[Tóm tắt]Hiện nay, các thiết bị trồng cây tại nhà thường áp dụng thiết kế tích hợp, gây nhiều bất tiện cho việc di chuyển và bốc xếp.Dựa trên đặc điểm không gian sống của cư dân đô thị và mục tiêu thiết kế sản xuất cây gia đình, bài viết này đề xuất một kiểu thiết kế thiết bị trồng cây gia đình đúc sẵn kiểu mới.Thiết bị bao gồm bốn phần: hệ thống hỗ trợ, hệ thống canh tác, hệ thống nước và phân bón, và hệ thống bổ sung ánh sáng (hầu hết là đèn LED trồng trọt).Nó có một dấu chân nhỏ, sử dụng không gian cao, cấu trúc mới lạ, tháo gỡ và lắp ráp thuận tiện, chi phí thấp và khả năng thực thi mạnh mẽ.Nó có thể đáp ứng nhu cầu của cư dân đô thị về xà lách cần tây, rau nhanh, bắp cải bổ dưỡng và thu hải đường.Sau khi sửa đổi quy mô nhỏ, nó cũng có thể được sử dụng cho nghiên cứu thí nghiệm khoa học thực vật

Thiết kế tổng thể của thiết bị canh tác

Nguyên tắc thiết kế

Thiết bị canh tác đúc sẵn chủ yếu hướng đến người dân thành thị.Nhóm đã tìm hiểu đầy đủ về đặc điểm không gian sống của cư dân đô thị.Diện tích nhỏ và tỷ lệ sử dụng không gian cao;cấu trúc mới lạ và đẹp mắt;thuận tiện để tháo rời và lắp ráp, đơn giản và dễ học;nó có chi phí thấp và khả thi mạnh mẽ.Bốn nguyên tắc này xuyên suốt toàn bộ quá trình thiết kế và cố gắng đạt được mục tiêu cuối cùng là hài hòa với môi trường gia đình, cấu trúc đẹp và tươm tất, giá trị sử dụng tiết kiệm và thiết thực.

Vật liệu được sử dụng

Khung đỡ được mua từ sản phẩm kệ nhiều tầng trên thị trường, dài 1,5 m, rộng 0,6 m, cao 2,0 m.Vật liệu là thép, được phun sơn chống gỉ, bốn góc của khung đỡ được hàn bằng bánh xe vạn năng;tấm gân được chọn để tăng cường tấm lớp khung đỡ được làm bằng tấm thép dày 2 mm được xử lý chống gỉ phun nhựa, hai miếng mỗi lớp.Máng trồng bằng ống vuông thủy canh PVC nắp hở, 10 cm×10 cm.Vật liệu là tấm PVC cứng, có độ dày 2,4 mm.Đường kính lỗ canh tác là 5 cm, khoảng cách giữa các hố canh tác là 10 cm.Bể chứa dung dịch dinh dưỡng hay bể chứa nước được làm bằng hộp nhựa có thành dày 7mm, chiều dài 120cm, chiều rộng 50cm, chiều cao 28cm.

Thiết kế cấu trúc thiết bị trồng trọt

Theo kế hoạch thiết kế tổng thể, thiết bị canh tác gia đình đúc sẵn bao gồm bốn phần: hệ thống hỗ trợ, hệ thống canh tác, hệ thống nước và phân bón, và hệ thống bổ sung ánh sáng (chủ yếu là đèn LED trồng cây).Sự phân bổ trong hệ thống được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1, sự phân bố trong hệ thống được thể hiện trong.

Hỗ trợ thiết kế hệ thống

Hệ thống hỗ trợ của thiết bị canh tác gia đình đúc sẵn bao gồm một cột thẳng đứng, dầm và tấm xếp lớp.Cột và thanh được đưa vào qua khóa lỗ bướm, thuận tiện để tháo rời và lắp ráp.Dầm được trang bị một tấm lớp sườn gia cố.Bốn góc của giàn xới được hàn các bánh xe vạn năng có phanh hãm tăng khả năng di chuyển linh hoạt của giàn xới.

