專利名稱：一種負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)(裝置)，尤其是一種微正壓灌溉后利用負(fù)壓自動(dòng)調(diào)控栽培基質(zhì)水分及養(yǎng)分的負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)。本發(fā)明還提供該栽培系統(tǒng)的操作方法。
背景技術(shù)：
我國園藝業(yè)的高速發(fā)展，化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品起到了非常重要的作用。但隨著農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)長期不斷地大量使用，有害物質(zhì)在土壤和水體中逐步富積，一部分通過物質(zhì)循環(huán)進(jìn)入農(nóng)作物及人畜體內(nèi)，嚴(yán)重污染農(nóng)產(chǎn)品和生態(tài)環(huán)境，危害人體健康，特別是溫室大棚等設(shè)施生產(chǎn)蔬菜，為追求高產(chǎn)量、高效益，大量投入化肥、農(nóng)藥，是典型的“高投入、高產(chǎn)出、高代價(jià)”的集約農(nóng)業(yè)，這樣，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且造成了地下飲用水嚴(yán)重污染，北京、天津、河北、山東等省市農(nóng)業(yè)地區(qū)200個(gè)地點(diǎn)的抽查顯示，46％樣點(diǎn)地下水硝酸鹽含量超過50mg/L。其中最高達(dá)500mg/L。這大大超過世界衛(wèi)生組織(WHO)飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，形勢十分嚴(yán)峻。
另一方面，蔬菜等園藝作物是農(nóng)業(yè)的用水大戶。而我國人均占有的水資源不到世界人均占有量的1/4，且分布不均，北方地區(qū)缺水。北京市區(qū)和近郊由于超量開采地下水，人均水資源占有量降至300立方米，僅相當(dāng)于全國的1/8，世界人均的1/30，缺水極為嚴(yán)重。目前水資源的緊缺與園藝生產(chǎn)用水的矛盾十分突出。因此急需新的更為節(jié)水的技術(shù)。
將土壤水分自動(dòng)控制在最適于植物生長的狀態(tài)一直是一個(gè)十分重要的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)土壤水分自動(dòng)控制方式是通過計(jì)算機(jī)控制每天給作物一定的灌水量。但灌水量的確定十分復(fù)雜，因?yàn)楣嗨咳Q于每天植株的蒸騰量和土表面的蒸發(fā)量。植株蒸騰量不僅隨著作物的種類和生長的階段而變化，而且植株的蒸騰和土表的蒸發(fā)又受到空氣溫度、濕度、光強(qiáng)和風(fēng)速等無時(shí)不在變化的氣象因素的影響。況且，這些因素又是相互作用相互影響的，這就使蔬菜每天灌溉量的確定工作十分困難。現(xiàn)在確定灌水量有兩個(gè)手段一是測定土壤的濕度，另一個(gè)是通過計(jì)算各種氣象數(shù)據(jù)來推測。遺憾的是這樣的計(jì)算和測定十分復(fù)雜和耗時(shí)，需要計(jì)算機(jī)、傳感系統(tǒng)等大量的硬件投入。
可見，我國現(xiàn)行的高投入、高產(chǎn)出、高代價(jià)和以追求數(shù)量為目標(biāo)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)已很難滿足安全農(nóng)產(chǎn)品和人民健康的需要，迫切需要一種對(duì)環(huán)境友好、資源節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展的全新栽培技術(shù)體系。
