[要約] 現在、家庭用植栽装置は通常一体型の設計を採用しており、移動や積み降ろしに多大な不便をもたらしています。都市住民の生活空間の特徴と家庭用植物生産の設計目標に基づいて,この記事は新しいタイプのプレハブ式家庭用植栽装置の設計を提案する。この装置は、サポート システム、栽培システム、水と肥料システム、光補足システム (主に LED 栽培ライト) の 4 つの部分で構成されます。設置面積が小さく、スペース利用率が高く、斬新な構造、分解と組み立てが便利、低コスト、そして強力な実用性を備えています。セロリ用のレタス、即効性のある野菜、栄養価の高いキャベツ、ベゴニア・フィムブリスティプラなどの都市住民のニーズを満たすことができます。小規模な改造をすれば、植物の科学実験研究にも使用できます。

栽培設備の全体設計

設計原則

プレハブ栽培装置は主に都市住民を対象としています。研究チームは都市住民の生活空間の特徴を徹底的に調査した。面積が小さく、スペース利用率が高いため、構造は斬新で美しいです。分解と組み立てが便利で、シンプルで学びやすいです。低コストで高い実用性を備えています。これら 4 つの原則は設計プロセス全体に貫かれ、住宅環境との調和、美しく適切な構造、経済的で実用的な価値という究極の目標を達成するよう努めます。

使用する材料

支持フレームは、長さ 1.5 m、幅 0.6 m、高さ 2.0 m の市販の多層棚製品から購入します。材質はスチール製で、スプレーおよび防錆処理が施されており、サポートフレームの四隅にはブレーキユニバーサルホイールが溶接されています。リブ付きプレートは、スプレープラスチック防錆処理を施した厚さ 2 mm の鋼板でできており、1 層あたり 2 枚のサポート フレーム層プレートを強化するために選択されます。栽培トラフは、10cm×10cmのオープンキャップPVC水耕角形チューブで作られています。材質は厚さ2.4mmの硬質塩ビ板です。栽培穴の直径は5cm、栽培穴の間隔は10cmです。養液タンクまたは水タンクは、長さ120cm、幅50cm、高さ28cm、肉厚7mmのプラスチック製の箱でできています。

栽培装置の構造設計

全体的な設計計画によると、プレハブ式家族栽培装置は、サポートシステム、栽培システム、水と肥料システム、光補足システム（主にLED栽培ライト）の4つの部分で構成されています。システム内の分布を図 1 に示します。

図 1 に、システム内の分布を示します。

サポートシステム設計

組立式家族栽培装置の支持システムは、直立ポール、ビーム、層板で構成されています。ポールとビームは蝶穴バックルを通して挿入され、分解と組み立てに便利です。梁には強化リブ層板を装備しています。栽培フレームの四隅にブレーキ付きユニバーサルホイールを溶接し、栽培装置の動きの自由度を高めています。

栽培システムの設計

栽培タンクは10cm×10cmの水耕角管で、蓋が開いているので掃除が簡単で、養液栽培、基質栽培、土壌栽培に使用できます。養液栽培では、植付カゴを植付穴に設置し、対応規格のスポンジで苗を固定します。底床や土壌を栽培する際には、栽培トラフの両端の接続穴にスポンジやガーゼを詰めて、底床や土壌が排水系を詰まらないようにします。栽培タンクの両端は内径 30 mm のゴムホースで循環システムに接続されており、動きを妨げる PVC 接着剤による構造固化の欠陥を効果的に回避します。

水と肥料の循環システムの設計

養液栽培では、調整可能なポンプを使用して養液を最上層の栽培タンクに追加し、塩ビパイプの内栓を通る養液の流れの方向を制御します。養液の流れの偏りを避けるため、同層栽培槽内の養液は一方向の「S字」流動方式を採用しています。養液の酸素含有量を高めるため、最下層の養液が流出する際、水出口と水槽の液面との間に一定の隙間が設計されています。基質栽培や土壌栽培では、最上層に水槽を設置し、点滴潅水システムにより潅水・施肥を行います。主管は直径 32 mm、肉厚 2.0 mm の黒色 PE パイプ、枝管は直径 16 mm、肉厚 1.2 mm の黒色 PE パイプです。各分岐管に個別制御用のバルブを設置します。ドロップアローには、圧力補償付きのストレートアロードリッパーが使用され、穴ごとに 2 つが栽培穴内の苗の根元に挿入されます。余分な水は排水システムを通じて収集され、濾過されて再利用されます。

