一种漂浮立体种植装置的制作方法

1.本实用新型涉及无土栽培和生态种植技术领域，尤其涉及一种漂浮立体种植装置。


背景技术：

2.随着种植业、养殖业的发展，在带来经济增长的同时也存在一些环境问题，近年来我国将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，全面推行绿色低碳循环经济，这对传统种植业、养殖业提出更高的要求。
3.近年来，随着乡村振兴政策的逐步落实及我国畜禽养殖业不断发展，农业农村环保设施不断完善，农业污染得到有效控制，种养结合作为农业部推荐养殖废水处理模式得到快速发展，农业废水，主要是养殖废水经过处理后达到农灌标准后，应用于农田灌溉，提供农田养分和灌溉水，但该技术应用需要大面积的农田进行消纳，按照农业部发布《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》计算，大约每五头猪当量需要配套1亩消纳土地，因此，普遍存在规模化养殖场周边农田面积不足，消纳土地配套十分紧张的问题。
4.氧化塘(稳定塘)作为一种简易有效的水环境处理设施在农村广泛应用，农村和现代化养殖场对污水进行了一定程度的处理，方法有物理处理法、化学处理法和生物发酵处理法等，有效改善了水质，由于水量较大，执行农业灌溉标准，后端处理后农业废水一般仍需要在氧化塘中贮存。由于土建难度和成本、污水量及停留时间及工艺技术要求等因素影响，氧化塘多占地面积巨大，占整个环保区域面积1/5～1/2，且池中常年有水，水位较高。此外，因为入水水质及前端水处理工艺的不同造成不同氧化塘中的水质存在较大差异，水中具有一定浓度的c、n、p、k等养分元素，可供农业作物生长。
5.因此，为了推进农业废水种养结合技术发展，解决农业废水原位低成本净化和消纳难的问题，本实用新型专利开发一种漂浮种植装置，实现在氧化塘上农作物的水培种植，充分利用氧化塘池面空间的同时实现灌溉水的原位净化和消纳。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种漂浮立体种植装置，本实用新型的方案具体为：
7.一种漂浮立体种植装置，所述漂浮立体种植装置包括：定植上壳，漂浮底座，核心箱，汲水水培系统。
8.所述定植上壳非固定安装在漂浮底座上部，所述定植上壳为中空结构，所述定植上壳外壁设置多个定植孔，所述定植孔用于定植植物根系。
9.所述漂浮底座为半圆球空心结构，所述漂浮底座底部中心点安装配重，以保证漂浮立体种植装置在水中漂浮时能够保持直立状态。
10.所述核心箱安装在漂浮底座的中上部，所述漂浮底座设置有与所述核心箱底部形状相适合的凹槽，用于固定所述核心箱。
11.所述汲水水培系统包括汲水装置和水培装置，所述汲水装置能够为所述核心箱提供进水，所述水培装置能够将所述核心箱底部的水提提升至所述定植孔。
12.进一步，所述汲水装置包括汲水管、布水管和汲水动力装置。所述汲水装置一端通过汲水管连接水塘，另一端为布水管置于所述核心箱上部，所述汲水装置在所述汲水动力装置的作用下将水塘中的水提升至所述核心箱；例如所述汲水装置一端为汲水管，所述汲水装置通过汲水管将水塘中的水通过毛细、惯性、泵抽等方式提升，所述汲水装置另一端为布水管，所述布水管为核心箱内均匀布水提供进水。
