一種設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培裝置及方法。該裝置包括栽培容器和灌溉裝置，栽培容器優選埋置在栽培壟里，灌溉裝置用于向所述栽培容器內滴灌營養液。該方法將栽培基質裝在栽培容器內，并將栽培容器埋置在土壤中；采用穴盤基質育苗，成苗后連同基質一同移栽到栽培容器內；采用灌溉裝置進行水肥供給，多余營養液積聚在容器底部，絕大部分根系被限制在栽培容器內，部分吸收活力強的根尖部分可通過栽培容器的開孔伸出，吸收土壤中的水分和養分，同樣土壤中的水肥可通過栽培容器的開孔進入容器，被根系吸收利用。本發明適合在日光溫室或塑料大棚使用，適合各種果菜和西甜瓜等作物的栽培生產，成本低、通用性強、管控方便。
【專利說明】一種設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于設施農業無土栽培【技術領域】，具體地說，涉及一種設施蔬菜土壤起壟 內嵌式無土栽培裝置及方法。

【背景技術】
[0002] 設施蔬菜生產是在連棟溫室、日光溫室、塑料大棚等設施內進行冬春季反季節蔬 菜生產的方式，是滿足我國城鄉居民"菜籃子"安全和有效供給不可或缺的技術手段。我國 設施蔬菜栽培面積已近400萬公頃，其中以土壤栽培為主要方式，占99%以上，而無土栽培 僅占極少比例。
[0003] 與露地栽培相比，設施土壤處于相對封閉的空間內，受高溫濕度和蒸發量、高肥水 投入、高復種指數等環境條件和農藝活動的影響，設施土壤的物理、化學和生物學性質演變 劇烈，途徑復雜多樣，常導致土壤次生鹽漬化、養分失調、有害元素積累、微生物群落區系惡 化等土壤質量問題。當前，因土壤質量惡化導致的設施園藝生產問題十分嚴重，連作障礙、 病蟲害頻發、水肥資源利用率低、生態環境惡化、農產品品質差等問題已經成了制約設施園 藝產業健康發展的"瓶頸"。更為嚴重的是，因土壤環境不可調控，設施蔬菜土壤栽培產量 低、品質差，日益不能滿足人們對高品質農產品的要求。
[0004] 無土栽培是解決這一問題的有效方法，采用基質代替土壤，蔬菜根系被限制在人 造環境中，避免水肥的環境釋放和污染；同時，基質重量輕、用量少，可消毒反復利用，避免 了連作障礙、鹽漬化等生產問題的發生。但是，無土栽培在日光溫室和塑料大棚內的應用推 廣技術難度極大，傳統營養液栽培根本無法實施。
[0005] 傳統設施無土栽培或營養液栽培需要成本較高的專門設施栽培裝置，而且農藝管 理技術較復雜，而且對溫室環境控制要求較高，適用于硬化地面的連棟溫室或玻璃溫室，不 適合耕作土壤利用型日光溫室和塑料大棚。雖然，我國學者研發的一些設施蔬菜有機生態 無土栽培技術和有機土栽培雖可脫離或部分脫離土壤，但需要用磚等建筑材料或挖土建造 栽培槽，配制栽培基質，操作煩瑣，且基質用量大，成本頗高，重復利用性差，不適宜工廠化 生產應用。而且，設施蔬菜土壤栽培為開放式栽培模式，水肥管理粗放，水肥（特別是氮肥） 極易通過淋洗、揮發等方式向環境釋放，造成養分資源浪費和環境污染問題，可持續性差。 此外，長期實施必將產生連作障礙，病蟲害頻發的生產問題。
[0006] 當前，亟待開發適合我國日光溫室和塑料大棚應用的設施蔬菜栽培技術，既能克 服土壤栽培的固有問題，又能解決設施蔬菜無土栽培成本高、技術復雜等問題。


【發明內容】

[0007] 為了解決上述問題，本發明提供一種低成本、通用性強、易管控的設施蔬菜土壤起 壟內嵌式無土栽培裝置及方法。
[0008] 本發明采用的技術方案如下：
[0009] -種設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培裝置，包括栽培容器和灌溉裝置，所述栽 培容器埋置在土壤中，其上端開口，底端封閉，側壁上設有開孔，內部裝有栽培基質；所述灌 溉裝置用于向所述栽培容器內滴灌營養液。
[0010] 進一步地，所述栽培容器可以直接埋置在土壤中，也可以預先在土壤上起壟，將栽 培容器埋置在栽培壟里。栽培容器可局部埋到地平面以下，也可以在地平面以上，包埋在壟 的內部，栽培容器上邊緣略高于土壤表面（或略高于栽培壟上端），栽培容器被土壤緊密包 裹。本發明優選采用起壟的方式，這樣可以在冬春季節低溫時保持栽培容器內的溫度，提高 基質溫度緩沖能力，防止凍害發生；起壟有利于行間通風，以及操作人員行走；也有利于壟 上覆膜，提高壟內溫度，防止雜草產生，保墑效果好。
