空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置，包括栽培盤、多孔管、栽培基質(zhì)、壓力傳感器、進水控制閥、蠕動泵、進水管、出水管以及水箱，所述栽培盤中充滿栽培基質(zhì)；所述多孔管埋于所述栽培基質(zhì)中；所述多孔管的進水端與所述水箱之間通過所述進水管相連；所述壓力傳感器和所述進水控制閥安裝在所述進水管上；所述多孔管的出水端與所述水箱之間通過所述出水管相連，所述蠕動泵安裝在所述出水管上；所述多孔管、進水管、出水管以及水箱形成水循環(huán)回路。該裝置通過控制栽培基質(zhì)與多孔管間的水勢梯度，在水箱-多孔管-栽培基質(zhì)-植物之間建立了一套栽培基質(zhì)含水量自動控制系統(tǒng)，使栽培基質(zhì)一直保持在植物最適生長的水分狀態(tài)。
【專利說明】空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及載人航天受控生態(tài)生保技術(shù)研究領(lǐng)域，特別涉及一種空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]空間環(huán)境下高等植物的長期栽培對于人類了解植物在空間的生長發(fā)育規(guī)律、利用空間特殊條件進行植物誘變育種、建立受控生態(tài)生保系統(tǒng)具有重要作用。微重力條件下，由于栽培基質(zhì)毛細作用、顆粒重排、機械振動等因素，植物根部水分的分布和運移呈現(xiàn)出不同于地面環(huán)境的特征。因此，如何進行針對空間微重力條件下植物栽培模塊中根系水分的控制，是空間植物正常生長的根本保障。 [0003]地面環(huán)境中，植物栽培的主要供水方式依賴于供水水頭與多孔管間的正高程差，水分從多孔管流向栽培基質(zhì)被植物吸收，該供水方式存在供水不及時、易造成水資源浪費等問題；近年來，一種更為節(jié)約的供水方式被提出，即在供水水頭低于多孔管的負高程差的條件下，以栽培基質(zhì)的基質(zhì)勢為驅(qū)動力，依靠基質(zhì)吸力實現(xiàn)水分補給。具體工作方式為:正常情況下，當(dāng)栽培盤中基質(zhì)含水量一定時，基質(zhì)的基質(zhì)勢相對恒定，基質(zhì)吸力與多孔管內(nèi)水壓處于平衡；隨著植物蒸騰和水分蒸發(fā)，栽培基質(zhì)中基質(zhì)吸力增大，水分會從多孔管流向基質(zhì)供植物生長；反之，基質(zhì)中含水量過多時，栽培基質(zhì)吸力減小，水分會從基質(zhì)流向多孔管排出。該方法的優(yōu)勢在于能根據(jù)基質(zhì)缺水程度自動調(diào)節(jié)供水量，避免了栽培基質(zhì)過干或過濕。然而，該供水方式在空間的應(yīng)用仍存在一定局限，特別是空間微重力條件下，供水水頭與多孔管零高程差時，多孔管內(nèi)壓力的控制以及栽培基質(zhì)基質(zhì)勢的維持都是亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種在空間微重力條件下的植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置。
[0005]一種空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置，包括栽培盤、多孔管、栽培基質(zhì)、壓力傳感器、進水控制閥、蠕動泵、進水管、出水管以及水箱，其中，所述栽培盤中充滿栽培基質(zhì)；所述多孔管以蛇形埋于所述栽培基質(zhì)中；所述多孔管的進水端與所述水箱之間通過所述進水管相連；所述壓力傳感器和所述進水控制閥安裝在所述進水管上；所述多孔管的出水端與所述水箱之間通過所述出水管相連；所述蠕動泵安裝在所述出水管上；所述多孔管、進水管、出水管以及水箱形成水循環(huán)回路。
[0006]所述栽培基質(zhì)為多孔陶瓷栽培基質(zhì)。
[0007]所述多孔栽培基質(zhì)粒徑約0.25~lmm ;內(nèi)部空氣孔隙度30-35% ;內(nèi)部水分孔隙度30~40%。
[0008]所述多孔管為不銹鋼多孔管。
[0009]所述多孔管表面布滿微孔，微孔孔徑5μπι;所述多孔管以蛇形管道排列，管道內(nèi)徑IOmm,蛇形彎管半徑為30mm,縱向節(jié)距為60mm。
