定程度上克服了营养液因温度升高而出现缺氧的问题，并能显著增加营养液的溶氧含量，但是，也相应地需要消耗大量的电能，增加了生产成本，应用前景受到一定限制。

发明内容

本发明实施例提供一种作物无土栽培***及方法，用以解决现有的基于外部设备来增加营养液中溶氧含量的无土栽培技术，需要消耗大量的电能，并增加生产成本的问题。

本发明实施例提供一种作物无土栽培***，包括：栽培槽，用于盛放供应作物生长所需的营养液；溶氧量采集装置，用于采集所述营养液的溶氧含量；液位调节装置，所述液位调节装置连接所述栽培槽，用于基于所述溶氧含量，控制所述栽培槽内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换。

根据本发明一个实施例的作物无土栽培***，所述液位调节装置包括：储液池，用于存储所述营养液；液泵，用于将所述储液池存储的营养液泵送至所述栽培槽内；溢流装置，所述溢流装置安装于所述栽培槽内，所述溢流装置具有与所述不同的预设高度对应的多个溢流口，每个所述溢流口配置有阀控装置，所述溢流装置连通所述储液池，并通讯连接所述溶氧量采集装置。

根据本发明一个实施例的作物无土栽培***，所述溢流装置包括：第一溢流管，所述第一溢流管的一端具有位于所述栽培槽内第一预设高度的溢流口；第二溢流管，所述第二溢流管的一端具有位于所述栽培槽内第二预设高度的溢流口，所述第二溢流管与所述第一溢流管的另一端均连通所述储液池，所述第二预设高度低于所述第一预设高度。

根据本发明一个实施例的作物无土栽培***，所述第二溢流管上装有第一控制阀，所述第一控制阀通讯连接所述溶氧量采集装置。

根据本发明一个实施例的作物无土栽培***，所述溶氧量采集装置包括溶解氧传感器，所述溶解氧传感器安装于所述栽培槽的槽底。

根据本发明一个实施例的作物无土栽培***，所述栽培槽的槽口装有栽培板，所述栽培板上开设有多个定植孔。

根据本发明一个实施例的作物无土栽培***，所述栽培槽还配设有进液口和排液口，所述排液口装有第二控制阀。

本发明实施例还提供一种如上所述的作物无土栽培***的栽培方法，包括：S1，采集栽培槽内营养液的溶氧含量；S2，基于所述溶氧含量，控制所述栽培槽内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换。

根据本发明一个实施例的栽培方法，S2进一步包括：在检测到所述溶氧含量高于溶氧预设值时，控制所述营养液的液位维持在第一预设高度；在检测到所述溶氧含量低于所述溶氧预设值时，控制所述营养液的液位维持在第二预设高度，并以预设时间间隔在所述第一预设高度与所述第二预设高度之间切换；其中，所述营养液在所述第一预设高度所浸没作物根系的体积大于在所述第二预设高度所浸没作物根系的体积。

根据本发明一个实施例的栽培方法，S1还包括：确定所述栽培槽内所栽培作物的生长阶段；相应地，在S2中，根据所述作物的生长阶段控制所述栽培槽内的营养液所维持的液位。

本发明实施例提供的一种作物无土栽培***及方法，通过溶氧量采集装置采集栽培槽内营养液的溶氧含量，可根据检测得到的溶氧含量，通过液位调节装置控制栽培槽内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换，可赋予作物根系不同的营养吸收与代谢功能，具体而言，在环境温度较低时，营养液的溶氧含量较高，可控制栽培槽内营养液的液位维持在相对较高的预设高度，使得作物根系充分浸没在营养液中，以充分发挥作物根系对水分和养分的吸收功能；相应地，在环境温度较高时，营养液的溶氧含量降低，可控制栽培槽内营养液的液位维持在相对较低的预设高度，增加作物根系暴露在空气中的体积，有利于作物根系吸收利用空气中的氧气，以进行短时的有氧呼吸，并满足自身的代谢需求，在此，通过控制营养液以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换，以对暴露在空气中的作物根系进行定时浸润，以确保其表皮细胞的活性，从而确保了作物的根系对水、肥及氧气的正常吸收。

由此可见，本发明结构简单、成本低廉，有效克服了无土栽培中营养液因温度升高导致溶氧含量降低的问题，也解决了现有的通过加大营养液的循环频率、对营养液搅拌扰动、向营养液内泵入空气或氧气等增加营养液中溶氧含量的实施方式，存在能耗大、成本高的问题，可大幅度提高作物无土栽培的周年产出率，实现作物的优质高效生产，可尤其适用于绿叶菜的无土栽培。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种作物无土栽培***的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于作物无土栽培***的流程示意图。

