PBL 模式下校园楼顶花园自动灌溉装置的改进

（南京市宁海中学，江苏 南京 530000）

在PBL 教学模式指导下，我校开设了空中花园课程，将教学楼的平台开发为教师引导组织、学生主导发现问题并解决问题的活动平台。在6 月-7 月时针对我校空中花园中的简易自动灌溉装置进行改进，为7 月暑假期间的长期无人灌溉问题提供解决思路和解决方法，同时试图解决灌溉中速度自动调节的实际难题。

一、问题：现在使用的灌溉装置主要可以归纳成如下几个问题

（一）负重问题：储水装置的支架无法支撑>500ml 重的容器

（二）速度问题：灌溉速度不可控，普遍灌溉速度较慢（滴完500ml 最久约需要5-6 天）

（三）装置灌溉时间较短，不能适应长期灌溉需要

分析原因：灌溉速度不可控和无法支撑较重容器主要是由于灌溉装置过于简单，支架强度不足，又是单一支架，无法负担起较重的储水容器。其后果是，较小的承重量限制了装置的储水量，进一步导致储水装置无法满足长期灌溉的需求。同时，储水装置的固定支架也无法设定滴水孔的大小，从而无法控制滴速，普遍的滴灌速度较慢正是由于预留孔径过小导致。

二、改进：为解决上述几点问题，对自动灌溉装置进行了改进。

首先，解决负重问题

方法一：在楼层高处固定一个水缸（底面积约为0.04 平方米,高为0.5米）作为蓄水物代替架在装置上的水瓶，水缸上方用漏斗盖住，以便收集雨水，对水缸进行补充，同时也可以减少夏季高温带来的水分蒸发问题。再用软管将水引到需要浇灌的植物盆中，利用重力实现自动灌溉。

方法二：将水缸放置在地面，利用毛细现象让水吸入植物盆中。其次，控制灌溉速度的问题，利用湿度传感器自动调节灌溉速度。

方法一：将湿度传感器与控水阀门连接，设定程序自动调节灌溉，并将传感器与手机进行连接，以备在灌溉系统出现故障时及时感知，以保证植物不因浇水过多或过少而死亡。

对于一些极为娇弱的植物，可以设计更为精细的程序（图1）。

例如：将控水阀门设为极小、小、中、大四种，当湿度逐步增加时按照大，中，小，极小的顺序依次关闭阀门，将湿度控制在一个相对恒定的范围内。

方法二：如果无法将湿度调节器与控水阀门连接并编辑程序，也可以利用医院的输液管代替水管引水，利用输液管对流速进行调节，同时根据植物对水的需求量多少，依次排放植物，需水量大的植物更靠近出水端，需水量小的植物则安放在出水最远处。（图二）但是这种方法仍然要依赖人工5-7天间定期观察一次，无法根据天气自动调节，当无人管理时极容易出现因浇水过多而使植物烂根而死或因浇水不及致使植物枯死的情况。

为提高水资源利用率，可利用雨水对蓄水缸进行补充。为更好地收集雨水并减小水分蒸发，建议水缸用漏斗覆盖，这样收集的雨水会顺着漏斗快速流入水缸内储存，根据降水量与植物蒸腾量的差值计算缸内应预留的水量

参看南京市2019 年的天气数据（图三）：

以及2010-2019 年近10 年的6 月天气数据（图四）：

结论：

自动灌溉装置在日常生活中是一种非常方便的装置，从利用矿泉水瓶自制，在淘宝网购的简易装置，到自己动手改装，再到大型灌溉装置，乃至如以色列一样国家范围推广的自动滴管装置。自动灌溉装置在一定程度上解放了人工，机械调节的稳定性也让种植变的简洁便利。但是，简易的装置存在着不能自主调节的问题，极易导致植物因过干或浇水过多而死；而复杂而精细的装置则常常存在问题：浇水不够充分、容易损坏等等。我国幅员辽阔，气候与以色列的气候相比更为复杂，各地降水变化也更多，耕作方式亦有很大的不同，因此以色列的自动滴管模式固然节约人力、水资源，却不一定适合我国。应根据我国不同地区不同现状因地制宜研究出适合本地的自动滴管装置，例如南京地区梅雨季多阴雨，自制的简易滴管装置的滴管速度应降低；而北方地区春旱严重又少雨，滴管速度自然也应该有所提高；沿海地区雨水较多，又有可能遭遇台风，自动滴管装置的用途就极为有限，反而应该研究排水渗水系统，以防植物烂根。但总的来说，自动灌溉装置还是提供了很大的便利，简易的滴灌装置代替人工对植物进行浇灌，使人能腾出较为完整的时间和精力做其他事。