吸水式無土栽培裝置的制作方法

專利名稱：吸水式無土栽培裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無土栽培裝置，特別是涉及一種基質培裝置。
背景技術：
無土栽培是不依賴土壤的種植和栽培方法，主要有營養液培、氣霧培和基質培。由于無土栽培創造了適宜農作物生長發育的營養、空氣及水分條件，所以，生長發育普遍優于有土栽培。近幾十年來，無土栽培得到飛速發展，目前，在歐美、日本等國已成為設施農業的主要栽培方式。伴隨著我國農業現代化進程，無土栽培得到廣泛應用，栽培面積也逐年擴大。從目前來看，營養液培和氣霧培需要復雜的設備條件和嚴格的營養液配比，技術要求高、操作難度大、成本高，目前應用得較少。而基質培比較接近于傳統農業的栽培方法，雖然需要基質，但不需要復雜的設備條件，礦物質營養元素放置方法靈活，營養液配比也較簡單，技術要求低、操作難度小，成本相對較低。所以，目前，基質培是無土栽培的主流，應用最廣泛,栽培面積也最大,約占無土栽培總面積的90%以上。在基質培中，槽式、袋式、盆式為主要栽培方式，滴灌、澆灌又是主要的灌溉方式。大部分基質培存在著營養液難以收回再利用，水肥利用率低，易引起土壤次生鹽潰化等缺點；另外，相對于土壤栽培，單位植株根系所占基質體積較小，水分緩沖能力差，需要頻繁澆水或營養液才能維持作物的正常生長。雖然出現了很多技術來改進基質培，例如申請號為CN90107804.2、公告號為CN1059819的中國發明專利《無土栽培裝置》所公開的一種無土栽培裝置，是通過能被水浸潤的纖維將容器中的營養液輸送到基質中，雖然從一定程度上能夠克服上述現有基質培的不足之處，但缺點是:使用植物纖維作為吸水和水分輸送介質，會被作物根系穿透和腐蝕，其自身在水環境中也會被微生物分解，需要經常更換，成本較高，而使用其它纖維材料也存在著類似的各種問題。現有的吸水式栽培裝置，如中國發明專利CN85200199《自動吸水花盆》、CN88217444.4《可調節自濕式花盆》等，雖然公開了植物吸水式栽培裝置，但是，只是針對有土栽培，沒有涉及到無土栽培，所采用的吸水和水分輸送介質也不是硬質吸水材料，而是軟質吸水材料。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的不足之處，提供一種吸水材料不會被植物根系穿透和腐蝕，也不易損壞，成本低廉且結構簡單的吸水式無土栽培裝置。上述目的是通過以下技術方案來實現的:—種吸水式無 土栽培裝置，由盛水容器、吸水材料組成，所述盛水容器中盛著水或營養液，所述吸水材料為硬質吸水材料，硬質吸水材料部分浸在水或營養液中，基質放置在硬質吸水材料上部。硬質吸水材料定乂為:具有固定形狀，并且這種固定形狀能夠在水和宮養液中長期保持，摩斯硬度值I級 8級，體積吸水率在2% 80%的親水性固體物質。
硬質吸水材料的特點是，親水性，含有較多的連續孔隙和毛細管。親水性是指帶有極性基團的分子，對水有較大的親和能力，可以吸引水分子，或溶解于水，這類分子形成的固體材料的表面，易被水所潤濕，這種特性就是物質的親水性，親水性是所有吸水材料必須具備的性質。較大的連續孔隙和毛細管具有較強的吸水性、滲透性和通氣性，吸水性是指材料在水中能吸收水分的性質，滲透性是指材料在不損壞介質構造情況下，能使流體通過的能力，通氣性是指外部空氣與材料內部空氣的交換能力；但爬升性和擴散性較弱，爬升性是指在水的張力作用下將水沿著材料提升到水面之上的垂直向上的運動能力，擴散性是指在水的張力作用下水在水面之上沿著材料水平方向的運動能力。較小的連續孔隙和毛細管具有較強的吸水性、爬升性和擴散性，但滲透性和通氣性較弱。一般硬質吸水材料體積吸水率越大，內部的連續孔隙和毛細管就相對越多；體積吸水率越小，內部的連續孔隙和毛細管就相對越少。如果體積吸水率在2%以下，內部含有的連續孔隙和毛細管太少，吸水性、爬升性、擴散性、滲透性和通氣性不良，就不屬于硬質吸水材料。如果體積吸水率在80%以上，內部含有的連續孔隙和毛細管過多，有可能具有良好的吸水性、爬升性、擴散性、滲透性和通氣性，但材料強度差，易破碎；如果沒有硬度或硬度太低，低于摩斯硬度值I級，就不能制作成固定形狀，即使制作成固定形狀，也容易變形或損壞；如果硬度太高，超過摩斯硬度值8級，這類材料稀少、價高、不易加工成型；如果不能在水和營養液中長期保持固定形狀，能夠被水溶解、破壞或被營養液腐蝕，這些都不屬于硬質吸水材料。一般較大的連續孔隙和毛細管與較小的連續孔隙和毛細管之間呈現負相關關系，因為較大的連續孔隙和毛細管會阻斷較小的連續孔隙和毛細管，使其不連續，并片段存在，減弱甚至失去其應有的作用。與此相對應，滲透性與通氣性之間呈現正相關關系，爬升性與擴散性之間也呈現正相關關系，但滲透性、通氣性與爬升性、擴散性之間卻呈現負相關關系。吸水性與滲透性、通氣性、爬升性和擴散性之間呈現正相關關系，反映了較大和較小連續孔隙和毛細管的總量。符合定義要求的硬質吸水材料只是具備了在吸水式無土栽培裝置中應用的基本條件，如果從材料性能、價格、結構、強度、重量、宜加工性等因素綜合考慮，實際上只有部分符合定義要求的硬質吸水材料能 夠應用在吸水式無土栽培裝置中。用于作物栽培理想的硬質吸水材料，應含有豐富的連續孔隙和毛細管，且較大的和較小的連續孔隙和毛細管比例合理，具備良好的吸水性、爬升性、擴散性、滲透性和通氣性。但受制于各種因素的影響，目前，難以找到十分理想、性能全面的用于作物栽培的硬質吸水材料。所以，可以根據作物種類、品種、栽培時期、栽培環境、吸水式無土栽培裝置類型，結合硬質吸水材料的吸水特性，選用適合的硬質吸水材料。與硬質吸水材料對應的是軟質吸水材料。軟質吸水材料是由顆粒狀物質、纖維狀細絲或某些含有連續孔隙和毛細管的軟質材料單獨或混合組成，沒有固定形狀，即使有固定形狀，也易損壞、易變形或不能在水和營養液中保持，整體不具有硬度或硬度很小，也具有親水性和連續孔隙及毛細管。連續孔隙和毛細管來自兩方面，一是顆粒狀物質或纖維狀細絲之間相互接觸，在接觸面及周邊，產生較小的連續孔隙和毛細管，在非接觸部分，存在著較大的連續孔隙和毛細管，使整個軟質吸水材料中的連續孔隙和毛細管也都相互連通，大部分軟質吸水材料都具有這種連續孔隙和毛細管；二是顆粒狀物質、纖維狀細絲或某些軟質材料內部也含有連續孔隙和毛細管，但不同軟質吸水材料之間存在較大差異。軟質吸水材料也具有吸水性、爬升性、擴散性、滲透性和通氣性。用于無土栽培的基質種類較多，由于大部分單一基質的理化性能不夠理想，現在使用得較少。將幾種理化性能不同的基質按一定比例混合后制作成配合基質，改善了基質的理化性能，目前使用得較多。無論是單一基質還是配合基質都屬于軟質吸水材料。