一种沉水植物室内智能模块化自动培育装置及培育方法

1.本发明涉及沉水植物室内培育技术领域，具体涉及一种沉水植物室内智能模块化自动培育装置及其培育方法。


背景技术：

2.沉水植物在水生生态系统中具有不可替代的地位和作用，现有研究普遍认为，沉水植物既可以增加水中的溶解氧、净化水质、扩大水生动物的有效生存空间，又可以提供其幼嫩部分给水生动物食用，借此改善整个水生生态系统的环境。但因其生长受光照、透明度、水温、营养盐、鱼类、藻类、底质等多种环境因子的影响，致使沉水植物恢复一直是水生态修复的一大难题。
3.传统的室外人工培育水生植物，环境因素的变化对于植物生长影响剧烈，并且环境气候的变化是不可控的；而沉水植物种子萌发及生长初期所需要的条件，往往要求更严格，加上传统种植方法水质维护困难，这就导致沉水植物死亡，水质恶化，水体富营养化的情况频繁发生。然而，目前对于室内沉水植物规模化自动种植的技术研究仍较少，沉水植物培育和养护的问题没有得到有效解决，是当今沉水植物治污大背景下的难题。
4.因此，针对目前沉水植物修复市场中存在的侵占农田、培育效率低、移植成本高、成活率低等问题，有必要提供一种模块化、智能化的沉水植物培育装置及其培育方法，通过智能感知、精准控制沉水植物各生长阶段的水肥、温度、光照等条件，为沉水植物的培育、生长营造最有利的条件，以大幅提高沉水植物的培育效率；同时，模块化的培育装置也可大大节约后期的移植成本和工作量，并提高沉水植物各种场景下的成活率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种沉水植物室内智能模块化自动培育装置及培育方法，一方面提高沉水植物的成活率、进一步实现沉水植物模块化自动批量培育，减少人力物力消耗；一方面应用于实际环境问题中提高水体自净能力和提高水质。
6.为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方法：
7.一方面，本发明提供一种沉水植物室内智能模块化自动培育装置，包括：
8.多层支架，所述多层支架的最下面一层支架上设有调节水箱，其余的多层支架上每层设置一个种植水箱，所述种植水箱中设置多个种植单元；
9.水体流动循环系统，所述水体流动循环系统包括设置在所述调节水箱中的水泵、供水管以及连接多层支架的多个连通水管，所述供水管的一端与所述水泵连接，其另一端穿过所述多层支架的顶部且出水口朝向所述种植水箱，多个所述连通水管交错布置在多个所述种植水箱的两侧，且每个所述连通水管的两端分别连接上一层支架的出水口和下层支架的进水口；
10.以及监测单元、调控单元和处理单元，所述监测单元和调控单元设置在所述调节
水箱中，所述监测单元的信号输出端与所述处理单元的信号输入端相连接，所述处理单元的信号输出端与所述调控单元的信号输入端相连接。
11.进一步地，所述种植单元包括种植盆和种植载体，所述种植盆底部设有均匀的孔隙，所述种植载体平铺在所述种植盆底部的孔隙之上；所述种植载体由承载部和固定连接于所述承载部上表面的丝圈部组成，所述丝圈部为多孔隙结构。
12.进一步地，多个所述种植单元的底部设有用于升降所述种植单元的抬升装置，且所述抬升装置设置于所述种植水箱中，
13.进一步地，所述监测单元包括水体探测传感器和温度传感器，所述水体探测传感器和温度传感器安装在距所述调节水箱底部垂直距离15cm处；所述调控单元包括控温仪和水、肥自动添加仪，所述调控单元包括控温仪和水、肥自动添加仪安装在距所述调节水箱底部垂直距离18cm处；所述处理单元为手机终端或pc电脑。
14.另一方面，本发明还提供一种沉水植物室内智能模块化自动培育方法，包括如下步骤：
15.s1、制作浸泡液并将需种植的植物种子浸泡其中备用，所述浸泡液是由生根粉水溶液和催芽剂水溶液按照等体积混合制成；