目前國內(nèi)外園藝作物的栽培方式分為兩大類，無土栽培和土壤栽培。無土栽培又分成具有固定根系的基質(zhì)栽培和營養(yǎng)液栽培，無土的基質(zhì)栽培多以巖棉等不具有化學(xué)活性的物質(zhì)作為固體基質(zhì)固定根系，這些基質(zhì)基本上不具有養(yǎng)分的吸附和交換功能，營養(yǎng)液無土栽培是將作物直接浸泡在營養(yǎng)液中。無土栽培具有養(yǎng)分容易調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)，但是，與作物同在一個(gè)容器體系中的營養(yǎng)液的成分和濃度很容易發(fā)生變化、不穩(wěn)定。土壤栽培因土壤具有可對(duì)養(yǎng)分吸附和交換的功能，具有較強(qiáng)的緩沖能力，土壤溶液化學(xué)組成等相對(duì)比較穩(wěn)定，但是，土壤的養(yǎng)分組成不容易根據(jù)作物的需求進(jìn)行調(diào)控。
因此，如能開發(fā)一種將土壤栽培和無土栽培兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來栽培方式，則是栽培技術(shù)的一次革命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決20世紀(jì)的現(xiàn)代園藝依靠肥水等資源的大量投入來追求作物的高產(chǎn)和高效益而帶來的地下水的嚴(yán)重污染、土壤退化等問題，提供一種將土壤栽培和無土栽培兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，通過微正壓灌溉后利用負(fù)壓自動(dòng)調(diào)控栽培基質(zhì)水分，使其達(dá)到最適于植物生長的狀態(tài)的少量土壤或基質(zhì)栽培的負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種使用上述負(fù)壓調(diào)控栽培系統(tǒng)向作物提供水分和養(yǎng)分的自動(dòng)調(diào)控方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)通過微正壓灌溉后負(fù)壓自動(dòng)調(diào)控栽培基質(zhì)水分及養(yǎng)分，其至少包括蓄水池、過濾器、輸水主管、水位控制裝置、栽培槽、滲灌系統(tǒng)、隔根膜和栽培基質(zhì)。
所述輸水主管連接所述蓄水池的出水口，并連接所述水位控制裝置的進(jìn)出口，在連接所述水位控制裝置出口的所述輸水主管上連接若干滲水支管，由此，蓄水池、水位控制裝置、輸水主管和滲水支管構(gòu)成所述的滲灌系統(tǒng)。
所述栽培槽，其內(nèi)的下底面和四周的周壁至少具有一不透水的材料層使槽內(nèi)栽培基質(zhì)與周圍土壤完全隔離，所述滲灌支管放在栽培槽的底部。所述栽培槽中填滿所述栽培基質(zhì)，在位于距離所述槽底部滲灌支管一高度M的所述栽培基質(zhì)中設(shè)有所述隔根膜，該隔根膜可以使水分和養(yǎng)分自由地透過，但植物根系不能穿過。該隔根膜將栽培基質(zhì)分成上下兩層下層為微正壓滲灌層，上層為負(fù)壓調(diào)控水分的栽培層；所述水位控制裝置的容器中的控制裝置控制其進(jìn)水口的啟閉使得其容器中的水位高度等于所述栽培槽中該隔根膜的高度，或略低于該隔根膜的高度但高于栽培槽的槽底的該滲灌支管滲水口的高度水平高度。
所述蓄水池可以是塑料制品或水泥池，內(nèi)裝水或營養(yǎng)液，用于灌溉。
所述栽培槽中設(shè)于底面和四周側(cè)壁上的不透水材料層可以為塑料薄膜或聚苯發(fā)泡材料，或者直接用塑料、聚苯發(fā)泡等不透水材料制成的栽培箱體。
所述栽培槽中所述栽培基質(zhì)里設(shè)有的隔根膜距離槽底部滲灌支管滲水口的高度的較佳值為10～20厘米。
所述栽培槽中所述上層栽培層的栽培基質(zhì)的上表面P位點(diǎn)距離隔根膜的高度較佳值為20-40厘米。
所述栽培槽的表面還可以用地膜覆蓋，減少土壤蒸發(fā)。
所述栽培槽中所述滲灌支管根據(jù)其結(jié)構(gòu)可以有兩種形式，A、普通滲灌管；B、裝配式滲灌裝置。
所述普通滲灌管為整體滲水管，其上設(shè)有許多微細(xì)的出水口，在該出水口上連接所述毛管。
所述裝配式滲灌裝置為所述支管由若干支管管段、連接管件組成，該支管管段通過與所述連接管件上的兩個(gè)管口密封連接構(gòu)成密閉的可拆分的所述輸水支管路；所述毛管，其一端與所述連接管件上的其余的分支管口密封連接，其另一端連接有多孔滲頭，多孔滲頭滲水給土壤。