基質放置在硬質吸水材料上部，由于基質質地柔軟，沒有固定形狀，基質的重量壓在硬質吸水材料上，其下部就與硬質吸水材料上部緊密接觸，硬質吸水材料和基質都含有較多的連續孔隙和毛細管，都具有吸水性、爬升性、擴散性、滲透性和通氣性，在接觸面上，兩者的連續孔隙和毛細管相互連通；硬質吸水材料部分浸在水或營養液中，吸收水或營養液，并向上傳遞，到達硬質吸水材料上部，再從硬質吸水材料上部通過接觸面上的連續孔隙和毛細管到達基質中；在這一過程中，水或營養液主要依靠吸水材料的爬升性，完成水或營養液從硬質吸水材料向上部基質的輸送過程。當然，只要兩種吸水材料的吸水性能和放置位置符合要求，滿足緊密接觸的條件，都可以完成水或營養液從一種吸水材料向上部的另一種吸水材料的輸送過程。如果硬質吸水材料上部是凹槽形結構，并且基質放置在硬質吸水材料上部凹槽內，硬質吸水材料浸在水或營養液中的部分較多，水或營養液液面高度超過凹槽底部的高度，那么，水或營養液就可以通過滲透性進入硬質吸水材料上部凹槽內，被基質吸收，這是水或營養液從硬質吸水材料輸送到基質的另一種方式；這種方式由于存在正向勢能，并且硬質吸水材料中的連續孔隙和毛細管無論大小均能傳輸，因此，對水或營養液的輸送速度比爬升性的輸送速度快得多。本發明還可以:
礦物質營養兀素放置方法如下:被溶于水中，成為營養液，置于盛水容器中；或被放置在硬質吸水材料中；或被均勻地置于基質中。不論那種放置方法，都能被水溶解和輸送，最終到達或位于基質中，被植物根系吸收利用。礦物質營養元素溶于水后成為營養液，由于營養液濃度較低，所以，營養液在硬質吸水材料及基質中的傳輸性質與水基本相同。在盛水容器上設置有水位刻度線或水位計。在硬質吸水材料、基質、所種作物、栽培季節等因素確定的情況下，在非漂浮吸水式無土栽培裝置中，可以建立水位與基質含水率的對應關系，根據所種作物不同生長發育時期和階段所要求的最佳基質含水率，從而建立所種作物不同生長發育時期和階段與適宜水位的對應關系，為進行科學規范的栽培管理提供條件。漂浮吸水式無土栽培裝置中的水位刻度線或水位計的作用是指示能夠漂浮的適宜水位范圍。根據各種硬質吸水材料及軟質吸水材料的特點，將兩種吸水材料組合起來構成組合體,位于組合體上部或位于組合體上部并延續到其它部分的是一種硬質吸水材料，另一種吸水材料位于組合體的其余部分,兩種吸水材料之間各自有一部分被緊密接觸,組合體能夠改善硬質吸水材料的性能。為了方便栽培，減輕勞動強度，一方面，利用在生產上普遍使用的栽培盤，另一方面，根據吸水式無土栽培裝置的特點，設計了一些結構和用途不同的栽培盤，并為這些栽培盤設計配套了相應的栽培裝置。這些栽培盤和相應的栽培裝置的共同特點是:根據栽培盤形狀制作硬質吸水材料，所述栽培盤上部敞口，下部設置有吸水孔。差別是:栽培盤、基質、硬質吸水材料之間的相對位置，一種相對位置是:栽培盤內由下至上分別放置硬質吸水材料和基質，位于盛水容器中；另一種相對位置是:栽培盤放置在硬質吸水材料上或盛水容器上，基質放置在硬質吸水材料上部和栽培盤內。不論栽培盤的相對位置如何，使用這些栽培盤，都能夠使基質與硬質吸水材料緊密接觸，相互連通連續孔隙和毛細管，可以完成水或營養液從硬質吸水材料到基質的輸送過程。為了實現盛水容器的封閉運行，在盛水容器上設置有管道接口，在管道接口上安裝管道，水或營養液從管道進入或流出盛水容器。為了實現向盛水容器中自動化供、排水或營養液，由儲液池、水泵、管道、電磁閥、水位傳感器、控制器及相關線路組成自動化供、排水或營養液系統；儲液池中盛著水或營養液，用管道順序聯接儲液池、水泵、電磁閥和盛水容器，盛水容器之間也用管道聯接在一起，水位傳感器安裝在盛水容器一側的管道上，水位傳感器、電磁閥、水泵分別通過相關線路聯接到控制器；控制器接收水位傳感器的水位信號，控制電磁閥和水泵的運行，使盛水容器中的水或營養液保持在設定的水位范圍內。為了實現水面漂浮栽培，由輕質材料或空心材料制作浮板，所述浮板承載硬質吸水材料、基質和所種作物，浮在水或營養液上，在浮板上設置有進水孔，使所承載的硬質吸水材料部分浸在水或營養液中。為了調節和改變浮力，由空心材料制作浮體，所述浮體內含有空腔，所述空腔上設置有通向外部的管道接口和管道口，在管道接口上安裝管道，壓力空氣從管道進入或流出空腔，管道口位于水或營養液中，水或營養液從管道口進入或流出空腔，改變空腔內的空氣壓力，就改變了空腔內水或營養液與空氣的比例，也就改變了浮力；浮體位于浮板的下方或周圍，所產生的浮力施加在浮板上。為了進一步實現浮體浮力的自動化控制，由空氣壓縮機、管道、電磁閥、壓力傳感器、控制器及相關線路組成自動化壓力空氣系統；用管道順序聯接空氣壓縮機、電磁閥和浮體，浮體之間也用管道聯接在一起，壓力傳感器安裝在浮體一側的管道上，壓力傳感器、電磁閥分別通過相關線路聯接到控制器；控制器接收壓力傳感器的壓力信號，控制電磁閥的運行；保持或改變浮 體空腔內的空氣壓力，進而保持或改變浮力，使基質含水率保持在需要的范圍內。與現有技術相比，本發明的有益效果是:硬質吸水材料來源廣泛，如自然界中風化的巖石、多孔的火山石等，人造材料中的燒結磚、輕質加氣磚、部分陶瓷和混凝土等。硬質吸水材料本身不會降解，具有整體硬度和能夠在水和營養液中長期保持的固定形狀，也不會被植物根系所穿透，具有來源范圍廣、成本低廉、使用壽命長等特點。與此相對應，軟質吸水材料，如:泥土、沙子、蛭石、泥炭、巖棉、海綿、各種配合基質和纖維等，雖然也具有吸水性、爬升性、擴散性、滲透性和通氣性，但不具有整體硬度，沒有固定形狀，即使有固定形狀，也易損壞、易變形或不能在水和營養液中保持，需要器具盛放或支撐，會被植物根系所穿透，有些容易被腐蝕，有些自身會降解，如果用作吸水式無土栽培的吸水和水分輸送介質，或受到很大限制，或成本過高，實際使用得很少。因此，作為吸水式無土栽培的吸水和水分輸送介質，硬質吸水材料明顯優于軟質吸水材料。由于本發明利用了硬質吸水材料的吸水和水分輸送特性，為作物提供水或營養液，減少了澆水或營養液的次數，水肥不會流失，簡化了灌溉設備，減輕了勞動強度，降低了成本，并擴展了基質培的應用范圍。


