專利名稱：一種塔式立體栽培架及塔式立體栽培裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于農業栽培技術領域，涉及立體栽培裝置。
背景技術：
基質栽培是集約的近代農業技術，是一種節能、節水的新型生產方式，其可以充分發揮現有保護地設施功效和當地自然資源優勢。它是不用土壤來栽培植物的一項農業高新技術，因其以人工創造的作物根系環境取代了土壤環境，可以有效解決傳統土壤栽培中難以解決的水分、空氣和養分供應的矛盾，使作物根系處于最適宜的環境條件下，從而充分發揮了作物的增產潛力，達到提高單位面積產量、提早或延后蔬菜供應期、增加生產茬次、培育壯苗的目的，利于機械化、自動化、工廠化生產，可以減少污染，生產無公害蔬菜等。目前已知立體栽培技術使用營養液,而且營養液必須經過紫外和臭氧消毒回收處置等后可以再利用，如果營養液消毒不徹底，循環利用的營養液能在整個溫室沒出奧博根系病害，而傳染其它的健康植株，嚴重時會造成大量作物死亡，如果營養液沒有循環利用直接排出，排出的廢液則會污染土壤、地表水和地下水，而直接排入河流中的廢液引起河流或湖泊水的富營養化，同時浪費了大量的水資源。
發明內容
針對上述的現有技術缺陷和應用時的不利影響，本發明的目的是提供一種利用基質種植的塔式立體栽培裝置，可增加種植面積并且提高光能利用率。本發明的技術方案如下:一種塔式立體栽培架，包括至少兩根支撐立管，在各支撐立管之間從上至下設置若干橫向種植管，所述橫向種植管為一個沿軸向設有開口的管狀體結構，底部覆蓋一個弧狀板，其弧面內側與橫向種植管底部的弧面內側相對形成排水通道，該通道與開設于所述支撐立管上的排水孔相通；所述橫向種植管相對于水平線傾斜一定角度便于管內多余的灌溉水或營養液排出。進一步，所述橫向種植管和弧狀板由PVC管制成，將PVC管沿軸向剖開為一大一小兩個部分，圓截面周長較大的部分作為所述橫向種植管，圓截面周長較小的部分作為所述弧狀板；優選的，所述一大一小兩個部分的圓截面的周長分別為的PVC管的3/4圓周和1/4圓周。所述橫向種植管相對于水平線傾斜的角度在2-10°范圍。所述弧狀板上開設有若干小孔；進一步在弧狀板上鋪設有過濾裝置，例如鋪設一層能透水的覆蓋物包括蛇皮袋、無紡布；進一步在槽基部鋪一或兩層抗紫外線的聚乙烯薄膜以防止營養液滲漏，例如黑色或白色聚乙烯薄膜。
各橫向種植管可以僅僅在位置較低的一端設置排水孔，而位置較高的另一端則不開設排水孔，僅僅是插入支撐立管中起固定作用；進一步，也可以在某些或全部橫向種植管的兩端開口，同時在端部要設有營養液回收部分。所述支撐立管選用PVC管，其上開設排水孔與橫向種植管內的排水通道相通。所述橫向種植管的兩端完全咬合在支撐立管的表面，使橫向種植管與支撐立管之間有足夠的接觸面積，再利用專用的PVC管膠水粘接。包括四根支撐立管，在各支撐立管之間從上至下設置若干橫向種植管，形成四邊形的箱體結構，優選的，各橫向種植管順次同向排布在各支撐立管之間，各橫向種植管的右端均下傾，而左端均上揚；例如與水平線分別形成3°傾斜角度，形成“塔”式形狀的種植裝置，使得多余的營養液能夠順利沿著傾斜的弧狀板與橫向種植管組裝形成的獨立排水系統至上而下流出，匯集起來一并流入儲水罐槽；優選的，所述各橫向種植管及支撐立管采用外徑IlOmm的PVC管，各橫向種植管及支撐立管之間的排水孔的直徑為IOmm ;各弧狀板上開設的小孔的直徑為2mm。