[الملخص] في الوقت الحالي، عادةً ما تعتمد أجهزة الزراعة المنزلية تصميمًا متكاملاً، مما يسبب الكثير من الإزعاج للحركة والتحميل والتفريغ. استنادًا إلى خصائص المساحة المعيشية لسكان المناطق الحضرية والهدف التصميمي لإنتاج النباتات العائلية، تقترح هذه المقالة نوعًا جديدًا من تصميم أجهزة الزراعة العائلية الجاهزة. يتكون الجهاز من أربعة أجزاء: نظام الدعم، ونظام الزراعة، ونظام المياه والأسمدة، ونظام مكملات الضوء (في الغالب مصابيح LED للنمو). إنها تتميز بمساحة صغيرة، واستخدام كبير للمساحة، وهيكل جديد، وتفكيك وتجميع مريح، وتكلفة منخفضة، وقابلية عملية قوية. يمكن أن يلبي احتياجات سكان الحضر من الخس للكرفس والخضروات السريعة والملفوف المغذي والبيغونيا فيبريستيبولا. بعد التعديل على نطاق صغير، يمكن استخدامه أيضًا في أبحاث التجارب العلمية النباتية

التصميم العام لمعدات الزراعة

مبادئ التصميم

جهاز الزراعة الجاهزة موجه بشكل أساسي لسكان الحضر. قام الفريق بالتحقيق بشكل كامل في خصائص مساحة المعيشة لسكان الحضر. المساحة صغيرة ومعدل استغلال المساحة مرتفع؛ الهيكل جديد وجميل. أنها مريحة للتفكيك والتجميع، بسيطة وسهلة التعلم؛ لديها تكلفة منخفضة وعملية قوية. تمر هذه المبادئ الأربعة خلال عملية التصميم بأكملها، وتسعى جاهدة لتحقيق الهدف النهائي المتمثل في الانسجام مع بيئة المنزل والبنية الجميلة واللائقة وقيمة الاستخدام الاقتصادية والعملية.

المواد التي سيتم استخدامها

يتم شراء إطار الدعم من منتج الرفوف متعدد الطبقات الموجود في السوق، ويبلغ طوله 1.5 مترًا وعرضه 0.6 مترًا وارتفاعه 2.0 مترًا. المادة مصنوعة من الفولاذ، ومرشوشة ومقاومة للصدأ، والزوايا الأربع لإطار الدعم ملحومة بعجلات فرامل عالمية؛ تم اختيار اللوحة المضلعة لتقوية لوحة طبقة إطار الدعم المصنوعة من لوح فولاذي بسمك 2 مم مع معالجة مقاومة للصدأ بالرش البلاستيكي، قطعتين لكل طبقة. حوض الزراعة مصنوع من أنبوب مربع للزراعة المائية PVC ذو غطاء مفتوح، 10 سم × 10 سم. المادة عبارة عن لوح PVC صلب بسمك 2.4 مم. قطر فتحات الزراعة 5 سم، والمسافة بين فتحات الزراعة 10 سم. يتكون خزان المحلول المغذي أو خزان الماء من علبة بلاستيكية بسمك جدار 7 ملم وطول 120 سم وعرض 50 سم وارتفاع 28 سم.

تصميم هيكل جهاز الزراعة

وفقًا لخطة التصميم الشاملة، يتكون جهاز الزراعة العائلي الجاهز من أربعة أجزاء: نظام دعم، ونظام زراعة، ونظام مياه وأسمدة، ونظام إضافي للضوء (في الغالب مصابيح LED للنمو). يظهر التوزيع في النظام في الشكل 1.

الشكل 1، يظهر التوزيع في النظام في.

دعم تصميم النظام

يتكون نظام الدعم لجهاز زراعة الأسرة الجاهزة من عمود قائم وعارضة ولوحة طبقة. يتم إدخال العمود والشعاع من خلال مشبك فتحة الفراشة، وهو مناسب للتفكيك والتجميع. تم تجهيز الشعاع بلوحة طبقة ضلعية معززة. الزوايا الأربع لإطار الزراعة ملحومة بعجلات عالمية مع فرامل لزيادة مرونة حركة جهاز الزراعة.