图中，1、作物；2、栽培槽；3、栽培板；4、溶氧量采集装置；5、控制器；6、储液池；7、液泵；8、溢流装置；81、第一溢流管；82、第一控制阀；83、第二溢流管；9、进液口；10、排液口；11、第二控制阀；12、回液管路；13、注液管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，本实施例提供了一种作物无土栽培***，包括：栽培槽2，用于盛放供应作物1生长所需的营养液；溶氧量采集装置4，用于采集营养液的溶氧含量；液位调节装置，液位调节装置连接栽培槽2，用于基于溶氧含量，控制栽培槽2内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换。

具体的，本实施例所示的作物无土栽培***，通过溶氧量采集装置4采集栽培槽2内营养液的溶氧含量，可根据检测得到的溶氧含量，通过液位调节装置控制栽培槽2内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换，可赋予作物根系不同的营养吸收与代谢功能，具体而言，在环境温度较低时，营养液的溶氧含量较高，可控制栽培槽2内营养液的液位维持在相对较高的预设高度，使得作物根系充分浸没在营养液中，以充分发挥作物根系对水分和养分的吸收功能；相应地，在环境温度较高时，营养液的溶氧含量降低，可控制栽培槽2内营养液的液位维持在相对较低的预设高度，增加作物根系暴露在空气中的体积，有利于作物根系吸收利用空气中的氧气，以进行短时的有氧呼吸，并满足自身的代谢需求，在此，通过控制营养液以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换，以对暴露在空气中的作物根系进行定时浸润，以确保其表皮细胞的活性，避免作物根系长时间失水而导致其毛细根系干枯，从而确保了作物的根系对水、肥及氧气的正常吸收。

由此可见，本实施例所示的作物无土栽培***结构简单、成本低廉，有效克服了无土栽培中营养液因温度升高导致溶氧含量降低的问题，可大幅度提高作物无土栽培的周年产出率，实现作物的优质高效生产，可尤其适用于绿叶菜的无土栽培。

在此应指出的是，本实施例所示的溶氧量采集装置4可以为本领域所公知的在线溶氧仪、便携式溶氧测定仪及溶解氧传感器，本实施例优选溶氧量采集装置4为无线溶解氧传感器，将无线溶解氧传感器的探头安装于栽培槽2的槽底，以便实时对栽培槽2内营养液的溶氧含量进行监测。

本实施例所示的液位调节装置可以为本领域所公知的对液体进行加注、抽取及排放的注液装置、抽液装置、排液装置，也可为这些装置的组合，以实现对栽培槽2内液位的实时调节，在此不作具体限定。

本实施例中栽培槽2的槽口装有栽培板3，栽培板3上开设有多个定植孔，多个定植孔可在栽培板3上呈阵列排布，定植孔中用于栽培固定作物幼苗。栽培槽2的高度为10-20cm，宽度为20-30cm，长度大于10m，具体的，栽培槽2的高度为10cm，宽度为30cm，长度为20m。

与此同时，本实施例所示的溶氧量采集装置4可通讯连接控制器5，该控制器5可以为本领域所公知的PLC控制器、单片机或工控机，控制器5可根据所采集的营养液的溶氧含量，对液位调节装置进行自动化控制，以实现控制栽培槽2内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换。

如图1所示，在其中一个优选实施例中，液位调节装置包括：储液池6，储液池6用于存储营养液；液泵7，液泵7用于将储液池6存储的营养液泵送至栽培槽2内；溢流装置8，溢流装置8安装于栽培槽2内，溢流装置8具有与不同的预设高度对应的多个溢流口，每个溢流口配置有阀控装置，溢流装置8连通储液池6，并通讯连接溶氧量采集装置4。

具体的，本实施例所示的液泵7置于储液池6内，液泵7的泵送入口从储液池6内抽取营养液，液泵7的泵送出口连通注液管13的一端，注液管13的另一端连通栽培槽2上的进液口9，溢流装置8和栽培槽2的排液口10均通过回液管路12连通储液池6，其中，进液口9设置于靠近栽培槽2的槽口，排液口10设置于栽培槽2的槽底，排液口10装有第二控制阀11，第二控制阀11可以为本领域所公知的无线电磁阀，第二控制阀11的开闭状态可由控制器5进行实时控制。

