空間植物栽培基質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含水量控制裝置，包括栽培盤、多孔管、栽培基質、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；所述多孔管埋于所述栽培基質中；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與多孔管間的水勢梯度，在水箱-多孔管-栽培基質-植物之間建立了一套栽培基質含水量自動控制系統(tǒng)，使栽培基質一直保持在植物最適生長的水分狀態(tài)。
【專利說明】空間植物栽培基質含水量控制裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及載人航天受控生態(tài)生保技術研究領域，特別涉及一種空間植物栽培基質含水量控制裝置。
【背景技術】
[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，以栽培基質的基質勢為驅動力，依靠基質吸力實現(xiàn)水分補給。具體工作方式為:正常情況下，當栽培盤中基質含水量一定時，基質的基質勢相對恒定，基質吸力與多孔管內水壓處于平衡；隨著植物蒸騰和水分蒸發(fā)，栽培基質中基質吸力增大，水分會從多孔管流向基質供植物生長；反之，基質中含水量過多時，栽培基質吸力減小，水分會從基質流向多孔管排出。該方法的優(yōu)勢在于能根據(jù)基質缺水程度自動調節(jié)供水量，避免了栽培基質過干或過濕。然而，該供水方式在空間的應用仍存在一定局限，特別是空間微重力條件下，供水水頭與多孔管零高程差時，多孔管內壓力的控制以及栽培基質基質勢的維持都是亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術的不足，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含水量控制裝置。
[0005]一種空間植物栽培基質含水量控制裝置，包括栽培盤、多孔管、栽培基質、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；所述多孔管以蛇形埋于所述栽培基質中；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]所述栽培基質為多孔陶瓷栽培基質。
[0007]所述多孔栽培基質粒徑約0.25~lmm ;內部空氣孔隙度30-35% ;內部水分孔隙度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含水量控制裝置培養(yǎng)植物的方法，所述栽培基質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，在栽培基質額定含水量條件下，調節(jié)所述進水控制閥的孔徑或者所述蠕動泵的轉速至額定水壓時，該水壓與栽培基質基質勢平衡；隨著植物蒸騰和水分蒸發(fā)，栽培基質中基質勢降低，基質吸力增大，保持多孔管內水壓恒定，水分會從多孔管內流向栽培基質；反之，當栽培基質中含水量增加時，基質吸力減小，水分會從栽培基質流入多孔管。因此，通過調節(jié)所述進水控制閥的孔徑或者所述蠕動泵的轉速至額定水壓，以栽培基質基質勢與多孔管內水壓的水勢梯度為驅動力，即可使基質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)基質缺水程度自動調節(jié)供水量，使基質一直保持植物最適生長的水分狀態(tài)，是一種自動調節(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，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空間植物栽培基質含水量控制裝置結構示意圖；
[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，空間植物栽培基質含水量控制裝置包括栽培盤1、多孔管2、栽培基質
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3 ;多孔管2埋于基質中；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3中慢慢加水至飽和，然后調整蠕動泵6的轉速方向，利用多孔管2將多余水分排出至額定含水量。參考栽培基質水分特征曲線，可知額定含水量條件下栽培基質3的基質勢，保持蠕動泵6轉速不變，調節(jié)進水控制閥5的孔徑至相應壓力大小等于基質勢，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，調節(jié)蠕動泵6轉速至多孔管內水壓與基質勢平衡，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植物，在70%基質含水量條件下進行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，多孔管在栽培盤內以蛇形排列，管道內徑為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3為多孔陶瓷基質(PPC)，孔徑介于0.25~1mm，內部空氣孔隙度35% ;內部水分孔隙度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3中慢慢加水至飽和，盡量減少自然狀態(tài)下內部空氣的滯留，然后調整蠕動泵6的轉速方向，利用多孔管2將多余水分排出至70%基質相對含水量。參考多孔陶瓷PPC基質的水分特征曲線，在70%基質相對含水量條件下，PPC基質中相應基質吸力約為650Pa，調節(jié)蠕動泵轉速至20rpm，此時，栽培盤內進、出水量基本相等，基質相對含水 量保持70%不變；播種擬南芥并連續(xù)在30天內對基質含水量進行記錄，結果顯示栽培盤中基質含水量變化介于70%±2%。
【權利要求】
1.一種空間植物栽培基質含水量控制裝置，包括栽培盤(I)、多孔管(2)、栽培基質(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(3);所述多孔管(2)埋于所述栽培基質(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.如權利要求1所述的空間植物栽培基質含水量控制裝置，其特征在于所述栽培基質(3)為多孔陶瓷栽培基質。
3.如權利要求2所述的空間植物栽培基質含水量控制裝置，其特征在于所述多孔陶瓷栽培基質粒徑約0.25~Imm ;內部空氣孔隙度30~35% ;內部水分孔隙度30~40%。
4.如權利要求1所述的空間植物栽培基質含水量控制裝置，其特征在于所述多孔管(2)為不銹鋼多孔管。
5.如權利要求1所述的空間植物栽培基質含水量控制裝置，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，管道內徑10mm，蛇形彎管半徑為30mm,縱向節(jié)距為60mm。
6.使用如權利要求1所述的空間植物栽培基質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)，通過調節(jié)所述進水控制閥(5)的孔徑或者所述蠕動泵(6)的轉速，調節(jié)所述多孔管(2)內水壓。
【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