在每根橫向種植管弧狀板的上方裝填基質即形成下層具有排水通道上層填滿基質的橫向種植管整體。一種包括上述塔式立體栽培架的立體栽培種植系統，還包括灌溉施肥系統、蓄水系統，所述灌溉施肥系統由水流分配器、潛水泵以及滴箭構成，施肥液直接輸送到作物的根系;蓄水系統由集水橡皮圈以及儲水罐槽組成，多余的液體經種植管內的獨立排水系統匯集起來一并流入儲水罐槽，每根種植管中設有獨立的排水通道，營養液利用潛水泵的抽吸經滴管輸送至作物根系，多余營養液通過排水通道匯集流入支撐管，將一根支撐立管之外的其余支撐立管接近末端的管段用橡膠堵頭堵住，將各根支撐管中的多余營養液匯集至一根支撐管中，最后流入儲水罐槽，形成營養液的循環利用結構。進一步，每根支撐立管底端都安裝有集水橡皮圈，把多余的營養液都通過水流分配器集中到儲水罐槽中，水流分配器是安裝在每根支撐立管滴灌排水孔外的排水管，分別連接支撐立管和儲水罐槽，潛水泵把營養液從儲水罐槽中泵出，經過滴箭給植物灌溉營養液，每一株植物配置一個滴箭，植株的數目根據種植作物的密度確定。運用本發明，在填滿基質的種植管內根據具體需求可以種植一些香菜、三葉芹、生菜等蔬菜類以及雛菊，滿天星等觀賞花卉，還可以種植草莓等。本發明可以改善該處的空氣質量；自動灌溉，減輕管理的勞動強度；可以隨意構建組合形狀；取材方便，結構簡單，安裝方便，容易推廣。該裝置能在任何傳統的綠化種植方法所難以施工的場所大面積的立體種植綠化。從而拓展綠化領域和空間，能夠十分有效的緩解城市綠化用地和城市日益發展之間的矛盾。本發明的有益效果還包括:1、提高了光能利用率，具有節約型的生產特點，利用光能資源的空間由平面型轉向立體型，成倍地提高了光資源的轉化利用率。由于植物的高矮不同，從不同的空間有效地增加了作物的截光面積，提高了光能利用率。2、裝置的PVC管材獲取方便，且形成了一個下端具有獨立排水系統，上端則作為填充基質的種植管，具有節約型和可持續發展的生產特點，該排水系統與傳統立體栽培技術的排水系統相比而言，結構顯得十分簡單，巧妙及 實用。在整體設計結構上，種植管以一定的傾斜角度排布在支撐架四周，使得多余的營養液經種植管內的獨立排水系統能夠順利匯集起來一并流入儲水罐槽。由于充分利用了種植空間，整個種植架形似一座金字塔，不僅高效使用了種植區域，顯著提高了種植量和產量，而且具有很好的觀賞價值。3、種植裝置方便靈活，不受到地區限制，利用基質的塔式立體栽培對地理條件要求不嚴格，可運用到任何傳統的綠化種植方法所難以施工的場所，只要有電即可，家庭陽臺、屋頂都是種植的好地方。設計的塔式立體栽培裝置是手提式的、攜帶方便、拆裝方便、重量輕、干凈、衛生，整體形象好。該種植裝置可以改善該處的空氣質量；自動灌溉，減輕綠化管理的勞動強度；形狀大小可以隨意組合，占地面積很小綠化量可以很大，取材方便，結構簡單，容易推廣。4、具有很好的市場價值，能夠滿足多種人群的需要。利用基質的塔式立體栽培法生產蔬菜和花卉孕育著新的市場價值，隨著人們生活條件的改善，家家見綠已經成為人們的共同愿望。該栽培法占地少、栽培容量大、易管理，很適合在陽臺上發展，為陽臺園藝化提供了條件。
圖1為PVC管中利用基質種植的“塔式”立體栽培裝置整體結構圖；圖2為如圖2所示為第四橫向種植管4的右端與第一支撐立管6的連接斷面部分示意圖；圖3為在圖1所示栽培裝置基礎上進行栽培的系統圖。標注說明:1------第一橫向種植管；2------第二橫向種植管；3------第三橫向種植管；