16.s2、将浸泡后的植物种子与营养土充分混合后放入多个种植载体中，然后将多个所述种植载体均匀平铺在多层支架上各层的种植盆底部；
17.s3、室内培养，所述室内培养分为植物种子萌发期、幼苗期和生长期，在植物种子的萌发期，通过调节抬升装置使得所述种植盆处于种植水箱的液面以下2
‑
3cm；在植物种子的幼苗期和生长期，通过调节抬升装置使得所述种植盆处于种植水箱的液面以下5
‑
8cm；
18.s4、智能控制，所述智能控制包括监测单元、调控单元以及处理单元，所述监测单元用于自动实时探测调节水箱中的水肥浓度和水温，并将监测数据传输给处理单元，通过处理单元发布指令给所述调控单元以实现自动调节水温、水肥浓度及水量的目的；
19.s5、在植物种子的幼苗期，每7
‑
10天喷洒一次生根粉水溶液；在植物种植的生长期，每7
‑
10天喷洒一次催芽剂水溶液，直至种植载体中种植的植物叶茎长至8
‑
12cm，即可进行移栽定植。
20.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
21.1、本发明可将种植载体直接从种植盆上移开后放入所需的种植池中，是模块化设计的体现；同时，所述种植载体的安装、拆卸均方便，应用范围广、实用性强；由于种植载体柔软且韧性强，可卷起携带，方便运输，可实现硬质池底的快速复绿，并且工序简单、养护简便；后续养护中可单独对某一种植载体进行替换，拆卸后也不会造成填料的流失及损失；
22.2、本发明通过监测单元、处理单元及调控单元组成自动化装置，进一步地，所述监测单元由水体探测传感器和温度传感器组成，可实时快速了解培育环境参数，并通过数据传输反馈给处理单元(即手机终端或pc电脑)，经过处理单元分析，下达命令给调控单元，所述调控单元由控温仪和水肥自动添加仪组成，通过智能阀门的开闭，对调节水箱内水体的水温、水量、水肥浓度进行调整，实现自动化种植，大大节省人力物力；
23.3、本发明的培育装置设有水体流动循环系统，通过调节水箱、水泵、供水管和多个连通水管组成液体循环回路，如此在装置正常运行下，水体恶化机率微乎其微，同时也充分利用了水资源，降低成本；
24.4、通过本发明培育方法种植的沉水植物，可有效保证其在水体中的稳定性，使得沉水植物在各个生长阶段都可处于适宜生境，解决了沉水植物培育受季节限制的问题，避免了室外人工自然种植环境的不可控因素对沉水植物种植的影响。
附图说明
25.图1为本发明所述培育装置的整体结构示意图；
26.图2为所述多层支架的结构示意图；
27.图3为所述调节水箱的内部布置图；
28.图4为所述种植水箱的结构示意图；
29.图5为所述抬升装置与所述种植盆组合的结构示意图；
30.图6为所述种植载体的结构示意图；
31.图7为所述抬升装置的结构示意图；
32.图8为本发明所述培育方法的流程图。
33.图中所示：
[0034]1‑
多层支架，1.1
‑
立柱，1.2
‑
支撑板，2
‑
调节水箱，3
‑
种植水箱，4
‑
种植单元，4.1
‑
种植盆，4.2
‑
种植载体，4.2a
‑
承载部，4.2b丝圈部，5
‑
水泵，6
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供水管，7
‑
连通水管，8
‑
抬升装置，8.1
‑
下底板，8.2
‑
上顶板，8.3
‑
斜撑，8.4
‑
固定孔，8.5
‑
腰型槽，8.6
‑
连接杆，9
‑
水体探测传感器，10
‑
温度传感器，11
‑
控温仪，12
‑
水、肥自动添加仪，13
‑
补光灯。
具体实施方式
[0035]
以下将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
[0036]
如图1所示，本发明提供一种沉水植物室内智能模块化自动培育装置，包括模块化培育装置和自动化控制装置，其中：
[0037]