所述水位控制裝置可以是一個(gè)小型的容器，內(nèi)設(shè)進(jìn)水閥和根據(jù)該容器中液位高度控制該進(jìn)水閥啟閉的液位控制裝置，如與該進(jìn)水閥連接的浮球裝置等。
所述隔根膜可以是一種多孔材料，如無紡布等。
所述栽培基質(zhì)可為土壤、草炭土、蛭石等單一基質(zhì)或混合基質(zhì)。也可以在所述栽培基質(zhì)中混入有機(jī)肥料或緩釋肥料。
使用上述負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)向作物提供水分和養(yǎng)分的自動(dòng)調(diào)控方法是1、在所述蓄水池中注入清水或營養(yǎng)液，使蓄水池中的液位高于所述調(diào)整水位控制裝置的容器中的控制的水位；2、設(shè)置所述水位控制裝置內(nèi)的水位不超過所述栽培槽中隔根膜的高度；3、在所述栽培槽中所述隔根膜上面的栽培層的基質(zhì)中栽培作物。
所述水位控制裝置中的水位可以是等于隔根膜的高度。也可以是略低于隔根膜的高度，此時(shí)，水位控制裝置中的水位可低于隔根膜1-3厘米。
上述栽培系統(tǒng)以及操作方法的原理是當(dāng)水位控制裝置的容器中水位低于設(shè)定高度時(shí)，控水閥自動(dòng)開啟，水和/或營養(yǎng)液自動(dòng)從蓄水池流入；當(dāng)容器中水位達(dá)到M位點(diǎn)時(shí)，控水閥關(guān)閉，水和/或營養(yǎng)液不再流入水位控制裝置的容器中；即水位控制裝置的水位總是保持在M位點(diǎn)上。
水之所以可以從滲頭中流出進(jìn)入栽培基質(zhì)，是由于水位控制裝置中的水位(M位點(diǎn))高于栽培槽槽內(nèi)的滲灌支管的水平高度，故在其間.存在一液位差，當(dāng)水在這個(gè)“微小的壓差”作用下來到滲頭后，水便從水位控制裝置中自動(dòng)流入栽培槽中，水流出使?jié)B頭周圍的基質(zhì)濕潤，隨著水分的流出，栽培槽中隔根膜下方的滲灌層栽培基質(zhì)的水分逐漸增加，當(dāng)其液壓與灌溉系統(tǒng)中的出水壓力平衡后，則水就不在從滲頭中流出，而這種供給可以根據(jù)栽培基質(zhì)的干濕情況自動(dòng)調(diào)節(jié)。但又由于水位控制裝置中水位(M位點(diǎn))等于或略低于隔根膜的高度，所以，栽培槽中的栽培基質(zhì)的水分飽和的位點(diǎn)不會(huì)超過隔根膜。
由于隔根膜的上下均充滿栽培基質(zhì)，其中布滿了許許多多的毛細(xì)管，隔根膜又是一個(gè)可以透水的物質(zhì)，由于栽培基質(zhì)的毛細(xì)管作用而使水或營養(yǎng)液逐漸上移，使隔根膜以上的基質(zhì)也濕潤了。負(fù)壓調(diào)控水分的栽培層根據(jù)其與M點(diǎn)之間的距離的(負(fù)壓)大小來自動(dòng)調(diào)整栽培層中栽培基質(zhì)自下而上的濕度梯度。種植在栽培層中的作物，其根系均被限制在隔根膜以上的栽培基質(zhì)中。該部分栽培基質(zhì)中的水分和養(yǎng)分是通過毛細(xì)管作用從隔根膜下面的基質(zhì)中吸上來的；當(dāng)因植物的蒸騰吸水，基質(zhì)中水分減少后，栽培層基質(zhì)會(huì)通過毛細(xì)管作用從隔根膜下面的灌溉層基質(zhì)中吸上水分得到補(bǔ)充，而毛細(xì)管的吸水量的大小是與栽培基質(zhì)中植物的蒸騰量之間又保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。如果上部基質(zhì)中水分蒸騰量較大，則毛細(xì)管吸上水分的量較大，反之，毛細(xì)管吸上水分的量就較小。由此，可以使隔根膜上方的栽培基質(zhì)中的水分達(dá)到一個(gè)滿足作物生長的動(dòng)態(tài)平衡。