4------第四橫向種植管；5------第九橫向種植管；6------第一支撐立管；7------水 流分配器；8------潛水泵；9------儲水罐槽；10------集水橡皮圈；11------植物；
12------滴箭；13-------第八橫向種植管；14-------第十橫向種植管；15-------第
七橫向種植管；16-------第H 橫向種植管；17------第六橫向種植管；18------第
十二橫向種植管；19------第二支撐立管；20------第五橫向種植管；21------第三支
撐立管；22------第十三橫向種植管；23------第四支撐立管；24------第十四橫向種
植管；25------第十五橫向種植管；26------第十六種植管；41------第四弧狀板41 ；
61------第四排水孔；
具體實施例方式以下結合附圖，對本發明的實施例作進一步描述。請參閱圖1，本發明塔式立體栽培架的一種四邊形結構的實施例，包括第一支撐立管6、第二支撐立管19、第三支撐立管21及第四支撐立管23，它們共同構成立體栽培架的豎向支撐結構。在每兩根支撐立管之間設置有若干橫向種植管，以第一支撐立管6與第四支撐立管23之間為例:由上至下包括第一橫向種植管1、第二橫向種植管2、第三橫向種植管3及第四橫向種植管4。各橫向種植管結構相同，尺寸根據所處位置及實際需要可以不同，總體形狀呈現一個順時針螺旋下降結構，便于多余的灌溉水或營養液從高流到低處的10號處收集。以第四橫向種植管4為例，如圖2所示，為第四橫向種植管4的右端與第一支撐立管6的連接斷面示意圖，第四橫向種植管4為一個沿軸向設有開口的管狀體結構，底部覆蓋一個第四弧狀板41，其弧面內側與橫向種植管4底部的弧面內側相對形成排水通道，該通道與開設于第一支撐立管6上的第四排水孔61相通。第一橫向種植管1、第二橫向種植管2、第三橫向種植管3及第四橫向種植管4相對于第一支撐立管6傾斜一定角度，四根橫向種植管傾斜的角度和方向可以不相同，每一個橫向種植管與支撐立管的連接方式和圖2所示結構一致，種植管內鋪設弧狀板，與種植板之間形成排水通道，便于多余的灌溉水或營養液排出。
第五橫向種植管20、第六橫向種植管17、第七橫向種植管15及第八橫向種植管13相對于第三支撐立管21傾斜一定角度，四根橫向種植管傾斜的角度和方向可以不相同，多余的灌溉水或營養液可以從一排最低的支撐立管排出。第九橫向種植管5、第十橫向種植管14、第^ 橫向種植管16及第十二橫向種植管18相對于第二支撐立管19傾斜一定角度，四根橫向種植管傾斜的角度和方向可以不相同，多余的灌溉水或營養液可以從一排最低的支撐立管排出。第十三橫向種植管22、第十四橫向種植管24、第十五橫向種植管25及第十六橫向種植管26相對于第四支撐立管23傾斜一定角度，四根橫向種植管傾斜的角度和方向可以不相同，多余的灌溉水或營養液可以從一排最低的支撐立管排出。作為一種優選實施例，各支撐立管及橫向種植管都可以選用PVC管來制成。以圖2所示為例，將PVC管根據圓截面不同的比例剖開為兩個部分，例如根據圓截面周長的1/4和3/4剖開，將截面周長為3/4的部分作為第四橫向種植管4，將截面周長為1/4的部分作為第四弧狀板41。