多层搭接自渗灌立面种植系统的研制及性能*

陈礼斌 王承起 朱为民 王 虹**

（1.上海茵能节能环保科技有限公司，上海 奉贤201400；2.上海市农业科学院园艺研究所，上海市设施园艺技术重点实验室，上海 奉贤201403）

近年来，随着经济和社会的发展，许多居民利用家庭的阳台、屋顶、庭院等种植一些花卉和蔬菜，既能修身养性、改善和美化环境，还能获得绿色农产品，可谓一举多得[1]。但是，大部分家庭的平面种植面积非常有限，只有向空间发展才能满足居民种菜养花的需求[2]。目前，市场上用于立体种菜养花的工具在产品开发及配套的管理技术等方面比较落后[3]。

我们针对市面上家庭阳台立体种植产品存在的问题，研制出了一个多层搭接自渗灌立面种植系统。该系统结构紧凑，占地面积小，空间利用率高，单面型产品的种植面积可达占地面积的5倍左右，双面型产品的种植面积可达占地面积的8～10倍，且受阳光照射均匀，特别适合家庭阳台等场所种菜养花。

1 多层搭接自渗灌立面种植系统种植模块单元的设计

种植模块单元是多层搭接自渗灌立面种植系统的核心部件（种植模块单元如图1、图2所示）。该系统采用盆体与盒体的组合结构，盒体上部开口，底板设置中空的竖管，竖管通向底板之外，盒体正面设有镂空处，并且镂空处下沿向外斜上方延伸，镂空处的形状和大小与盆体配套，盆体可在镂空处随时取放，盆体底部朝下从盒体正面的镂空处斜插入盒体，盒体镂空处下沿向外斜上方延伸的承载部可以防止盆体掉落；盆体底部设有许多细孔，放入盒体后盆底的细孔位于盒体的底板与竖管顶口之间，储存于盒体的底板与竖管顶口之间的水分可通过盆体的细孔进入盆体并为盆体内的种植介质及植物根系所吸收；水分从盆体的细孔进入盆体位于盆体的底下部，水分可通过介质的毛细现象往盆体的上部提升，同时部分植物的根系也可以越过盆体的细孔从箱体的储水层吸取水分。

2 多层搭接自渗灌立面种植系统的运行原理

多层搭接自渗灌立面种植系统的主要种植面采用立面体种植结构，有单面型和双面型，如图3、图4 所示。每个面均由斜插组合式自渗灌种植模块单元拼接为立面体种植结构，在模块上方配置灌溉管，在每列模块的上方至少配置1个出水头，并采用顶部垂流层级递进的方式为每列模块单元盒体供水，并由每个单元的种植部（盆体及盆体内的基质和植物）从底部吸收水分及营养物质，形成梯级自流式肥水一体化渗灌体系。种植部斜插于每个单元，取放非常方便，易种植换茬和管理。种植基质可以采用营养土，也可采用颗粒小于3 mm 的珍珠岩、椰糠等材料，以利形成毛细现象。灌溉水肥时，介质不会被冲刷，水肥被介质和根系从底下部吸收，很好地解决了介质中肥、水、气三者的平衡关系，可促进植物生长发育。

图1 种植模块单元盒体和盆体的结构图

图2 种植模块单元的盆体种植植物后插入盒体的结构示意图

图3 单面型种植架

图4 双面型种植架

该系统除了配置立面种植结构外，还配置储水和自动化循环供水系统。与斜插组合式自渗灌种植模块组成的立面种植结构构成了肥水一体化自动灌溉系统。

3 种植模块单元及多层搭接自渗灌立面种植系统的制作、组装和使用性能

种植模块单元的盒体和盆体采用高温下模具一次注塑成型，即共聚PP 全新优质料拌入抗紫外线、抗氧化辅料，通过注塑模具，在注塑机上注塑成型。其生产工艺流程如下：配料→混料→注塑→成型→检验入库。

多层搭接自渗灌立面种植系统加工组装工艺流程：（1）将PVC 微发泡型材料或不锈钢板加工制作成水箱，水箱长度与种植架长度一致，宽度一般30 cm 左右，高度为20～40 cm；（2）在水箱两侧固定PVC 扁平型立柱；（3）在侧柱上固定PVC 顶板和背板（如双面型种植架背板则为中间板）；（4）将种植模块单元的盒体纵向和横向对齐一层层固定于背板（或中间板）上，最上层盒体上设置灌溉管，灌溉管的出水头与每一列种植模块单元的盒体相对应，最下层盒体靠近水箱，模块盒体的横向总距离与水箱的内径长度一致；（5）在水箱内安装12 V或24 V微型水泵，并将水泵的出水口通过输水管与灌溉管相连接；（6）将微型水泵按其电压与相应的电源适配器连接，并将电源适配器与定时开关接通。

目前，种植模块单元有多种规格，主要采用的规格为每套模块单元含1 个盒体和2 个盆体，盒体长25 cm、宽6.3 cm、高16.7 cm，盆体口径12 cm、底径7 cm、高11 cm，每m2种植面积需24套模块单元排列组合，可种植48盆植物。

多层搭接自渗灌立面种植系统的规格尺寸可以按照使用要求组装。为便于运输和使用，长度一般控制在3 m以内，宽度为30 cm左右，高度在2.5 m以内。

该系统灌溉水肥时，操作便捷，可定时自动循环灌溉，灌溉水流不外溢、不渗漏，不会冲刷介质，并由每个单元的种植部从底下部吸收水分及溶于水中的营养物质，形成梯级自流式肥水一体化渗灌体系。每个模块单元的种植部斜插于相应的模块单元中，取放方便，使用时，每30 d 往水箱注水1 次就可通过定时装置自动实施灌溉。如需施肥，只需在水中加入相应配比的水溶肥即可。经应用检测，多层搭接自渗灌立面种植系统可采用营养土、珍珠岩、椰糠等多种基质进行生菜、青菜、香菜、香葱、草莓及花卉等植物种植，植物生长发育良好，种植效果如图5所示。

图5 多层搭接自渗灌立面系统种植效果图

4 小结

多层搭接自渗灌立面种植系统不仅空间利用率高，而且采用最先进的肥水一体化自动循环渗灌系统，使用和管理方便，可满足城市居民在阳台、露台、屋顶和庭院等处的蔬果花草种植需要。产品已被许多单位和家庭使用，种植效果好，操作简便，具有较高的经济、社会和生态效益，应用前景广阔。