基于营养液特征变化的新型雾培装置研究

【摘要】雾培是国际先进的无土栽培方式，它以最佳方式解决了以往无土栽培水、肥、气之间的矛盾。但雾培的大面积推广应用尚需智能化管理技术的支撑。雾培作为完全依赖电能的循环式营养液栽培方式，其营养液特性的改变及断电都会对系统产生不可估量的影响。同时，现有的雾培装置大多体积庞大，这不仅给使用者带来不便，也限制了雾培的使用地点；现有小型雾培装置多结构简单，功能稳定性差。能够有效管理营养液、维持根系环境稳定性、操作简单方便的小型雾培装置对科学研究及家庭种植都具有重要的实用价值。本研究以气雾栽培生菜为例，从生菜气雾栽培营养液特征变化规律及其影响因素，特别是环境因素的影响分析入手，确定保证营养液稳定性需要监测及控制的主要营养液及环境要素,包括营养液酸碱度（pH）、电导率（EC）、营养液温度（T液）、根域气温（T根）。另外，通过试验得出：①移栽后生菜生长初期（1-10天），初始pH为6±0.2的营养液酸碱环境最稳定、养分吸收较快；②生菜不同生长阶段，营养液pH和EC变化规律不同；③定期完全更换营养液的方式对生菜生长发育最有利；④营养液生长发育雾培生菜根域温度稳定性受到外界环境温度及光照的影响较大，经相关分析发现，外界气温与营养液温相关系数为0.579，光照与营养液温度相关系数为0.598；⑤控制营养液温对维持营养液pH及EC值具有直接作用，特别是在25-30℃范围内。结合试验研究结果并针对现有雾培装置存在的问题，在现有小型装置基础上，设计新型雾培装置，实现雾培植物根系环境实时监测与显示、短暂断电后电源切换，并从栽培装置保温隔热设计方面提高雾培植物根系环境的缓冲性能，设计开发的新型雾培装置0.037m3。选择单片机AT89C52作为本研究控制系统的核心，并选用A/D转换器ADC0809和12864显示屏，完成了各部分电路的设计，实现了对pH、EC和温度值的实时监测以及电源/蓄电池的无缝衔接。同时，将以上功能集成在小型外挂装置中，方便使用及维护。经效果试验及分析表明，pH、EC采集电路稳定性好，测量最大误差pH为0.38，EC为0.2/ms·cm-1，满足设计要求。但使用时为进一步提高精度应定期更换电极，并保证标准液在25℃的情况下配制精准。借鉴农业设施围护结构保温隔热原理，设计两套可拆卸“双桶式”保温隔热层方案。经试验对比，确定理想方案为：选用聚丙烯（PP）材料作为内外桶壁，间层厚度2cm，内部填充聚氨酯泡沫（发泡胶），外壁粘贴铝箔。效果试验表明，当温室内气温高达48℃时，具有保温隔热结构的桶内营养液温仍可保持在25-29℃之间，满足植物生长发育根系最佳温度范围。通过与现有小型雾培装置的栽培效果对比试验发现，新型雾培装置较传统雾培桶可提高生菜鲜重28.4%，营养液pH及EC变化的规律更强，当温室内最高温度达到40℃，仍可保持种植蔬菜根系温度环境稳定，绝大多数时间均维持在25℃以下，降低人工工作量25%以上。因此，新型雾培装置的使用已实现装置设计的整体目标。
【作者】陈曦；
【导师】张蕾；
【作者基本信息】吉林大学，农业生物环境与能源工程，2014，硕士
【关键词】雾培；生菜；营养液特性；实时监测；电源转换；保温；

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