圖1是第一個實施例三維立體圖；圖2是第一個實施例各部分分解圖；圖3是第二個實施例三維立體圖；圖4是圖3的A-A剖視圖；圖5是圖3的B-B剖視圖；圖6是第三個實施例三維立體圖；圖7是第三個實施例各部分分解圖；圖8是圖6的C-C剖視圖；圖9是第四個實施例三維立體圖；圖10是第四個實施例各部分分解圖；圖11是第五個 實施例三維立體圖；圖12是第五個實施例各部分分解圖；圖13是圖11的D-D剖視圖；圖14是第六個實施例三維立體圖；圖15是第六個實施例各部分分解圖；圖16是圖14的E-E剖視圖；圖17是圖16中X處剖面放大圖；圖18是圖14的F-F剖視圖；圖19是第七個實施例三維立體圖；圖20是第七個實施例各部分分解圖；圖21是圖19的G-G剖視圖；圖22是圖21中Y處剖面放大圖；圖23是第八個實施例三維立體圖；圖24是第八個實施例各部分分解圖；圖25是圖23的H-H剖視圖；圖26是圖25中Z處剖面放大圖；圖27是第九個實施例自動化供、排水或營養液系統示意圖；圖28是第十個實施例三維立體圖；圖29是第十個實施例各部分分解圖；圖30是第i^一個實施例三維立體圖；圖31是第i^一個實施例各部分分解圖；圖32是圖30的1-1剖視圖；圖33是第十二個實施例自動化壓力空氣系統示意圖。其中，1-盛水容器，2-硬質吸水材料，3-基質，4-水位刻度線，5-水或營養液，6- 一種硬質吸水材料,7-另一種硬質吸水材料，8-網格狀空腔，9-排氣孔，10-另一種軟質吸水材料，11-透水封口，12-肥料孔，13-棒狀緩釋肥，14-栽培盤，15-吸水孔，16-管道接口，17-管道,18-水位計，19-水位計透明窗,20-水位計腔體,21-水位計進水孔,22-水位計排氣孔，23-水位計指針，24-吸水式無土栽培裝置，25-儲液池，26-水泵，27-電磁閥，28-水位傳感器，29-控制器，30-信號線，31-控制線，32-浮板，33-進水孔，34-浮體，35-管道口，36-封閉空腔，37-空腔，38-水壩，39-空氣壓縮機，40-壓力傳感器，41-水體，42-漂浮吸水式無土栽培裝置。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明:實施例1如圖1、2所示。在盛水容器I上設置有水位刻度線4，盛水容器I中盛著水或營養液5，液面高度一般在水位刻度線4范圍之內。硬質吸水材料2的底部是平面形，上部有一個四邊高，中間低的凹槽，硬質吸水材料2部分浸在水或營養液5中，基質3放置在硬質吸水材料2上部凹槽內，基質3的高度低于硬質吸水材料2邊緣的高度；由于硬質吸水材料2具有親水性并含有較多的連續孔隙和毛細管，具有吸水性、爬升性、擴散性、滲透性和通氣性，能夠吸收盛水容器I中的水或營養液5并向上傳遞，輸送到硬質吸水材料2上部；基質3屬于軟質吸水材料，同樣具有親水性并含有較多的連續孔隙和毛細管，也具吸水性、爬升性、擴散性、滲透性和通氣性，基質3與硬質吸水材料2上部接觸，相互連通接觸面上的連續孔隙和毛細管，將硬質吸水材料2上部的水或營養液吸收并繼續向上傳遞，遍布整個基質
3。礦物質營養兀素被溶于水中，成為營養液，在盛水容器I中，由硬質吸水材料2輸送到基質3 ;或被均勻地置于基質3中，吸水后溶解，都可以被作物吸收利用。作物栽植在基質3上，被基質3支撐，充分滿足了生長發育對水分、氧氣和礦物質營養的需求。水位管理方法如下:水位與基質3含水率的作用關系:水位是指從盛水容器I底到水或營養液5液面的垂直高度。基質3的含水率主要與水或營養液5液面到基質3的垂直距離有關，垂直距離越小，含水率就相對越高；垂直距離越大，含水率就相對越低。由于本實施例中盛水容器I底到基質3的垂直高度固定不變，那么，水位就與水或營養液5液面到基質3的垂直距離呈現反向關系，換算公式是:水位=盛水容器I底到基質3的垂直高度一水或營養液5液面到基質3的垂直距尚，作用關系為:水位越聞，基質3的含水率就相對越聞，反之，就相對越低。水或營養液5在盛水容器I中的水位存在周期性高低變化。即向盛水容器I中加水或營養液5至水位刻度線4的上限，基質3的含水率較高；隨著作物根系不斷吸收利用，加上基質3、硬質吸水材料2及水或營養液5自身蒸騰作用，盛水容器I中水或營養液5的水位逐漸下降；隨著水位下降，水或營養液5液面到基質3的垂直距離變大，由于地球的引力作用，水或營養液5沿著硬質吸水材料2爬升的阻力加大，因此，基質3的含水率變化是由高到低；當液面高度下降到水位刻度線4的下限時，基質3的含水率較低；此時，再次向盛水容器I中加水或營養液5至水位刻度線4的上限，基質3的含水率再次達到較高；就這樣周而復始地循環往復。只要將盛水容器I上的水位刻度線4的中心液面對應基質3處于所種作物生長發育需要的最佳含水率狀態，基 質3的含水率就可以圍繞著該種作物所需要的最佳含水率狀態上下浮動，在較干、較濕環境中交替往復，也符合作物干濕交替的自然生長規律。如果在盛水容器I中加入水或營養液5的量超過水位刻度線4所標注的常規水位的上限高度后，如果再超過硬質吸水材料2上部凹槽底部的高度，就到達非常規高水位(為了便于描述，防止混淆，在圖1 圖25中標注有水位的均是常規水位，沒有標注非常規水位。在實際生產上，可以按照不同顏色標注常規水位和非常規水位，以示區別。下同)，在水或營養液5與硬質吸水材料2上部凹槽之間就形成了壓力差。由于硬質吸水材料2具有滲透性，壓力差越大滲透性也就越強，水或營養液5通過滲透作用快速進入凹槽內，被基質3大量吸收，因此含水率較高，接近或處于飽和狀態，如果水量過多，多余的水或營養液5就會在凹槽底部形成積水。基質3的含水率接近或處于飽和狀態，符合某些場合的需要。例如:種子發芽時需要大量的水分，在播種后，提高水位，到達非常規高水位，基質3的含水率接近或處于飽和狀態；經過2天 4天，待種子發芽后，盛水容器I中的水或營養液5被種子吸收和經多種途徑蒸發后，隨著水位回落到凹槽底部高度以下，基質3轉為通過硬質吸水材料2的爬升性吸收水或營養液5 ;如果再回落到水位刻度線4的上限高度后，到達常規水位，就可以回歸正常的液面管理。再如:在夏秋季節，如果氣溫高、蒸發量大，會出現硬質吸水材料2對水或營養液5吸收和輸送的速度趕不上作物吸收和經多種途徑蒸發的速度，如果造成基質3缺水、干旱，會影響作物正常的生長發育；這時，就要提高水位，提高到超過硬質吸水材料2上部凹槽底部的高度，到達非常規高水位，利用硬質吸水材料2的滲透性，快速補水；在水位下降以后，回到常規水位，則回歸正常的水分輸送過程，相對慢速補水；當基質3含水率下降到所種作物容許的下限時，再次向盛水容器I中加入水或營養液5至非常規高水位；就這樣循環往復，快速補水和慢速補水交替進行，使基質3處于干濕交替的循環過程中。總之，水位刻度線4所指示的水位范圍屬于所種作物的常規水位，所種作物在常規水位條件下種植是相對安全的，但只是符合所種作物一般的栽培條件。當采用常規水位不能滿足種植需要的時候，可以靈活調節液面高度，采用非常規水位，來控制基質3的含水率，滿足栽培上的要求或所種作物對水或營養液5的需要。值得注意的是，大部分作物根系只能適應基質3的含水率短時間接近或處于飽和狀態，如果長時間接近或處于飽和狀態，就會因缺乏氧氣，作物根系新陳 代謝受阻，影響水和礦物質營養的吸收和根系的正常生長，嚴重的會造成慪根、腐爛。少數作物，如水稻等水生作物的根系，已高度適應水環境，如果在基質3上種植，其含水率就可以長時間處于飽和狀態，與此相對應的高水位就是屬于它的常規水位；還有少數作物耐旱性強，如沙漠植物等，如果在基質3上種植，其含水率就可以長時間處于較低水平，與此相對應的低水位就是屬于它的常規水位。