采用超声波雾化的新型植物气雾栽培装置

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SCI-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITY No．8 Aug. 2018，Total No．295 我国的无土栽培技术有着悠久历史。 气雾栽培是一种新型的培养方法， 它也是一种无土栽培技术， 使用雾化装置将营养液雾化成小液滴， 并直接喷洒植物根系， 为植物生长提供水分和养分。 作物悬挂在封闭的栽培装置 （沟槽、 箱子或床） 中， 并且根系暴露在培养装置内部。 营养液被雾化装置雾化， 然后被喷洒到根表面以降低栽培植物的硝酸盐含量， 可以使作物产量增长一倍。 这是一种农业高科技， 不使用土壤或基质培育植物。 人工作物根系环境代替了土壤环境， 可以有效解决传统土壤栽培中无法解决的水气问题和养分供应矛盾问题， 使作物的根系在最适宜的环境条件下发育， 从而发挥作物的生长潜力， 大大增加作物产量。 对比土壤栽培， 由于无土栽培[1]避免了繁琐的根土操作， 因而被广泛地应用于无公害蔬菜、 观赏植物的生产。 无土栽培可分为 “无基质栽培技术” 和 “基质栽培技术” 两种培养方式， 各有不足之处。 基质栽培技术中存在营养液科学滴灌的问题、如何通过水培改善水中溶解氧以防止烂根[2]的问题等。 目前， 可依据植物的不同生长特性来调节温湿度的装置还很少， 而且功能并不完善， 大部分雾培装置只是依据人为经验对温湿度进行调节， 人力耗费较大， 且易出现较大的调节误差。 因而该项目依 据气雾栽培技术[3]制作了一种超声波雾化培养装置，配合温湿度人为调控与自动调控， 为植物生长提供适宜环境， 而且便于植物根系观察。 1 气雾栽培装置的结构设计 1.1 气雾栽培装置的设计流程 以气雾培养部分作为整个装置的主体， 各个部件的组合形式是设计的首要问题。 在设计初期， 拟采取压力式雾化的方案， 但此方案存在两点不足：一是需要根据固植杯的不同大小， 改变雾化喷头的数量及排布方式， 浪费较多的人力； 二是压力式雾化的雾滴颗粒大， 在空气中存在时间短， 不容易被植物所吸收， 且雾滴冲击动量大， 容易对根系造成一定损伤。 而超声波雾化方式雾滴颗粒小， 雾化方式平和， 不存在洗根现象， 因此最终采用超声波气雾栽培的设计方案。 该气雾栽培装置主要由栽培箱、 雾化装置、 加热通风装置构成。 1.2 栽培箱的设计 为构建植物根系的生长环境， 观察其生长状况， 每行植物之间需要相对较大的距离， 而且植物的根应在同一个平面上。 栽培箱顶部长为 450 mm，宽为 334 mm， 底部长为 360 mm， 宽为 270 mm， 高为 280 mm， 为倒等腰梯柱形， 由聚丙烯 （Poly-Propylene， PP） 材质加工而成。 箱体顶盖覆有定植 采用超声波雾化的新型植物气雾栽培装置 文章编号：1674-9146 （2018）08 －0032－03 蒋宗祥，林乐彬，李金夺，彭晓旭 摘 要：针对传统的无土栽培存在营养液浪费与人力浪费的问题， 新型气雾栽培装置使用超声波来雾化培养液， 配合温湿度调节控制植物生长， 创新性地解决了上述问题。 该装置由气雾栽培装置、 温湿度调节系统两部分构成， 其中气雾栽培装置由栽培箱、 雾化装置、 加热通风装置构成， 温湿度调节系统由 K60 单片机、 DHT11 数字温湿度传感器、 LCD屏幕人机交互界面等构成， 可以人为设定环境阈值。关键词：气雾栽培装置；超声波雾化；闭环自动控制；植物 中图分类号：TP273；S31 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.08.032 收稿日期：2018－06－08；修回日