[Resumen] Actualmente, los dispositivos de plantación doméstica suelen adoptar un diseño integrado, lo que genera muchos inconvenientes para el movimiento y la carga y descarga. Basado en las características del espacio habitable de los residentes urbanos y el objetivo del diseño de la producción de plantas familiares, este artículo propone un nuevo tipo de diseño de dispositivo de plantación familiar prefabricado. El dispositivo consta de cuatro partes: un sistema de soporte, un sistema de cultivo, un sistema de agua y fertilizante y un sistema de complemento de iluminación (principalmente, luces de cultivo LED). Tiene un tamaño reducido, una alta utilización del espacio, una estructura novedosa, un desmontaje y montaje convenientes, un bajo costo y una gran practicidad. Puede satisfacer las necesidades de los residentes urbanos sobre lechuga para apio, verdura rápida, repollo nutritivo y begonia fimbristipula. Después de una modificación a pequeña escala, también se puede utilizar para la investigación de experimentos científicos de plantas.

Diseño general de equipos de cultivo.

Principios de diseño

El dispositivo de cultivo prefabricado está orientado principalmente a los residentes urbanos. El equipo investigó a fondo las características del espacio habitable de los residentes urbanos. El área es pequeña y la tasa de utilización del espacio es alta; la estructura es novedosa y hermosa; es conveniente desmontar y montar, simple y fácil de aprender; Tiene bajo costo y gran viabilidad. Estos cuatro principios recorren todo el proceso de diseño y se esfuerzan por lograr el objetivo final de armonizar con el entorno del hogar, una estructura hermosa y decente y un valor de uso económico y práctico.

Materiales a utilizar

El marco de soporte se compra en el producto de estantería multicapa del mercado, de 1,5 m de largo, 0,6 m de ancho y 2,0 m de alto. El material es acero, pulverizado y antioxidante, y las cuatro esquinas del marco de soporte están soldadas con ruedas universales con freno; Se selecciona la placa nervada para reforzar la placa de capas del marco de soporte, la cual está hecha de placa de acero de 2 mm de espesor con tratamiento antioxidante de plástico en aerosol, dos piezas por capa. La cubeta de cultivo está fabricada en tubo cuadrado hidropónico de PVC con tapa abierta, de 10 cm×10 cm. El material es un tablero de PVC duro, con un espesor de 2,4 mm. El diámetro de los hoyos de cultivo es de 5 cm y la separación entre los hoyos de cultivo es de 10 cm. El tanque de solución nutritiva o tanque de agua está hecho de una caja de plástico con un espesor de pared de 7 mm, una longitud de 120 cm, un ancho de 50 cm y una altura de 28 cm.

Diseño de estructura de dispositivo de cultivo.

Según el plan de diseño general, el dispositivo de cultivo familiar prefabricado consta de cuatro partes: un sistema de soporte, un sistema de cultivo, un sistema de agua y fertilizante y un sistema de suplemento de luz (principalmente, luces de cultivo LED). La distribución en el sistema se muestra en la Figura 1.

En la Figura 1 se muestra la distribución en el sistema.

Diseño del sistema de soporte.

El sistema de soporte del dispositivo de cultivo familiar prefabricado está compuesto por un poste vertical, una viga y una placa de capas. El poste y la viga se insertan a través de la hebilla con orificio de mariposa, que es conveniente para desmontar y montar. La viga está equipada con una placa de nervadura reforzada. Las cuatro esquinas del bastidor de cultivo están soldadas con ruedas universales con freno para aumentar la flexibilidad del movimiento del dispositivo de cultivo.

Diseño de sistemas de cultivo.

El tanque de cultivo es un tubo cuadrado hidropónico de 10 cm × 10 cm con un diseño de cubierta abierta, que es fácil de limpiar y puede usarse para cultivo en solución nutritiva, cultivo en sustrato o cultivo en tierra. En el cultivo con solución nutritiva, la canasta de siembra se coloca en el hoyo de siembra y las plántulas se fijan con una esponja de las especificaciones correspondientes. Cuando se cultiva el sustrato o la tierra, se introduce una esponja o gasa en los orificios de conexión en ambos extremos del canal de cultivo para evitar que el sustrato o la tierra bloqueen el sistema de drenaje. Los dos extremos del tanque de cultivo están conectados al sistema de circulación mediante una manguera de goma con un diámetro interior de 30 mm, lo que evita eficazmente los defectos de solidificación estructural causados ​​por la unión adhesiva de PVC, que no favorece el movimiento.

Diseño del sistema de circulación de agua y fertilizantes.

En el cultivo con solución nutritiva, utilice una bomba ajustable para agregar la solución nutritiva al tanque de cultivo de nivel superior y controle la dirección del flujo de la solución nutritiva a través del tapón interno de la tubería de PVC. Para evitar el flujo desigual de la solución nutritiva, la solución nutritiva en el tanque de cultivo de la misma capa adopta un método de flujo unidireccional en "forma de S". Para aumentar el contenido de oxígeno de la solución nutritiva, cuando fluye la capa más baja de solución nutritiva, se diseña un cierto espacio entre la salida de agua y el nivel de líquido del tanque de agua. En el cultivo en sustrato o tierra, el depósito de agua se coloca en la capa superior, y el riego y la fertilización se realizan mediante un sistema de riego por goteo. El tubo principal es un tubo de PE negro con un diámetro de 32 mm y un espesor de pared de 2,0 mm, y el ramal es un tubo de PE negro con un diámetro de 16 mm y un espesor de pared de 1,2 mm. Cada ramal Instale una válvula para control individual. La flecha de caída utiliza un gotero de flecha recta con presión compensada, 2 por hoyo, insertado en la raíz de la plántula en el hoyo de cultivo. El exceso de agua se recoge a través del sistema de drenaje, se filtra y se reutiliza.