本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)節(jié)的含義有三點(diǎn)一是在水位控制裝置處，當(dāng)其容器中水位低于預(yù)先的設(shè)定值時(shí)，其中的進(jìn)水閥開啟，蓄水池中的水自動(dòng)補(bǔ)充到其中來。二是滲頭處，栽培槽下部基質(zhì)與灌溉系統(tǒng)中的M點(diǎn)水壓始終保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。三是栽培槽上部基質(zhì)會(huì)根據(jù)與M點(diǎn)之間的距離(負(fù)壓)大小來自動(dòng)調(diào)整栽培槽中栽培基質(zhì)中自下而上的濕度梯度；當(dāng)因植物的蒸騰吸水，基質(zhì)中水分減少后，會(huì)通過毛細(xì)管作用從隔根膜下面的基質(zhì)中吸上來得到補(bǔ)充，而毛細(xì)管的吸水量的大小是與栽培基質(zhì)中植物的蒸騰量之間又保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。
總之，本發(fā)明的系統(tǒng)中水位控制等裝置位置關(guān)系巧妙布局設(shè)置，通過給栽培基質(zhì)一定水平負(fù)壓，自動(dòng)調(diào)整栽培槽中栽培基質(zhì)自下而上的濕度梯度，并通過栽培基質(zhì)的毛細(xì)管的吸水作用與植物的蒸騰作用在栽培基質(zhì)中建立起了一個(gè)動(dòng)態(tài)水分平衡關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了肥水(營養(yǎng)液)的“傻瓜式”自動(dòng)管理。
在作物栽培管理中，根據(jù)土壤的干濕度及時(shí)地澆水是非常重要的，如果土壤過干，作物的生長受到影響，甚至?xí)档彤a(chǎn)量。但如果土壤過濕，作物的根系可能會(huì)因?yàn)槿毖醵霈F(xiàn)爛根的問題。
本發(fā)明提供的灌溉系統(tǒng)，栽培槽中的作物所在的基質(zhì)中的水分是通過栽培基質(zhì)中隔根膜M點(diǎn)位和栽培層中基質(zhì)上表面的P點(diǎn)位之間的距離的(負(fù)壓)大小來自動(dòng)調(diào)整栽培槽中栽培基質(zhì)的水分含量，既不會(huì)讓基質(zhì)中缺水，也不會(huì)使基質(zhì)中水分過多，作物始終都在良好的水和養(yǎng)分的供給條件下生長。更重要的是，本灌溉系統(tǒng)保持基質(zhì)適宜干濕度只與本發(fā)明結(jié)構(gòu)和栽培基質(zhì)的種類有關(guān)，而與保護(hù)地環(huán)境等其它條件無關(guān)。
在本灌溉系統(tǒng)中通過兩個(gè)過程將水分輸送到作物的根部第一個(gè)過程是微正壓輸送過程，隔根膜以下的基質(zhì)中的含水量始終保持充分；第二個(gè)過程是毛細(xì)管輸送過程，輸送量決定于隔根膜上方基質(zhì)的干濕度，即作物的實(shí)際對(duì)水的需求量。
因此，本負(fù)壓栽培系統(tǒng)按上述的位置關(guān)系進(jìn)行布局設(shè)置好后，在蓄水池中注入足夠的水或營養(yǎng)液，灌溉完全可以自動(dòng)進(jìn)行。該系統(tǒng)不通過計(jì)算機(jī)等復(fù)雜電控設(shè)備，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分的自動(dòng)調(diào)控。既省工、又簡單準(zhǔn)確，堪稱“傻瓜式”灌溉系統(tǒng)。
另外，在本系統(tǒng)中通過多孔材料和負(fù)壓灌溉調(diào)控技術(shù)，將無土栽培和土壤栽培兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。本發(fā)明提供的栽培系統(tǒng)具有栽培基質(zhì)，該基質(zhì)起到土壤的作用，并具有土壤的吸附和置換水分和養(yǎng)分的作用。如果在本栽培系統(tǒng)中用營養(yǎng)液代替水進(jìn)行自動(dòng)灌溉，將是一種持續(xù)隨時(shí)的供水供肥系統(tǒng)，營養(yǎng)液一直在滲灌材料和栽培槽底部的基質(zhì)內(nèi)，栽培基質(zhì)中溶液養(yǎng)分組成及含量保持相對(duì)穩(wěn)定，像無土栽培系統(tǒng)一樣植物生長在一個(gè)穩(wěn)定的適宜的養(yǎng)分水分環(huán)境中，從而獲得了較高的產(chǎn)量。這不僅避免了一般蔬菜生產(chǎn)中多次追肥帶來的養(yǎng)分忽高忽低變化的問題，并可通過調(diào)節(jié)灌溉的營養(yǎng)液的成分和濃度來調(diào)節(jié)根際環(huán)境的養(yǎng)分濃度。
