[Resumen] Actualmente, los dispositivos de plantación doméstica suelen adoptar un diseño integrado, lo que dificulta considerablemente el movimiento, la carga y la descarga. Basándose en las características del espacio vital de los residentes urbanos y el objetivo de diseño de la producción familiar de plantas, este artículo propone un nuevo tipo de dispositivo de plantación familiar prefabricado. El dispositivo consta de cuatro partes: un sistema de soporte, un sistema de cultivo, un sistema de riego y fertilizante, y un sistema de iluminación (principalmente, luces LED de cultivo). Ocupa poco espacio, aprovecha al máximo el espacio, tiene una estructura innovadora, es fácil de desmontar y montar, es económico y muy práctico. Puede satisfacer las necesidades de los residentes urbanos de lechuga para apio, hortalizas de crecimiento rápido, repollo nutritivo y begonia fimbristípula. Tras una pequeña modificación, también puede utilizarse para la investigación científica sobre 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 de su espacio vital. El área es pequeña y la tasa de utilización del espacio es alta; la estructura es novedosa y atractiva; es fácil de desmontar y montar, simple y fácil de aprender; tiene un bajo costo y es muy práctico. Estos cuatro principios se aplican en todo el proceso de diseño y buscan lograr el objetivo final de armonizar con el entorno del hogar, lograr una estructura atractiva y decente, y un valor de uso económico y práctico.

Materiales a utilizar

El marco de soporte se compra en el mercado de productos de estantería multicapa, de 1,5 m de largo, 0,6 m de ancho y 2,0 m de alto. El material es acero, rociado y antioxidante, y las cuatro esquinas del marco de soporte están soldadas con ruedas universales de freno; la placa acanalada se selecciona para reforzar la placa de la capa del marco de soporte que está hecha de placa de acero de 2 mm de espesor con tratamiento antioxidante de plástico rociado, dos piezas por capa. El canal de cultivo está hecho de tubo cuadrado hidropónico de PVC de tapa abierta, 10 cm × 10 cm. El material es tablero de PVC duro, con un espesor de 2,4 mm. El diámetro de los agujeros de cultivo es de 5 cm, y el espaciamiento de los agujeros 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, con una longitud de 120 cm, una anchura de 50 cm y una altura de 28 cm.

Diseño de la estructura del dispositivo de cultivo

Según el diseño general, el dispositivo de cultivo familiar prefabricado consta de cuatro partes: un sistema de soporte, un sistema de cultivo, un sistema de riego y fertilizantes, y un sistema de iluminación suplementaria (principalmente, luces LED de cultivo). La distribución del sistema se muestra en la Figura 1.

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

Diseño de sistemas de soporte

El sistema de soporte del dispositivo de cultivo familiar prefabricado se compone de un poste vertical, una viga y una placa de capas. El poste y la viga se insertan mediante una hebilla de mariposa, lo que facilita su desmontaje y montaje. La viga está equipada con una placa de capas reforzada con nervaduras. Las cuatro esquinas del bastidor de cultivo están soldadas con ruedas universales con frenos para aumentar la flexibilidad de movimiento del dispositivo.

Diseño de sistemas de cultivo

El tanque de cultivo es un tubo cuadrado hidropónico de 10 cm × 10 cm con un diseño de tapa abierta, que es fácil de limpiar y se puede utilizar para el cultivo de solución nutritiva, cultivo de sustrato o cultivo de tierra. En el cultivo de 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 rellena 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, que evita eficazmente los defectos de solidificación estructural causados ​​por la unión del pegamento de PVC, que no favorece el movimiento.

Diseño de sistemas de circulación de agua y fertilizantes

En el cultivo de 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 interior 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 de sustrato o tierra, el tanque de agua se coloca en la capa superior y el riego y la fertilización se realizan a través de un sistema de riego por goteo. La tubería principal es una tubería de PE negra con un diámetro de 32 mm y un espesor de pared de 2,0 mm, y la tubería de derivación es una tubería de PE negra con un diámetro de 16 mm y un espesor de pared de 1,2 mm. Cada tubería de derivación instala una válvula para control individual. El sistema de riego por goteo utiliza un gotero de flecha recta con compensación de presión (2 por agujero) que se inserta en la raíz de la plántula en el agujero de cultivo. El exceso de agua se recoge mediante el sistema de drenaje, se filtra y se reutiliza.