但大部分作物根系的耐水、耐旱性能一般，在其生長發育過程中，根據需要，可以采用高于常規水位的非常規高水位或低于常規水位的非常規低水位，但在非常規水位條件下種植安全性較低，風險較大，所以，應用時應當注意避免風險，方法是:只能短時間使用，一般幾個小時以內是安全的；或采用非常規水位和常規水位按照安全的時間間隔交替進行。實施例2如圖3、4、5所示。硬質吸水材料是兩種吸水材料的組合體，即:位于組合體上部的是一種硬質吸水材料6，另一種硬質吸水材料7位于組合體的其余部分。硬質吸水材料6上部是凹槽形，其內放置基質3，下部與另一種硬質吸水材料7的上部通過澆筑等方式，相互嵌合在一起，組合成為一個整體；在嵌合部分中，兩種吸水材料之間被緊密接觸，在接觸面上的連續孔隙和毛細管相互連通。為了減輕另一種硬質吸水材料7的重量，在基本不影響吸水及水分輸送性能的前提下，內部結構是網格狀空腔8，排氣孔9的作用是當水位升高時，盡快排出網格狀空腔8內的空氣。組合的目的是根據不同吸水材料的特性，取長補短，例如:一些硬質吸水材料爬升性和擴散性相對差一些，但比重小，通氣性和滲透性好，易加工、搬運，如輕質加氣磚等；而另一些硬質吸水材料爬升性和擴散性較好，但比重大，通氣性和滲透性較差，不易加工、搬運，如燒結磚等。為了方便加工、栽培和改善性能，就可以將它們組合起來，組成一個組合體。位于組合體下部的另一種硬質吸水材料7，具有較好的吸水性、爬升性、擴散性，能夠將水或營養液輸5送到較高處，作用是吸收并向上輸送水或營養液5 ;位于組合體上部的一種硬質吸水材料6，爬升性和擴散性一般，但重量輕，吸水性、通氣性、滲透性好，作用是通過相互連通的連續孔隙和毛細管，吸收另一種硬質吸水材料7輸送的水或營養液5，并使其均勻分布，再向上輸送到基質3，同時改善基質3底部的通氣性和滲透性，滿足作物生長發育的要求。水或營養液吸收和輸送的具體過程、礦物質營養元素的放置方法和水位管理同實施例I。實施例3如圖6、7、8所示。硬質吸水材料是另一種兩種吸水材料的組合體，即:位于組合體上部并延續到其它部分的是一種硬質吸水材料6，另一種軟質吸水材料10位于組合體的其余部分。硬質吸水材料6上部是凹槽形，其內放置基質3，下部為空心圓柱形陣列，在空心圓柱形內部填充另一種軟質吸水材料10，在軟質吸水材料10下面設置有透水封口 11 ;透水封口 11的作用是:將軟質吸水材料10封閉在空心圓柱形內部，讓水或營養液5自由通過；兩種吸水材料組合成為一個整體，它們之間各自有一部分被緊密接觸，在接觸面上的連續孔隙和毛細管相互連通。組合的目的是根據不同吸水材料的吸水特性，取長補短，例如:一些硬質吸水材料爬升性和擴散性相對差一些，但比重小，通氣性和滲透性好，易加工、搬運，如輕質加氣磚等；而另一些軟質吸水材料爬升性和擴散性較好，但比重大，需要器具盛放或支撐，如細沙等。為方便加工、栽培和提高性能，就可以將它們組合起來，組成一個組合體。位于組合體內部的另一種軟質吸水`材料10，具有較好的吸水性、爬升性、擴散性，能夠將水或營養液5輸送到較高處，作用是通過透水封口 11，吸收并向上輸送水或營養液5 ;組合體主體部分是一種硬質吸水材料6，爬升性和擴散性一般，但重量輕，吸水性、通氣性、滲透性好，作用是通過相互連通的連續孔隙和毛細管，吸收軟質吸水材料10輸送的水或營養液5，并使其均勻分布，再向上輸送到基質3，同時改善基質3底部的通氣性和滲透性，滿足作物生長發育的要求。礦物質營養元素除了被溶于水中，成為營養液，由硬質吸水材料輸送到基質3，或被均勻地置于基質3中，基質3吸水后溶解，供作物吸收利用外，還可以放置在硬質吸水材料中。在硬質吸水材料6上設置前后貫通的肥料孔12，棒狀緩釋肥13的直徑小于肥料孔12的直徑，長度與肥料孔12的長度相同或略短，可以將棒狀緩釋肥13放入肥料孔12中。如果此時在盛水容器I中盛著水，且水位高度在水位刻度線4范圍以內，隨著水通過吸水材料10、6，在吸水并向上輸送過程中，棒狀緩釋肥13遇水后緩慢溶解，并釋放出礦物質營養元素，溶于水中，變成營養液，再向上輸送到基質3，供作物吸收利用。
所有采用硬質吸水材料作為吸水和水分輸送介質的吸水式無土栽培裝置，只要在硬質吸水材料的適當位置設置肥料孔，就可以將肥料放置其中，達到施肥的目的。此外，肥料孔12還可以作為通氣孔，進一步改善了硬質吸水材料上部的通氣性，增加基質3底部的氧氣含量。水或營養液吸收和輸送的具體過程、礦 物質營養元素的其它放置方法和水位管理同實施例1。實施例4如圖9、10所示。根據栽培盤14形狀制作硬質吸水材料2，栽培盤14 一般由塑料制作，內部形狀為長方形，上部敞口，下部設置有吸水孔15，硬質吸水材料2也被制作成長方形，形狀和大小以剛好放入栽培盤14內為準；栽培盤14內由下至上分別放置硬質吸水材料2和基質3，位于盛水容器I中，硬質吸水材料2部分浸在水或營養液5中。制作栽培盤14的目的:一是保護硬質吸水材料2，二是為了放置基質3，三是方便搬運和操作。如果在使用過程中，水位超過硬質吸水材料2的上部平面，水或營養液5就直接與基質3接觸，基質3直接將水或營養液5吸收并向上傳遞，遍布整個基質3，此時的基質3含水率較高，接近或處于飽和狀態，其作用與實施例1相同，不再贅述。水或營養液吸收和輸送的具體過程、礦物質營養元素的放置方法和水位管理同實施例I。實施例5如圖11、12、13所示。根據栽培盤14形狀制作硬質吸水材料2，栽培盤14上排列著孔穴陣列，上部敞口，孔穴下部設置吸水孔15，硬質吸水材料2上部排列著圓柱形陣列，圓柱形陣列的每個圓柱形的位置均與吸水孔15的位置一一對應，圓柱形直徑比吸水孔15直徑小5% 30%，栽培盤14放置在硬質吸水材料2上部陣列對應處，硬質吸水材料2上部圓柱形陣列穿過吸水孔15伸入到栽培盤14內，基質3放置在硬質吸水材料2上部和栽培盤14孔穴內。伸入到栽培盤14內的圓柱形的高度約為基質3深度的1/2，作用是使硬質吸水材料2與基質3具有較大的接觸面積，連通更多的連續孔隙和毛細管。硬質吸水材料2下部是縱橫溝槽形，其作用是在水或營養液吸收和輸送性能基本不變的情況下減少體積，減少自重，使盛水容器I中可以盛放更多的水或營養液5。這里的栽培盤14是生產上常用的穴盤形狀結構，可以很方便地在硬質吸水材料2上放置或取下，適用于穴盤基質育苗。如果在使用過程中，水位超過栽培盤14的底部，水或營養液5就直接與基質3接觸，基質3直接將水或營養液5吸收并向上傳遞，遍布整個基質3，此時的基質3含水率較高，接近或處于飽和狀態，其作用與實施例1相同，不再贅述。水或營養液吸收和輸送的具體過程、礦物質營養元素的放置方法和水位管理同實施例I。實施例6如圖14、15、16、17、18所示。