所述模块化培育装置包括多层支架1、调节水箱2、种植水箱3、种植单元4、以及由调节水箱2、水泵5、供水管6和连通水管7组成的水体流动循环系统，所述多层支架1的最下面一层支架上设置调节水箱2，其余的多层支架上每层设置一个种植水箱3，每个所述种植水箱3中设置多个种植单元4；所述供水管6的一端与所述水泵5连接，其另一端穿过所述多层支架1的顶部且出水口朝向所述种植水箱3，多个所述连通水管7交错布置在多个所述种植水箱3的两侧，且每个所述连通水管7的两端分别连接上一层支架1的出水口和下一层支架1的进水口；
[0038]
所述自动化控制装置包括监测单元、调控单元和处理单元，所述监测单元和调控单元设置在所述调节水箱2中，所述监测单元的信号输出端与所述处理单元的信号输入端相连接，所述处理单元的信号输出端与所述调控单元的信号输入端相连接，另外，还包括为所述自动化控制装置提供电能的供电系统。
[0039]
具体的，如图2所示，本实施例中所述多层支架1是由四根立柱1.1和五块支撑板1.2组成，最下面两块支撑板1.2的间距要大于其他支撑板1.2的间距，且其他几块支撑块
1.2之间的距离相同；进一步地，在具体实施时将所述调节水箱2放置于最下面一层支撑板1.2上，其它各层的支撑板1.2上均放置一个种植水箱3，每个种植水箱3中装有多个种植单元4。
[0040]
优选的，所述多层支架1采用合金材料制作而成，且制作工艺简单，容易制作；除最下面一层支撑板1.2外，其他各层所述支撑板1.2的下表面均设置两排补光灯13，所述补光灯13选用四红两蓝色灯，可缩短幼苗的培育周期。
[0041]
具体的，如图3所示，所述调节水箱2的内部设有水泵5、监测单元和调控单元，考虑到各个仪器的作用、使用机制、防水性能的不同，为让其更好的工作，分别将其固定在所述调节水箱2箱壁的不同高度。具体为：所述水泵5放置在所述调节水箱2的底部，所述监测单元包括水体探测传感器9和温度传感器11，所述水体探测传感器9和温度传感器10安装在距所述调节水箱2底部垂直距离15cm处；所述调控单元包括控温仪11和水、肥自动添加仪12，所述调控单元包括控温仪11和水、肥自动添加仪12安装在距所述调节水箱2底部垂直距离18cm处，所述水、肥自动添加仪12中装有水生植物生长所需要的营养物质和水。
[0042]
具体的，如图4所示，所述种植水箱3的内部从下往上依次设置抬升装置8和种植单元4，本实施例中所述种植单元4的数量为4个。进一步地，如图5所示，所述种植单元4包括种植盆4.1和种植载体4.2，所述种植盆4.1底部设有均匀的孔隙，为蜂窝孔结构，能够透水透气，避免种植盆4.1封闭底部对沉水植物根部生长的约束；所述种植载体4.2平铺在所述种植盆4.1的底部；四个所述种植单元4分两排设置在所述抬升装置8上，通过调节所述抬升装置8的高度可对种植单元4进行升高或降低。
[0043]
进一步地，如图6所示，所述种植载体4.2由承载部4.2a和固定连接于所述承载部4.2a上表面的丝圈部4.2b组成，所述丝圈部4.2b为多孔隙结构，吸附能力强，可在移栽定植后，吸附水中浮尘泥沙等悬浮物质，达到增强水体景观性的效果，也可在沉水植物生长过程中为沉水植物提供着根条件；所述承载部4.2a与丝圈部4.2b由优质树脂粉末pvc复合材料经高温熔化、挤压制成，其材料可降解，回弹性良好。
[0044]
具体的，如图7所示，所述抬升装置8包括下底板8.1、上顶板8.2以及设置在所述下底板8.1和上顶板8.2之间的两组斜撑8.3，每组斜撑8.3由两个斜板交叉组成，所述下底板8.1和上顶板8.2的一侧对应端上分别设有用于固定斜撑8.3一端的固定孔8.4，所述下底板8.1和上顶板8.2的另一侧对应端上分别设有用于移动斜撑8.3另一端的腰型槽8.5，并且两组所述斜撑8.3之间两个相对向的斜板末端之间通过连杆8.6连接，如此，当两组斜撑8.3位于腰型槽8.5中的一端在所述腰型槽8.5中移动时，组成斜撑8.3的两个斜板之间就会发生角度的改变，从而带动上顶板8.2的高度升高或降低，那么设置在所述上顶板8.2上表面的种植单元4就会随着上顶板8.2的升降而升降到适合种子培育不同阶段所需的高度。
