可拆卸无土栽培箱的设计与应用

雨蔬农业：用技术武装现代农民。

可拆卸无土栽培箱的设计与应用

来源:仲恺农业工程学院 作者:肖宇霖，尚华

近年来，无土栽培以其植物生长迅速、品质好；清洁卫生、病虫害少；节约资源还有避免连作障碍等特点，越来越受到人们关注，并逐步得到农户的认可。并且，无土栽培技术的推广应用已成为农业现代化建设的一部分。耕地是不可再生的宝贵资源，而无土栽培区别于普通栽培的优势在于为植物供给养分的不是平常种植选用的天然土壤，能够减少了土地资源的使用；

并且无土栽培也不会受到空间限制，能在多种场所进行。所以，无土栽培就会需要用到特殊的容器去给植物供养、固定。如果有一款好的栽培箱，既能为植物的正常生长提供空间，又能充分满足用户在种植之外所考虑的功能，则能更好地促进农户在无土栽培上的积极性，有利于无土栽培技术的推广。

一、无土栽培的特点和形式

根据国际无土栽培学会的规定，无土栽培是以腐叶土、草炭或者蛭石等轻质材料做育苗基质固定植株，并直接为植物根系提供营养液帮助植物生长。从1985年至1995年（国家“七五”至“八五”期间），无土栽培一直被列为农业部的重点科研课题、国家重点攻关项目，2001年后无土栽培被列为国家攻关和“863”计划的研究内容[2]。通过吸收国外先进技术，加上我国自主研发，如今我国的无土栽培技术已经比较成熟，主要的无土栽培技术及系统包括：有机生态型无土栽培系统、营养液膜栽培系统、浮板毛管法栽培系统、深液流栽培系统、鲁SC栽培系统等。

在具备一定光照、温度、水源条件下的空旷场地，都可进行无土栽培。一般在蔬菜园地栽培，也可以利用沙漠、山地、河滩，盐碱地进行栽培。在城市还可利用楼房的凉台，楼顶，边沿空地进行栽培。像观光农业或家庭种植就特别适合采用无土栽培。由于是靠营养液等清洁肥料生长，不会有异味，因此进行无土栽培的场所环境相对较好。

另外，无土栽培的植物种植是分格室的，不像平时那样一大片种在一块，因此也避免了植物之间病毒相互传染，而且便于搬运，从而间接提高了生产率。

无土栽培的形式也分为很多种，包括水培、雾培、基质栽培等。通常，选用基质栽培的会相对较多，也是无土栽培中推广面积最大的一种形式。按照基质使用的多少可以分为全基质栽培和半基质栽培，按照供养方式的不同还可以分为营养液灌溉的无机栽培型和清水灌溉的有机栽培型。由于栽培方式的不同，因此种植者选用的栽培箱也就不一样。这点也是我们在做设计时必须要考虑的。

二、无土栽培箱的产品特性及使用现状

（一）特性分析

随着人们生活质量不断提高，大家在满足了物质需求之后开始追求精神享受，从“有”到“优”的变化一直是人们不断向往的。这种状态不会因为不同领域而改变，衣食住行都会如此。我国农用设备也要顺应农业的现代化建设不断优化，需求不仅要多样化而且要理性化。因此有诸多需要考虑的方面。一是功能性，功能是需要首先考虑的。无土栽培不同于普通的大地种植，要有相关的器具为植物生长提供空间，在设计时应该要注意营养液如何供给、排放，空间使用是否合理等。二是要人机，既符合人机工程学。农耕相对于其他行业来说算是比较劳累的工作了，让用户感觉到产品在使用时的舒适度也是十分重要的，要最大程度做到方便省力。三是协调性，包括形态、色彩。这些因素如何在农业方向去选择搭配，与其他方面有机联系起来，使之与产品形成一个有机的整体，才能让用户第一感觉就能接受它。

（二）使用现状及问题

经过调研发现，部分选择无土栽培的农场所使用的栽培箱并没有实现标准化，并且由于这样的原因已经在种植过程中产生了部分影响，给农户们增加了一些麻烦。例如有的使用的就是普通的泡沫箱体，这种泡沫箱看上去简单方便其实存在不少问题。首先材料不结实，箱体很容易破损，要重新将箱体内的植物移植出来很费功夫。还有箱体结构简单，不能多层叠放，这样在种植过程中很占空间。再是箱体尺寸不合适，大的箱体搬运起来则很不方便，要多人操作；大小不一，在不需要使用时摆放起来十分凌乱。这些都给种植过程中造成了一定的限制条件。并且这种材料本来就不环保，特别是破损丢弃后容易造成环境污染。

（三）可拆卸性设计

目前，工业产品需求的增加迅猛，使用后废旧材料堆积越来越多，对环境造成的影响日益恶化，绿色设计思想逐渐受到重视，这次意义重大的变革带来的新理念已成为当今的主题。其中，可拆卸设计被广泛应用在产品设计领域，它是一种新的设计方法，亦是一种新的思维方式[6]。这种设计通过对产品结构作出改变，使之易于拆卸，既便于运输存放，节省空间；也有利于回收利用，不会造成浪费。可拆卸设计的重点在于如何考虑产品的结构，既要便于生产制造，使用灵活，又要避免对产品原有功能造成影响。在设计时要注意一下几点：（1）采用方法要简单坚固，使产品具有完整性，不影响主要功能；（2）避免连接与分离复杂，节约拆装时间；（3）尽量减少固定配件，减少材料的使用。

