本發(fā)明涉及一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)，特別是涉及一種可高密度種植且節(jié)能的植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)。

本發(fā)明還涉及了上述系統(tǒng)中柱體的制備方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)今主流的植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)主要是以植物工廠為代表的，并且還有在此基礎(chǔ)上形成的魚菜共生的生產(chǎn)方式，一定程度上提高了水的利用率。但是現(xiàn)有技術(shù)仍存在以下缺陷和不足：

1.現(xiàn)有的植物工廠雖然提高了作物生產(chǎn)的機械化程度，但是場地和設(shè)備等固定資產(chǎn)投資以及營養(yǎng)液、能源等持續(xù)成本過高。

2.現(xiàn)有的魚菜共生裝備及技術(shù)雖然提高了水的利用率，但是是以較高能源需求為代價的。

3.以家庭種植為代表的現(xiàn)有的小規(guī)模種養(yǎng)殖技術(shù)和設(shè)備尚未能實現(xiàn)高水平的機械自動化和信息化，生物技術(shù)也應(yīng)用不足。

植物工廠通過高密度、高自動化和密集地生物技術(shù)利用，實現(xiàn)了作物的高產(chǎn)量。但是這種高產(chǎn)的經(jīng)濟性依賴于場地規(guī)模，如果小規(guī)模實施，成本收益比極高。其原因主要是持續(xù)的營養(yǎng)液投資、能源消耗以及裝備等固定成本較高。因而人們試圖通過魚菜共生的方式循環(huán)利用水資源，持續(xù)回收魚糞及其他廢棄物生產(chǎn)植物所需營養(yǎng)。

魚菜共生裝備通過水泵循環(huán)水，來實現(xiàn)節(jié)水和魚糞廢棄物的回收利用。但其仍然需要汽噴或者滴灌等方式為植物提供持續(xù)供水。需要持續(xù)供水或保持較高頻率的供水。甚至在某些應(yīng)用場合下比植物工廠的施水頻率更高。因此人們試圖通過延長噴水間隔，或者利用供水管路的壓差形成持續(xù)滴灌來降低水泵的能耗。但這仍然沒有顯著降低對于能源的需求。

當(dāng)前無論是植物工廠，還是魚菜共生系統(tǒng)，由于較高的種養(yǎng)殖密度，都在某些條件下需要大風(fēng)機調(diào)溫和改善二氧化碳濃度。如果小規(guī)模分散實施，又因為成本高得不到經(jīng)濟效益。因而目前的以家庭觀賞兼食用的小規(guī)模種養(yǎng)殖設(shè)備依然遠不如植物工廠或魚菜共生工廠的自動化和信息化程度。因而包括增產(chǎn)技術(shù)在內(nèi)的生物技術(shù)難以大范圍應(yīng)用。

因此發(fā)明人認為，研究一種可以降低能源需求且能夠?qū)崿F(xiàn)自動化植物培養(yǎng)的植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)是十分必要的，如果能附帶提高產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，并能同時實現(xiàn)大規(guī)模和小規(guī)模自由組合使用則會使其更加具有市場推廣潛力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)，其耗能低、具有較高的產(chǎn)量且安裝實施和使用比較方便。

本發(fā)明還提供了上述系統(tǒng)中柱體的制備方法：

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)，包括水箱，所述的水箱內(nèi)裝有水泵，所述的水泵與導(dǎo)流管接，所述的導(dǎo)流管穿過柱體、緩流水培室的保護管、支撐管；

所述的柱體底部固定在水箱上，且所述的柱體上開有種植植物和讓植物長出的種植孔；所述的柱體內(nèi)安裝有保水層和硝化過濾層，所述的保水層和硝化過濾層間隔安裝在柱體中；所述的保水層和硝化過濾層上設(shè)有讓導(dǎo)流管穿過的保水層孔和硝化過濾層孔；

所述的柱體頂部裝入緩流水培室下部的安裝孔中，所述的緩流水培室內(nèi)設(shè)有保護管和儲水腔，所述的保護管內(nèi)部設(shè)有讓導(dǎo)流管穿過的保護管孔；所述的緩流水培室頂部設(shè)有安裝環(huán)，所述的安裝環(huán)內(nèi)壁與軸承外圈固定，所述的軸承內(nèi)圈與支撐管底部外壁連接固定；

所述的儲水腔中設(shè)有水引導(dǎo)線，所述的水引導(dǎo)線由吸水性較強的材料制成；所述的水引導(dǎo)線一端在儲水腔中，另一端通過保護管孔與與其靠近的保水層接觸，或者懸置在保水層上方。通過內(nèi)置的水引導(dǎo)線將儲水腔中的水吸至保水層，而不采用水管，這種方式可以一方面防止使用水管時由于儲水腔中存在雜質(zhì)而堵塞水管，造成使用不便的情況，另一方面可以有效減少水分通過時的蒸發(fā)(因為內(nèi)置)。