13.进一步，所述水培装置包括吸水管、水培出水装置和水培动力装置，所述水培装置一端为吸水管置于所述核心箱底部，另一端为水培出水装置，所述水培出水装置在所述定植上壳内部，在所述水培动力装置的作用下，将所述核心箱底部的水提升至水培出水装置，所述水培出水装置可为每个所述定植孔中的植物根系提供水分。例如所述水培装置位于所述核心箱底部一端为吸水管，位于所述核心箱上部的一端为出水管，水培装置通过吸水泵提供动力，位于所述核心箱上部的一端为出水管安装有雾化喷头，从而实现为每个所述定植孔中的植物根系提供水分。
14.进一步，所述汲水动力装置包括水锤泵、虹吸水泵、小型抽水泵等，可通过电池、小型风力发电机、太阳能电池板等提供电力。
15.进一步，水培动力装置包括水锤泵、虹吸水泵、小型抽水泵等，可通过电池、小型风力发电机、太阳能电池板等提供电力。
16.进一步，所述水培出水装置可为静态水培装置、滴灌装置、雾培装置中一种。
17.作为本实施例一种优选的实施方式，所述汲水装置采用吸水棉线，将所述吸水棉线浸没于水体下吸水，并通过吸水棉线另一端引入核心箱；所述水培装置采用吸水棉线，所述核心箱底部的水经吸水棉线提升至定植孔处，从而为定植孔处的根系供水。
18.进一步，所述定植上壳可盖住所述漂浮底座，通过卡口或者拷贝林固定。
19.进一步，所述定植上壳的形状包括圆锥体、圆柱体、立方体中的一种；所述定植上壳的材料包括pvc、pe、pp、abs、ps、pc、pmma、eva、xpe中的一种或其混合材料，优选为pe材料。
20.进一步，所述定植上壳的体积为0.5m3～2.0m3，优选1m3；所述定植孔采用圆孔，直径1～20cm，优选2～5cm，定植孔间距15～35cm，优选20cm；所述定植孔可以延定植上壳垂直方向在定植上壳外表面平行设置2～5层，优选3层。
21.进一步，所述定植孔内设置尼龙纱网，用于固定植物根系。
22.进一步，所述定植上壳外可安装固定防虫网，例如防虫网底端设置挂绳，漂浮底座设置与所述挂绳相配合的挂钩，防虫网可用于预防蔬菜害虫。
23.进一步，所述漂浮底座材料可以为pur、ps、eps、pvc、pe、pf、uf中的一种，优选eps；
24.进一步，在底座侧面安装连接挂钩，所述连接挂钩可以与能够固定单个漂浮装置的固定装置连接，以保证漂浮装置能够稳定的漂浮在池塘上。例如固定装置包括主绳索和辅绳索，所述主绳索能够漂浮固定在池塘上，辅绳索一段与主绳索连接，另一端设置挂钩，将所述挂钩与所述连接挂钩连接，从而实现漂浮装置固定与池塘水面。
25.进一步，所述核心箱为圆柱体或立方体结构，体积0.001～0.125m3，优选0.008～0.050m3，高度20～60cm，核心箱上部设置有上盖，用于密封核心箱；
26.进一步，所述核心箱上层为调节滤料层，下层为缓控释物料层；所述核心箱上层填充调节滤料，下层填充缓控释物料，所述调节滤料通过吸附、静电、催化氧化、电化学、过滤等手段用于净化水质。缓控释物料通过不同释放行为(溶解、渗透、突释、复杂释放等)完成有效成分的释放，缓控释物料可以为植物补充营养和激素，同时有净化水质作用。
27.进一步，所述调节滤料包括离子交换树脂、活性炭、生物炭、砂、砾石、硅介孔材料、分子筛、有机滤膜、无机滤膜中的一种或多种的组合。
28.进一步，所述缓控释物料包括载体材料和有效成分，载体材料通过阻截、包裹、包结、吸附等方式固定有效成分。所述载体材料包括纤维素、壳聚糖、pva、peg、可生物降解聚氨酯、生物降解聚脲、脲甲醛(uf)、pmma、海藻酸、聚乳酸、聚硅氧烷、环氧树脂、明胶、环糊精、黄原胶材料中的一种或多种的组合。所述有效成分包括市售有机肥、无机肥、植物生长调节剂、杀菌剂、高效内吸型杀虫剂、杀藻剂、ph缓冲液中的一种或多种混合。
29.本实用新型相对于现有技术的有益效果在于：