Thiết kế hệ thống canh tác

Rọ trồng là ống vuông thủy canh 10 cm×10 cm thiết kế nắp hở, dễ dàng vệ sinh, có thể dùng để trồng dung dịch dinh dưỡng, trồng giá thể hoặc trồng đất.Trong canh tác trong dung dịch dinh dưỡng, rọ trồng được đặt vào hố trồng, cây con được cố định bằng miếng xốp có thông số kỹ thuật tương ứng.Khi giá thể hoặc đất được trồng, miếng bọt biển hoặc gạc được nhét vào các lỗ nối ở hai đầu của máng trồng trọt để ngăn giá thể hoặc đất làm tắc hệ thống thoát nước.Hai đầu của thùng canh tác được nối với hệ thống tuần hoàn bằng ống cao su có đường kính trong 30 mm, giúp tránh hiệu quả các khuyết tật đông đặc kết cấu do liên kết keo PVC gây ra, không thuận lợi cho việc di chuyển.

Thiết kế hệ thống tuần hoàn nước và phân bón

Trong canh tác dung dịch dinh dưỡng, sử dụng máy bơm có thể điều chỉnh để thêm dung dịch dinh dưỡng vào bể canh tác cấp cao nhất và kiểm soát hướng dòng chảy của dung dịch dinh dưỡng thông qua nút bên trong của ống PVC.Để tránh dung dịch dinh dưỡng chảy không đều, dung dịch dinh dưỡng trong bể canh tác cùng lớp áp dụng phương pháp dòng chảy “hình chữ S” một chiều.Để tăng hàm lượng oxy trong dung dịch dinh dưỡng, khi lớp dung dịch dinh dưỡng thấp nhất chảy ra, một khoảng cách nhất định được thiết kế giữa cửa xả nước và mực chất lỏng của bể nước.Trong canh tác nền hoặc đất, bể chứa nước được đặt trên lớp trên cùng, việc tưới nước và bón phân được thực hiện thông qua hệ thống tưới nhỏ giọt.Ống chính là ống PE đen có đường kính 32 mm và độ dày thành 2,0 mm, và ống nhánh là ống PE đen có đường kính 16 mm và độ dày thành 1,2 mm.Mỗi ống nhánh Lắp đặt một van để điều khiển riêng.Mũi nhỏ giọt sử dụng vòi nhỏ giọt mũi tên thẳng có bù áp, 2 vòi mỗi lỗ, cắm vào gốc cây con trong hố canh tác.Nước thừa được thu gom qua hệ thống thoát nước, lọc và tái sử dụng.

Hệ thống bổ sung ánh sáng

Khi thiết bị canh tác được sử dụng để sản xuất ban công, ánh sáng tự nhiên từ ban công có thể được sử dụng mà không cần ánh sáng bổ sung hoặc một lượng nhỏ ánh sáng bổ sung.Khi trồng trọt trong phòng khách, cần tiến hành thiết kế ánh sáng bổ sung.Thiết bị chiếu sáng là đèn LED trồng cây dài 1,2 m và thời gian chiếu sáng được điều khiển bằng bộ hẹn giờ tự động.Thời gian chiếu sáng được đặt thành 14 giờ và thời gian chiếu sáng không bổ sung là 10 giờ.Có 4 đèn LED trong mỗi lớp, được lắp đặt ở dưới cùng của lớp.Bốn ống trên cùng một lớp được kết nối nối tiếp và các lớp được kết nối song song.Theo nhu cầu chiếu sáng khác nhau của các loại cây khác nhau, có thể chọn ánh sáng LED với phổ khác nhau.

Lắp ráp thiết bị

Thiết bị canh tác tại nhà đúc sẵn có cấu trúc đơn giản (Hình 2) và quá trình lắp ráp cũng đơn giản.Ở bước đầu tiên, sau khi xác định chiều cao của từng lớp theo chiều cao của cây trồng, hãy đưa chùm tia vào lỗ bướm của cột thẳng đứng để tạo khung thiết bị;trong bước thứ hai, cố định ống đèn LED trồng trọt trên sườn gia cố ở mặt sau của lớp và đặt lớp vào máng bên trong của xà ngang của khung trồng trọt;bước thứ ba, máng canh tác và hệ thống tuần hoàn nước và phân bón được kết nối bằng ống cao su;bước thứ tư, cài đặt ống LED, đặt hẹn giờ tự động và đặt bình chứa nước;Bước thứ năm gỡ lỗi hệ thống, thêm nước vào bể chứa nước Sau khi điều chỉnh đầu bơm và lưu lượng, hãy kiểm tra hệ thống tuần hoàn nước và phân bón cũng như kết nối của bể trồng trọt xem có rò rỉ nước không, bật nguồn và kiểm tra kết nối đèn LED và hoạt động điều kiện của bộ đếm thời gian tự động.