根據栽培盤14形狀制作硬質吸水材料2，栽培盤14上部敞口，下部為平底，設置有吸水孔15陣列；硬質吸水材料2為帶圓盤的圓柱體，陣列形排列，與吸水孔15的陣列位置對應；硬質吸水材料2圓盤以下圓柱體的直徑比吸水孔15的直徑小0% 20% ;硬質吸水材料2下部，也就是圓盤以下的圓柱體，穿過吸水孔15，位于吸水孔中及以下；硬質吸水材料2上部，也就是圓盤及圓盤以上的圓柱體，卡在吸水孔15之上，位于栽培盤14內；栽培盤14放置在盛水容器I上，栽培盤14上部邊緣是倒槽形結構，槽內側支撐在盛水容器I的上部邊緣，兩者之間形狀吻合；基質3放置在硬質吸水材料2上部和栽培盤14內。硬質吸水材料2上部的高度一般為基質3深度的1/2，這一高度可以根據需要增加或減少，其作用是使硬質吸水材料2與基質3具有較大的接觸面積，連通更多的連續孔隙和毛細管；硬質吸水材料2下部，伸出的最低位置接近盛水容器I的底部。在盛水容器I上設置水位計18，由水位計透明窗19、水位計腔體20、水位計進水孔21、水計排氣孔22、水位計指針23、水位刻度線4組成。原理是:盛水容器I中的水或營養液5從水位計進水孔21進入到水位計腔體20，多余空氣從水位計排氣孔22排出，水位計腔體20內的水位與盛水容器I中的水位保持一致,水位計指針23比重小于水，浮在水面之上，朝外的一面被涂成醒目的顏色，在水位計腔體20與外界之間設置有水位計透明窗19，在水位計透明窗19上標注有水位刻度線4，隨著盛水容器I中的水位升高或降低，水位計指針23隨之升高或降低，水位計指針23通過水位計透明窗19反映到水位刻度線4上，指示水位。盛水容器I上設置有管道接口 16，位置一般在盛水容器I側壁的下部，在管道接口16上安裝管道17，水或營養液5從管道17進入或流出盛水容器I。當吸水式無土栽培裝置放置在露天環境下栽培作物，如遇雨水過多，進入到栽培盤內的雨水，除部分被基質3、硬質吸水材料2吸收外，未能被吸收的雨水，一方面依靠硬質吸水材料2的滲透性，進入盛水容器I中；另一方面會沿著硬質吸水材料2與栽培盤14之間的縫隙，通過吸水孔15，向下流入盛水容器I中。如果造成盛水容器I中水或營養液5的水位過高，超過栽培上的需要，就要通過管道17排掉多余的水或營養液5，使水位回歸正常狀態，還可以將被排掉的水或營養液5用容器收集起來，以備需要的時候使用。由于栽培盤14上部邊緣是倒槽形結構，槽內側支撐在盛水容器I的上部邊緣，兩者之間形狀吻合；在盛水容器I上設置水位計18 ;盛水容器I上設置有管道接口 16，并安裝管道17，水或營養液5從管道17進入或流出盛水容器1，這樣，吸水式無土栽培裝置內部就實現了全封閉，可以有效地防止蚊蟲滋生和外部雜質、灰塵進入。如果盛水容器I和栽培盤14采用不透光材料制作，就可以最大限度地減少水或營養液5的蒸發，保證盛水容器I中的水或營養液5清潔、干凈、少流失。本實施例所述的栽培裝置實用價值較大。由于本實施例將硬質吸水材料2制作成帶圓盤的圓柱形，其上部伸入到基質3中，通過加大接觸面積、提高接觸深度，有效提高了水或營養液5從硬質吸水材料2向基質3傳遞的速度和均勻性，使栽培盤14內可以放置較厚的基質，適宜生長周期較長、根系粗壯的農作物栽培，例如:番茄栽培、葡萄栽培等等。水或營養液吸收和輸送的具體過程、礦物質營養元素的放置方法和水位管理同實施例I。實施例7如圖19、20、21、22所示。根據栽培盤14形狀制作硬質吸水材料2，栽培盤14上排列著孔穴陣列，上部敞口，硬質吸水材料2上部排列著與栽培盤14形狀、大小相吻合的孔穴陣列，栽培盤14放置在硬質吸水材料2上部陣列對應處，緊貼著硬質吸水材料2，栽培盤14在接觸到硬質吸水材料2的 部分設置有網格狀排列的吸水孔15，基質3放置在硬質吸水材料2上部和栽培盤14孔穴內，基質3通過吸水孔15與硬質吸水材料2接觸，在接觸面上，相互連通連續孔隙和毛細管。硬質吸水材料2下部是縱橫溝槽形，作用與實施例5相同，不再贅述。這里的栽培盤14是生產上常用的穴盤形狀結構，可以很方便地在硬質吸水材料2上放置或取下，適用
于穴盤基質育苗。水或營養液吸收和輸送的具體過程、礦物質營養元素的放置方法和水位管理同實施例I。實施例8如圖23、24、25、26所示。根據栽培盤14形狀制作硬質吸水材料2，栽培盤14上部敞口，底為平面形，硬質吸水材料2上部也制作成平面形，栽培盤14放置在硬質吸水材料2上，栽培盤14底部緊貼著硬質吸水材料2上部平面，在接觸到硬質吸水材料2的部分設置有網格狀排列的吸水孔15，基質3放置在硬質吸水材料2上部和栽培盤14內，基質3通過吸水孔15與硬質吸水材料2接觸，在接觸面上，相互連通連續孔隙和毛細管。硬質吸水材料2下部是縱橫溝槽形，作用與實施例5相同，不再贅述。這里的栽培盤14是生產上常用的育苗盤形狀結構，可以很方便地在硬質吸水材料2上放置或取下，適用于飼草、葉菜類、芽苗菜栽培和基質育苗等。水或營養液吸收和輸送的具體過程、礦物質營養元素的放置方法和水位管理同實施例I。實施例9如圖27所示 ，為一種吸水式無土栽培裝置的自動化供、排水或營養液系統。采用了實施例6的吸水式無土栽培裝置，所不同的是，用水位傳感器28取代了水位計。由儲液池25、水泵26、管道17、電磁閥27、水位傳感器28、控制器29及相關線路組成自動化供、排水或營養液系統；儲液池25中盛著水或營養液5，用管道17順序聯接儲液池25、水泵26、電磁閥27和吸水式無土栽培裝置24的盛水容器，盛水容器之間也用管道17聯接在一起，一般幾十個盛水容器聯接成為一組；水位傳感器28安裝在盛水容器一側的管道17上；信號線30和控制線31組成相關線路，水位傳感器28通過信號線30、電磁閥27和水泵26通過控制線31分別聯接到控制器29 ;控制器29接受水位傳感器28的水位信號，控制電磁閥27和水泵26的運行。盛水容器之間用管道17聯接在一起，一般幾十個盛水容器聯接成為一組，多組或許多組還能繼續聯接到栽培系統中。控制器29 —般由計算機及內部控制程序和相關電路組成，既能夠對栽培系統中的一組盛水容器實施控制，又可以對多組或許多組盛水容器實施多路分時控制。計算機多路分時控制為已有技術，不再贅述。水泵26為雙向型，正向運轉為供水，反向運轉為排水。以控制器29對栽培系統中的一組盛水容器實施控制為例，自動化供、排水或營養液系統的運行過程如下:首先假設:吸水式無土栽培裝置24中種植了農作物，盛水容器中水或營養液5液面處于所設定的供水下限水位值或供水下限水位值以下，儲液池25中的水或營養液5充足，控制器29的控制程序已設定完畢，系統已通電，整個系統正常運行。
