客厅办公室代替花卉的旋转式景观蔬菜无土栽培装置研究

滕学政

【摘要】：目前，家庭阳台和办公场所经常可见无土栽培的蔬菜、瓜果等植物，室内的无土栽培植物不但可调节室内空气湿度，给人美观享受，而且可以提供绿色蔬菜。但现有的无土栽培装置多为固定式，由此导致植物光照不均，从而影响植物的生长，为了使光照较为均匀，就需要人工进行不断调整植物的光照角度，因此费时费力。而且现有的无土栽培装置大多为PVC管道式，放置阳台还可以，放置在客厅或办公室内很不美观。

家庭客厅和办公室现多摆放花卉，在目前蔬菜安全日益严重的情况下，如果充分利用客厅、办公室空间，运用蔬菜无土栽培技术，自己种植放心的绿色蔬菜，且能达到美化环境的目的不失是一种一举多得的措施。对此，本研究针对现有家庭无土栽培装置难登大雅之堂的弊端，设计了一种能使栽培植物光照均匀的适合客厅、办公室使用的旋转式景观蔬菜无土栽培装置。该装置采用电机带动蔬菜架旋转，使蔬菜光照均匀。蔬菜架采用活动组合方式，可搭配出不同景观造型，根据景观造型，种植不同蔬菜，营造不一样的美观环境。该装置的浇灌系统采用营养液滴灌方式或管道循环方式，即可保证蔬菜生长的养分需求，又干净、卫生、无异味。该装置重点解决了蔬菜无土栽培装置旋转的同时营养液浇灌系统能正常运行的难题。

该装置的创新点体现于：1.实现了蔬菜无土栽培装置的连续慢速旋转，使种植的蔬菜、瓜果光照均匀。2.装置的蔬菜架可搭配不同造型，如宝塔型、树型等，起到美化环境作用。3.营养液浇灌系统不受装置旋转影响，实现正常连贯浇灌。

本研究综合运用了电机传动、机械传动、营养液无土栽培、景观造型等技术，实现了家庭客厅和办公场所也能利用蔬菜无土栽培装置种植绿色蔬菜，在吃到放心蔬菜的同时，还调节了室内空气湿度，美化了居家和办公环境。

【关键词】：无土栽培，旋转，景观，客厅，办公室

【引言】：无土栽培技术是为解决大棚蔬菜种植病害越来越严重，大棚土壤连作有障碍，而研究出的利用营养液灌溉栽培槽定值等进行绿色无公害蔬菜生产的技术。无土栽培可人工创造良好的根际环境以取代土壤环境，充分满足作物对矿质营养、水分、气体等环境条件的需要，栽培用的基本材料又可以循环利用，因此具有省水、省肥、省工、高产优质等特点。

近几年随着无土栽培技术的日渐成熟，蔬菜无土栽培装置也进入了家庭阳台。阳台种菜是一种环保、自然的生活理念，是靠自家的阳台菜园自种自吃。阳台菜园在台湾、香港、新加坡、日本等国家和地区已经非常普遍，国内阳台菜园经济也发展迅速。

阳台蔬菜无土栽培受阳台环境限制，主要是阳台朝向和阳台封闭情况。朝向决定着阳台的光照条件，而阳台封闭情况则决定了阳台的温度条件。全封闭阳台冬季温度也较高，所受温度限制较小，可选择的蔬菜范围较广，基本上一年四季都可以栽种蔬菜。半封闭或未封闭阳台冬季温度较低，一般不宜在冬季栽种蔬菜，夏天太阳直射导致温度过高，也要注意遮光保护蔬菜，阳台的朝向，在温度允许的条件下，一般要根据阳台朝向选择蔬菜。