[0010]本發(fā)明還提供了在空間微重力條件下使用空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置培養(yǎng)植物的方法，所述栽培基質(zhì)含水量控制裝置在植物生長的全過程必須處于工作狀態(tài)，使用所述裝置時多孔管的所述進、出水端與所述水箱中水位差為零。工作過程中，在栽培基質(zhì)額定含水量條件下，調(diào)節(jié)所述進水控制閥的孔徑或者所述蠕動泵的轉(zhuǎn)速至額定水壓時，該水壓與栽培基質(zhì)基質(zhì)勢平衡；隨著植物蒸騰和水分蒸發(fā)，栽培基質(zhì)中基質(zhì)勢降低，基質(zhì)吸力增大，保持多孔管內(nèi)水壓恒定，水分會從多孔管內(nèi)流向栽培基質(zhì)；反之，當(dāng)栽培基質(zhì)中含水量增加時，基質(zhì)吸力減小，水分會從栽培基質(zhì)流入多孔管。因此，通過調(diào)節(jié)所述進水控制閥的孔徑或者所述蠕動泵的轉(zhuǎn)速至額定水壓，以栽培基質(zhì)基質(zhì)勢與多孔管內(nèi)水壓的水勢梯度為驅(qū)動力，即可使基質(zhì)一直保持在植物最適生長的水分狀態(tài)。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0012]1、本發(fā)明實現(xiàn)了零水頭即多孔管與水箱水位相等條件下植物栽培基質(zhì)中的水分補給和含水量控制，與常規(guī)方法相比，零水頭符合空間微重力條件下水分的分布狀況。
[0013]2、與常規(guī)供水方法相比，該系統(tǒng)能根據(jù)基質(zhì)缺水程度自動調(diào)節(jié)供水量，使基質(zhì)一直保持植物最適生長的水分狀態(tài)，是一種自動調(diào)節(jié)的供水方式。
[0014]3、多孔管中水分以毛細流的形式進入基質(zhì)，既保證了供水的均勻性，也達到了節(jié)約水分的目的。
[0015]本發(fā)明可應(yīng)用于空間植物培養(yǎng)裝置，也將對地面條件下植物根系供水方法的改進具有良好的借鑒作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2多孔管在栽培盤中`的排布示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0019]如圖1所示，空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置包括栽培盤1、多孔管2、栽培基質(zhì)
3、壓力傳感器4、進水控制閥5、蠕動泵6、進水管7、出水管8和水箱9。
[0020]栽培盤I中充滿多孔栽培基質(zhì)3 ;多孔管2埋于基質(zhì)中；多孔管2的進水端10與水箱9之間通過進水管7相連；壓力傳感器4和進水控制閥5安裝在進水管7上；多孔管2的出水端11與水箱9之間通過出水管8相連，蠕動泵6安裝在出水管8上；且多孔管2、進水管7、出水管8與水箱9形成水循環(huán)回路。
[0021]空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置在植物生長的全過程必須處于工作狀態(tài)，并保持多孔管2的所述進、出水端10、11與所述水箱9中水位差為零，栽培開始時，通過多孔管2向多孔栽培基質(zhì)3中慢慢加水至飽和，然后調(diào)整蠕動泵6的轉(zhuǎn)速方向，利用多孔管2將多余水分排出至額定含水量。參考栽培基質(zhì)水分特征曲線，可知額定含水量條件下栽培基質(zhì)3的基質(zhì)勢，保持蠕動泵6轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)進水控制閥5的孔徑至相應(yīng)壓力大小等于基質(zhì)勢，裝置即可保持在額定含水量并穩(wěn)定運行；同理，保持進水控制閥5的孔徑不變，調(diào)節(jié)蠕動泵6轉(zhuǎn)速至多孔管內(nèi)水壓與基質(zhì)勢平衡，該裝置亦可穩(wěn)定運行。[0022]實施例1
[0023]本實施例中選用擬南芥為目標(biāo)植物，在70%基質(zhì)含水量條件下進行3 30天培養(yǎng)實驗。
[0024]本實施例中栽培盤I為320mmx220mmx60mm的不銹鋼淺盤，其中排布有多孔管，并填充厚度為30mm的栽培基質(zhì)3。