30.本实用新型提供一种漂浮立体种植装置，使用该装置能够解决传统养殖种植相结合的生态模式，周边消纳土地面积不足，导致消纳难、成本高的问题。
31.本实用新型的漂浮立体种植装置适用于未受工业源污染的自然、人工或养殖水体，适用于气温0℃以上气温环境。
32.经过试验，使用本实用新型装置进行水培植物种植，能够明显改善养殖场废水水质，不仅能够收获大量新鲜蔬菜，并且能够很好的降低养殖水体的氮磷等有害物质。
附图说明
33.图1为本实用新型提供的一种漂浮立体种植装置及其优选的一种汲水水培系统示意图；其中，1、定植上壳，2、定植孔，3、防虫网，4、连接挂钩，5、漂浮底座，6、核心箱，7、水培装置，8、汲水装置，9、配重，11、箱体，10、箱盖，12、调节滤料层，13、缓控释物料层，81、汲水管、83、布水管，82、汲水动力装置，71、吸水管，73、水培出水装置，72、水培动力装置。
34.图2为本实用新型提供的核心箱示意图；其中，6、核心箱，10、上盖，11、箱体，12、调节滤料层，13、缓控释物料层。
35.图3为本实用新型优选的实施方式的几种水培装置的示意图；其中，14、虹吸式水培装置示意图；15、水锤式水培装置示意图；16、泵式水培装置示意图。
36.图4为本实用新型优选的实施方式的一种漂浮立体种植装置在水塘布置应用示意图。
37.图5为本实用新型优选的实施方式的一种实际装置示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如a/b表示a或者b。
40.在本实用新型中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本实用新型中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
41.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或者两个以上，例如，多个元件是指两个或者两个以上的元件等。
42.实施例1
43.如图1、图2、图3、图4所示，一种漂浮立体种植装置，所述漂浮立体种植装置包括：定植上壳(1)，漂浮底座(5)，核心箱(6)，汲水水培系统。
44.所述定植上壳(1)非固定安装在漂浮底座(5)上部，所述定植上壳(1)为中空结构，所述定植上壳(1)外壁设置多个定植孔(2)，所述定植孔(2)用于定植植物根系。
45.所述漂浮底座(5)为半圆球空心结构，所述漂浮底座(5)底部中心点安装配重(9)，以保证漂浮立体种植装置在水中漂浮时能够保持直立状态。
46.所述核心箱(6)安装在漂浮底座(5)的中上部，所述漂浮底座(5)设置有与所述核心箱(6)底部形状相适合的凹槽，用于固定所述核心箱(6)。
47.所述汲水水培系统包括汲水装置(8)和水培装置(7)，所述汲水装置(8)能够为所述核心箱(6)提供进水，所述水培装置(7)能够将所述核心箱(6)底部的水提提升至所述定植孔(2)。
48.进一步，所述汲水装置(8)包括汲水管(81)、布水管(83)和汲水动力装置(82)。所述汲水装置(8)一端通过汲水管(81)连接水塘，另一端为布水管(83)置于所述核心箱(6)上部，所述汲水装置(8)在所述汲水动力装置(82)的作用下将水塘中的水提升至所述核心箱(6)；例如所述汲水装置(8)一端为汲水管(81)，所述汲水装置(8)通过汲水管(81)将水塘中的水通过毛细、惯性、泵抽等动力装置提升，所述汲水装置(8)另一端为布水管(83)，所述布水管(83)为核心箱(6)内均匀布水提供进水。