[0045]
进一步地，所述调节水箱2和种植水箱4为亚克力pc材料，有韧性强、耐腐蚀、耐高温等优势。
[0046]
在本实施例中所述种植水箱4为矩形结构，其箱体的长、宽、高分别为53cm、32.5cm和20cm，在所述种植水箱4的两侧分别开有进水口和出水口，根据本实施例所述种植水箱4的外形尺寸，将进水口设计在距离所述种植水箱4底部垂直距离的8cm处，将出水口设计在距离所述种植水箱4底部垂直距离的16cm处。然而，此处需要说明的是，位于最上面一层支架1上的种植水箱4由于通过穿过多层支架1顶部的供水管6进行供水，因此该层支架上的种
植水箱4不再设置进水口，只开设出水口即可。
[0047]
进一步地，所述水体流动循环系统的工作原理为：如图1所示，调节水箱2中的水体在水泵3的作用下通过供水管6进入到最上面一层支架1上的种植水箱3中，当最上面一层种植水箱3中的水体高于其出水口的位置时，水体就会在重力作用下通过出水口进入连通水管7中，而所述连通水管7的另一端连接在下一层支架1上种植水箱3的进水口上，那么水体则由进水口进入到下一层的种植水箱3中；而下一层种植水箱3与其进水口相对的一侧上设有出水口，并且该出水口高于其进水口，则当该层种植水箱3中的水体高于其出水口时，水体又会由出水口流出；以此类推，再加上连通水管7在多层种植水箱3两侧的交错布置，使得水体能够在多层种植水箱3中流动，最后回流至位于最底层支架上的调节水箱2中，回流的水体再通过水泵3的作用循环至顶层种植水箱3中，如此反复形成一个水体循环回路。其中，为保证各层种植水箱3内的水体充分流动交替，将同一个种植水箱3上的进水口高度低于出水口高度(顶层种植水箱3除外)，通过出水口控制种植水箱3的水深。
[0048]
进一步地，所述自动化控制装置的控制过程为：通过水体探测传感器9和温度传感器10自动实时探测调节水箱2内的水肥浓度和水温，并将监测数据传输给处理单元(一般指手机或pc电脑)，再通过处理单元对控温仪11和水、肥自动添加仪12的阀门控制进行调控水肥浓度和水温。优选的，所述水肥浓度一般是指氮和磷的浓度，本实施例中设置tn＝0.8mg/l，tp＝0.08mg/l，水温设为18℃，当水体探测传感器9监测到调节水箱2中氮的浓度不足00.8mg/l或磷的浓度不足0.08mg/l时，则通过手机或pc电脑上的app程序(天猫精灵或米家)控制水、肥自动添加仪12的阀门打开；当温度传感器10监测到调节水箱2中的水体温度不足18℃时，则通过手机或pc电脑上的app程序(天猫精灵或米家)控制控温仪11打开工作，反之则关闭控制控温仪11和水、肥自动添加仪12，如此可对本实施例的模块化培育装置进行自动化控制。
[0049]
上述采用自动化控制装置，其优点是可通过监测单元的信号监测实时快速了解培育环境是否为预设置的最佳环境参数，然后经过处理单元分析，下达命令给调控单元，通过控制阀门开闭对调节水箱内水体的水温、水肥浓度进行调整补充。
[0050]
具体的，本实施例所述的模块化培育装置主要体现在种植载体4.2，当沉水植物在种植载体4.2上生长到可移栽时，直接将种植载体4.2从种植盆4.1中移开放入种植池中即可，而种植盆4.1可多次循环再利用。
[0051]
同时，本实施例还涉及一种通过上述沉水植物室内智能模块化自动培育装置进行沉水植物培育的方法，下面以矮生苦草为例，对培育方法进行详细说明，在实际应用中，还可以用来培育马来眼子菜、金鱼草等沉水植物，如图8所示，具体方法如下：
[0052]
