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|摘要|目前的家用栽培装置通常采用一体化设计，给移动和拆装带来了很多不便。 本文根据城市居民居住空间特点，以家庭植物生产为设计目标，提出了一种新型装配式家庭栽培装置的设计方案。 该装置由支撑系统、栽培系统、水肥系统和补光系统四部分组成，占地面积小，空间利用率高，结构新颖，拆装方便，成本低，实用性强，城镇居民生菜、芹菜、早菜、补光系统小范围改造后，也可用于植物科学实验研究。
栽培装置总体设计原则装配式栽培装置主要面向城镇居民，团队深入调查城镇居民家庭居住空间特征，设计出占地面积小、空间利用率高的结构新颖美观大方； 拆装容易，容易掌握； 成本低廉、实用性强的四大原则贯穿于整个设计过程，力求实现家居环境和谐、结构美观、经济实用的终极目标。 材料支撑架购自市场多层货架，长1.5 m，宽0.6 m，高2.0 m，材质为钢材，经喷塑防锈处理，支撑架四角焊接刹车脚轮； 支撑架层板选用加强筋层板，材质为注射成型防锈处理的2 mm厚钢板，每层2块。 栽培槽材质为开盖式PVC水培方管，规格为10 cm10 cm，材质为硬PVC板，厚度2.4 mm，栽培孔直径5 cm，栽培孔间距10 cm。 营养液罐或水箱选用壁厚7 mm的塑料罐，长120 cm，宽50 cm，高28 cm。
栽培装置结构设计基于总体设计方案，装配式家庭栽培装置由支撑类、栽培类、水肥类、补光类四部分组成，在该系统中的分布如图1所示。
图1装配式栽培装置结构设计
支撑系统设计装配式家庭栽培装置支撑系统由立柱、横梁和层板组成，立柱、横梁采用蝴蝶孔扣件安装，拆装方便，横梁内置加强筋层板。 在栽培架的四角焊接刹车脚轮，提高栽培装置的移动灵活性。 栽培系统采用栽培槽为10 cm10 cm水培方管，开盖设计，便于清洗，可以进行营养液栽培，也可以进行基质培养或土壤栽培。 营养液栽培时，定植筐放在定植孔，用合适规格的海绵固定秧苗。 基质或土壤种植时，将海绵或纱布填塞在种植槽两端的连接孔中，防止基质或土壤堵塞排水系统。 栽培槽两端通过内径30 mm的橡胶软管连接循环系统，有效避免了PVC胶粘剂造成的结构硬化、移动不利的缺陷。 水肥循环系统在设计营养液栽培时，采用可调泵将营养液泵入顶层栽培槽，用PVC管内塞控制营养液流向。 同层栽培槽的营养液为了避免营养液流量不均衡，采用单向“s型”流动方式。 为了增加营养液的含氧量，最低层营养液溢出时出水口与水箱液面设计一定的落差。 基质或土壤种植时，水箱置于顶层，浇水施肥采用滴灌系统进行，主管选用直径32 mm、壁厚2.0 mm的黑色PE管，支管选用直径16 mm、壁厚1.2 mm的黑色PE管，每个支管安装一个阀门滴箭采用压力补偿式直箭滴头，每孔2根插入栽培孔的苗根。 过多的水分通过排水系统集中收集，过滤后再利用。 补光系统设计栽培装置用于阳台生产时，可利用阳台自然光，无需补光或少量补光。 进行客厅和居室的生产时，需要进行修补设计。 补光灯选用长1.2 mLED的植物补光灯，自动定时器控制光照时间，光照时间设定为14 h，非补光时间设定为10 h。 LED补光灯每层4个，安装在层板底部，同层4个灯串联，层与层之间并联。 根据植物对光的需求，可以选择不同光配比的LED灯。
建造装配式家庭栽培装置结构简单，建造过程简单。 第一步，根据栽培作物植株高度的高低确定各层高度后，将梁插入柱蝶孔，搭建装置骨架； 第二步，将LED补光灯固定件固定在地板面板背面的肋上，将地板面板放置在栽培架横梁内槽上； 第三，栽培槽与水肥循环系统通过橡胶软管连接； 第四步，安装LED灯，设置自动定时器，放置水箱； 第五步、系统调试，水箱进水后调节泵扬程和流量，检查水肥循环系统与栽培槽连接处有无漏水、通电连接LED灯和自动定时器工作情况等。
图2装配式栽培装置总体设计
应用与评价生产应用2019年该装置用于生菜、早菜、芹菜等蔬菜的室内小规模生产(图3 )。 2020年，在总结前期栽培经验的基础上，项目组开发了食药同源蔬菜养心菜有机基质栽培和紫背天葵营养液栽培技术，丰富了该装置的家庭应用实例。 在近两年的生产应用中，在室内气温20~25的条件下，生菜和早菜定植25天后可采收的芹菜需要生长35~40天； 紫背天葵和养心菜是多年生植物，可高产采收，紫背天葵35天左右可采收顶部10 cm左右茎叶，养心菜45天左右可采收嫩茎叶。 采集时，生菜和快菜植株产量为100~150 g； 白芹和红芹单株产量为100~120 g； 紫背天葵首次采收产量较低，单株20~30 g，随着侧枝萌发，第二次采收间隔15天左右，单株产量60~80 g； 养菜单孔产量为50~80 g，可每隔25天采集一次，连续采集。
图3装配式栽培装置的生产应用
应用效果经过一年多的生产应用，该装置可以充分利用居室的立体空间，进行多种作物的小规模生产，其装卸操作简单易学，无需进行专业训练； 通过调节泵扬程和流量，可以避免出现流量过大、栽培槽营养液溢出的问题。栽培槽开盖设计既便于使用后清洗，也便于部件破损后更换； 将栽培罐与水肥循环系统的橡胶软管连接，实现栽培罐与水肥循环系统的模块化设计，避免传统水培装置集成设计的弊端。 此外，该装置除进行家用作物生产外，还可在温湿度环境可控的条件下，用于科研，不仅节约了试验空间，而且能满足生产环境特别是根系生长环境一致性的要求。 简单改良栽培装置后，可以满足根际环境不同处理方式的要求，在植物科学试验中得到了广泛的应用。
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