49.进一步，所述水培装置(7)包括吸水管(71)、水培出水装置(73)和水培动力装置(72)，所述水培装置(7)一端为吸水管(71)置于所述核心箱(6)底部，另一端为水培出水装置(73)，所述水培出水装置(73)在所述定植上壳(1)内部，在所述水培动力装置的作用下，将所述核心箱(6)底部的水提升至水培出水装置，所述水培出水装置(73)可为每个所述定植孔(2)中的植物根系提供水分。例如所述水培装置(7)位于所述核心箱(6)底部一端为吸水管(71)，位于所述核心箱(6)上部的一端为出水管，水培装置(7)通过吸水泵等动力装置提供动力，位于所述核心箱(6)上部的一端为出水管安装有雾化喷头，从而实现为每个所述定植孔(2)中的植物根系提供水分。
50.进一步，所述汲水动力装置(82)包括水锤泵、虹吸水泵、小型抽水泵等，可通过电池、小型风力发电机、太阳能电池板等提供电力。
51.进一步，水培动力装置(72)包括水锤泵、虹吸水泵、小型抽水泵等，可通过电池、小型风力发电机、太阳能电池板等提供电力。
52.进一步，所述水培出水装置(73)可为静态水培装置、滴灌装置、雾培装置中一种。所述静态水培装置、滴灌装置、雾培装置为本领域常规使用装置。
53.作为本实施例一种优选的实施方式，所述汲水装置(8)采用吸水棉线，将所述吸水棉线浸没于水体下吸水，并通过吸水棉线另一端引入核心箱(6)；所述水培装置(7)采用吸水棉线，所述吸水棉线的下端置于所述核心箱(6)底部，上端位于所述定植上壳(1)的顶部，所述吸水棉线上端为分枝状，可以连接至每个所述定植孔(2)。所述核心箱(6)底部的水经吸水棉线提升至定植孔(2)处，从而为定植孔(2)处的根系供水。
54.进一步，所述定植上壳(1)可盖住所述漂浮底座(5)，通过卡口或者拷贝林固定。
55.进一步，所述定植上壳(1)的形状包括圆锥体、圆柱体、立方体中的一种；所述定植上壳(1)的材料包括pvc、pe、pp、abs、ps、pc、pmma、eva、xpe中的一种或其混合材料，优选为pe材料。
56.进一步，所述定植上壳(1)的体积为0.5m3～2.0m3，优选1m3；所述定植孔(2)采用圆孔，直径1～20cm，优选2～5cm，定植孔(2)间距15～35cm，优选20cm；所述定植孔(2)可以延定植上壳(1)垂直方向在定植上壳(1)外表面平行设置2～5层，优选3层。
57.进一步，所述定植孔(2)内设置尼龙纱网，用于固定植物根系。
58.进一步，所述定植上壳(1)外可安装固定防虫网(3)，例如防虫网(3)底端设置挂绳，漂浮底座(5)设置与所述挂绳相配合的挂钩，防虫网(3)可用于预防农作物害虫。
59.进一步，所述漂浮底座(5)材料可以为pur、ps、eps、pvc、pe、pf、uf中的一种，优选eps；
60.进一步，在漂浮底座(5)侧面安装连接挂钩(4)，所述连接挂钩(4)可以与能够固定单个漂浮装置的固定装置连接，以保证漂浮装置能够稳定的漂浮在池塘上。例如固定装置包括主绳索和辅绳索，所述主绳索一端在池塘一边固定，另一端在池塘另一端固定，所述主绳索能够漂浮固定在池塘上。所述辅绳索一端与主绳索连接，另一端设置挂钩，将所述挂钩与所述连接挂钩(4)连接，从而实现漂浮装置固定与池塘水面，所述辅绳索间隔为0.5～10m。
61.进一步，所述核心箱(6)包括箱体(11)和箱盖(10)，核心箱(6)上部设置有上盖，用于密封核心箱(6)；所述箱体(11)分为上下两层，其中上层为调节滤料层(12)，下层为缓控释物料层(13)。