進一步地，所述的導(dǎo)流管穿過安裝部件內(nèi)部與霧化器連接。

進一步地，所述的導(dǎo)流管在緩流水培室內(nèi)、保護管上方設(shè)有三通接頭，所述的三相接頭一端通向緩流水培室內(nèi)部、其他兩端分別和導(dǎo)流管連接。

進一步地，所述的保水層由較輕的吸水材料制成且采用片狀材料卷裹而成，其依靠由卷裹后的張力與柱體內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力、硝化過濾層吸水膨脹的擠壓力或隔板固定在柱體內(nèi)。

進一步地，所述的保水層采用含有緩釋肥料的材料制作。

進一步地，所述的硝化過濾層固定在柱體內(nèi)部且采用較輕、透水性較低的 材料制成。

進一步地，所述的硝化過濾層的吸水性高于保水層。

進一步地，所述的硝化過濾層上種植有硝化菌，所述的硝化菌能夠產(chǎn)生無機鹽并由通過硝化過濾層的水流帶入保水層或水箱中。

優(yōu)選地，所述的安裝部件與安裝平面接觸部分上還可設(shè)置壓力傳感器，可通過壓力傳感器來測量整個系統(tǒng)中生物量的變化情況。

優(yōu)選地，所述的壓力傳感器安裝在軸承與安裝環(huán)接觸面上。

進一步地，所述的柱體上的種植孔還可以換成漏斗狀的種植槽。

進一步地，所述的柱體采用PVC、陶瓷、金屬、有機玻璃、不銹鋼、塑料其中的一種或其任意組合制作。當(dāng)柱體采用透明或半透明的有機玻璃制作時，還可以通過柱體外很直觀地觀察根系及其附著物的生長情況。

進一步地，所述的植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)上還設(shè)置有控制器，所述的控制器與補光光纖連接，所述的補光光纖螺旋纏繞在柱體上。

一種制造權(quán)上述植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)的柱體的方法，當(dāng)柱體采用有機材料擠出成型時，在擠出過程中趁擠出未冷卻成型時用模具往柱體上直接穿孔或開槽，然后用熨燙設(shè)備對上述孔或槽進行熨燙修型或擴寬。

優(yōu)選地，所述的有機材料為PVC、有機玻璃、塑料中的一種或其任意組合。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，不僅能夠起到很好的節(jié)水作用，還能實時監(jiān)控植物生長量，而且由于設(shè)有軸承，可通過軸承轉(zhuǎn)動來使整個系統(tǒng)每個面的植物收到均勻的光照，同時也使植物的采收更加方便，較現(xiàn)有的技術(shù)具有很大的進步。

本發(fā)明中柱體的制備方法較現(xiàn)有技術(shù)具有制造工序少，成本低的優(yōu)點，通 過此方法能夠大大地降低柱體的制造成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)具體實施方式的緩流水培室部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)具體實施方式的零件爆炸圖。

圖6是本發(fā)明一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)具體實施方式的保水層和硝化過濾層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)具體實施方式的落地安裝時壓力傳感器的安裝結(jié)構(gòu)圖。

圖8是本發(fā)明一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)具體實施方式的柱體另一種結(jié)構(gòu)前視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：

參見圖1至圖6，一種植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)，包括水箱1，所述的水箱1內(nèi)裝有水泵16，所述的水泵16水輸出端與導(dǎo)流管8底端連接，所述的導(dǎo) 流管8穿過柱體2、緩流水培室5的保護管54、支撐管6以及安裝部件7內(nèi)部與霧化器9連接，使用時可通過水泵16向霧化器供水，讓霧化器9產(chǎn)生水霧，這種水霧一方面可以增加整個設(shè)備的美觀程度，另一方面可以通過水霧對植物進行葉面澆水，當(dāng)然可以在霧化器16中截斷導(dǎo)流管8的水流使導(dǎo)流管8中的水全部流入緩流水培室5的儲水腔53中；

所述的導(dǎo)流管8在緩流水培室5內(nèi)、保護管54上方設(shè)有三相接頭81，所述的三相接頭一端通向緩流水培室8內(nèi)部、其他兩端分別和導(dǎo)流管8連接；使用時，水泵16向?qū)Я鞴?供水，水經(jīng)過三相接頭81時，水會通過三項接頭81流入緩流水培室5；

所述的柱體2底部固定在水箱1上，且所述的柱體2上開有種植植物和讓植物長出的種植孔21；

所述的柱體2內(nèi)安裝有保水層14和硝化過濾層15，所述的保水層14和硝化過濾層15間隔安裝在柱體2中；

所述的保水層14和硝化過濾層15上設(shè)有讓導(dǎo)流管8穿過的保水層孔141和硝化過濾層孔151；

所述的保水層14由較輕的吸水材料制成，所述的吸水材料優(yōu)選為海綿；所述的保水層14采用片狀材料卷裹而成，其依靠由于卷裹后的張力與柱體2內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力固定在柱體2內(nèi)；