安裝在盛水容器一側管道17上的水位傳感器28，由于有管道17與盛水容器直接聯接，所以與盛水容器中的水位始終保持一致；水位傳感器28時刻探測水位的變化，將探測到的水位信號通過信號線30傳送到控制器29，控制器29將接收到的水位信號經過處理，變成水位值，與人們預先設定在控制器29程序中的水位值進行比較；經過比較，水位值低于或等于程序設定的供水下限水位值，啟動供水的條件成立，控制器29啟動供水程序，分別通過控制線31控制水泵26正向運轉，同時打開電磁閥27 ;水泵26通過管道17吸取儲液池25中的水或營養液5，使水或營養液5產生壓力，迫使其在管道17中流動，經過已開啟的電磁閥27、管道17進入盛水容器中，盛水容器中的水位快速上升；水位傳感器28不斷地將探測到的水位變化通過信號線30傳送到控制器29，控制器29將接收到的水位信號經過處理，變成水位值，不斷與人們預先設定在控制器29程序中的供水上限水位值進行比較，當水位上升到程序設定的供水上限水位值時，停止供水的條件成立，控制器29終止供水程序，分別通過控制線31關閉水泵26和電磁閥27 ;隨著水或營養液5被所種作物吸收利用和經其它途徑蒸發后，盛水容器中水或營養液5液面逐漸下降，經過一段時間后，當水位傳感器28探測到水位下降到程序設定的供水下限水位值時，啟動供水的條件成立，再次啟動供水程序；就這樣周而復始地循環往復。當吸水式無土栽培裝置24放置在露天環境下栽培作物，如遇雨水過多，造成盛水容器中水或營養液5的水位過高，超過栽培上的需要，必須排除多余的水或營養液5，使水位回歸正常狀態，并將這些水或營養液5通過管道17回收到儲液池25中。排水的運行過程為:當盛水容器中的水位，隨著降雨過程上升到程序設定的供水上限水位值以后，此時供水程序肯定處于終止狀態；如果水位繼續上升，當水位傳感器28探測到水位上升到程序設定的排水上限水位值時，啟動排水的條件成立，控制器29啟動排水程序，分別通過控制線31控制水泵26反向運轉，同時打開電磁閥27 ;水泵26通過已開啟的電磁閥27、管道17吸 取盛水容器中的水或營養液5，迫使其經過水泵26從管道17流入儲液池25中，盛水容器中的水位快速下降；經過一段時間以后，當水位下降到程序設定的供水上、下限水位值之間，接近下限水位值，且肯定不會啟動供水程序的某個位置，這個位置就是程序設定的排水下限水位值，當這個排水下限水位值被水位傳感器28探測到，停止排水的條件成立，控制器29終止排水程序，分別通過控制線31關閉水泵26和電磁閥27 ;如果此后降雨過程還未結束，盛水容器中的水位 又開始重新上升，當水位傳感器28探測到水位上升到程序設定的排水上限水位值時，啟動排水的條件成立，控制器29再次啟動排水程序；就這樣周而復始地循環往復，直到降雨過程結束。排水的上、下限水位值一般比供水的上、下限水位值高出一個安全的、較小的幅度，目的是保證供、排水程序運行部分不重疊、不會被誤啟動，并使水位保持在合理范圍內。通過對供、排水或營養液5的自動化控制，使盛水容器中的水或營養液5保持在設定的水位范圍內。水位管理與實施例1原理相同，方法類似，所不同的是，盛水容器I中的水位由人工控制改為由自動化供、排水或營養液系統進行自動控制。這種吸水式無土栽培裝置的自動化供、排水或營養液系統，適用于規模化無土栽培、城市樓頂綠化等場合，設備投入及運行成本雖然相對較高，但可以比較準確地控制基質含水率，既可以實施供水，又可以排水，并收集雨水，實現自動化科學管理。
實施例10如圖28、29所示。硬質吸水材料2的上部有一個四邊高，中間低的凹槽，在凹槽下部排列著長條形小凹槽，在硬質吸水材料2上部凹槽里面放置基質3，在基質3上種植作物；由輕質材料或空心材料制作浮板32，輕質材料一般為硬質泡沫塑料，空心材料一般為塑料空心體；根據硬質吸水材料2的外形制作浮板32上部的凹槽，凹槽的底部設置有進水孔33，進水孔33穿過浮板32 ;硬質吸水材料2、基質3連同所種作物放置在浮板32上部的凹槽中，硬質吸水材料2的底面緊貼著浮板32上凹槽的底面；盛水容器I中盛著水或營養液5，浮板32承載硬質吸水材料2、基質3和所種作物，浮在水或營養液5上，水或營養液5從進水孔33進入到浮板32的上部凹槽內；浮板32的浮力大小應控制在既能使硬質吸水材料2始終部分浸在水或營養液5中，又不能在硬質吸水材料2上部凹槽內產生積水。硬質吸水材料2上部凹槽內的下部排列的長條形小凹槽的作用:一是減少根墊產生，二是增加硬質吸水材料2與基質3之間的接觸面積，提聞基質吸水速度。水或營養液吸收和輸送的具體過程和礦物質營養元素的放置方法同實施例1。和實施例1-9比較，本實施例特殊性在于，吸水式無土栽培裝置漂浮在水或營養液5上栽培，水或營養液5液面到基質3的垂直距離的變化方式也有所不同。作物在基質3上種植后，隨著作物的生長，作物重量隨之增加，增加的重量使浮板32連同硬質吸水材料2和基質3以及所種作物一起下沉，作物重量增加越多，下沉越嚴重，水或營養液5液面到基質3的垂直距離由大變小，基質3的含水率呈現前低后高的狀態。通過浮力一水或營養液5液面到基質3的垂直距離一基質含水率的作用關系，只要將浮板32的浮力調整到對應基質3處于所種作物生長發育中期所需要的最佳含水率狀態即可，這樣在生長發育前期，基質3含水率偏低，生長發育中后期，基質3含水率偏高，也符合作物生長前期需水或營養液較少，生長中后期需水或營養液較多的實際需要。水位管理方法如下:向盛水容器I中加水或營養液5，并保持在水位刻度線4上、下限范圍內即可，水位的下限位置必須保證浮板32連同硬質吸水材料2和基質3以及所種作物始終浮在水或營養液5上。必須注意:由于本實施例所述的吸水式無土栽培裝置是漂浮在水或營養液5上栽培，盛水容器I底到基質3的垂直高度是不確定的，水位與水或營養液5液面到基質3的垂直距離就不存在反向關系，那么，水位在水位刻度線范圍內與基質3的含水率也就不存在任何關系。水位管理的目的，只是使浮板32連同硬質吸水材料2和基質3以及所種作物始終浮在水或營養液5上。如果需要調整基質3的含水率，可以采用制造波浪的方法，波浪會沿著進水孔33傳導至浮板32上部凹槽及放置在凹槽中的硬質吸水材料2，波浪越高，浪頂與基質3的垂直距離就越小，基質3含水率就越高，反之，就越低，如果沒有波浪則最低。這種方法，只能提高基質3含水率，不能降低，特別適用于生長前期和中期。可以采用電動機減速后帶動擺錘轉動擊打水面的方法制造波浪。如果將自然界中的水庫、湖泊、江河等水體作為盛水容器I，如果這些水體容量大，深度深，就可以免除向盛水容器I中加水或營養液5，以及使液面保持在水位刻度線4上、下限范圍之內的栽培管理過程，同時可以集中放置數量較多的漂浮吸水式無土栽培裝置。這種漂浮吸水式無土栽培裝置，適宜生長期較短、生物體重量較輕的葉菜類、芽苗菜等的栽培以及基質育苗等。適用于從小型到中、大型的水體條件，如:池塘、水庫、湖泊、江河等，在這種環境條件下栽培，可以根據自然水體的養分狀況，在基質中均勻施入所需種類和數量的礦物質營養元素，可以充分利用水面，實現立體種植和養殖，節省土地資源，治理水體富營養化污染。實施例11如圖30、31、32所示。