现有阳台蔬菜无土栽培装置一般都是用PVC管道串聯组装而成（如图1），这种装置简易但不美观，且如果双排种植则光照不均匀。

相比阳台，客厅和办公室的环境要优越的多，温度方面冬季有供暖，夏季有空调，光照方面白天有阳光，夜晚有灯光。但客厅和办公室美观度要求较高，一般的无土栽培装置不适合。

因此，如何设计一款既能美化客厅、办公室环境，又能调节客厅、办公室湿度，还能提供绿色无公害蔬菜的装置，是这次研究的主要目的。

1.研究工具和步骤

考虑到客厅、办公室环境美化要求，本次研究的装置首先要美观，见于客厅、办公室白天光照方向，本次研究的装置要达到光照均匀的实用目的。

1.1模型制作工具

包括镀锌管和管件、铁板、花盆、PE管、同步带轮、同步皮带、低速电机、供液泵、轴承。

1.2研究步骤

⑴设计蔬菜无土栽培装置造型，解决客厅、办公室美观问题。

⑵研究装置旋转解决方案，目的是让蔬菜光照均匀。

⑶研究蔬菜架旋转与营养液输送装置固定的连接问题，解决蔬菜架旋转的同时保证营养液的稳定输送、循环及回收储存问题，满足无土栽培要求。

2.基本概念

2.1无土栽培

无土栽培是指不用天然土壤而用基质或仅育苗时用基质，在定植以后用营养液进行灌溉的栽培方法。由于无土栽培可人工创造良好的根际环境以取代土壤环境，有效防止土壤连作病毒害及土壤盐分积累造成的生理障碍，充分满足作物对矿质营养、水分、气体等环境条件的需要，栽培用的基本材料又可循环利用，因此具有省水，省肥、省工、高产优质等特点。无土栽培中营养液成分易于控制，而且可以随时调节，在没有土壤但光照、温度适宜的客厅、办公室都可使用。

3. 旋转式景观蔬菜无土栽培装置的构造与原理。

3.1核心要素

旋转式景观蔬菜无土栽培装置（如图2）。包括营养液箱（1），营养液箱（1）的顶壁上转动连接有由驱动机构驱动的立柱（2），立柱（2）的顶端连接有营养液盘（3），立柱（2）上连接有间隔设置的多层托架（4），所述托架（4）上设置有用于植物生长的栽培机构，立柱（2）内具有转轴向的贯通腔（10），贯通腔（10）与营养液箱（11）连通，立柱（2）的下端部和营养液箱（1）上连接有旋转接头（11），旋转接头（11）一端通过设在贯通腔（10）内的供液管（12）与营养液盘（3）连通，另一端通过输液管（13）与营养液箱（1）内的供液泵（5）连通，下层托架（4）上的栽培机构与相邻的上层托架（4）上的栽培机构相连通，最顶层托架（4）上的栽培机构与营养液盘（3）连通，最底层托架（4）上的栽培机构与贯通腔（10）连通。该装置结构简单，能带来栽培蔬菜光照均匀的有益效果，且能满足无土栽培营养液的输送、浇灌、循环回收等条件。

3.2.工作原理

旋转式景观蔬菜无土栽培装置（如图2）工作原理如下：

⑴造型设计可用镀锌管及管件，根据美观需求组合，种植不同蔬菜时，根据蔬菜的特点组合不同造型的多层托架（4）。如宝塔型、树型等。

⑵电机（9）通过传动同步带轮及同步带，带动立柱（2）旋转，从而实现连接在立柱（2）上的所有托架（4），同时旋转，这样托架（4）上的栽培蔬菜就实现了旋转，蔬菜的光照就均匀了。

⑶营养液储存在营养液箱（1）内，通过供液泵（5）输送到输液管（13）内，再到达营养液盘（3）内，从营养液盘（3）通过连通管道（15）到达下一层托架（4）上的栽培机构，托架（4）上的栽培机构通过托架（4）和连通管道（15）逐层连接，最底层托架（4）上的栽培机构与贯通腔（10）连通，营养液最后通过贯通腔（10）回流到营养液箱（1）内，这样就解决了蔬菜架旋转时，营养液可稳定的输送、循环、回收。