تصميم نظام الزراعة

خزان الزراعة عبارة عن أنبوب مربع مائي مقاس 10 سم × 10 سم بتصميم غطاء مفتوح، وهو سهل التنظيف، ويمكن استخدامه لزراعة المحاليل المغذية أو زراعة الركيزة أو زراعة التربة. في زراعة المحلول المغذي، يتم وضع سلة الزراعة في فتحة الزراعة، ويتم تثبيت الشتلات بإسفنجة ذات مواصفات مقابلة. عند زراعة الركيزة أو التربة، يتم حشو الإسفنج أو الشاش في فتحات التوصيل عند طرفي حوض الزراعة لمنع الركيزة أو التربة من سد نظام الصرف. يتم توصيل طرفي خزان الزراعة بنظام التدوير عن طريق خرطوم مطاطي بقطر داخلي 30 مم، مما يتجنب بشكل فعال عيوب التصلب الهيكلي الناتجة عن رابطة الغراء PVC، والتي لا تساعد على الحركة.

تصميم نظام تداول المياه والأسمدة

في زراعة المحلول المغذي، استخدم مضخة قابلة للتعديل لإضافة المحلول المغذي إلى خزان الزراعة عالي المستوى، والتحكم في اتجاه تدفق المحلول المغذي من خلال القابس الداخلي لأنبوب PVC. من أجل تجنب التدفق غير المتكافئ للمحلول المغذي، يعتمد المحلول المغذي في خزان الزراعة ذو الطبقة نفسها طريقة تدفق أحادية الاتجاه "على شكل S". من أجل زيادة محتوى الأكسجين في المحلول المغذي، عندما تتدفق الطبقة السفلية من المحلول المغذي، يتم تصميم فجوة معينة بين مخرج المياه ومستوى السائل في خزان المياه. في زراعة الركيزة أو التربة، يتم وضع خزان المياه على الطبقة العليا، ويتم الري والتسميد من خلال نظام الري بالتنقيط. الأنبوب الرئيسي عبارة عن أنبوب PE أسود بقطر 32 مم وسمك جدار 2.0 مم، والأنبوب الفرعي عبارة عن أنبوب PE أسود بقطر 16 مم وسمك جدار 1.2 مم. يتم تثبيت صمام في كل أنبوب فرعي للتحكم الفردي. يستخدم السهم المنسدل منقط سهم مستقيم معوض للضغط، 2 لكل ثقب، يتم إدخاله في جذر الشتلة في فتحة الزراعة. يتم جمع المياه الزائدة من خلال نظام الصرف، وتصفيتها وإعادة استخدامها.

نظام المكملات الخفيفة

عندما يتم استخدام جهاز الزراعة لإنتاج الشرفة، يمكن استخدام الضوء الطبيعي من الشرفة بدون ضوء إضافي أو كمية صغيرة من الضوء الإضافي. عند الزراعة في غرفة المعيشة، من الضروري تنفيذ تصميم الإضاءة التكميلية. إن وحدة الإضاءة عبارة عن مصباح نمو LED بطول 1.2 متر، ويتم التحكم في وقت الإضاءة بواسطة مؤقت تلقائي. يتم ضبط وقت الضوء على 14 ساعة، ووقت الضوء غير الإضافي هو 10 ساعات. يوجد 4 مصابيح LED في كل طبقة، يتم تركيبها في الجزء السفلي من الطبقة. الأنابيب الأربعة الموجودة على نفس الطبقة متصلة على التوالي، والطبقات متصلة على التوازي. وفقا لاحتياجات الإضاءة المختلفة للمحطات المختلفة، يمكن اختيار ضوء LED مع طيف مختلف.

تجميع الجهاز

جهاز زراعة المنزل الجاهز بسيط في الهيكل (الشكل 2) وعملية التجميع بسيطة. في الخطوة الأولى، بعد تحديد ارتفاع كل طبقة وفقًا لارتفاع المحاصيل المزروعة، أدخل الشعاع في فتحة الفراشة للعمود القائم لبناء الهيكل العظمي للجهاز؛ في الخطوة الثانية، قم بتثبيت أنبوب ضوء النمو LED على ضلع التسليح في الجزء الخلفي من الطبقة، ثم ضع الطبقة في الحوض الداخلي للعارضة المتقاطعة لإطار الزراعة؛ الخطوة الثالثة، يتم توصيل حوض الزراعة ونظام تداول المياه والأسمدة بواسطة خرطوم مطاطي؛ الخطوة الرابعة، تثبيت أنبوب LED، وضبط المؤقت التلقائي، ووضع خزان المياه؛ الخطوة الخامسة تصحيح أخطاء النظام، إضافة الماء إلى خزان المياه. بعد ضبط رأس المضخة وتدفقها، تحقق من نظام تداول المياه والأسمدة وتوصيل خزان الزراعة للتأكد من عدم تسرب المياه، وقم بتشغيل الطاقة والتحقق من توصيل مصابيح LED والعمل حالة الموقت التلقائي.