根據栽培盤14形狀制作硬質吸水材料2，栽培盤14上部敞口，底為平面形，硬質吸水材料2的上部和下部也都制作成平面形，分別與栽培盤14底部和浮板32上的凹槽底部的平面形在形狀、大小上一致；由空心材料制作浮板32，其內部是封閉空腔36 ;根據硬質吸水材料2和栽培盤14的外形制作浮板32上部的凹槽，凹槽的底部設置有進水孔33，硬質吸水材料2放置在浮板32上部凹槽內，硬質吸水材料2的底面緊貼著浮板32上的凹槽底面；栽培盤14放置在硬質吸水材料2上，栽培盤14底部緊貼著硬質吸水材料2上部平面，在接觸到硬質吸水材料2的部分設置有網格狀排列的吸水孔15 ;基質3放置在硬質吸水材料2上部和栽培盤14內，基質3通過吸水孔15與硬質吸水材料2接觸，在接觸面上，相互連通連續孔隙和毛細管；在基質3上種植作物。由空心材料制作浮體34，位于浮板32的下方，兩者固定在一起，成為一個整體；浮體34內含有空腔37，在空腔37上設置有通向外部的管道接口 16和管道口 35，除管道接口 16和管道口 35以外，其余部分處于封閉狀態；設置在空腔37頂部的管道接口 16，穿過浮板32，并位于其上，在管道接口 16上安裝管道17，壓力空氣從管道17進入或流出空腔37 ;設置在空腔37底部的管道口 35位于水或營養液5中，水或營養液5從管道口 35進入或流出空腔37。進水孔33穿越浮體34和浮板32，能夠使水或營養液5從進水孔33進入到浮板32上部凹槽內，使硬質吸水材料2部分浸在水或營養液5中。水或營養液吸收和輸送的具體過程和礦物質營養兀素的放置方法同實施例1。水位管理方法如下:向盛水容器I中加水或營養液5，并保持在水位刻度線4上、下限范圍內即可，水位的下限位置必須保證浮體34、浮板32連同硬質吸水材料2和基質3以及所種作物始終漂浮在水或營養液5上。由浮板32提供基本浮力，浮體34提供可變浮力。由于浮體34位于浮板32的下方，兩者固定在一起，成為一個整體，所以浮體34所產生的浮力就施加在浮板32上。如果浮體位于浮板的周圍，只要使浮體所產生的浮力均衡地施加在浮板上即可，方法較多，也容易做到，不再贅述。浮體34改變浮力的原理如下:如果降低浮體34空腔37內的空氣壓力，空腔37內的壓力空氣從管道17流出，形成外高內低的壓力差，水或營養液5就從管道口 35進入空腔37內，使空腔37內水或營養液5比例增加，空氣比例下降，浮力降低；反之，浮力增加。改變基質含水率的原理如下:通過調節空氣壓力，改變了浮體34的浮力，浮體34的浮力施加在浮板32上，浮板32受到浮體34向上的托舉力隨之改變，也就改變了水或營養液5液面到基質3的垂直距離，引起基質3含水率的變化。壓力空氣管理方法如下:根據作物生長發育需要，通過壓力空氣一浮體的浮力一浮板受到的托舉力一水或營養液5液面到基質3的垂直距離一基質含水率的控制過程，將空氣壓力設定在對應基質3處于所種作物生長發育所需要的最佳含水率狀態。另外，使基質3的含水率處于飽和狀態或較低 水平的方法及應用與實施例1類似，不再贅述。
這種漂浮吸水式無土栽培裝置，可以比較準確地控制基質含水率，適宜栽培條件要求較高、生長期較長、生物體較重的農作物栽培。實施例12如圖33所示，為一種浮體的自動化壓力空氣系統。采用了施例11的浮體及漂浮吸水式無土栽培裝置。由水壩38攔蓄形成水體41，水壩38就相當于盛水容器，水體41就相當于水或營養液，漂浮吸水式無土栽培裝置42漂浮在水體41上。由空氣壓縮機39、管道17、電磁閥27、壓力傳感器40、控制器29及相關線路組成自動化壓力空氣系統；用管道17順序聯接空氣壓縮機39、電磁閥27和與漂浮吸水式無土栽培裝置42固定在一起的浮體，浮體之間也用管道17聯接在一起，一般幾十個浮體聯接成為一組；壓力傳感器40安裝在浮體一側的管道上17上，信號線30和控制線31組成相關線路，壓力傳感器40通過信號線30、電磁閥27通過控制線31分別聯接到控制器29 ;控制器29接收壓力傳感器40的壓力信號，控制電磁閥27的運行，保持或改變浮體空腔內的空氣壓力。浮體之間用管道17聯接在一起，一般幾十個浮體聯接成為一組，多組或許多組還能繼續聯接到栽培系統中。控制器29 —般由計算機及內部控制程序和相關電路組成，既能夠對栽培系統中的一組浮體實施控制，又可以對多組或許多組浮體實施多路分時控制。計算機多路分時控制為已有技術，不再贅述。一般在組內，所種作物的品種、種類、栽培時期和栽培方法、無土栽培裝置42的材料、尺寸和規格、使用礦物質營養元素的種類、數量和放置方法、基質的種類及放置厚度等都應相同，并將組內無土栽培裝置42在相同的高度，相互之間及四周進行機械連接，經機械連接后的整體形狀以正方形或長方形為好。目的是，如果出現諸如所種作物生長速度不一致、無土栽培裝置42的重心出現偏差、遇到風浪等問題的時候，在組內無土栽培裝置42之間通過機械連接，相互牽制的作用下，使漂浮狀態趨于一致，可以有效地克服由于重量和浮力不均勻帶來的各種·問題。空氣壓縮機39為自動運行，即:開啟后，處于壓力下限開始運行，到達壓力上限停止運行，循環往復。一般情況下，管道17、管道接口及其它相關部分，由于傳輸距離遠，分布范圍廣，不可能做到百分之百密封，總有空氣泄漏。所以，通過控制電磁閥27的打開和關閉，不斷地補充壓力空氣，以設定的壓力值為中心，上下浮動，可以使空氣壓力保持在設定范圍內。如果要改變空氣壓力，相對應地，電磁閥27的打開時間較長，關閉時間較短，就增加空氣壓力；反之，就降低空氣壓力。壓力空氣管理方法如下:根據作物生長發育需要，通過壓力空氣一浮體的浮力一浮板受到的托舉力一水體41液面到基質的垂直距離一基質含水率的控制過程，將空氣壓力設定在對應基質處于所種作物生長發育所需要的最佳含水率為中心，上下浮動。另外，使基質的含水率處于飽和狀態或較低水平的方法及應用與實施例1類似，不再贅述。以控制器29對栽培系統中的一組浮體實施控制為例，自動化壓力空氣系統的運行過程如下:首先假設:漂浮吸水式無土栽培裝置42中種植了農作物，水體41的水深滿足漂浮吸水式無土栽培裝置42、浮體和所種作物的要求，管道17、管道接口及其它相關部分存在輕微泄露，漂浮吸水式無土栽培裝置42漂浮在水體41上，漂浮狀態是水體41的水面與基質的垂直距離等于或低于設定的下限，與此相對應，浮體空腔內的空氣壓力等于或低于程序中設定的增壓下限壓力值，控制器29的控制程序已設定完畢，系統已通電，空氣壓縮機39已開啟，整個系統正常運行。