[Аннотация]В настоящее время устройства для выращивания растений в домашних условиях обычно имеют интегрированную конструкцию, что создает значительные неудобства при перемещении, погрузке и разгрузке. Учитывая особенности жилого пространства городских жителей и цели проектирования систем для выращивания растений в домашних условиях, в данной статье предлагается новый тип сборного устройства для выращивания растений в домашних условиях. Устройство состоит из четырех частей: опорной системы, системы выращивания, системы полива и внесения удобрений и системы освещения (в основном, светодиодных фитоламп). Оно обладает небольшой занимаемой площадью, высокой эффективностью использования пространства, оригинальной конструкцией, удобством разборки и сборки, низкой стоимостью и высокой практичностью. Оно может удовлетворить потребности городских жителей в выращивании салата, сельдерея, быстрорастущих овощей, питательной капусты и бегонии фимбристипулы. После небольшой модификации его также можно использовать для научных исследований в области растениеводства.

Общая конструкция культивационного оборудования

Принципы проектирования

Сборное устройство для выращивания растений в основном ориентировано на городских жителей. Команда тщательно изучила особенности жилого пространства городских жителей. Небольшая площадь и высокая эффективность использования пространства; оригинальная и красивая конструкция; удобство разборки и сборки, простота и легкость в освоении; низкая стоимость и высокая практичность. Эти четыре принципа лежат в основе всего процесса проектирования и направлены на достижение конечной цели: гармония с домашней обстановкой, красивая и достойная конструкция, а также экономичность и практичность использования.

Материалы, которые будут использованы

Опорная рама представляет собой многоярусную стеллажную конструкцию длиной 1,5 м, шириной 0,6 м и высотой 2,0 м, приобретенную на рынке. Материал – сталь, покрытая антикоррозийным составом методом напыления. Четыре угла опорной рамы приварены с использованием универсальных тормозных колес. Для усиления слоев опорной рамы выбрана ребристая пластина из стальной пластины толщиной 2 мм с антикоррозийным покрытием, по две пластины на слой. Желоб для выращивания растений изготовлен из открытой ПВХ-трубы квадратной формы размером 10 см × 10 см. Материал – жесткий ПВХ-плит толщиной 2,4 мм. Диаметр отверстий для выращивания составляет 5 см, а расстояние между ними – 10 см. Резервуар для питательного раствора или воды изготовлен из пластикового ящика с толщиной стенок 7 мм, длиной 120 см, шириной 50 см и высотой 28 см.

Конструкция культивационного устройства

Согласно общему проектному плану, сборное устройство для выращивания растений в домашних условиях состоит из четырех частей: опорной системы, системы выращивания, системы полива и внесения удобрений, а также системы освещения (в основном, светодиодных фитоламп). Распределение элементов в системе показано на рисунке 1.

На рисунке 1 показано распределение в системе.

проектирование системы поддержки

Система опоры сборного устройства для выращивания растений состоит из вертикальной стойки, балки и опорной плиты. Стойка и балка вставляются через защелку с отверстием типа «бабочка», что облегчает разборку и сборку. Балка оснащена усиленной ребристой опорной плитой. В четырех углах рамы для выращивания растений приварены универсальные колеса с тормозами для повышения маневренности перемещения устройства.

Проектирование системы выращивания

Резервуар для выращивания представляет собой квадратную гидропонную трубу размером 10 см × 10 см с открытой крышкой, что облегчает очистку. Он может использоваться для выращивания в питательном растворе, субстрате или почве. При выращивании в питательном растворе посадочная корзина помещается в посадочную яму, а рассада фиксируется губкой соответствующего размера. При выращивании в субстрате или почве губка или марля забиваются в соединительные отверстия на обоих концах резервуара, чтобы предотвратить засорение дренажной системы субстратом или почвой. Два конца резервуара для выращивания соединены с циркуляционной системой резиновым шлангом с внутренним диаметром 30 мм, что эффективно предотвращает дефекты структуры, вызванные склеиванием ПВХ-труб, которые препятствуют движению.

Проектирование системы циркуляции воды и удобрений

При выращивании в питательном растворе используется регулируемый насос для подачи питательного раствора в верхний резервуар, а направление потока регулируется внутренней заглушкой ПВХ-трубы. Для предотвращения неравномерного потока питательного раствора в однослойном резервуаре используется однонаправленный «S-образный» поток. Для повышения содержания кислорода в питательном растворе, когда нижний слой раствора вытекает, между выходным отверстием и уровнем жидкости в резервуаре предусмотрен определенный зазор. При выращивании в субстрате или почве резервуар с водой размещается на верхнем слое, а полив и подкормка осуществляются с помощью системы капельного орошения. Основная труба представляет собой черную полиэтиленовую трубу диаметром 32 мм и толщиной стенки 2,0 мм, а ответвления — черную полиэтиленовую трубу диаметром 16 мм и толщиной стенки 1,2 мм. На каждом ответвлении установлен клапан для индивидуального регулирования. Система капельного полива использует капельницы с компенсацией давления, по 2 штуки на каждое отверстие, которые вставляются в корень саженца в лунке. Избыток воды собирается через дренажную систему, фильтруется и используется повторно.