[0011] 進一步地，所述栽培容器采用PVC、PE等材料制作，容器口為D形、長方形或正方形 等形狀，底部為為平底或尖底，頂部開口處直徑應大于或等于底部直徑。優選的，栽培容器 長5-15cm，寬5-15cm，高10-20cm。栽培容器具體大小可根據所栽培蔬菜的根系大小選定。
[0012] 進一步地，所述栽培容器側壁上的開孔靠近栽培容器底部，距離底部2?5cm，開 孔行數為1-3行，行距0· 2-lcm，水平方向兩孔的間距為l-2cm，孔徑0· 2-0. 8cm。
[0013] 進一步地，所述栽培基質包含蛭石、草炭、珍珠鹽，體積比例為1: (0.5? 2) : (0. 5?1)，優選可以為1:1:1，2:1:1，1:2:1等。更進一步地，所述栽培基質進行消毒處 理，其中草炭可以由稻殼、椰殼、腐熟糞便等一些可用于無土栽培的材料代替。
[0014] 進一步地，所述灌溉裝置包括營養液容器、滴灌管路、泵動系統和控制裝置（單片 機或計算機系統）組成，進行水肥供給。更進一步地，所述灌溉裝置還包括水分傳感器（土 壤水分含量傳感器），該水分傳感器連接控制裝置即單片機或計算機系統等，通過水分傳感 器檢測栽培容器內的水量，通過控制裝置進行控制，使栽培容器保持合適的持水率。
[0015] 一種采用上述裝置的設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培方法，其步驟包括：
[0016] 1)配制栽培基質：將栽培基質的各組分（蛭石、草炭、珍珠鹽等）按照一定體積比 例混合，制成栽培基質；
[0017] 2)制作栽培容器：栽培容器其上端開口，底端封閉，側壁上設有開孔，將栽培基質 裝在該栽培容器內；
[0018] 3)埋置栽培容器：將栽培容器埋置在土壤中，栽培容器上邊緣略高于土壤表面， 栽培容器被土壤緊密包裹；
[0019] 4)育苗移栽：采用穴盤基質育苗，成苗后連同基質一同移栽到栽培容器內；
[0020] 5)制作灌溉裝置：采用營養液池（或營養液容器），配置泵動系統和滴灌系統進 行水肥供給，多余營養液積聚在容器底部，絕大部分根系被限制在栽培容器內，部分吸收活 力強的根尖部分可通過栽培容器的開孔伸出栽培容器進入土壤中，吸收土壤中的水分和養 分，同樣土壤中的水肥可通過栽培容器的開孔進入容器，被根系吸收利用。
[0021] 進一步地，步驟3)所述栽培容器可以直接埋置在土壤中，也可以預先在土壤上起 壟，將栽培容器埋置在栽培壟上，栽培容器上邊緣略高于栽培壟上端，栽培容器被栽培壟土 壤緊密包裹。優選地，可預調節栽培壟的墑情，并可覆膜，以保持墑情，防沙塵，避免雜草生 長。
[0022] 進一步地，步驟5)進行灌溉時，按照栽培基質數量確定40%以上持水率時的灌溉 量。
[0023] 進一步地，步驟5)所述灌溉裝置設有水分傳感器和相應的控制裝置，通過水分傳 感器檢測栽培容器內基質的水分含量，通過控制裝置進行控制，使栽培容器保持合適的持 水率。
[0024] 與現有技術相比，本發明的優點和有益效果如下：
[0025] 1、該栽培方法適合在日光溫室或塑料大棚使用，適合各種果菜和西甜瓜等作物的 栽培生產。
[0026] 2、作物根系被限制在栽培容器中，可有效吸收利用養分和水分，提高了養分和水 分的利用效率；而且，少量根系通過孔伸到栽培容器外，可吸收土壤中的養分和水分，提高 了作物的穩定性和支撐性，抗倒伏，減少了土傳病害感染幾率。
[0027] 3、栽培容器被埋在栽培壟中，相對固定，周圍的土壤可增加栽培容器的保溫能力， 通過土壤緩沖，可減少低溫危害，保證冬春季夜間作物根系安全。
[0028] 4、栽培基質體積小，重量輕，可經過消毒處理，避免病蟲害發生；而且，茬口間消毒 后的基質可重復使用，茬口緊湊，提高了栽培效率和單位面積的產量。
[0029] 5、栽培容器底部密閉設計可有效阻斷水肥流失，避免了土壤污染、鹽漬化等問題 的發生，土壤僅承擔了部分栽培基質功能，從而保護了土壤質量和設施生態系統的可持續 性。
[0030] 6、栽培容器小，水肥供應充足可控，可加大栽培密度，提高光能利用效率，提高產 量。
[0031] 7、栽培容器小，埋置方便，可重復使用，茬口安排快捷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1是實施例中設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培裝置的示意圖。