与此同时，本实施例所示的储液池6的设置高度低于栽培槽2，以便经过溢流装置8相应的溢流口溢流的营养液或经过排液口10排放的营养液，均在自重的作用下经过回液管路12自动回流至储液池6内。

在此应指出的是，在溢流装置8的溢流口设置多个时，每个溢流口均可配置相应的阀控装置，以便单独通过任何一个溢流口，均可控制栽培槽2内营养液的液位达到相应的预设高度。由此，控制器5可根据所采集的营养液的溶氧含量，对应控制各个溢流口相应的阀控装置的开闭状态，以使得栽培槽2内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换，以对作物根系的功能进行适应性调整。

在其中一个具体实施例中，溢流装置8包括：第一溢流管81，第一溢流管81的一端具有位于栽培槽2内第一预设高度的溢流口；第二溢流管83，第二溢流管83的一端具有位于栽培槽2内第二预设高度的溢流口，第二溢流管83与第一溢流管81的另一端均通过注液管13连通储液池6，第二预设高度低于第一预设高度。在此，第一预设高度可具体为，营养液在栽培槽2内能够将作物根系完全浸没的液位高度，第二预设高度可具体为，营养液在栽培槽2内能够将作物根系的30％至60％完全浸没的液位高度，更进一步的，在第二预设高度，营养液所处的液位对作物根系的50％完全浸没。

由于第二预设高度低于第一预设高度，且在第一预设高度时，营养液所处的液位将作物根系完全浸没，从而可在第二溢流管83上安装第一控制阀82，在第一溢流管81可不再设置相应的阀控装置，第一控制阀82可以为本领域所公知的无线电磁阀，第一控制阀82通讯连接溶氧量采集装置4，从而在检测到溶氧含量较高时，关闭第一控制阀82，可通过第一溢流管81自动控制营养液的液位维持在第一预设高度，使得营养液所处的液位将作物根系完全浸没；在检测到溶氧含量较低时，开启第一控制阀82，可通过第二溢流管83控制营养液的液位维持在第二预设高度，使得营养液所处的液位将作物根系的50％完全浸没，然后，以预设时间间隔控制第一控制阀82的开闭状态，使得营养液的液位以预设时间间隔在第一预设高度与第二预设高度之间切换，从而避免因环境温度升高使得营养液温度升高，导致作物缺氧，保证夏季高温时节，作物的正常生长，保证作物的周年生产。

在此应指出的是，上述实施例所示的控制器5可通过WIFI、蓝牙及其它无线方式分别实现与溶氧量采集装置4、第一控制阀82及第二控制阀11的无线通讯连接。

优选地，如图2所示，本实施例还提供一种如上所述的作物无土栽培***的栽培方法，包括：S1，采集栽培槽内营养液的溶氧含量；S2，基于溶氧含量，控制栽培槽内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换。

具体的，本实施例可以绿叶菜的营养液栽培为例，对本实施例所示的栽培方法进行具体说明。

首先，将绿叶菜的幼苗固定于栽培板上的各个定植孔中，由于绿叶菜在幼苗阶段的根系较小，从而可控制栽培槽内营养液的液位维持在第一预设高度，使得绿叶菜在此生长阶段的根系长期浸没于营养液中，从营养液中吸收足够的水肥满足其生长需求，其中，第一预设高度可以为距离栽培槽的槽底8cm的位置，栽培槽的尺寸为，高度10cm，宽度30cm，长度20m。

然后，随着绿叶菜的逐渐生长，根据环境温度的变化，可结合营养液中的溶氧含量，对营养液的液位进行控制。

具体而言，在较为寒冷的冬季，营养液会因气温低而具有较高的溶氧含量，可将营养液的溶氧含量与溶氧预设值进行比较，如设定溶氧预设值为1.5mg L^-1，在检测到营养液的溶氧含量大于1.5mg L^-1时，关闭第一控制阀，可通过第一溢流管自动控制营养液维持在第一预设高度，第一预设高度可以为距离栽培槽的槽底8cm的位置，使得营养液所处的液位将绿叶菜的根系完全浸没。