Система светового дополнения

При использовании устройства для выращивания растений на балконе можно использовать естественный свет с балкона без дополнительного освещения или с небольшим его количеством. При выращивании в гостиной необходимо разработать систему дополнительного освещения. Используется светодиодный фитолампа длиной 1,2 м, время освещения контролируется автоматическим таймером. Время освещения установлено на 14 часов, а время без дополнительного освещения — на 10 часов. В каждом ярусе установлено по 4 светодиодных светильника, расположенных в нижней части яруса. Четыре светильника в одном ярусе соединены последовательно, а ярусы — параллельно. В зависимости от потребностей разных растений в освещении можно выбрать светодиоды с различным спектром.

Сборка устройств

Сборное устройство для выращивания растений в домашних условиях имеет простую конструкцию (рис. 2), и процесс сборки также прост. На первом этапе, после определения высоты каждого яруса в соответствии с высотой выращиваемых растений, вставьте балку в отверстие типа «бабочка» вертикальной стойки, чтобы сформировать каркас устройства; на втором этапе закрепите светодиодную лампу на ребре на задней стороне яруса и поместите ярус во внутренний желоб поперечной балки каркаса для выращивания; на третьем этапе желоб для выращивания и система циркуляции воды и удобрений соединяются резиновым шлангом; на четвертом этапе установите светодиодную лампу, настройте автоматический таймер и установите резервуар для воды; на пятом этапе – отладка системы: добавьте воду в резервуар. После регулировки напора и расхода насоса проверьте систему циркуляции воды и удобрений и соединение резервуара для выращивания на наличие утечек воды, включите питание и проверьте подключение светодиодных ламп и работоспособность автоматического таймера.

Рисунок 2, общий дизайн сборного устройства для культивирования.

Применение и оценка

Применение для выращивания

В 2019 году устройство будет использоваться для мелкомасштабного выращивания овощей в помещении, таких как салат-латук, китайская капуста и сельдерей (рис. 3). В 2020 году, на основе обобщения предыдущего опыта выращивания, проектная группа разработала технологию выращивания овощей, родственных пищевым и лекарственным препаратам, на органическом субстрате, а также технологию выращивания бегонии фимбристипулы Хансе в питательном растворе, что обогатило примеры домашнего применения устройства. За последние два года выращивания и применения салат-латук и быстрорастущие овощи можно собрать через 25 дней после посадки при температуре в помещении 20-25℃; сельдерею требуется 35-40 дней; бегония фимбристипула Хансе и китайская капуста — многолетние растения, урожай которых можно собирать несколько раз; бегонию фимбристипулу можно собрать с верхними 10 см стеблей и листьев примерно через 35 дней, а молодую часть стеблей и листьев — примерно через 45 дней для выращивания капусты. Урожайность салата и китайской капусты после сбора составляет 100–150 г с растения; урожайность белого и красного сельдерея — 100–120 г с растения; урожайность бегонии фимбристипулы Хансе при первом сборе низкая, 20–30 г с растения, но при непрерывном прорастании боковых ветвей можно собирать второй урожай с интервалом около 15 дней, при этом урожайность составляет 60–80 г с растения; урожайность питательного овоща составляет 50–80 г, сбор производится раз в 25 дней, но сбор может продолжаться непрерывно.

Рисунок 3. Производственное применение сборного устройства для культивирования.

Эффект применения

После более чем года производства и эксплуатации устройство позволяет максимально эффективно использовать трехмерное пространство помещения для мелкомасштабного выращивания различных культур. Операции по загрузке и выгрузке просты и легко осваиваются, не требуя профессиональной подготовки. Регулировка напора и расхода водяного насоса позволяет избежать проблем чрезмерного потока и перелива питательного раствора в резервуаре для выращивания. Открытая конструкция крышки резервуара для выращивания не только облегчает очистку после использования, но и упрощает замену поврежденных деталей. Резервуар для выращивания соединен с системой циркуляции воды и удобрений резиновым шлангом, что обеспечивает модульную конструкцию резервуара и системы циркуляции воды и удобрений, избегая недостатков интегрированной конструкции традиционных гидропонных устройств. Кроме того, помимо выращивания культур в домашних условиях, устройство может использоваться для научных исследований в контролируемых температурных и влажностных условиях. Это не только экономит место для экспериментов, но и отвечает требованиям производственной среды, особенно в отношении обеспечения стабильной среды для роста корней. После незначительных усовершенствований устройство для выращивания растений также может соответствовать требованиям различных методов обработки ризосферной среды и широко используется в научных экспериментах с растениями.

Источник статьи: аккаунт WeChatТехнология сельскохозяйственного производства (тепличное садоводство) 

Справочная информация: Ван Фэй, Ван Чанги, Ши Цзинсюань и др.Проектирование и применение сборного бытового устройства для выращивания сельскохозяйственных культур [J]. Технология сельскохозяйственной инженерии, 2021, 41(16): 12-15.