在制造保水層14時，可以往保水層14的網(wǎng)格或孔中填充緩釋肥料，這樣就能解決植物施肥的問題；

所述的硝化過濾層15固定在柱體2內(nèi)部且采用較輕、透水性較低的材料制成，優(yōu)選為花泥；硝化過濾層15的透水性一定要低于保水層14，在使用時，保 水層14中的水會在重力和保水層14張力的作用下通過柱體2內(nèi)壁下流，當(dāng)水流通過柱體2內(nèi)壁流到消化過濾層15上時，所述的硝化過濾層15會將水向中心吸引，由于消化過濾層15的透水性較低，水會在消化過濾層15上聚集然后由與其接觸的保水層14吸走。這種方式能夠有效地防止水在重力作用下快速下掉，浪費水泵16抽水的能量；

所述的硝化過濾層15上種植有硝化菌，所述的硝化菌能夠產(chǎn)生無機鹽并由通過硝化過濾層15的水流帶入保水層14中；

所述的柱體2頂部裝入緩流水培室5下部的安裝孔52中，所述的緩流水培室5內(nèi)設(shè)有保護管54和儲水腔53，所述的保護管54內(nèi)部設(shè)有讓導(dǎo)流管8穿過的保護管孔541；

所述的保護管54的高度最好要大于儲水腔53的高度，這樣導(dǎo)流管8往儲水腔53中裝水時能夠一次裝滿整個儲水腔53；

所述的緩流水培室5頂部設(shè)有安裝環(huán)51，所述的安裝環(huán)51內(nèi)壁與軸承13外圈固定，所述的軸承13內(nèi)圈與支撐管6底部外壁連接固定，所述的支撐管6頂部與安裝部件7連接將整個植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)安裝在安裝平面10上。使用時，可通過軸承13直接轉(zhuǎn)動軸承13下部的部分，這樣一方面可以方便采收植物，另一方面可以通過轉(zhuǎn)動柱體2，使柱體2上的植物都受到均勻的光照。當(dāng)然，可以在植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)的軸承13下部設(shè)置驅(qū)動裝置和控制裝置，通過控制裝置的程序控制軸承13下部轉(zhuǎn)動的角度和周期，這樣能使得整個系統(tǒng)更加的智能；

當(dāng)然，所述的軸承13與安裝環(huán)51和支撐管6的安裝關(guān)系也可以對調(diào)，也就是軸承13的內(nèi)圈與安裝環(huán)51外側(cè)壁固定，軸承13的外圈與支撐管6的內(nèi)側(cè) 壁固定；

所述的儲水腔53中設(shè)有水引導(dǎo)線12，所述的水引導(dǎo)線12由吸水性較強的材料制成，如棉線；所述的水引導(dǎo)線12一端在儲水腔53中，另一端通過保護管孔541與與其靠近的保水層14接觸，或者懸置在保水層14上方，當(dāng)水引導(dǎo)線12將儲水腔12中的水引出到懸置與保水層14上方時，其會慢慢將水滴滴入在保水層14上；當(dāng)然，可以通過調(diào)整水引導(dǎo)線12的粗細來調(diào)整進入主題2內(nèi)部的水流大??；所述的水引導(dǎo)線12能夠緩慢地供水，防止由于管道直接供水帶來流速過快而產(chǎn)生過量灌溉而浪費水的情況，能夠有限地節(jié)約水泵消耗的能源；

所述的安裝部件7與安裝平面10接觸部分上還可設(shè)置壓力傳感器11，可通過壓力傳感器11來測量整個系統(tǒng)中植物的生長速度(在先重量減去在后重量就是植物的生長量，注意，測試生長速度是時，應(yīng)保證其他因素一致，如水箱中的水重量)；

所述的植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)上還可以設(shè)置控制器4，所述的控制器4與補光光纖3連接，所述的補光光纖3螺旋纏繞在柱體2上，使用時，可通過控制器4讓補光光纖3導(dǎo)電發(fā)光，以增加整個系統(tǒng)的美觀性。

當(dāng)然，上述的植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)是采用懸吊式安裝在安裝平面10上，其還可以直接放置在地面上，此時，軸承13以下部分不轉(zhuǎn)動，軸承13以上部分轉(zhuǎn)動。而壓力傳感器11可安裝到軸承13與安裝環(huán)51接觸部分上，參見圖7。

所述的植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)種植藤蔓植物時，可以直接將藤蔓植物的跟放置在儲水腔53內(nèi)，莖穿過支撐管6和安裝部件7伸出植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)外即可；