空氣壓縮機39運轉產生壓力空氣，壓力空氣通過管道17到達電磁閥27 ;安裝在浮體一側管道17上的壓力傳感器40，由于有管道17與浮體空腔直接聯接，所以兩者空氣壓力相同；壓力傳感器40時刻探測空氣壓力的變化，將探測到的壓力信號通過信號線30傳送到控制器29，控制器29將接收到的壓力信號經過處理，變成壓力值，與人們預先設定在程序中的壓力值進行比較；經過比較，壓力值等于或低于程序中設定的增壓下限壓力值，啟動增壓的條件成立，控制器29啟動增壓程序，通過控制線31打開電磁閥27，壓力空氣經電磁閥27、管道17進入浮體的空腔內，使空腔內的壓力快速上升；壓力傳感器40不斷地將探測到的空氣壓力的變化通過信號線30傳送到控制器29，控制器29將接收到的壓力信號經過處理，變成壓力值，不斷與人們預先設定在程序中的增壓上限壓力值進行比較，當壓力上升到程序設定的增壓上限壓力值時，停止增壓的條件成立，控制器29終止增壓程序，通過控制線31關閉電磁閥27 ;隨著壓力空氣在管道17、管道接口及其它相關部分的不斷泄露，浮體空腔內空氣壓力逐漸下降，經過一段時間后，當壓力傳感器40探測到浮體空腔內的空氣壓力下降到程序設定的增壓下限值壓力時，啟動增壓的條件成立，控制器29再次啟動增壓程序；就這樣周而復始地循環往復。隨著種植在漂浮吸水式無土栽培裝置42上農作物的不斷生長，通過定期提高控制程序中的增壓上、下限壓力值，增加的浮力與農作物所增加的重量相互抵消，使水體41液面到基質的垂直距離保持基本穩定。通過對壓力空氣的自動化控制，使漂浮吸水式無土栽培裝置42中的基質含水率保持在需要的范圍內。這種浮體的自動化壓力空氣系統適用于規模化水面無土栽培場合，雖然設備投入及運行成本相對較高， 但可以比較準確地控制基質含水率，實現自動化科學管理。
權利要求
1.一種吸水式無土栽培裝置，由盛水容器、吸水材料組成，其特征在于，所述盛水容器中盛著水或營養液，所述吸水材料為硬質吸水材料，硬質吸水材料部分浸在水或營養液中，基質放置在硬質吸水材料上部。
2.根據權利要求I所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，礦物質營養元素被溶于水中，或被放置在硬質吸水材料中，或被均勻地置于基質中。
3.根據權利要求I或2所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，在盛水容器上設置有水位刻度線或水位計。
4.根據權利要求I或2所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，所述硬質吸水材料是兩種吸水材料的組合體，位于組合體上部或位于組合體上部并延續到其它部分的是一種硬質吸水材料,另一種吸水材料位于組合體的其余部分,兩種吸水材料之間各自有一部分被緊密接觸。
5.根據權利要求I或2所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，根據栽培盤形狀制作硬質吸水材料，所述栽培盤上部敞口，下部設置有吸水孔，其內由下至上分別放置硬質吸水材料和基質,位于盛水容器中。
6.根據權利要求I或2所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，根據栽培盤形狀制作硬質吸水材料，所述栽培盤上部敞口，下部設置有吸水孔，硬質吸水材料相關部分尺寸比吸水孔尺寸小5% 30%，栽培盤放置在硬質吸水材料上，硬質吸水材料上部穿過吸水孔伸入到栽培盤內，基質放置在硬質吸水材料上部和栽培盤內。
7.根據權利要求I或2所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，根據栽培盤形狀制作硬質吸水材料，所述栽培盤上部敞口，下部設置有吸水孔，硬質吸水材料相關部分尺寸比吸水孔尺寸小0% 20%，硬質吸水材料下部穿過吸水孔，位于吸水孔中及以下，硬質吸水材料上部卡在吸水孔之上，位于栽培盤內，栽培盤放置在盛水容器上，基質放置在硬質吸水材料上部和栽培盤內。
8.根據權利要求I或2所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，根據栽培盤形狀制作硬質吸水材料，所述栽培盤上部敞口，栽培盤放置在硬質吸水材料上，在接觸到硬質吸水材料的部分設置有吸水孔，基質放置在硬質吸水材料上部和栽培盤內。
9.根據權利要求I或2所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，在盛水容器上設置有管道接口，在管道接口上安裝管道，水或營養液從管道進入或流出盛水容器。
10.根據權利要求9所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，由儲液池、水泵、管道、電磁閥、水位傳感器、控制器及相關線路組成自動化供、排水或營養液系統；儲液池中盛著水或營養液，用管道順序聯接儲液池、水泵、電磁閥和盛水容器，盛水容器之間也用管道聯接在一起，水位傳感器安裝在盛水容器一側的管道上，水位傳感器、電磁閥、水泵分別通過相關線路聯接到控制器；控制器接收水位傳感器的水位信號，控制電磁閥和水泵的運行。
11.根據權利要求I或2所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，由輕質材料或空心材料制作浮板，所述浮板承載硬質吸水材料、基質和所種作物，浮在水或營養液上，在浮板上設置有進水孔。
12.根據權利要求11所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，由空心材料制作浮體，所述浮體內含有空腔，所述空腔上設置有通向外部的管道接口和管道口，在管道接口上安裝管道，壓力空氣從管道進入或流出空腔，管道口位于水或營養液中，水或營養液從管道口進入或流出空腔；浮體位于浮板的下方或周圍，所產生的浮力施加在浮板上。
13.根據權利要求12所述的吸水式無土栽培裝置，其特征在于，由空氣壓縮機、管道、電磁閥、壓力傳感器、控制器及相關線路組成自動化壓力空氣系統；用管道順序聯接空氣壓縮機、電磁閥和浮體，浮體之間也用管道聯接在一起，壓力傳感器安裝在浮體一側的管道上，壓力傳感器、電磁閥分別通過相關線路聯接到控制器；控制器接收壓力傳感器的壓力信號，控制電磁閥的運行。
全文摘要
本發明公開了一種吸水式無土栽培裝置，旨在提供一種吸水材料不會被植物根系穿透和腐蝕，也不易損壞，成本低廉且結構簡單的無土栽培裝置。由盛水容器、硬質吸水材料組成，盛水容器中盛著水或營養液，硬質吸水材料部分浸在水或營養液中，基質放置在硬質吸水材料上部；在硬質吸水材料中含有較多的連續孔隙和毛細管，在水的張力作用下，將盛水容器中的水或營養液輸送到基質中；礦物質營養元素被溶于水中，或被放置在硬質吸水材料中，或被均勻地置于基質中，均會被水溶解，變成營養液，輸送并遍布整個基質；同時基質具有良好的通氣性；作物栽植在基質上，被基質支撐，充分滿足了生長發育對水分、氧氣和礦物質營養的需求。本發明適用于各種農作物的無土栽培。
文檔編號A01G31/02GK103250622SQ201310116178
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月6日 優先權日2013年4月6日
發明者王強 申請人:王強