四、无土栽培箱原创设计

（一）功能设计理念

为栽培箱设计功能，加强用户在产品上的体验感是设计内容之一。根据无土栽培技术栽培形式的不同的特点需设计的栽培容器样式也就不同。如全基质栽培，类似普通土壤栽培方式，将植物种植在一盆土壤里，只不过将土壤改为腐叶土等轻质材料，并要定时向植物根部输送营养液。而全基质栽培使用的基质材料较多，因此箱体须为一个整体，且有足够空间放置基质材料。

半基质栽培，则通过部分基质固定植物，并保证将植物根系放置在倒有营养液的水中，基质、营养液各占一定比例。因此半基质栽培所选用的箱体须能将基质与液体分离。水培则完全以水和营养液为主，不需要基质栽培和半基质栽培那么大的空间，因此只需要一个盛装液体的半密封容器即可。一种栽培形式换一种栽培容器必将造成一定的浪费，这样的做法无疑是不符合绿色设计原则的。能否找到一种方法，使这几种不同形式的栽培在同一款产品中都能进行，是一个新的突破点。

（二）适应模式与造型创新

这款无土栽培箱从整体角度看是一个长方体，通过可拆卸式的设计后，可以将它变成几部分配件：包括底盘、支架、侧板、上框以及顶盘。底盘起底部支撑作用，底盘有一定高度且周围密封；支架和侧板起侧面支撑作用，同时扩大容器空间，侧板镂空保证植物生长透气；上框起顶部固定作用，以防箱体搬动时散架；顶盘则可根据栽培植物的大小放置不同纱网固定植株，顶盘上的开孔分为大、中、小三种型号。通过搭配不同的配件简单拼接，便可以组合成几种的不同无土栽培模式所需要的容器，见图1。

1、主要靠水和营养液生长

适用于小型植物，因此这种形式栽培箱体积不需要过大，并且要保证密封。这时我们需要用到底盘上框和顶盘，将带有营养液的液体倒入底盘内，并把固定好的植物放置在顶盘上面即可进行栽培，见图2。

2、全基质栽培模式

以基质土壤为主，定时输送营养液，适用于种植生产。我们从下往上依次要用到底盘、顶盘（小孔）、支架侧板、上框。在小孔顶盘上铺上陶粒和基质土壤，这样营养液通过陶粒过滤从小孔顶盘流到底盘内储存，即保证了栽培的进行又能使营养液不浪费，见图3。

3.半基质栽培模式

一半基质固定植物放置在纱网中，根部接触水和营养液吸收养分，所以容器要保证基质和营养液体的分离，如用于观赏植物栽培。拼接配件包括底盘（放置营养液）；侧板、支架（为纱网和基质土壤提供空间）；上框、顶盘（支撑放置植物的纱网），见图4。除了箱体的个体摆放，也可以利用支架进行多层叠放，充分利用种植空间，见图5。

任何一种组合形式的形态都能保持其统一性，并且在功能上也保持完整性；并且便于运输、保存，使用后收纳不占地方，既适用于大型农场，也适用于家庭种植，空间用途广。而并不复杂的结构使得用户在使用时显得轻松自如。这些都实现形态、功能与结构的完美统一。

（三）产品色彩方案

农用工具的配色应以明快、亮丽为主，且选用单色。单纯而鲜明的颜色一方面便于区分，另一方面农场本来就是一个比较凌乱的特殊环境，而纯色会有让人感觉到场地更干净整洁、植物更新鲜的效果。

（四）尺寸的设定

栽培箱采用的外部尺寸为，长：50cm，宽：25cm，高：25cm，这样2:1:1的比例使箱体给人的感觉更加完美。还要考虑到箱体尺寸较大会造成搬运工作会比较费力，需要多人同时进行，选择这样的尺寸能让用户以个人为单位轻松完成一个箱体的搬运工作。同时尽量给搬运者省力，比较符合人机工程学。

（五）符合环保主题

1.自由组合

由于每个用户所处的栽培环境以及选择的栽培形式都不一样，如果是一款固定的产品很难满足他们多方面的需求。产品设计就是发现人们使用产品时会遇到的问题，同时提出方案去解决，因此就需要往这样的方向去考虑。如果做到了，不仅实现了产品的功能，而且还能长久使用。将栽培箱进行可拆卸式的设计改造，不但能做到不同形式的无土栽培，同时可根据种植环境进行横向、纵向以及高度的调整，可以最大程度利用空间，达到大部分用户想要的效果。形式多种多样，用户可根据自己的需求随时做出调整，这是很方便的。

2.可持续性

可拆卸式设计考虑到了产品整个使用周期的过程，从材料的选择、生产制造、消费者购买、到最终回收再制作，具有循环性。同时可拆卸设计能减少箱体生产的使用材料，降低成本。并能进行后期回收利用，减少了废旧材料对环境的污染，绿色环保。

3.可替换性

可拆卸性产品中的各个配件构成的元素都是相对独立，如果一个配件出现了破损，这样只需及时维修和置换配件，而不是将产品整个换掉。使其提高了产品的可维修性。

五、小 结

对无土栽培箱进行可拆卸式设计，大大提高了产品的性能。不仅解决了用户在无土栽培过程中遇到的一些问题，更能达到节省材料和节约资源，实现产品的循环利用，对应了我国现在努力建设生态文明社会的主题，相信这样的做法将更加有利于今后农业的发展。在这方面我们还有更深层次的研究空间。

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