[0025]實施例中選用的多孔管為不銹鋼多孔管，多孔管的微孔孔徑為5 μ m，多孔管在栽培盤內(nèi)以蛇形排列，管道內(nèi)徑為10mm，彎管半徑為30mm，縱向節(jié)距為60mm，多孔管位于距離栽培盤底部15mm處，并且管的進水端10、出水端11與水箱9中水位差為零。
[0026]栽培基質(zhì)3為多孔陶瓷基質(zhì)(PPC)，孔徑介于0.25~1mm，內(nèi)部空氣孔隙度35% ;內(nèi)部水分孔隙度39%。
[0027]壓力傳感器量程為(TlkPa。
[0028]進水管7、出水管8為內(nèi)徑2mm的乳膠管。
[0029]實驗開始時，通過多孔管2向多孔栽培基質(zhì)3中慢慢加水至飽和，盡量減少自然狀態(tài)下內(nèi)部空氣的滯留，然后調(diào)整蠕動泵6的轉(zhuǎn)速方向，利用多孔管2將多余水分排出至70%基質(zhì)相對含水量。參考多孔陶瓷PPC基質(zhì)的水分特征曲線，在70%基質(zhì)相對含水量條件下，PPC基質(zhì)中相應(yīng)基質(zhì)吸力約為650Pa，調(diào)節(jié)蠕動泵轉(zhuǎn)速至20rpm，此時，栽培盤內(nèi)進、出水量基本相等，基質(zhì)相對含水 量保持70%不變；播種擬南芥并連續(xù)在30天內(nèi)對基質(zhì)含水量進行記錄，結(jié)果顯示栽培盤中基質(zhì)含水量變化介于70%±2%。
【權(quán)利要求】
1.一種空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置，包括栽培盤(I)、多孔管(2)、栽培基質(zhì)(3)、壓力傳感器(4)、進水控制閥(5)、蠕動泵(6)、進水管(7)、出水管(8)以及水箱(9)，其特征在于:所述栽培盤(I)中充滿栽培基質(zhì)(3);所述多孔管(2)埋于所述栽培基質(zhì)(3)中；所述多孔管(2)的進水端(10)與所述水箱(9)之間通過所述進水管(7)相連；所述壓力傳感器(4)和所述進水控制閥(5)安裝在所述進水管(7)上；所述多孔管(2)的出水端(11)與所述水箱(9)之間通過所述出水管(8)相連；所述蠕動泵(6)安裝在所述出水管(8)上；所述多孔管(2)進水管(7)、出水管(8)以及水箱(9)形成水循環(huán)回路。
2.如權(quán)利要求1所述的空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置，其特征在于所述栽培基質(zhì)(3)為多孔陶瓷栽培基質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置，其特征在于所述多孔陶瓷栽培基質(zhì)粒徑約0.25~Imm ;內(nèi)部空氣孔隙度30~35% ;內(nèi)部水分孔隙度30~40%。
4.如權(quán)利要求1所述的空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置，其特征在于所述多孔管(2)為不銹鋼多孔管。
5.如權(quán)利要求1所述的空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置，其特征在于所述多孔管(2)表面布滿微孔，微孔孔徑5μπι;所述多孔管以蛇形管道排列，管道內(nèi)徑10mm，蛇形彎管半徑為30mm,縱向節(jié)距為60mm。
6.使用如權(quán)利要求1所述的空間植物栽培基質(zhì)含水量控制裝置在空間微重力條件下培養(yǎng)植物的方法，其特征在于使用所述裝置時多孔管(2)的所述進、出水端(10、11)與所述水箱(9)中水位差為零；所述裝置在植物生長的全過程處于工作狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)所述進水控制閥(5)的孔徑或者所述蠕動泵(6)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)所述多孔管(2)內(nèi)水壓。
【文檔編號】A01G9/02GK103704042SQ201210377526
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月8日
【發(fā)明者】李飛, 趙仁濱, 張文德, 袁俊霞 申請人:北京天辰空間生物醫(yī)藥研發(fā)有限公司