再有，本封閉式栽培系統(tǒng)將采用塑料薄膜或聚苯發(fā)泡材料與周圍土壤完全隔離，營養(yǎng)液(肥水)只在這密閉的栽培槽內(nèi)存在，所以施肥灌水不會(huì)滲漏到周圍土壤和地下水中，從而不會(huì)對(duì)周圍土壤或水源造成污染。特別是由于避免了水分向地下的滲漏和地表的蒸發(fā)，灌水又限制在小的區(qū)域，節(jié)水效果比滴灌還要節(jié)水15％以上，因此，節(jié)水效果十分明顯。
因此，本發(fā)明提供的封閉式栽培系統(tǒng)解決了20世紀(jì)的現(xiàn)代園藝依靠肥水等資源的大量投入來追求作物的高產(chǎn)和高效益而帶來的地下水的嚴(yán)重污染、土壤污染與退化等問題，將土壤栽培和無土栽培的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合了起來，通過微正壓灌溉后利用負(fù)壓“傻瓜式”自動(dòng)調(diào)控栽培基質(zhì)水分及養(yǎng)分。既節(jié)水、節(jié)肥，對(duì)環(huán)境無污染，水、肥等資源的利用率大幅度提高。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為本發(fā)明提供的灌溉系統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的灌溉系統(tǒng)中的滲灌支管為裝配式滲灌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1和2所示，本發(fā)明提供的負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)，其包括蓄水池1、過濾器2、輸水主管3、水位控制裝置4、栽培槽5、滲灌支管6、隔根膜7和栽培基質(zhì)8；輸水主管3連接蓄水池1的出水口，并順序連接過濾器2、水位控制裝置4的進(jìn)出口和滲灌支管6，將蓄水池1、過濾器2和水位控制裝置4、滲灌支管6聯(lián)接起來形成自動(dòng)調(diào)控的水分及養(yǎng)分的微正壓滲灌系統(tǒng)；栽培槽5，其內(nèi)的下底面和四周的周壁設(shè)有隔水材料層使栽培槽與周圍完全隔離，該隔水材料為塑料薄膜或聚苯發(fā)泡材料。滲灌支管6置于栽培槽5內(nèi)槽的底部。在栽培槽中盛放土壤或其它栽培基質(zhì)8。栽培槽5的寬度可以是50厘米，深度30～40厘米，長度根據(jù)栽培需要而定。在距底部的滲灌支管6為15厘米高度處的栽培基質(zhì)7中設(shè)有隔根膜8，隔根膜8將栽培槽5栽培基質(zhì)7分成上下相對(duì)獨(dú)立的兩層下層為微正壓灌溉層71，上層為負(fù)壓調(diào)控水分的栽培層72。使水位控制裝置4中水位(M位點(diǎn))等于或略低于隔根膜(M’位點(diǎn))的高度(M’-M)1-3厘米。輸水主管3上連接的滲灌支管6，在滲灌支管6上設(shè)有若干微細(xì)的出水口，在該出水口上連接毛管(圖中未示出)。
如圖2所示為裝配式滲灌裝置，在輸水主管3上連接的滲灌支管6’由若干滲灌支管管段61通過連接件62連接起來，該支管管段61通過與連接管件62上的兩個(gè)管口密封連接構(gòu)成密閉的可拆分的輸水支管路；毛管63其一端與連接管件62上的其余的分支管口密封連接，其另一端連接有多孔滲頭64，多孔滲頭64滲水給隔根膜8下面的灌溉層的土壤，由此構(gòu)成滲灌支管6’。
水位控制裝置4是一個(gè)小型的容器，內(nèi)設(shè)進(jìn)水閥和根據(jù)該容器中液位高度控制該進(jìn)水閥啟閉的液位控制裝置，如與該進(jìn)水閥連接的浮球裝置，也可以是能夠?qū)崿F(xiàn)液位控制的任何其它裝置。液位控制裝置控制容器內(nèi)的水位高度，其水位高度設(shè)定在距離栽培槽底部滲灌支管6或6’為10～20厘米高度(M位點(diǎn))上。
隔根膜8為一種多孔材料，如無紡布等，水分可以自由透過，但植物根系不能穿過。其鋪設(shè)的位置是在離栽培槽底部15厘米高度(M位點(diǎn))的位置上。特別是要使水位控制裝置中水位(M位點(diǎn))等于或略低于隔根膜的高度。隔根膜8的高度(M位點(diǎn))決定了灌溉層的厚度，灌溉層的厚度決定著微正壓的大小，如果灌溉層厚度太厚，所使用的栽培基質(zhì)較多，栽培槽體積要增大。但如果灌溉層的厚度太薄，則正壓不明顯。