Sistema de suplemento de luz

Cuando el dispositivo de cultivo se utiliza para la producción de balcones, la luz natural del balcón se puede utilizar sin luz adicional o con una pequeña cantidad de luz adicional. Al cultivar en el salón, es necesario realizar un diseño de iluminación complementario. El dispositivo de iluminación es una luz LED de crecimiento de 1,2 m de largo y el tiempo de iluminación se controla mediante un temporizador automático. El tiempo de luz se establece en 14 h y el tiempo de luz no suplementaria en 10 h. Hay 4 luces LED en cada capa, que están instaladas en la parte inferior de la capa. Los cuatro tubos de la misma capa están conectados en serie y las capas están conectadas en paralelo. Según las diferentes necesidades de iluminación de las diferentes plantas, se puede seleccionar luz LED con diferente espectro.

Montaje del dispositivo

El dispositivo de cultivo doméstico prefabricado tiene una estructura simple (Figura 2) y el proceso de montaje es sencillo. En el primer paso, después de determinar la altura de cada capa de acuerdo con la altura de los cultivos, inserte la viga en el orificio de mariposa del poste vertical para construir el esqueleto del dispositivo; en el segundo paso, fije el tubo de luz de cultivo LED en la nervadura de refuerzo en la parte posterior de la capa y coloque la capa en el canal interior del travesaño del marco de cultivo; el tercer paso, la artesa de cultivo y el sistema de circulación de agua y fertilizante están conectados mediante una manguera de goma; el cuarto paso, instale el tubo LED, configure el temporizador automático y coloque el tanque de agua; el quinto paso: depuración del sistema, agregue agua al tanque de agua. Después de ajustar el cabezal y el flujo de la bomba, verifique el sistema de circulación de agua y fertilizante y la conexión del tanque de cultivo para detectar fugas de agua, encienda y verifique la conexión de las luces LED y el funcionamiento. condición del temporizador automático.

Figura 2, diseño general del dispositivo de cultivo prefabricado.

Solicitud y Evaluación

Aplicación de cultivo

En 2019, el dispositivo se utilizará para el cultivo interior a pequeña escala de hortalizas como lechuga, col china y apio (Figura 3). En 2020, sobre la base de resumir la experiencia de cultivo anterior, el equipo del proyecto desarrolló el cultivo en sustrato orgánico de la hortaliza homóloga a alimentos y medicamentos y la tecnología de cultivo en solución nutritiva de Begonia fimbristipula hance, que enriqueció los ejemplos de aplicaciones domésticas del dispositivo. En los últimos dos años de cultivo y aplicación, la lechuga y las hortalizas rápidas se pueden cosechar 25 días después del cultivo a una temperatura interior de 20-25 ℃; el apio necesita crecer durante 35 a 40 días; Begonia fimbristipula Hance y la col china son plantas perennes que se pueden cosechar varias veces; Begonia fimbristipula puede cosechar los tallos y hojas superiores de 10 cm en aproximadamente 35 días, y los tallos y hojas jóvenes se pueden cosechar en aproximadamente 45 días para cultivar repollo. Cuando se cosechan, el rendimiento de lechuga y col china es de 100 a 150 g por planta; el rendimiento de apio blanco y apio rojo por planta es de 100 a 120 g; El rendimiento de Begonia fimbristipula Hance en la primera cosecha es bajo, 20-30 g por planta, y con la germinación continua de las ramas laterales se puede cosechar por segunda vez, con un intervalo de unos 15 días y rendimientos de 60- 80 g por planta; el rendimiento del menú nutritivo es de 50 a 80 g, se cosecha una vez cada 25 días y se puede cosechar de forma continua.

Figura 3, Aplicación de producción del dispositivo de cultivo prefabricado.

Efecto de aplicación

Después de más de un año de producción y aplicación, el dispositivo puede aprovechar al máximo el espacio tridimensional de la sala para la producción a pequeña escala de una variedad de cultivos. Sus operaciones de carga y descarga son sencillas y fáciles de aprender, y no requiere formación profesional. Al ajustar la elevación y el flujo de la bomba de agua, se puede evitar el problema del flujo excesivo y el desbordamiento de la solución nutritiva en el tanque de cultivo. El diseño de cubierta abierta del tanque de cultivo no solo es fácil de limpiar después de su uso, sino que también es fácil de reemplazar cuando los accesorios están dañados. El tanque de cultivo está conectado con la manguera de goma del sistema de circulación de agua y fertilizante, lo que realiza el diseño modular del tanque de cultivo y del sistema de circulación de agua y fertilizante, y evita las desventajas del diseño integrado en el dispositivo hidropónico tradicional. Además, el dispositivo se puede utilizar para investigaciones científicas en condiciones de temperatura y humedad controlables, además de para la producción de cultivos domésticos. No solo ahorra espacio de prueba, sino que también cumple con los requisitos del entorno de producción, especialmente la coherencia del entorno de crecimiento de raíces. Después de una simple mejora, el dispositivo de cultivo también puede cumplir con los requisitos de diferentes métodos de tratamiento del entorno de la rizosfera y ha sido ampliamente utilizado en experimentos científicos con plantas.

Fuente del artículo: cuenta Wechat deTecnología de ingeniería agrícola (horticultura en invernadero) 

Información de referencia: Wang Fei, Wang Changyi, Shi Jingxuan, et al.Diseño y aplicación de dispositivos de cultivo domésticos prefabricados [J]. Tecnología de ingeniería agrícola, 2021,41 (16): 12-15.