在第四弧狀板41上可均勻的開設若干的小孔，例如直徑為2mm的小孔；在其上鋪設一過濾裝置，例如鋪設一層簡單易得的蛇皮袋，便于基質的聚集以及堵塞滲水孔，同時防止從種植管兩邊側漏以及后續的清理和搬運工作，也可以用別的能透水的覆蓋物，例如無紡布；也可以在槽基部鋪一兩層抗紫外線的聚乙烯薄膜，以防止營養液滲漏，嚴寒季節以黑色薄膜為好，高溫季節以白色較宜。將第四弧狀板41插入第四橫向種植管4管中，在第四弧狀板41上方裝填基質即形成下層具有排水通道上層填滿基質的第四橫向種植管整體。第一支撐立管6也選用PVC管，其上開設第四排水孔61與第四橫向種植管內的排水通道相通。如圖所示，第四橫向種植管4兩端完全咬合在第一支撐立管6的表面，使第四橫向種植管4與第一支撐立管6之間有足夠的接觸面積，再利用專用的PVC管膠水粘牢，這樣保證第四橫向種植管4能夠與第一支撐立管6穩妥連接，而且使得獨立排水系統中的營養液能夠暢通流入支撐管中，便于匯集。其它各橫向種植管與支撐立管的結構及相互連接與上述內容相同，簡明起見，此不贅述。本實施例中各橫向種植管順次同向排布在各支撐立管之間，各橫向種植管的右端均下傾，而左端均上揚，與各支撐立管分別形成3°傾斜角度，形成“塔”式形狀的種植裝置，使得多余的營養液能夠順利沿著傾斜的弧狀板與橫向種植管組裝形成的獨立排水系統至上而下流出，匯集起來一并流入儲水罐槽。在其它實施例中，各橫向種植管的實際傾斜角度的大小可以根據工況，比如基質的滲水性等不同在一定范圍內進行調節，一般在2-10°范圍之內，便于灌溉多余的水排出，同時給植物的根部提供呼吸通道。上述實施例中各橫向種植管及支撐立管可以采用外徑IlOmm的PVC管，各橫向種植管及支撐立管之間的排水孔的直徑為IOmm ;各弧狀板上開設的小孔的直徑為2mm。進一步,在上述塔式立體栽培架的基礎上可構成一種立體栽培種植系統。本發明是一種利用PVC管進行基質種植的“塔式”立體栽培系統，一種塔式立體栽培裝置，包括塔式立體栽培架，灌溉施肥系統，排水系統，蓄水系統組成。塔式立體栽培架是由四根橫向種植管以及DN110PVC管的支撐架PVC支撐立管構成一個四分之一的側邊框架；如圖1所示，整個塔式立體栽培架共有十六根PVC種植管和四根PVC支撐立管組成，將橫向種植管兩端完全咬合在支撐立管的表面，使橫向種植管與支撐立管之間有足夠的接觸面積，再利用專用的PVC管膠水粘牢，如圖所示。其構造具體涉及到將PVC管根據圓截面根據圓截面周長為1/4與3/4的不同比例剖開為兩個部分(如圖2所示)，在截面小的部分均勻的打一些孔，將截面小的那部分插入截面大的PVC管中，形成下層具有排水系統上層填滿基質的種植管，將種植管以一定的傾斜角度排布在具有四根PVC管的支撐架四周，形成“塔”式形狀的種植裝置。灌溉施肥系統由水流分配器7、潛水泵8以及滴箭12構成，施肥液直接輸送到作物的根系。橫向種植管的連接處中心的下端同時開有直徑為Icm的排水孔。種植管能夠與同管徑的支撐管PVC支撐立管6分別連接，而且使得獨立排水系統中的營養液能夠暢通流入支撐管中，便于匯集。將整個種植管通過一定的角度排布在具有四根PVC管的支撐架四周，連接處中心的下端同時開有直徑為IOmm的排水孔(如圖2所示)，這樣保證種植管能夠與同管徑的支撐管連接，而 且使得獨立排水系統中的營養液能夠暢通流入支撐管中，便于匯集，具體的角度設計可取大于2°小于10°，保證多余的營養液的收集。