栽培基質(zhì)7可為土壤、草炭土、蛭石等單一基質(zhì)或混合基質(zhì)。也可以在所述栽培基質(zhì)中混入有機(jī)肥料或緩釋肥料，若在栽培基質(zhì)中混入了適量的有機(jī)肥料或其它緩釋肥料，可直接澆灌清水；否則可補(bǔ)充澆灌營養(yǎng)液，以供給植物所需的養(yǎng)分。
使用上述栽培系統(tǒng)對(duì)栽培槽中的作物灌溉的方法是在蓄水池1中盛放清水或營養(yǎng)液或清水和營養(yǎng)液的混合物，使蓄水池中的液位N高于調(diào)整水位控制裝置的容器中的控制的水位M；調(diào)整水位控制裝置4中容器的水位高度M，即為使其中的進(jìn)水閥開啟由蓄水池引進(jìn)液體的水位高度M，M小于或等于栽培槽中隔根膜的高度M’。
在栽培槽上隔根膜上面的栽培層的栽培基質(zhì)中種植作物9。
在操作中要控制水位控制裝置的容器內(nèi)的水位高度M，其水位高度M設(shè)定在等于或小于栽培槽中隔根膜的高度，對(duì)應(yīng)上述系統(tǒng)，水位控制在距離栽培槽底部的滲灌支管15厘米高的M位點(diǎn)，隔根膜8距離栽培槽底部的滲灌支管17厘米。輸水主管將所述蓄水池、過濾器和水位控制裝置和滲灌支管聯(lián)接起來，嚴(yán)格按上述的位置關(guān)系進(jìn)行布局，使水位控制裝置中水位(M位點(diǎn))等于或略低于隔根膜(M’位點(diǎn))的高度，這樣，便形成了通過微正壓灌溉隔根膜下面的栽培基質(zhì)，而后利用負(fù)壓使隔根膜上面的栽培層得到適量的水分及養(yǎng)分，從而實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”自動(dòng)調(diào)控，使其達(dá)到最適于植物生長的狀態(tài)的少量土壤或基質(zhì)栽培的負(fù)壓栽培系統(tǒng)。
栽培槽中栽培層的厚度大小決定著栽培層中水分的分布梯度，如果栽培層的厚度較大，栽培層上部的栽培基質(zhì)中水分含量就會(huì)較低。除了要與水位控制裝置中的液位高度對(duì)應(yīng)之外，還與的厚度有一個(gè)匹配關(guān)系。
進(jìn)一步地，栽培槽中栽培基質(zhì)的上表面距離底部滲灌支管的高度設(shè)為P位點(diǎn)，P位點(diǎn)的高度與M位點(diǎn)之間的高度差(水勢差)可以實(shí)現(xiàn)依靠栽培基質(zhì)的毛細(xì)管的吸水作用自下而上濕潤土壤，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)M位點(diǎn)以上的土壤進(jìn)行水分負(fù)壓調(diào)控。不同的作物對(duì)于養(yǎng)分、水分的需求量是不同的，在通常的土壤栽培中，種植有些需要較大量的水分或養(yǎng)分的作物時(shí)，就要提供較厚的土壤層，而使用本負(fù)壓栽培系統(tǒng)，可以通過提供適合的水分和養(yǎng)分，在同樣厚度的栽培層中來滿足各種作物的養(yǎng)分、水分的需求，尤其對(duì)于需要較大量水分養(yǎng)分的作物，可以在本系統(tǒng)中厚度較小的栽培層中生長良好。因此，本系統(tǒng)中栽培槽中栽培基質(zhì)的上表面P位點(diǎn)距離隔根膜的高度可以是30厘米左右。
該系統(tǒng)具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)(1)該系統(tǒng)不通過計(jì)算機(jī)等復(fù)雜電控設(shè)備，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分的自動(dòng)調(diào)控。該負(fù)壓系統(tǒng)能“自動(dòng)”識(shí)別土壤水分狀況，只有當(dāng)栽培槽中栽培基質(zhì)的水勢低于M位點(diǎn)時(shí)才進(jìn)行灌溉，其突出優(yōu)點(diǎn)是避免了普通栽培的土壤中水分過干過濕的問題，對(duì)作物的生長十分有利。特別是不需電力，簡易可行，具有廣闊的應(yīng)用前景。
(2)由于在栽培槽內(nèi)M位點(diǎn)以上不會(huì)出現(xiàn)水分過多的問題，采用隔根膜又把植物根系限制在M位點(diǎn)以上的栽培基質(zhì)中，從而巧妙地解決了槽式等設(shè)施栽培中水分難以控制、水分過多漚根的技術(shù)難題。