[0033] 圖2是栽培容器埋置在栽培壟中的剖面示意圖。
[0034] 圖3是實施例中栽培容器的示意圖。
[0035] 圖4是帶有傳感設備的設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培裝置的示意圖。
[0036] 圖5是采用長槽形栽培容器的栽培裝置示意圖。
[0037] 圖6是各種形狀的栽培容器示意圖。
[0038] 圖7是實施例中設施蔬菜土壤內嵌式基質栽培方法的步驟流程圖。
[0039] 圖中標號說明：10-栽培容器，11 一開孔，12-栽培基質，20-栽培壟，21-營養液 容器，22-泵動系統，23-滴灌管路，24-水分傳感器，25-控制裝置。

【具體實施方式】
[0040] 為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面通過具體實施例和 附圖，對本發明做進一步說明。
[0041] 圖1是本發明的設施蔬菜土壤內嵌式基質栽培裝置的整體示意圖，主要包括栽培 容器10和灌溉裝置。灌溉裝置用于向所述栽培容器內澆灌營養液，包括營養液池（營養液 容器）21，并配置泵動系統22和滴灌管路23進行水肥供給，由控制裝置25 (計算機、單片機 等）進行控制。栽培容器10埋置在栽培壟20上，栽培容器10的上邊緣略高于栽培壟20 上端，栽培容器10被栽培壟20的土壤緊密包裹，如圖2所示。
[0042] 圖3是栽培容器10的示意圖，其上端開口，底端封閉，側壁上設有開孔11，內部裝 有栽培基質12。栽培容器10可以采用PVC、PE等材料制作，容器口為D形、長方形或正方 形等，底部為為平底或尖底，長5-15cm，寬5-15cm，高10-20cm。栽培容器10的側壁上的開 孔11靠近底部，距離底部2?5cm，開孔行數可為1-3行，行距0. 2-lcm，水平方向兩孔的間 距為 l-2cm，孔徑 0· 2-0. 8cm。
[0043] 栽培基質12包含蛭石、草炭、珍珠鹽，體積比例為1: (0. 5?2) : (0. 5?1)，優選可 以為1:1:1，2:1:1，1:2:1等。更進一步地，所述栽培基質進行消毒處理，其中草炭可以由稻 殼、椰殼、腐熟糞便等一些可用于無土栽培的材料代替。
[0044] 其它實施例中，如圖4所示，灌溉裝置還可包括水分傳感器24,通過水分傳感器24 檢測栽培容器內的水量，通過控制裝置25進行控制，使栽培容器保持合適的持水率。比如 按照栽培基質數量確定80%持水率時的灌溉量，定時控制。根據栽培面積大小，每畝可設置 數個比如2個傳感器，也可以在每個栽培容器處均設置傳感器，在栽培容器開孔處插入傳 感器檢測基質水分含量，按需澆灌水肥。
[0045] 其它實施例中，如圖5所示，栽培容器10還可以是長槽形，此時每個栽培壟上布置 一個長槽形栽培容器。圖6是各種形狀的栽培容器示意圖，其中（a)為圓形或橢圓形，上大 下小，（b)為兩個對稱放置的D形容器，（c)為長槽形的栽培容器。
[0046] 圖7是采用上述裝置的一個實施例的設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培方法的 步驟流程圖，對各步驟具體說明如下：
[0047] 1)配制栽培基質：將栽培基質的各組分（蛭石、草炭、珍珠鹽等）按照一定體積比 例混合，制成栽培基質；
[0048] 2)制作栽培容器：采用PVC、PE等材料定制栽培容器，容器口為D形、長方形或 正方形，栽培容器長5-15cm，寬5-15cm，高10-20cm。栽培容器底部為密閉結構，為平底 或尖底，在底部上方2-5cm處的四周壁上開孔（直徑0. 2-lcm)，開孔行數為1-3行，行距 0· 2-lcm，水平2孔間距為l-2cm，孔徑0· 2-0. 8cm。栽培容器內裝滿基質。通過滴灌系統澆 灌營養液，多余營養液積聚在容器底部，避免滲漏到深層土壤。絕大部分根系被限制在栽培 容器內，部分吸收活力強的根尖部分可通過孔伸出栽培容器進入土壤中，吸收土壤中的水 分和養分，同樣土壤中的水肥可通過空隙進入容器，被根系吸收利用。