Sistema de suplemento de luz

Cuando el dispositivo de cultivo se utiliza para la producción en balcones, la luz natural del balcón se puede utilizar sin luz suplementaria o con una pequeña cantidad de luz suplementaria. Al cultivar en la sala de estar, es necesario realizar el diseño de iluminación suplementaria. La luminaria es una luz de crecimiento LED de 1,2 m de largo, y el tiempo de luz se controla mediante un temporizador automático. El tiempo de luz se establece en 14 h, y el tiempo de luz sin suplementaria es de 10 h. Hay 4 luces LED en cada capa, que se instalan en la parte inferior de la capa. Los cuatro tubos en 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.

Ensamblaje del dispositivo

El dispositivo de cultivo casero prefabricado tiene una estructura simple (Figura 2) y un proceso de ensamblaje sencillo. En el primer paso, después de determinar la altura de cada capa según 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 LED de crecimiento en la nervadura de refuerzo en la parte posterior de la capa y coloque la capa en el canal interior de la viga transversal del marco de cultivo; en el tercer paso, el canal de cultivo y el sistema de circulación de agua y fertilizante se conectan mediante una manguera de goma; en el cuarto paso, instale el tubo LED, configure el temporizador automático y coloque el tanque de agua; en el quinto paso, depuración del sistema, agregue agua al tanque de agua. Después de ajustar la cabeza 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 estado de funcionamiento 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, basándose en el resumen de la experiencia de cultivo previa, el equipo del proyecto desarrolló el cultivo en sustrato orgánico de la hortaliza homóloga de alimentos y medicinas y la tecnología de cultivo en solución nutritiva de Begonia fimbristipula hance, que enriqueció los ejemplos de aplicación doméstica del dispositivo. En los últimos dos años de cultivo y aplicación, la lechuga y la hortaliza de rápido crecimiento se pueden cosechar 25 días después del cultivo a una temperatura interior de 20-25 ℃; el apio necesita crecer durante 35-40 días; Begonia fimbristipula Hance y la col china son plantas perennes que se pueden cosechar en múltiples ocasiones; 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 el cultivo de col. Cuando se cosecha, el rendimiento de lechuga y repollo chino es de 100 ~ 150 g por planta; el rendimiento de apio blanco y apio rojo por planta es de 100 ~ 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 aproximadamente 15 días y rendimientos de 60-80 g por planta; el rendimiento del agujero del menú nutritivo es de 50-80 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 la aplicación

Tras más de un año de producción y aplicación, el dispositivo aprovecha al máximo el espacio tridimensional de la sala para la producción a pequeña escala de diversos cultivos. Sus operaciones de carga y descarga son sencillas y fáciles de aprender, y no requieren formación profesional. Ajustando la elevación y el caudal de la bomba de agua, se evita el problema del flujo excesivo y el desbordamiento de la solución nutritiva en el tanque de cultivo. El diseño de tapa abierta del tanque de cultivo no solo facilita la limpieza después de su uso, sino que también facilita la sustitución en caso de daños en los accesorios. El tanque de cultivo está conectado a la manguera de goma del sistema de circulación de agua y fertilizantes, lo que permite un diseño modular del tanque de cultivo y del sistema de circulación de agua y fertilizantes, evitando así las desventajas del diseño integrado de los dispositivos hidropónicos tradicionales. Además, el dispositivo puede utilizarse para la investigación científica 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 consistencia del entorno de crecimiento radicular. Después de una mejora simple, 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 de WeChat deTecnología de ingeniería agrícola (horticultura en invernadero) 

Información de referencia: Wang Fei, Wang Changyi, Shi Jingxuan, et al.Diseño y aplicación de dispositivo de cultivo doméstico prefabricado[J].Tecnología de Ingeniería Agrícola,2021,41(16):12-15.