(3)該系統(tǒng)是首先利用微正壓灌溉、爾后利用栽培基質(zhì)M點(diǎn)和P點(diǎn)之間的水勢差(負(fù)壓)來調(diào)整栽培槽中栽培基質(zhì)的水分，從而創(chuàng)造性地解決了以往負(fù)壓系統(tǒng)內(nèi)由于水中空氣脫出而產(chǎn)生的氣泡致使負(fù)壓破壞的這一技術(shù)難題。
(4)由于避免了水分向地下的滲漏和地表的蒸發(fā)，灌水又限制在小的區(qū)域，節(jié)水效果比滴灌還好，要節(jié)水15％以上。
(5)在本系統(tǒng)中，將無土栽培和土壤栽培兩者的優(yōu)點(diǎn)通過多孔材料負(fù)壓灌溉結(jié)合起來，水或營養(yǎng)液一直在滲灌材料和栽培槽底部的基質(zhì)內(nèi)，栽培基質(zhì)中溶液養(yǎng)分組成及含量相對(duì)穩(wěn)定，像無土栽培系統(tǒng)一樣，植物生長在一個(gè)穩(wěn)定、適宜的養(yǎng)分水分環(huán)境中，從而獲得了較高的產(chǎn)量。本栽培系統(tǒng)是一種持續(xù)隨時(shí)的供水供肥系統(tǒng)，這不僅避免了一般蔬菜生產(chǎn)中多次追肥帶來的養(yǎng)分忽高忽低變化的問題，并可通過調(diào)節(jié)灌溉的營養(yǎng)液的成分和濃度來調(diào)節(jié)根圈環(huán)境的養(yǎng)分濃度。
(6)由于土壤等栽培基質(zhì)對(duì)養(yǎng)分有吸附交換和PH的緩沖能力，新系統(tǒng)中的土壤溶液的PH、EC一直比較穩(wěn)定。這樣便省去了現(xiàn)有的營養(yǎng)液栽培中不得不每周進(jìn)行PH、EC值調(diào)整的煩瑣的技術(shù)勞動(dòng)，使得這一栽培系統(tǒng)更為簡便實(shí)用。
(7)本發(fā)明還克服了營養(yǎng)液栽培中溶解氧不易控制的問題。因?yàn)樗w中溶解的飽和度僅為8毫升～10毫升每升。而本發(fā)明的負(fù)壓灌溉技術(shù)卻能夠保證栽培基質(zhì)中空氣含量在整個(gè)栽培期間能夠一直保持在5％以上的水平。
(8)本栽培系統(tǒng)將采用聚苯發(fā)泡材料或塑料薄膜與周圍土壤完全隔離，營養(yǎng)液(肥水)只在這密閉的栽培槽內(nèi)存在，所以施肥灌水不會(huì)滲漏到周圍土壤和地下水中，從而為解決過量施肥灌水帶來的NO3對(duì)地下水的污染的問題提供了新的途徑。
綜上所述，本發(fā)明將無土栽培和土壤栽培兩者的優(yōu)點(diǎn)通過多孔材料和負(fù)壓灌溉巧妙地結(jié)合了起來，僅使用少量土壤或栽培基質(zhì)，而且節(jié)水、節(jié)肥，對(duì)環(huán)境友好。因此，本發(fā)明不僅在栽培理論有創(chuàng)新，而且在蔬菜生產(chǎn)中將具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)，其至少包括蓄水池、輸水主管、水位控制裝置、栽培槽、滲灌系統(tǒng)、隔根膜和栽培基質(zhì)，所述輸水主管連接所述蓄水池的出水口，并連接所述水位控制裝置的進(jìn)出口，在連接所述水位控制裝置出口的所述輸水主管上連接若干滲水支管，由此，蓄水池、水位控制裝置、輸水主管和滲水支管構(gòu)成微正壓的滲灌系統(tǒng)。所述栽培槽，其內(nèi)的下底面和四周的周壁至少具有一不透水的材料層使槽內(nèi)與周圍土壤完全隔離，所述滲灌支管放在栽培槽的底部。所述栽培槽中填滿所述栽培基質(zhì)，在位于距離所述槽底部滲灌支管一高度M的所述栽培基質(zhì)中設(shè)有所述隔根膜，該隔根膜可以使水分自由地透過，但植物根系不能穿過；該隔根膜分栽培基質(zhì)成上下兩層下層為微正壓灌溉層，上層為負(fù)壓調(diào)控水分的栽培層；所述水位控制裝置的容器中的控制裝置控制其進(jìn)水口的啟閉使得其容器中的水位高度等于所述栽培槽中該隔根膜的高度，或低于該隔根膜的高度但高于栽培槽的槽底的該滲灌支管滲水口的高度水平高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的栽培系統(tǒng)，其特征在于，所述水位控制