所述的柱體2上的種植孔21還可以做成槽狀的種植槽22(參見圖8)。所述的種植22的適應(yīng)性要高于種植孔，能夠種植更多的植物；

所述的植物培養(yǎng)人工自動化設(shè)施系統(tǒng)還可以設(shè)置傳感器，所述的傳感器包括但不限于溫濕度傳感器、人近紅外傳感器、光線傳感器。

本發(fā)明還公開了上述柱體2的制造方式，所述的柱體2采用塑料等材料擠出成型時，在擠出過程中可趁其未冷卻成型時用模具往柱體2上直接穿孔或開槽等，然后用熨燙設(shè)備對上述孔或槽進行熨燙擴寬，這種方法能夠有效地避免傳統(tǒng)方法中用管再進行切割打孔的工序，不僅能夠節(jié)省工序提高生產(chǎn)效率，還能降低制造成本。

本發(fā)明通過組合實施緩流水培室、內(nèi)置式水引導(dǎo)線、保水層和硝化過濾層，能夠顯著延緩水泵單頻次供水后水分和營養(yǎng)在植物根系的作用時間，進而降低水泵單日的工作時間和延長其使用壽命，顯著地降低了供水能耗和設(shè)施成本，擴大了生態(tài)循環(huán)自動化系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的緩流水培室不但能夠為植物(特別是攀援類植物)提供固定種植位，因而可以廣泛適用于食根、食葉、掛果、攀援、莖生等多種作物與觀賞生物的生長；還能存儲一定量的水和營養(yǎng)，在水泵關(guān)閉的時間間隔，通過內(nèi)置式水引導(dǎo)線作用于硝化過濾層和保水層，進一步延長保水時間。

本發(fā)明的內(nèi)置式水引導(dǎo)線即可引導(dǎo)過量的水流下行，又可可靠地保證水滴能夠在水泵關(guān)閉的時間間隔持續(xù)下滴，通過選擇其直徑和材料，可以控制為上儲水容器或緩流水培室單次蓄水的時間，從而調(diào)節(jié)水泵單頻次開啟的時間間隔。相比于管路和噴頭系統(tǒng)，引導(dǎo)線可以避免堵塞的隱患。引導(dǎo)線采用內(nèi)置式，可以有效減少水分通過引導(dǎo)線的蒸發(fā)和耗散。

本發(fā)明的保水層可以在水泵關(guān)閉的時間間隔，有效保持植物根系適量的供水和營養(yǎng)。同時給予根系充分的空氣以進行呼吸。保水層還能因植物生長需要，為參雜其他保水介質(zhì)、營養(yǎng)成分或微生物著生提供著床基質(zhì)。同時因為保水層的重量輕，成本低，安裝容易，可以顯著減輕整體重量，擴大了其安裝使用范圍。

本發(fā)明的硝化過濾層既可以單獨在柱體上部實施，必要時也可以隔一定長度在柱體多級實施。硝化過濾層可以在水泵開啟時截留一部分水分，在水泵關(guān)閉期間持續(xù)供應(yīng)給保水層。同時因為水滴會因自身重量下滴，分段的實施有利于水分重量的分散和遲滯下落。硝化過濾層同時留有過水孔，方便導(dǎo)流管穿過和在上游來水過量時，過量水流的下行。硝化過濾層還能提供硝化細菌等微生物處理水中有機物的著生基質(zhì)，增加過水中的營養(yǎng)液成分。

本發(fā)明的轉(zhuǎn)動軸承可以為柱體轉(zhuǎn)動提供方便，便于安裝其他轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機和機構(gòu)，從而為其他補光和采收活動提供便利。

本發(fā)明的柱體，可以是PVC、陶瓷、金屬、有機玻璃及其他符合材料?？梢詾椴煌该骱桶胪腹獠牧稀．?dāng)需要對柱體內(nèi)植物根系發(fā)育、根系附著物等情況觀察和研究時，需要采用半透明材料。柱體生產(chǎn)加工方法包括但不限于切割和熱塑。

本發(fā)明的導(dǎo)流管為柱體式內(nèi)置安裝方式，可以有效阻隔外部熱量，延緩管路老化，減少維護成本。同時縮短了導(dǎo)流管的使用長度，節(jié)省硬件成本。

本發(fā)明的泵體和汽霧裝置可以根據(jù)使用條件、設(shè)備型號，安裝于柱體上部或下部，隨轉(zhuǎn)動柱體安裝或固定安裝于柱體的固定部分。對于某些通過葉片吸收營養(yǎng)的作物或者需要燈霧觀賞效果的場景，可以附加汽霧化裝置。汽霧化裝 置可以連入控制電路部分受控。

本發(fā)明的補光光纖可以通過LED補光燈附屬連接在控制電路上，從而根據(jù)需要開啟和關(guān)閉。對于某些光照不足或特殊應(yīng)用場合提供光照。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。