62.进一步，所述核心箱(6)为圆柱体或立方体结构，体积0.001～0.125m3，优选0.008～0.050m3，高度20～60cm。
63.进一步，所述核心箱(6)上层填充调节滤料，下层填充缓控释物料，所述调节滤料通过吸附、静电、催化氧化、电化学、过滤等手段用于净化水质。缓控释物料通过不同释放行为(溶解、渗透、突释、复杂释放等)完成有效成分的释放，缓控释物料可以为植物补充营养和激素，同时有净化水质作用。
64.进一步，所述调节滤料包括离子交换树脂、活性炭、生物炭、砂、砾石、硅介孔材料、分子筛、有机滤膜、无机滤膜中的一种或多种的组合。
65.进一步，所述缓控释物料包括载体材料和有效成分，载体材料通过阻截、包裹、包结、吸附等方式固定有效成分。所述载体材料包括纤维素、壳聚糖、pva、peg、可生物降解聚氨酯、生物降解聚脲、脲甲醛(uf)、pmma、海藻酸、聚乳酸、聚硅氧烷、环氧树脂、明胶、环糊精、黄原胶材料中的一种或多种的组合。所述有效成分包括市售有机肥、无机肥、植物生长调节剂、杀菌剂、高效内吸型杀虫剂、杀藻剂、ph缓冲液中的一种或多种混合。
66.进一步，所述定植孔(2)栽培作物采用市售水培专用海绵缠绕或包裹根系后定植。
67.实施例2：
68.广西博白大展荣猪场采用厌氧+ao生化处理+生态湿地水处理工艺，末端出水存于一个3亩氧化塘(50m
×
40m)，该氧化塘的水质指标如表1所示。
69.表1氧化塘水质指标
70.项目cod
cr mg/lnh
3-n mg/ltp mg/lk mg/lphtds mg/lss mg/l氧化塘水质23266.524.122.36.9213112
71.本实施例应用的立体种植装置采用漂浮底座直径为1m，高20cm，定植上壳为高60cm圆柱体(形状如图5所示)，定植上壳底面直径1m，顶面直径为40cm。定植上壳表面定植孔直径2.5cm，定植上壳平行设置三行定植孔，纵向间距15cm，横向定植孔间距为20cm，定植上壳从上至下每行分别设5个、6个和8个。
72.核心箱为边长30cm的可密封正方体，上层调节滤料为有机滤膜pp棉，缓控释物料载体采用壳聚糖共混聚脲醛树脂200g，下层填充缓控释物料有效成分及含量如表2所示。采用包结化合物的方式固定有效成分物质，广西冬季害虫较少，不设置防虫网。
73.表2核心箱有效成分配方
[0074][0075]
汲水水培系统采用泵式汲水雾培装置，汲水水培系统主体安装在核心箱上盖，具体如图5所示。水培出水装置为雾化喷头，雾化喷头吊装与定植上壳内部，距上壳底部30cm位置。本实施例采用光伏板供电，光伏板为边长25cm正方形，光伏板安装在定植上壳圆台上顶。通过控制器控制汲水水培系统的水泵，每天喷雾4次，每次1h。立体种植装置设置间距为5m，7个一排，4行共设置28个装置。
[0076]
本实施例2021年12月26日开始种植，选择生菜进行种植，当地气温为10～20℃，洗净两叶期幼苗根部，在0.1％甲硝唑和多菌灵水溶液中浸泡10min，在茎基部位裹海绵条，定
植于定植孔中。由于温度较低，定植38天后收获，收获鲜菜198.2斤，消纳水中n约2.1kg，p约0.8kg。收获时水质情况如表3所示：
[0077]
表3收获时氧化塘水质指标
[0078]
项目cod
cr mg/lnh
3-n mg/ltp mg/lk mg/lphtds mg/lss mg/l氧化塘水质19554.221.422.77.2241120
[0079]
实施例3：
[0080]
大北农安徽淮北育肥场雨水塘，储存厂区内雨水，池塘尺寸为(10
×