裝置的容器中的控制裝置控制其進(jìn)水口的啟閉使得其容器中的水位高度略低于隔根膜的高度1-3厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的栽培系統(tǒng)，其特征在于，所述栽培槽中設(shè)于底面和四周側(cè)壁上的不透水材料層為塑料薄膜或聚苯發(fā)泡材料，或者所述栽培槽直接用塑料、聚苯發(fā)泡等不透水材料制成的栽培槽的箱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的栽培系統(tǒng)，其特征在于，所述栽培槽中所述栽培基質(zhì)里設(shè)有的隔根膜距離槽底部滲灌支管的高度的較佳值為10～20厘米，所述栽培槽中所述上層栽培層的栽培基質(zhì)的上表面P位點(diǎn)距離隔根膜的高度較佳值為20-40厘米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的栽培系統(tǒng)，其特征在于，所述栽培槽的表面還通過地膜覆蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的栽培系統(tǒng)，其特征在于，所述滲灌支管為裝配式滲灌裝置所述支管由若干支管管段、連接管件組成，該支管管段通過與所述連接管件上的兩個(gè)管口密封連接構(gòu)成密閉的可拆分的所述輸水支管路；所述毛管，其一端與所述連接管件上的其余的分支管口密封連接，其另一端連接有多孔滲頭；或者所述滲灌支管為整體滲水管，其上設(shè)有許多微細(xì)的出水口，在該出水口上連接所述毛管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的栽培系統(tǒng)，其特征在于，所述栽培基質(zhì)為土壤或草炭土或蛭石單一基質(zhì)或其混合基質(zhì)；或?yàn)榛烊胗袡C(jī)肥料或緩釋肥料的土壤或草炭土或蛭石單一基質(zhì)或其混合基質(zhì)。
8.一種使用如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓調(diào)控栽培系統(tǒng)向作物提供水分和養(yǎng)分的操作方法是(1)、在所述蓄水池中注入清水或營養(yǎng)液，使蓄水池中的液位高于所述調(diào)整水位控制裝置的容器中的控制的水位；(2)、設(shè)置所述水位控制裝置內(nèi)的控制水位不超過所述栽培槽中隔根膜的高度，且不低于栽培槽中槽底的該滲灌支管滲水口的高度水平高度；(3)、在所述栽培槽中所述隔根膜上面的栽培層的基質(zhì)中栽培作物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的操作方法，其特征在于，所述水位控制裝置中的水位低于所述隔根膜的高度，水位控制裝置中的水位低于隔根膜1-3厘米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負(fù)壓調(diào)控的封閉式栽培系統(tǒng)，其包括蓄水池、輸水主管、水位控制裝置、栽培槽、滲灌系統(tǒng)、隔根膜和栽培基質(zhì)，輸水主管連接蓄水池的出水口，并連接水位控制裝置的進(jìn)出口，在連接控制裝置出口的輸水主管上連接若干滲水支管，栽培槽內(nèi)的下底面和四周的周壁不透水，使槽內(nèi)與周圍土壤完全隔離，滲灌支管放在栽培槽的底部。栽培槽中填滿栽培基質(zhì)，在位于距離槽底部滲灌支管一高度M的栽培基質(zhì)中設(shè)有隔根膜，控制裝置的容器中水位高度等于或低于栽培槽中該隔根膜的高度。本栽培系統(tǒng)結(jié)合了無土栽培和土壤栽培的優(yōu)點(diǎn)，僅使用少量土壤或栽培基質(zhì)，而且節(jié)水、節(jié)肥，對(duì)環(huán)境友好。該系統(tǒng)不通過計(jì)算機(jī)等復(fù)雜電控設(shè)備，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分的自動(dòng)調(diào)控。
文檔編號(hào)A01G25/02GK1726762SQ20041007116
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者劉明池 申請(qǐng)人:劉明池