4.具体实施方式

4.1第一种结构形式的旋转式景观无土栽培装置如图3和图4所示，包括营养液箱（1），所述营养液箱（1）的顶壁上设有轴承座（14），轴承座（14）内通过轴承转动连接有由驱动机构驱动的立柱（2），所述立柱（2）内具有轴向的贯通腔（10），贯通腔（10）与营养液箱（1）连通。立柱（2）的顶端连接有营养液盘（3），所述立柱（2）的下端部和营养液箱（1）上连接有旋转接头（11），旋转接头（11）一端通过设在贯通腔（10）内的供液管（12）与营养液盘（3）连通、另一端通过输液管（13）与营养液箱（1）内的供液泵（5）连通。立柱（2）上连接有间隔设置的多层托架（4），所述托架（4）的外轮廓呈环形，多层托架（4）中，下层托架（4）的径向尺寸大于与该层托架（4）相邻的上层托架（4）的径向尺寸，最顶层托架（4）的径向尺寸大于营养液盘（3）的径向尺寸。所述托架（4）上设置有用于植物生长的栽培机构，栽培机构为固定式栽培机构，所述固定式栽培机构包括设置在所述托架（4）内的空腔（6）和设在托架（4）顶面上并与所述空腔（6）连通的栽培孔（7），栽培孔（7）用于植物的栽培。下层托架（4）上的栽培机构通过回液管（15）与相邻的上层托架（4）上的栽培机构连通即相邻的托架（4）上的空腔（6）相互连通，最顶层托架（4）上的在栽培机构通过回液管（15）与营养液盘（3）连通即最顶层托架（4）上的空腔（6）通过回液管（15）与营养液盘（3）连通，最底层托架（4）上的栽培机构通过回液管（15）与贯通腔（10）连通即最底层托架（4）上的空腔（6）通过回液管（15）与贯通腔（10）连通。驱动机构包括装在营养液箱（1）箱壁上的电机（9）以及将立柱（2）与电机（9）动力连接的传动链。所述传动链可采用由皮带轮和皮带组成的皮带传动链，也可采用由链轮和链条组成的链条传动链，还可采用由相互啮合的一对齿轮构成的齿轮传动链。图中示出的为皮带传动链。

4.2第二种结构形式的旋转式景观无土栽培装置如图5所示，其与图3所示的基本相同，相同之处参照上述对第一种结构形式的描述，其不同之处在于栽培机构的不同，第二种结构形式的旋转式景观无土栽培装置采用的栽培机构为可移式栽培机构，所述可移式栽培机构为放置在托架（4）上的栽培盆（8），下层托架（4）上的栽培盆（8）通过回液管（15）与相邻的上层托架（4）上的栽培盆（8）连通即相邻的托架（4）上的栽培盆（8）相互连通，最顶层托架（4）上的栽培盆（8）通过回液管（15）与营养液盘（3）连通，最底层托架（4）上的栽培盆（8）通过回液管（15）与贯通腔（10）连通。

4.3第三种结构形式的旋转式景观无土栽培装置如图6所示。其与图3所示的基本相同，相同之处参照上述对第一种结构形式的描述，其不同之处在于栽培机构的不同，第三种结构形式的旋转式景观无土栽培装置采用的栽培机构为上述的固定式栽培机构和可移式栽培机构，图中示出了四层托架（4），按自上而下的顺序，最顶层即第一层托架（4）上设置可移式栽培机构，第二层托架（4）上设置固定式栽培机构，第三层托架（4）上设置可移式栽栽培機构，最底层即第四层托架（4）上设置固定式栽培机构，第一层托架（4）上设置可移式栽培机构通过回液管（15）与第二层托架（4）上设置固定式栽培机构连通，第二层托架上设置固定式栽培机构通过回液管（15）与第三层托架（4）上设置可移式栽培机构连通，第三层托架（4）上设置可移式栽培机构通过回液管（15）与第四层托架（4）上设置固定式栽培机构连通。第四层托架（4）上设置固定式栽培机构还通过回液管（15）与贯通腔（10）连通，第一层托架（4）上设置可移式栽培机构通过回液管（15）与营养液盘（3）连通。