ライトサプリメントシステム

栽培装置をバルコニー生産に使用する場合、補助光なしまたは少量の補助光なしでバルコニーからの自然光を利用できます。リビングルームで栽培する場合は、補助照明の設計を実行する必要があります。照明器具は長さ1.2mのLEDグローライトで、点灯時間は自動タイマーで制御されます。点灯時間は 14 時間、非補助点灯時間は 10 時間に設定されています。各層には 4 つの LED ライトがあり、層の下部に取り付けられます。同じ層の 4 つのチューブは直列に接続され、各層は並列に接続されます。さまざまな植物のさまざまな照明ニーズに応じて、さまざまなスペクトルの LED ライトを選択できます。

デバイスの組み立て

プレハブ式家庭用栽培装置は構造がシンプルで（図2）、組み立ても簡単です。最初のステップでは、栽培作物の高さに応じて各層の高さを決定した後、直立ポールのバタフライ穴にビームを挿入して装置の骨格を構築します。第 2 ステップでは、LED 育成ライト チューブを層の背面の補強リブに固定し、層を栽培フレームのクロスビームの内側の溝に置きます。第三段階では、栽培トラフと水と肥料の循環システムがゴムホースで接続されています。4番目のステップは、LEDチューブを取り付け、自動タイマーを設定し、水タンクを置きます。5番目のステップ-システムのデバッグ、水タンクに水を追加します。ポンプヘッドと流量を調整した後、水と肥料の循環システムと水漏れがないか栽培タンクの接続を確認し、電源を入れてLEDライトの接続と動作を確認します。オートタイマーの状態。

図2 プレハブ栽培装置の全体設計

応用と評価

栽培用途

2019年には、この装置をレタス、白菜、セロリなどの小規模屋内栽培に導入する予定です（図3）。2020年、プロジェクトチームはこれまでの栽培経験の総括に基づいて、食用と薬用の同種野菜の有機基質栽培とベゴニア・フィムブリスティプラ・ハンスの養液栽培技術を開発し、装置の家庭での応用例を充実させた。過去 2 年間の栽培と施用により、レタスとファストベジタブルは室内温度 20 ～ 25℃で栽培後 25 日で収穫できるようになりました。セロリは35〜40日間成長する必要があります。ベゴニア フィンブリスティプラ ハンスとハクサイは、複数回収穫できる多年草です。ベゴニア・フィンブリスティプラは上部10cmの茎と葉を約35日で収穫でき、キャベツの栽培では若い茎と葉を約45日で収穫できます。レタスや白菜は収穫時に1株あたり100～150g程度の収量があります。1株あたりのホワイトセロリとレッドセロリの収量は100〜120gです。ベゴニア・フィムブリスティプラ・ハンスの最初の収穫の収量は低く、1株あたり20〜30 gですが、側枝の継続的な発芽により、約15日の間隔で2回目の収穫が可能で、収量は60〜 1植物あたり80g。栄養メニューホールの収量は50〜80gで、25日に1回収穫され、継続的に収穫することができます。

図3 プレハブ栽培装置の製作用途

適用効果

1 年以上の製作と応用を経て、この装置は室内の 3 次元空間を最大限に活用して、さまざまな作物の小規模生産が可能になりました。積み降ろしの操作はシンプルで簡単に習得でき、専門的なトレーニングは必要ありません。給水ポンプの揚程と流量を調整することで、栽培タンク内の養液の過流やオーバーフローの問題を回避できます。栽培タンクのオープンカバーデザインは、使用後の掃除が簡単であるだけでなく、付属品が破損した場合の交換も簡単です。栽培タンクは水と肥料の循環システムのゴムホースに接続されており、栽培タンクと水と肥料の循環システムのモジュール設計を実現し、従来の水耕栽培装置の統合設計の欠点を回避します。さらに、この装置は家庭での作物生産だけでなく、制御可能な温度と湿度条件下での科学研究にも使用できます。テストスペースを節約するだけでなく、運用環境の要件、特にルート成長環境の一貫性も満たします。簡単な改良により、この栽培装置は根圏環境のさまざまな処理方法の要件にも対応でき、植物科学実験に広く使用されています。

記事の出典：Wechatアカウント農業工学技術（施設園芸） 

参考情報：Wang Fei、Wang Changyi、Shi Jingxuan、他プレハブ家庭用栽培装置の設計と応用[J].農業工学技術,2021,41(16):12-15.