蓄水系統由集水橡皮圈10以及儲水罐槽9組成，多余的液體經種植管內的獨立排水系統匯集起來一并流入儲水罐槽，每根種植管中有獨立的排水通道，營養液利用泵的抽吸經滴管輸送至作物根系，多余營養液通過排水通道匯集流入四根支撐管，將其中三根支撐管接近末端的管段用橡膠堵頭堵住，將四根支撐管中的多余營養液匯集至一根支撐管中，最后流入儲水罐槽，形成營養液的循環利用模式。這樣可以收集多余營養液的形成循環利用模式。每根支撐立管底端都安裝集水橡皮圈，如圖3所示，第四支撐立管2底端安裝集水橡皮圈10，把多余的營養液都通過水流分配器7集中到儲水罐槽9中，水流分配器7其實是安裝在支撐立管滴灌排水孔外的排水管，共四根，分別連接支撐立管和儲水罐槽9，潛水泵8把營養液從儲水罐槽9中泵出，經過滴箭12給植物11灌溉營養液，每一株植物配置一個滴箭，植株的數目根據種植作物的密度確定。營養液經潛水泵通過滴箭裝置輸送到作物的根系，多余的營養液經種植管內的獨立排水系統匯集起來一并流入儲水罐槽，形成營養液管內循環的立體栽培種植系統。在灌溉施肥系統，排水系統，蓄水系統中，供液時營養液由潛水泵裝置從儲水罐槽9中抽出，經加液主管、加液支管進入滴液盒，從滴液盒通過滴箭輸送到作物的根系，然后流入塔式栽培架中種植管，再通過栽培架底部小孔，流入下個栽培架中的種植管，依次順流而下到達最下面的種植管，多余的營養液經種植管內的獨立排水系統匯集起來一并流入儲水罐槽，形成營養液管內循環的立體栽培種植系統。植物生長所需的養分配比形成專用營養液定期加在儲水罐槽內，按植物的不同生長周期的實際情況調整供水時間和流量，其整體結構如圖3所示。運用本發明，在填滿基質的種植管內根據具體需求可以種植一些香菜、三葉芹、生菜等蔬菜類以及雛菊，滿天星等觀賞花卉，還可以種植草莓等。本發明安裝簡單，利用基質作為立體栽培的栽培介質，解決了常用的立體栽培都是使用營養液作為栽培介質的代替了傳統的營養液栽培介質，避免了營養液回收和消毒處理的矛盾，從而大大降低 了立體栽培的運行費用，容易擺放，造價低廉，便于立體栽培的推廣和應用。另外，還具有性能穩定、設備簡單、投資少、管理容易、不易傳染根系病害等優點。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種塔式立體栽培架，其特征在于:包括至少兩根支撐立管，在各支撐立管之間從上至下設置若干橫向種植管，所述橫向種植管為一個沿軸向設有開口的管狀體結構，底部覆蓋一個弧狀板，其弧面內側與橫向種植管底部的弧面內側相對形成排水通道，該通道與開設于所述支撐立管上的排水孔相通；所述橫向種植管相對于水平線傾斜一定角度便于管內多余的灌溉水或營養液排出。
2.根據權利要求1所述的塔式立體栽培架，其特征在于:所述橫向種植管和弧狀板由PVC管制成，將PVC管沿軸向剖開為一大一小兩個部分，圓截面周長較大的部分作為所述橫向種植管，圓截面周長較小的部分作為所述弧狀板；優選的，所述一大一小兩個部分的圓截面的周長分別為的PVC管的3/4圓周和1/4圓周。
3.根據權利要求1所述的塔式立體栽培架，其特征在于:所述橫向種植管相對于水平線傾斜的角度在2-10°范圍。
4.根據權利要求1所述的塔式立體栽培架，其特征在于:所述弧狀板上開設有若干小孔；進一步在弧狀板上鋪設有過濾裝置，例如鋪設一層能透水的覆蓋物包括蛇皮袋、無紡布；進一步在槽基部鋪一或兩層抗紫外線的聚乙烯薄膜以防止營養液滲漏，例如黑色或白色聚乙烯薄膜。