الشكل 2، التصميم العام لجهاز الزراعة الجاهزة

التطبيق والتقييم

تطبيق زراعة

وفي عام 2019، سيتم استخدام الجهاز لزراعة الخضروات في الأماكن المغلقة على نطاق صغير مثل الخس والملفوف الصيني والكرفس (الشكل 3). في عام 2020، وعلى أساس تلخيص تجربة الزراعة السابقة، قام فريق المشروع بتطوير زراعة الركيزة العضوية للخضروات المتجانسة من الغذاء والدواء وتكنولوجيا زراعة المحاليل المغذية لنبات Begonia fimbristipula hance، مما أثرى أمثلة التطبيق المنزلي للجهاز. في العامين الماضيين من الزراعة والتطبيق، يمكن حصاد الخس والخضروات السريعة بعد 25 يومًا من زراعتها في درجة حرارة داخلية تبلغ 20-25 درجة مئوية؛ يحتاج الكرفس إلى النمو لمدة 35-40 يومًا؛ بيجونيا فيبريستيبولا هانس والملفوف الصيني من النباتات المعمرة التي يمكن حصادها عدة مرات؛ يمكن لنبات بيجونيا فيبريستيبولا حصاد أعلى 10 سم من السيقان والأوراق في حوالي 35 يومًا، ويمكن حصاد السيقان والأوراق الصغيرة في حوالي 45 يومًا لزراعة الملفوف. عند الحصاد، يكون محصول الخس والملفوف الصيني 100 ~ 150 جرام لكل نبات؛ يتراوح إنتاج الكرفس الأبيض والكرفس الأحمر لكل نبات من 100 إلى 120 جم؛ يكون محصول Begonia fimbristipula Hance في الحصاد الأول منخفضًا، 20-30 جم لكل نبات، ومع استمرار إنبات الفروع الجانبية يمكن حصاده للمرة الثانية، بفاصل حوالي 15 يومًا ومحصول 60- 80 جرام لكل نبات يبلغ محصول ثقب القائمة المغذية 50-80 جم، ويتم حصاده مرة واحدة كل 25 يومًا، ويمكن حصاده بشكل مستمر.

الشكل 3، تطبيق إنتاج جهاز الزراعة الجاهزة

تأثير التطبيق

بعد أكثر من عام من الإنتاج والتطبيق، يمكن للجهاز الاستفادة الكاملة من المساحة ثلاثية الأبعاد للغرفة لإنتاج نطاق صغير لمجموعة متنوعة من المحاصيل. عمليات التحميل والتفريغ بسيطة وسهلة التعلم، ولا تحتاج إلى تدريب احترافي. من خلال ضبط رفع وتدفق مضخة المياه، يمكن تجنب مشكلة التدفق الزائد والفائض من محلول المغذيات في خزان الزراعة. تصميم الغطاء المفتوح لخزان الزراعة ليس من السهل تنظيفه بعد الاستخدام فحسب، بل من السهل أيضًا استبداله عند تلف الملحقات. يتم توصيل خزان الزراعة بالخرطوم المطاطي لنظام تداول المياه والأسمدة، والذي يحقق التصميم المعياري لخزان الزراعة ونظام تداول المياه والأسمدة، ويتجنب عيوب التصميم المتكامل في جهاز الزراعة المائية التقليدي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الجهاز للبحث العلمي في ظل ظروف درجة الحرارة والرطوبة التي يمكن التحكم فيها بالإضافة إلى إنتاج المحاصيل المنزلية. إنه لا يوفر مساحة الاختبار فحسب، بل يلبي أيضًا متطلبات بيئة الإنتاج، وخاصة اتساق بيئة نمو الجذر. بعد التحسين البسيط، يمكن لجهاز الزراعة أيضًا أن يلبي متطلبات طرق المعالجة المختلفة لبيئة الجذور، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في التجارب العلمية النباتية.

مصدر المقال: حساب Wechatتكنولوجيا الهندسة الزراعية (البستنة الدفيئة) 

المعلومات المرجعية: وانغ فاي، وانغ تشانغي، شي جينغشوان، وآخرون.تصميم وتطبيق جهاز الزراعة المنزلية الجاهزة [J]. تكنولوجيا الهندسة الزراعية، 2021،41(16):12-15.