溫室智能裝備系列之一百三十二都市型園藝作物垂直栽培裝備構(gòu)建與應(yīng)用

張 梅，楊 健

（成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院，成都 611130）

園藝作物垂直栽培是指在特定設(shè)施條件下，通過搭建栽培設(shè)施，充分利用立體空間，實(shí)現(xiàn)多層栽培，采用農(nóng)業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)自動的水肥控制，實(shí)現(xiàn)高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。垂直農(nóng)業(yè)具有占地面積小，產(chǎn)量高，景觀效果好等特點(diǎn)，是都市農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要形式之一。垂直栽培可以充分利用高處空間，因此很大程度上依賴農(nóng)業(yè)栽培裝備的應(yīng)用，垂直栽培裝備集成機(jī)械、電子和軟件技術(shù)，利用已有的設(shè)施結(jié)構(gòu)，搭建了人工多層種植環(huán)境。通過栽培設(shè)施造型，搭配植物外形和顏色等方法，不僅可以大幅度提高空間利用效率，提高作物產(chǎn)量，還可以打造景致，增加美觀程度。

裝備設(shè)計(jì)與構(gòu)建

栽培裝置采用多層立體支架，多組支架間采用模塊化拼接，再用螺栓固定，可以垂直布置到20 層以上（圖1）。裝置采用滴灌方式進(jìn)行灌溉，垂直栽培系統(tǒng)灌溉時(shí)所需壓力可以通過直流加壓泵來完成。灌溉控制可以通過垂直栽培專用的灌溉施肥控制系統(tǒng)，也可以采用時(shí)間控制等簡單方式。

圖1 都市型園藝作物垂直栽培裝備原理圖

從美觀的角度設(shè)計(jì)，栽培裝置可以整體定在結(jié)構(gòu)墻上，也可單獨(dú)在頂部進(jìn)行固定。栽培的基質(zhì)采用本團(tuán)隊(duì)研發(fā)的蓄水型基質(zhì)，灌溉一次可以保濕10 周以上，制作完成安裝后，形成一整面12 m 寬，7 m 高的作物墻（圖2）。

圖2 都市型設(shè)施垂直農(nóng)業(yè)栽培裝備實(shí)物圖

功能特點(diǎn)

精準(zhǔn)灌溉

采用12 通道的時(shí)間控制器的方式不但節(jié)省成本，也能較好的完成按時(shí)供水的需求。該裝置可以安裝在支架內(nèi)部隱蔽的地方，方便操作同時(shí)也美觀（圖3）。同時(shí)增加一個(gè)220 V 直流壓力泵（9 L/min）為栽培提供高壓的灌溉水肥溶液，確保灌溉施肥的溶液到達(dá)每一層。

圖3 灌溉控制

水肥快捷投入

在栽培系統(tǒng)槽內(nèi)鋪設(shè)了滴管帶，作物所需的水肥可以根據(jù)需要通過滴灌帶快捷的輸送到每株作物的根區(qū)（圖4）。根據(jù)作物的需水情況，設(shè)置了粗細(xì)不同的2 種滴灌帶可供選擇。

圖4 水肥滴灌

語音功能

在系統(tǒng)的支架上方設(shè)置了播音喇叭（圖5），主要有3 個(gè)功能，一是播放栽培系統(tǒng)的特點(diǎn)等知識，滿足科普的需求；二是播放所展示的新品種特點(diǎn)，滿足宣傳的需求；三是播放園區(qū)音樂，滿足休閑需求。

圖5 語音管理

組裝簡單快捷

連接的部位采用工字鋼，上下分別用螺栓固定緊，安裝和拆卸操作都很方便（圖6）?？梢愿鶕?jù)具體的需求堆砌成不同的外型。支架的材料可選擇的有方鋼、不銹鋼和鋁型材，根據(jù)美觀的需要進(jìn)行改裝。

圖6 組裝方式

栽培品種多樣

栽培系統(tǒng)在底部預(yù)留有LED 的擴(kuò)展槽，安裝LED 人工補(bǔ)光燈可以增加栽培系統(tǒng)可選用的品種的類別，可以栽培花木苗、生菜等葉菜，也可栽培矮化西紅柿等果菜，或者栽培都市園藝花卉，根據(jù)栽培需要選用適宜的LED 燈帶。

應(yīng)用范圍

在都市農(nóng)業(yè)中，垂直栽培有很多應(yīng)用的場景，包括環(huán)境美化、生活種菜和休閑種花等功能，也可以根據(jù)具體的需求加工改造，成為景觀的一部分。

科技展館

垂直栽培模式可以作為農(nóng)業(yè)新品種展示，放置在科技館中，通過構(gòu)建一個(gè)應(yīng)用場景，提供農(nóng)業(yè)品種、栽培知識、裝備知識等，發(fā)揮科普的作用。也可以通過LED 補(bǔ)光燈，除了提供植物生長所需的補(bǔ)光作用，還可以提供不同顏色、圖案的美觀的效果。

酒店公寓

垂直栽培架可以起到處理酒店公寓的空氣的作用，同時(shí)滿足狹小空間的綠化的功能，也可以作為景觀墻打造，形成綠色生活的氛圍。

社區(qū)農(nóng)業(yè)

可以在社區(qū)的花園、小區(qū)的活動中心等場所布置垂直栽培架，形成社區(qū)花園、社區(qū)菜園等主題文化園，為居民提供一個(gè)休閑娛樂的景觀，也可以提供生活種菜的樂趣。可以根據(jù)需要自行加工一些造型的支架，成為景觀的一部分。

趨勢與展望

都市型園藝作物垂直農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展趨勢就是挖掘利用城市的垂直空間，形成綠色生活的裝飾效果。應(yīng)用的場景包括但不限于建筑物的外墻、餐廳的隔離墻、運(yùn)動場的景觀墻等。該垂直栽培裝置已在四川成都新津進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，裝飾的效果很有特色，得到一致好評。

都市型園藝作物垂直栽培裝備未來發(fā)展有兩個(gè)方向，一是栽培裝備模塊化。模塊化的裝備易于拼裝成不同的造型，完成不同的栽培任務(wù)；二是栽培裝備無人化。提升裝備的智能化水平，利用自動采摘機(jī)器人等裝備可以滿足垂直農(nóng)業(yè)高層栽培的需求。