在较为炎热的夏季，营养液会因气温高而具有相对较低的溶氧含量，在检测到营养液的溶氧含量低于1.5mg L^-1时，打开第一控制阀，营养液会通过第二溢流管自动回流至储液池，直至液位最终维持在第二预设高度，第二预设高度可以为距离栽培槽的槽底4cm的位置，使得绿叶菜的根系50％左右的体积暴露在空气中，以便绿叶菜的根系从空气中吸收氧气满足自身代谢的需求；然后，在每个预设时间间隔，如：预设时间间隔为1小时或3小时，通过定时关闭第一控制阀，使得营养液的液位升高至第一预设高度，完成对绿叶菜的根系的浸润，防止根系干枯和木质化，保持根系的活性，随后打开第一控制阀，使液位降至第二预设高度，以便根系能吸收足够的氧气，维持自身的代谢活动正常进行。其中，在春季或秋季进行绿叶菜的水培生产时，也可基于营养液的溶氧含量对其液位进行相应的控制，在此不作一一阐述。

最后，在绿叶菜完成一个周年产出时，可对栽培槽进行清洗消毒，并打开第二控制阀，通过排液口排除栽培槽内的营养液残液，以备其它作物的水培生产作业。

最后应指出的是，在基于营养液的溶氧含量而对栽培槽内的液位进行调控的过程中，还可控制液泵以预设的功率连续作业，以便同步向栽培槽内注入预设流量的营养液，这既便于满足对栽培槽内液位的控制需求，还便于控制栽培槽内的液位处于动态平衡状态，增强了营养液与空气接触的几率，从而也相应地增加了营养液的溶氧含量；另外，还可预先确定栽培槽内所栽培作物的生长阶段，根据作物的生长阶段控制栽培槽内的营养液所维持的液位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种作物无土栽培***，其特征在于，包括：

栽培槽，用于盛放供应作物生长所需的营养液；

溶氧量采集装置，所述溶氧量采集装置安装在所述栽培槽内，用于采集所述营养液的溶氧含量；

液位调节装置，所述液位调节装置连接所述栽培槽，用于基于所述溶氧含量，控制所述栽培槽内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换。

2.根据权利要求1所述的作物无土栽培***，其特征在于，

所述液位调节装置包括：储液池，用于存储所述营养液；

液泵，用于将所述储液池存储的营养液泵送至所述栽培槽内；

溢流装置，所述溢流装置安装于所述栽培槽内，所述溢流装置具有对应所述不同的预设高度的多个溢流口，每个所述溢流口配置有阀控装置，所述溢流装置连通所述储液池，并通讯连接所述溶氧量采集装置。

3.根据权利要求2所述的作物无土栽培***，其特征在于，所述溢流装置包括：第一溢流管，所述第一溢流管的一端具有位于所述栽培槽内第一预设高度的溢流口；

第二溢流管，所述第二溢流管的一端具有位于所述栽培槽内第二预设高度的溢流口，所述第二溢流管与所述第一溢流管的另一端均连通所述储液池，所述第二预设高度低于所述第一预设高度。

4.根据权利要求3所述的作物无土栽培***，其特征在于，

所述第二溢流管上装有第一控制阀，所述第一控制阀通讯连接所述溶氧量采集装置。

5.根据权利要求1至4任一所述的作物无土栽培***，其特征在于，所述溶氧量采集装置包括溶解氧传感器，所述溶解氧传感器安装于所述栽培槽的槽底。

6.根据权利要求1至4任一所述的作物无土栽培***，其特征在于，所述栽培槽的槽口装有栽培板，所述栽培板上开设有多个定植孔。

7.根据权利要求1至4任一所述的作物无土栽培***，其特征在于，所述栽培槽还配设有进液口和排液口，所述排液口装有第二控制阀。

8.一种如权利要求1至7任一所述的作物无土栽培***的栽培方法，其特征在于，包括：

S1，采集栽培槽内营养液的溶氧含量；

S2，基于所述溶氧含量，控制所述栽培槽内营养液的液位维持在不同的预设高度，并以预设时间间隔在不同的预设高度之间切换。

9.根据权利要求8所述的栽培方法，其特征在于，S2进一步包括：在检测到所述溶氧含量高于溶氧预设值时，控制所述营养液的液位维持在第一预设高度；

在检测到所述溶氧含量低于所述溶氧预设值时，控制所述营养液的液位维持在第二预设高度，并以预设时间间隔在所述第一预设高度与所述第二预设高度之间切换；

其中，所述营养液在所述第一预设高度所浸没作物根系的体积大于在所述第二预设高度所浸没作物根系的体积。

10.根据权利要求8或9所述的栽培方法，其特征在于，

S1还包括：确定所述栽培槽内所栽培作物的生长阶段；

相应地，在S2中，根据所述作物的生长阶段控制所述栽培槽内的营养液所维持的液位。

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