Hình 2, thiết kế tổng thể của thiết bị canh tác đúc sẵn

Ứng dụng và Đánh giá

ứng dụng trồng trọt

Vào năm 2019, thiết bị này sẽ được sử dụng để trồng các loại rau quy mô nhỏ trong nhà như rau diếp, cải thảo và cần tây (Hình 3).Vào năm 2020, trên cơ sở tổng kết kinh nghiệm canh tác trước đó, nhóm dự án đã phát triển công nghệ canh tác chất nền hữu cơ của loại rau tương đồng làm thực phẩm và dược phẩm và công nghệ canh tác dung dịch dinh dưỡng của Begonia fimbristipula hance, làm phong phú thêm các ví dụ ứng dụng tại nhà của thiết bị.Trong hai năm canh tác và ứng dụng vừa qua, rau diếp và rau nhanh có thể được thu hoạch sau 25 ngày kể từ khi canh tác ở nhiệt độ trong nhà 20-25 ℃;cần tây trồng 35-40 ngày;Begonia fimbristipula Hance và cải thảo là cây lâu năm, có thể thu hoạch nhiều lần;Begonia fimbristipula có thể thu hoạch thân và lá 10 cm trên cùng trong khoảng 35 ngày, và thân và lá non có thể được thu hoạch trong khoảng 45 ngày đối với bắp cải đang phát triển.Khi thu hoạch, năng suất rau diếp và cải thảo là 100 ~ 150 g mỗi cây;năng suất của cần tây trắng và cần tây đỏ trên mỗi cây là 100 ~ 120 g;năng suất thu hải đường thu hải đường trong lần thu hoạch đầu tiên thấp, 20-30 g mỗi cây và với sự nảy mầm liên tục của các nhánh bên, nó có thể được thu hoạch lần thứ hai, với khoảng thời gian khoảng 15 ngày và năng suất 60- 80 g mỗi cây;năng suất của lỗ đơn nuôi dưỡng là 50-80 g, cứ sau 25 ngày lại thu hoạch một lần, có thể thu hoạch liên tục.

Hình 3, Ứng dụng sản xuất thiết bị canh tác đúc sẵn

Hiệu ứng ứng dụng

Sau hơn một năm sản xuất và ứng dụng, thiết bị có thể tận dụng tối đa không gian ba chiều của căn phòng để sản xuất nhiều loại cây trồng quy mô nhỏ.Các hoạt động xếp dỡ của nó rất đơn giản và dễ học, không cần đào tạo chuyên nghiệp.Bằng cách điều chỉnh độ nâng và lưu lượng của máy bơm nước, có thể tránh được vấn đề lưu lượng quá mức và tràn dung dịch dinh dưỡng trong bể trồng trọt.Thiết kế nắp mở của thùng canh tác không chỉ dễ dàng vệ sinh sau khi sử dụng mà còn dễ dàng thay thế khi các phụ kiện bị hư hỏng.Bể canh tác được kết nối với ống cao su của hệ thống tuần hoàn nước và phân bón, giúp hiện thực hóa thiết kế mô-đun của bể canh tác và hệ thống tuần hoàn nước và phân bón, đồng thời tránh được những nhược điểm của thiết kế tích hợp trong thiết bị thủy canh truyền thống.Ngoài ra, thiết bị có thể được sử dụng cho nghiên cứu khoa học trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm có thể kiểm soát được bên cạnh sản xuất cây trồng hộ gia đình.Nó không chỉ tiết kiệm không gian thử nghiệm mà còn đáp ứng các yêu cầu của môi trường sản xuất, đặc biệt là tính nhất quán của môi trường phát triển rễ.Sau khi cải tiến đơn giản, thiết bị canh tác cũng có thể đáp ứng các yêu cầu của các phương pháp xử lý khác nhau đối với môi trường vùng rễ và đã được sử dụng rộng rãi trong các thí nghiệm khoa học thực vật.

Nguồn bài viết: Tài khoản Wechat củaCông nghệ kỹ thuật nông nghiệp (làm vườn nhà kính) 

Thông tin tham khảo: Wang Fei,Wang Changyi,Shi Jingxuan,et al.Thiết kế và ứng dụng thiết bị canh tác hộ gia đình đúc sẵn[J].Công nghệ kỹ thuật nông nghiệp,2021,41(16):12-15.