5.根據權利要求1所述的塔式立體栽培架，其特征在于:各橫向種植管僅僅在位置較低的一端設置排水孔，而位置較高的另一端則不開設排水孔，僅僅是插入支撐立管中起固定作用；或者，進一步，在某些或全部橫向種植管的兩端設有開口，同時在端部設有營養液回收部分；或者，優選的，所述支撐立管選用PVC管，其上開設排水孔與橫向種植管內的排水通道相通。
6.根據權利要求1所述的塔式 立體栽培架，其特征在于:所述橫向種植管的兩端完全咬合在支撐立管的表面，使橫向種植管與支撐立管之間有足夠的接觸面積，再利用專用的PVC管膠水粘接。
7.根據權利要求1所述的塔式立體栽培架，其特征在于:包括四根支撐立管，在各支撐立管之間從上至下設置若干橫向種植管，形成四邊形的箱體結構，優選的，各橫向種植管順次同向排布在各支撐立管之間，各橫向種植管的右端均下傾，而左端均上揚；例如與水平線分別形成3°傾斜角度，形成“塔”式形狀的種植裝置，使得多余的營養液能夠順利沿著傾斜的弧狀板與橫向種植管組裝形成的獨立排水系統至上而下流出，匯集起來一并流入儲水罐槽； 優選的，所述各橫向種植管及支撐立管采用外徑IlOmm的PVC管，各橫向種植管及支撐立管之間的排水孔的直徑為IOmm ;各弧狀板上開設的小孔的直徑為2mm。
8.根據權利要求1-7中任一所述的塔式立體栽培架,其特征在于:在每根橫向種植管弧狀板的上方裝填基質即形成下層具有排水通道上層填滿基質的橫向種植管整體。
9.一種包括權利要求1-8中任一所述的塔式立體栽培架的立體栽培種植系統，其特征在于:還包括灌溉施肥系統、蓄水系統，所述灌溉施肥系統由水流分配器、潛水泵以及滴箭構成，施肥液直接輸送到作物的根系； 蓄水系統由集水橡皮圈以及儲水罐槽組成，多余的液體經種植管內的獨立排水系統匯集起來一并流入儲水罐槽，每根種植管中設有獨立的排水通道，營養液利用潛水泵的抽吸經滴管輸送至作物根系，多余營養液通過排水通道匯集流入支撐管，將一根支撐立管之外的其余支撐立管接近末端的管段用橡膠堵頭堵住，將各根支撐管中的多余營養液匯集至一根支撐管中，最后流入儲水罐槽，形成營養液的循環利用結構。
10.根據權利要求9所述的塔式立體栽培架的立體栽培種植系統，其特征在于:每根支撐立管底端都安裝有集水橡皮圈，把多余的營養液都通過水流分配器集中到儲水罐槽中，水流分配器是安裝在每根支撐立管滴灌排水孔外的排水管，分別連接支撐立管和儲水罐槽，潛水泵把營養液從儲水罐槽中泵出，經過滴箭給植物灌溉營養液，每一株植物配置一個滴箭，植株的數目根據種植 作物的密度確定。
全文摘要
本發明公開了一種塔式立體栽培架及塔式立體栽培裝置，所述塔式立體栽培架包括至少兩根支撐立管，在各支撐立管之間從上至下設置若干橫向種植管，所述橫向種植管為一個沿軸向設有開口的管狀體結構，底部覆蓋一個弧狀板，其弧面內側與橫向種植管底部的弧面內側相對形成排水通道，該通道與開設于所述支撐立管上的排水孔相通；所述橫向種植管相對于水平線傾斜一定角度便于管內多余的灌溉水或營養液排出。所述立體栽培種植系統，除了所述塔式立體栽培架之外還包括灌溉施肥系統、蓄水系統。本發明大大降低了立體栽培的運行費用，容易擺放、造價低廉，便于立體栽培的推廣和應用。
文檔編號A01G31/06GK103202213SQ20131011801
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月7日 優先權日2013年4月7日
發明者陳杰, 司慧萍, 吳軍輝, 林開顏, 呂濤, 徐凱, 馬潔瓊, 王悠陽, 張曉磊 申請人:同濟大學