1、将生根粉水溶液和催芽剂水溶液按照1:1的体积混合获得浸泡液，本实验中生根粉水溶液和催芽剂水溶液分别取用250ml，即浸泡液500ml,再将苦草种子浸泡其中4h备用；
[0053]
优选地，所述生根粉水溶液中每1g生根粉配150ml水；所述催芽剂水溶液中每1ml催芽剂配600ml水；
[0054]
详细地，生根粉、催芽剂均为常用试剂；
[0055]
2、将步骤s1浸泡后的苦草种子与营养土充分混合后放入种植载体4.2中(此时，苦草种子与营养土的混合物落于所述承载部4.2a与丝圈部4.2b构成的容纳空间内，使得苦草
种子附着于种植载体4.2上)，然后将多个种植载体4.2均匀平铺在多层支架上各层的种植盆4.1的底部形成种植单元4；
[0056]
3、室内培养，将步骤s2获得的种植单元4放置在简易抬升装置8上，对简易抬升装置8的高度进行调节，使得种植水箱3中水的液面没过种植载体4.2顶部以上3cm；定期向水、肥自动添加仪12中加入水和肥，以保证沉水植物正常发芽和生长，保证供电系统正常运行，定期观察沉水植物生长情况；
[0057]
进一步地，在种子萌发阶段始终保持种植盆4.1内液面高于种植载体4.2顶部以上3cm，以防止种子缺氧而进行无氧呼吸，影响萌发率，避免水面低于所述丝圈部4.2b过多而导致种子暴露出水面后干燥，导致种子无法发芽，同时温度控制在20℃；在生长期，利用简易抬升装置8始终保持种植盆4.1内液面高于种植载体4.2顶部以上7cm，直至种植载体4.2中种植的植物叶茎长至10cm，即可进行移栽定植；
[0058]
4、智能控制：在水、肥自动添加仪12中放入水肥和水；在沉水植物成苗的过程中，调节水箱2中的监测单元发挥作用，监测信息传递至处理单元，经处理单元分析，发送指令给调控单元，水、肥自动添加仪12释放水肥或水，控温仪11加热，直至监测单元反馈的信息为预设置的最佳营养物浓度、水量和温度。
[0059]
设置的补光灯13可缩短幼苗培育周期；同时利用简易抬升装置8可保持种植盆4.1内液面高于种植载体4.2顶部以上7cm；
[0060]
5、移栽定植：在3月中旬适合苦草栽种的季节，将植物种植载体4.2从种植盆4.1上移开后放入种植池中，调节植物种植载体4.2在种植池中的位置；使得种植池中密集平铺一层植物种植载体4.2，不留间隙，以保证植物种植载体4.2在水中的整体稳定性；
[0061]
该方法过程中，所述承载部4.2a为长方形，种植盆4.1长为44厘米，宽为22厘米，高为15厘米；且将种植载体4.2置入种植水箱3内后，向其中注入初始深度为5cm的水体，使种植盆4.1中液面没过种植载体4.2顶部以上3cm，可通过简易抬升装置8控制深度；
[0062]
若需加速沉水植物生长，可以适量喷洒生根液和营养液，为沉水植物种子和沉水植物提供充足的营养，以保证沉水植物茁壮生长；并施追肥2次，促进植株的生长发育，具体为：在植物种子的幼苗期，每7
‑
10天喷洒一次生根粉水溶液；在植物种植的生长期，每7
‑
10天喷洒一次催芽剂水溶液，直至种植载体(4.2)中种植的植物叶茎长至8
‑
12cm，即可进行移栽定植。
[0063]
综上所述，本实施例提供的一种沉水植物室内智能模块化自动培育装置及培育方法，可通过监测单元的信息监测及传输实时快速了解培育环境是否为预设置的最佳环境指标，经过处理单元分析，下达命令给调控单元，对调节水箱内水体的水温、水肥浓度进行调整；所述的种植载体结构简单，安装、拆卸均方便，应用范围广、实用性强。
[0064]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0065]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0066]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例的技术方案。