[0049] 3)制作栽培壟：預先起壟，寬度和高度分別為20-30cm和20-30cm。栽培容器整齊 排列（成對排列或等距離列成行）并埋置在栽培壟上，比如將兩個D字形栽培容器成對排 列，呈跑道橢圓形。栽培容器上邊緣略高于栽培壟上端，栽培容器被栽培壟土壤緊密包裹。 可預調節栽培壟的墑情，并可覆膜，以保持墑情，防沙塵，避免雜草生長。
[0050] 4)育苗移栽：采用穴盤基質育苗，成苗后連同基質一同移栽到栽培容器中央。
[0051] 5)制作灌溉裝置：采用營養液池或容器，配置泵動系統和滴灌系統進行水肥供 給，按照栽培基質數量確定80%持水率時的灌溉量，定時控制。
[0052] 以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制，本領域的普通技術 人員可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍，本 發明的保護范圍應以權利要求所述為準。
【權利要求】
1. 一種設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培裝置，其特征在于，包括栽培容器和灌溉裝 置，所述栽培容器埋置在土壤中，其上端開口，底端封閉，側壁上設有開孔，內部裝有栽培基 質；所述灌溉裝置用于向所述栽培容器內滴灌營養液。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述栽培容器埋置在栽培壟里，栽培容器上 邊緣略高于栽培壟上端，栽培容器被栽培壟的土壤緊密包裹。
3. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述栽培容器的容器口為D形、長方形或正 方形，或者所述栽培容器為長槽形；所述栽培容器底部為平底或尖底，頂部開口處尺寸大于 或等于底部尺寸。
4. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述栽培容器側壁上的開孔靠近底部，距離 底部2?5cm，開孔行數為1?3行，行距為0· 2?lcm，水平方向兩孔的間距為1?2cm，孔 徑為〇· 2?0· 8cm。
5. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述栽培基質包含蛭石、草炭、珍珠鹽，其體 積比例為1: (0. 5?2) : (0. 5?1)，其中草炭可由稻殼、椰殼、腐熟糞便代替。
6. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述灌溉裝置包括營養液容器、滴灌管路、 泵動系統和控制裝置。
7. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于：所述灌溉裝置還包括水分傳感器，用于檢測 所述栽培容器內的水量，通過所述控制裝置進行控制，使栽培容器保持合適的持水率。
8. -種采用權利要求1所述裝置的設施蔬菜土壤起壟內嵌式無土栽培方法，其步驟包 括： 1) 將栽培基質的各組分按照一定體積比例混合，制成栽培基質； 2) 制作栽培容器，將栽培基質裝在該栽培容器內； 3) 將栽培容器埋置在土壤中，栽培容器上邊緣略高于土壤表面，栽培容器被土壤緊密 包裹； 4) 采用穴盤基質育苗，成苗后連同基質一同移栽到栽培容器內； 5) 制作灌溉裝置進行水肥供給，多余營養液積聚在栽培容器底部，絕大部分根系被限 制在栽培容器內，部分吸收活力強的根尖部分通過栽培容器的開孔伸出并進入土壤中，吸 收土壤中的水分和養分，同樣土壤中的水肥通過栽培容器的開孔進入容器，被根系吸收利 用。
9. 如權利要求7所述的方法，其特征在于：步驟3)預先在土壤上起壟，將栽培容器埋 置在栽培壟里，栽培容器上邊緣略高于栽培壟上端，栽培容器被栽培壟土壤緊密包裹；所述 栽培壟上覆膜，以保持墑情。
10. 如權利要求7所述的方法，其特征在于：步驟5)進行灌溉時，按照栽培基質數量確 定40%以上持水率時的灌溉量。
【文檔編號】A01G31/02GK104145802SQ201410342395
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】劉文科, 楊其長 申請人:中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所