温室智能装备系列之一百三十二都市型园艺作物垂直栽培装备构建与应用

张 梅，杨 健

（成都农业科技职业学院，成都 611130）

园艺作物垂直栽培是指在特定设施条件下，通过搭建栽培设施，充分利用立体空间，实现多层栽培，采用农业装备实现自动的水肥控制，实现高效的农业生产。垂直农业具有占地面积小，产量高，景观效果好等特点，是都市农业发展的重要形式之一。垂直栽培可以充分利用高处空间，因此很大程度上依赖农业栽培装备的应用，垂直栽培装备集成机械、电子和软件技术，利用已有的设施结构，搭建了人工多层种植环境。通过栽培设施造型，搭配植物外形和颜色等方法，不仅可以大幅度提高空间利用效率，提高作物产量，还可以打造景致，增加美观程度。

装备设计与构建

栽培装置采用多层立体支架，多组支架间采用模块化拼接，再用螺栓固定，可以垂直布置到20 层以上（图1）。装置采用滴灌方式进行灌溉，垂直栽培系统灌溉时所需压力可以通过直流加压泵来完成。灌溉控制可以通过垂直栽培专用的灌溉施肥控制系统，也可以采用时间控制等简单方式。

图1 都市型园艺作物垂直栽培装备原理图

从美观的角度设计，栽培装置可以整体定在结构墙上，也可单独在顶部进行固定。栽培的基质采用本团队研发的蓄水型基质，灌溉一次可以保湿10 周以上，制作完成安装后，形成一整面12 m 宽，7 m 高的作物墙（图2）。

图2 都市型设施垂直农业栽培装备实物图

功能特点

精准灌溉

采用12 通道的时间控制器的方式不但节省成本，也能较好的完成按时供水的需求。该装置可以安装在支架内部隐蔽的地方，方便操作同时也美观（图3）。同时增加一个220 V 直流压力泵（9 L/min）为栽培提供高压的灌溉水肥溶液，确保灌溉施肥的溶液到达每一层。

图3 灌溉控制

水肥快捷投入

在栽培系统槽内铺设了滴管带，作物所需的水肥可以根据需要通过滴灌带快捷的输送到每株作物的根区（图4）。根据作物的需水情况，设置了粗细不同的2 种滴灌带可供选择。

图4 水肥滴灌

语音功能

在系统的支架上方设置了播音喇叭（图5），主要有3 个功能，一是播放栽培系统的特点等知识，满足科普的需求；二是播放所展示的新品种特点，满足宣传的需求；三是播放园区音乐，满足休闲需求。

图5 语音管理

组装简单快捷

连接的部位采用工字钢，上下分别用螺栓固定紧，安装和拆卸操作都很方便（图6）。可以根据具体的需求堆砌成不同的外型。支架的材料可选择的有方钢、不锈钢和铝型材，根据美观的需要进行改装。

图6 组装方式

栽培品种多样

栽培系统在底部预留有LED 的扩展槽，安装LED 人工补光灯可以增加栽培系统可选用的品种的类别，可以栽培花木苗、生菜等叶菜，也可栽培矮化西红柿等果菜，或者栽培都市园艺花卉，根据栽培需要选用适宜的LED 灯带。

应用范围

在都市农业中，垂直栽培有很多应用的场景，包括环境美化、生活种菜和休闲种花等功能，也可以根据具体的需求加工改造，成为景观的一部分。

科技展馆

垂直栽培模式可以作为农业新品种展示，放置在科技馆中，通过构建一个应用场景，提供农业品种、栽培知识、装备知识等，发挥科普的作用。也可以通过LED 补光灯，除了提供植物生长所需的补光作用，还可以提供不同颜色、图案的美观的效果。

酒店公寓

垂直栽培架可以起到处理酒店公寓的空气的作用，同时满足狭小空间的绿化的功能，也可以作为景观墙打造，形成绿色生活的氛围。

社区农业

可以在社区的花园、小区的活动中心等场所布置垂直栽培架，形成社区花园、社区菜园等主题文化园，为居民提供一个休闲娱乐的景观，也可以提供生活种菜的乐趣。可以根据需要自行加工一些造型的支架，成为景观的一部分。

趋势与展望

都市型园艺作物垂直农业未来的发展趋势就是挖掘利用城市的垂直空间，形成绿色生活的装饰效果。应用的场景包括但不限于建筑物的外墙、餐厅的隔离墙、运动场的景观墙等。该垂直栽培装置已在四川成都新津进行了实际应用，装饰的效果很有特色，得到一致好评。

都市型园艺作物垂直栽培装备未来发展有两个方向，一是栽培装备模块化。模块化的装备易于拼装成不同的造型，完成不同的栽培任务；二是栽培装备无人化。提升装备的智能化水平，利用自动采摘机器人等装备可以满足垂直农业高层栽培的需求。