多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)的研制及性能*

陳禮斌 王承起 朱為民 王 虹**

（1.上海茵能節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰荆虾?奉賢201400；2.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室，上海 奉賢201403）

近年來，隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，許多居民利用家庭的陽臺、屋頂、庭院等種植一些花卉和蔬菜，既能修身養(yǎng)性、改善和美化環(huán)境，還能獲得綠色農(nóng)產(chǎn)品，可謂一舉多得[1]。但是，大部分家庭的平面種植面積非常有限，只有向空間發(fā)展才能滿足居民種菜養(yǎng)花的需求[2]。目前，市場上用于立體種菜養(yǎng)花的工具在產(chǎn)品開發(fā)及配套的管理技術(shù)等方面比較落后[3]。

我們針對市面上家庭陽臺立體種植產(chǎn)品存在的問題，研制出了一個多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，空間利用率高，單面型產(chǎn)品的種植面積可達占地面積的5倍左右，雙面型產(chǎn)品的種植面積可達占地面積的8～10倍，且受陽光照射均勻，特別適合家庭陽臺等場所種菜養(yǎng)花。

1 多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)種植模塊單元的設(shè)計

種植模塊單元是多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)的核心部件（種植模塊單元如圖1、圖2所示）。該系統(tǒng)采用盆體與盒體的組合結(jié)構(gòu)，盒體上部開口，底板設(shè)置中空的豎管，豎管通向底板之外，盒體正面設(shè)有鏤空處，并且鏤空處下沿向外斜上方延伸，鏤空處的形狀和大小與盆體配套，盆體可在鏤空處隨時取放，盆體底部朝下從盒體正面的鏤空處斜插入盒體，盒體鏤空處下沿向外斜上方延伸的承載部可以防止盆體掉落；盆體底部設(shè)有許多細孔，放入盒體后盆底的細孔位于盒體的底板與豎管頂口之間，儲存于盒體的底板與豎管頂口之間的水分可通過盆體的細孔進入盆體并為盆體內(nèi)的種植介質(zhì)及植物根系所吸收；水分從盆體的細孔進入盆體位于盆體的底下部，水分可通過介質(zhì)的毛細現(xiàn)象往盆體的上部提升，同時部分植物的根系也可以越過盆體的細孔從箱體的儲水層吸取水分。

2 多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)的運行原理

多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)的主要種植面采用立面體種植結(jié)構(gòu)，有單面型和雙面型，如圖3、圖4 所示。每個面均由斜插組合式自滲灌種植模塊單元拼接為立面體種植結(jié)構(gòu)，在模塊上方配置灌溉管，在每列模塊的上方至少配置1個出水頭，并采用頂部垂流層級遞進的方式為每列模塊單元盒體供水，并由每個單元的種植部（盆體及盆體內(nèi)的基質(zhì)和植物）從底部吸收水分及營養(yǎng)物質(zhì)，形成梯級自流式肥水一體化滲灌體系。種植部斜插于每個單元，取放非常方便，易種植換茬和管理。種植基質(zhì)可以采用營養(yǎng)土，也可采用顆粒小于3 mm 的珍珠巖、椰糠等材料，以利形成毛細現(xiàn)象。灌溉水肥時，介質(zhì)不會被沖刷，水肥被介質(zhì)和根系從底下部吸收，很好地解決了介質(zhì)中肥、水、氣三者的平衡關(guān)系，可促進植物生長發(fā)育。

圖1 種植模塊單元盒體和盆體的結(jié)構(gòu)圖

圖2 種植模塊單元的盆體種植植物后插入盒體的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 單面型種植架

圖4 雙面型種植架

該系統(tǒng)除了配置立面種植結(jié)構(gòu)外，還配置儲水和自動化循環(huán)供水系統(tǒng)。與斜插組合式自滲灌種植模塊組成的立面種植結(jié)構(gòu)構(gòu)成了肥水一體化自動灌溉系統(tǒng)。

3 種植模塊單元及多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)的制作、組裝和使用性能

種植模塊單元的盒體和盆體采用高溫下模具一次注塑成型，即共聚PP 全新優(yōu)質(zhì)料拌入抗紫外線、抗氧化輔料，通過注塑模具，在注塑機上注塑成型。其生產(chǎn)工藝流程如下：配料→混料→注塑→成型→檢驗入庫。

多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)加工組裝工藝流程：（1）將PVC 微發(fā)泡型材料或不銹鋼板加工制作成水箱，水箱長度與種植架長度一致，寬度一般30 cm 左右，高度為20～40 cm；（2）在水箱兩側(cè)固定PVC 扁平型立柱；（3）在側(cè)柱上固定PVC 頂板和背板（如雙面型種植架背板則為中間板）；（4）將種植模塊單元的盒體縱向和橫向?qū)R一層層固定于背板（或中間板）上，最上層盒體上設(shè)置灌溉管，灌溉管的出水頭與每一列種植模塊單元的盒體相對應(yīng)，最下層盒體靠近水箱，模塊盒體的橫向總距離與水箱的內(nèi)徑長度一致；（5）在水箱內(nèi)安裝12 V或24 V微型水泵，并將水泵的出水口通過輸水管與灌溉管相連接；（6）將微型水泵按其電壓與相應(yīng)的電源適配器連接，并將電源適配器與定時開關(guān)接通。

目前，種植模塊單元有多種規(guī)格，主要采用的規(guī)格為每套模塊單元含1 個盒體和2 個盆體，盒體長25 cm、寬6.3 cm、高16.7 cm，盆體口徑12 cm、底徑7 cm、高11 cm，每m2種植面積需24套模塊單元排列組合，可種植48盆植物。

多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)的規(guī)格尺寸可以按照使用要求組裝。為便于運輸和使用，長度一般控制在3 m以內(nèi)，寬度為30 cm左右，高度在2.5 m以內(nèi)。

該系統(tǒng)灌溉水肥時，操作便捷，可定時自動循環(huán)灌溉，灌溉水流不外溢、不滲漏，不會沖刷介質(zhì)，并由每個單元的種植部從底下部吸收水分及溶于水中的營養(yǎng)物質(zhì)，形成梯級自流式肥水一體化滲灌體系。每個模塊單元的種植部斜插于相應(yīng)的模塊單元中，取放方便，使用時，每30 d 往水箱注水1 次就可通過定時裝置自動實施灌溉。如需施肥，只需在水中加入相應(yīng)配比的水溶肥即可。經(jīng)應(yīng)用檢測，多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)可采用營養(yǎng)土、珍珠巖、椰糠等多種基質(zhì)進行生菜、青菜、香菜、香蔥、草莓及花卉等植物種植，植物生長發(fā)育良好，種植效果如圖5所示。

圖5 多層搭接自滲灌立面系統(tǒng)種植效果圖

4 小結(jié)

多層搭接自滲灌立面種植系統(tǒng)不僅空間利用率高，而且采用最先進的肥水一體化自動循環(huán)滲灌系統(tǒng)，使用和管理方便，可滿足城市居民在陽臺、露臺、屋頂和庭院等處的蔬果花草種植需要。產(chǎn)品已被許多單位和家庭使用，種植效果好，操作簡便，具有較高的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益，應(yīng)用前景廣闊。