20m,高1m)，本实施例应用的立体种植装置采用漂浮底座直径为1m，高20cm，定植上壳为高70cm圆锥型(形状如图1所示)，定植上壳底面直径1m，定植上壳表面定植孔直径3cm，定植上壳平行设置定植孔三行，纵向间距15cm，横向定植孔间距为20，定植上壳从上至下每行分别设5个、6个和8个。
[0081]
核心箱为边长30cm的可密封正方体，核心箱调节滤料为砂砾，缓控释物料载体采用交联改性纤维素聚合物100g，采用包结化合物的方式固定有效成分物质，有效成分配方为氯化铵0.54g，硝酸钙3.0g，硫酸铁0.2g，吲哚乙酸0.1g。
[0082]
汲水水培系统采用棉线汲水润湿装置，采用水培粗棉线浸没于水体下吸水，引入核心箱；经调节滤料过滤和缓控释物料养分调配的水经水培棉线引导至定植孔根部网兜处给根系供水及养分。立体种植装置设置间距为2m，8个一排，3行共设置24个装置。
[0083]
本实施例种植时间为2021年6月20日，当地气温为20～30℃，选择玉米幼苗进行种植，洗净幼苗根部，在0.1％甲硝唑和0.05％高锰酸钾水溶液中浸泡20min，在茎基部位裹海绵条，定植于定植孔中。设置防虫网，定植98天后收获，收获青储玉米325.3斤，消纳水中n约1.2kg，p约0.4kg，收获前后水体cod
cr
由112mg/l变为81mg/l；nh
3-n由12.0mg/l变为8.2mg/l；总磷由0.3mg变为0.2mg。
[0084]
实施例4
[0085]
大北农安徽淮北母猪场2#氧化塘，采用厌氧+生态湿地水处理工艺，末端出水存于两个6亩氧化塘(50*80m)，2#氧化塘水质指标如表4所示。本实施例应用的立体种植装置采用漂浮底座直径为1m，高20cm，定植上壳为高60cm圆台型(形状如图5所示)，上顶直径为40cm，底面直径1m。定植孔直径2.5cm，定植孔三行，纵向间距15cm，横向定植孔间距为20，三行分别设5个、6个和8个。圆台上顶安装光伏板，光伏板为边长25cm正方形。
[0086]
表4淮北母猪场2#氧化塘水质
[0087]
项目cod
cr mg/lnh3-n mg/ltp mg/lk mg/lphtds mg/lss mg/l氧化塘水质10502125.92346.7571247
[0088]
核心箱为边长30cm的可密封正方体，依据水质及养分情况设计核心箱调节滤料为有机滤膜pp棉，一季种植缓控释物料载体采用可生物降解聚氨酯200g，采用包结化合物的方式固定有效成分物质，有效成分配方见表5。
[0089]
表5实施例4核心箱有效成分配方
[0090][0091][0092]
如图5所示，汲水水培系统采用泵式汲水雾培装置，主体安装在核心箱上盖，雾化喷头吊装与定植上壳内部，距上壳底部30cm位置，采用光伏板供电，通过控制器控制汲水水培系统的水泵，每天喷雾4次，每次1h。立体种植装置设置间距为5m，8个一排，14行共设置112个装置。
[0093]
实施例种植时间为2022年2月25日，当地气温为5～15℃，选择生菜进行种植，洗净两叶期幼苗根部，在0.1％甲硝唑和多菌灵水溶液中浸泡10min，在茎基部位裹海绵条，定植于定植孔(2)中。设置防虫网，由于温度较低，定植31天后收获，收获鲜菜928.9斤，消纳水中n约25kg，p约12kg。
[0094]
表6收获时淮北母猪场2#氧化塘水质
[0095]
项目cod
cr mg/lnh3-n mg/ltp mg/lk mg/lphtds mg/lss mg/l氧化塘水质8371845.02286.7574257