A plant ecological controller is a space structure made of artificial or natural materials. Through controlling temperature, light, moisture, nutrients, air, space structure and plant germination and growth, the plant growth is regulated and nurtured. It includes a light reflecting device, a heat preservation device and a mechanical reinforcement device, and a germination device and a water storage device in the middle. Supporting device, air-heat transfer cavity and air permeability belt, nutrient supply device at lower part, root planting device and barrier device; germination channel, water infiltration channel, air permeability channel and nutrient recovery channel connecting upper structure with middle structure, wind hood covering germination channel and interception device covering nutrient recovery channel. The plant ecological controller of the invention not only realizes soilless planting and adapts to various habitats and plants, but also stores water and slowly releases water for plant growth by using natural precipitation without water during practical use.
【技术实现步骤摘要】
植物生态控制器
本专利技术涉及一种植物生态控制器，特别是涉及一种基于植物种植、生态恢复及景观绿化的植物生态控制器及构造。
技术介绍
人工植物生态系统是指在自然或非自然生态系统的基础上按照人类的某种或某些需求构建、由植物参与并维持的生态系统。一般而言，人工植物生态系统的构建是通过构建能够对植物进行生长调控和培育的设备来进行。在非自然生态系统基础上的植物生态系统构建，主要是利用相关的人造设备模仿植物在自然状态下所需的生长环境，以使得植物能在该系统中生长并维持系统的循环运作。地外空间站上的植物生长系统便是如此。P.Zabel及其合作者总结了40多年来人类研究出的20多种空间植物生长系统(P.Zabel,M.Bamsey,D.Schubert,M.Tajmar,Reviewandanalysisofover40yearsofspaceplantgrowthsystems,LifeSciencesinSpaceResearch(2016))，这些系统很多已经在空间站实际运行使用了。不过，在这些系统中，理论上可行的种植作物与实际可种植作物往往不一致，导致这些植物生态系统有很大...
【技术保护点】
1.一种植物生态控制器，所述植物生态控制器由人工或天然材料制备成空间结构，通过分布在空间结构里的温光控制系统、透气控制系统、水分控制系统、萌发控制系统、根系生长控制系统、养分控制系统和力学结构控制系统进行温度、光照、水分、养分、空气、空间结构以及植物萌发、生长的控制，提供植物所需的生长环境，实现对植物的生长调控与培育。
【技术特征摘要】
1.一种植物生态控制器，所述植物生态控制器由人工或天然材料制备成空间结构，通过分布在空间结构里的温光控制系统、透气控制系统、水分控制系统、萌发控制系统、根系生长控制系统、养分控制系统和力学结构控制系统进行温度、光照、水分、养分、空气、空间结构以及植物萌发、生长的控制，提供植物所需的生长环境，实现对植物的生长调控与培育。2.根据权利要求1所述的植物生态控制器，其特征在于：所述温光控制系统通过光照反射装置、保温装置和气热传递空腔来控制植物生态控制器中的温度和光照；所述水分控制系统通过收集所述植物生态控制器外部的水并对其进行控释，用于植物种子的萌发和植物生长，同时通过阻水材料防止水分泄露至所述植物生态控制器外部；所述根系生长控制系统与所述水控制系统中的水控释机构连接，用于植物的定植、防止植物根系穿破至所述植物生态控制器外部、以及引导植物根系插入所述植物生态控制器外部的土壤；所述养分控制系统用于将适量养分传输至所述根系生长控制系统，以及用于回收包括植物枯落物和大气沉降物在内的所述植物生态控制器的外部物质；所述透气控制系统中含有供所述植物生态控制器内外部空气交换的透气通道，该透气通道与所述气热传递空腔连通；所述萌发控制系统与根系生长系统连接并穿过温光控制系统，用于控制植物的萌发环境，保障植物种子的安全萌发和出苗，诱导植物幼苗根系向根系生长控制系统生长；所述力学结构控制系统用于控制植物生态控制器以及其中各控制系统的结构的稳定。3.根据权利要求1或2所述的植物生态控制器，其特征在于：所述温光控制系统包括用于反射辐照降低热量吸收的光照反射装置、降低热量传递效率的保温装置和通过气体交换进行散热保温的气热传递空腔；所述透气控制系统包括透气通道、透气带和所述气热传递空腔；透气通道贯穿光照反射装置和保温装置，用于连通外部环境和所述气热传递空腔；透气带位于所述植物生态控制器两侧，其中设有透气孔以连通植物生态控制器外部环境和所述气热传递空腔。4.根据权利要求1～3任一项所述的植物生态控制器，其特征在于：所述萌发控制系统包括为种子萌发提供水分和为植物幼苗根系生长提供通道的种子萌发装置、用于种子出苗的贯穿光照反射装置和保温装置的种子萌发通道、覆盖在种子萌发通道上方用于控制水分蒸发和光照强度的风光罩、以及植物种子。5.根据权利要求4所述的植物生态控制器，其特征在于：所述水分控制系统包括用于使外部水渗入所述植物生态控制器的水入渗通道、用于储存所收集到的水的储水装置、用于控释水的连通所述根系定植装置和种子萌发装置的吸水控释机构以及用于阻隔水外渗的水阻隔装置。6.根据权利要求5所述的植物生态控制器，其特征在于：所述根系生长控制系统包括用于水分传输与植物根系生长的根系定植装置、诱导根系沿根系定植装置生长的根系阻隔装置以及引导根系插入植物生态控制器外部土壤的根系引导通道。7.根据权利要求6所述的植物生态控制器，其特征在于：所述养分控制系统包括拦截植物枯落物和大气沉降物的拦截装置、回收植物枯落物和大气沉降物的养分回收通道以及对植物进行养分均匀供给的养分供给装置。8.根据权利要求7所述的植物生态控制器，其特征在于：所述力学结构控制系统包括为所述植物生态控制器提供力学强度的力学加固装置、为所述植物生态控制器提供空间结构的力学支撑装置以及用于安装和固定所述植物生态控制器的安装固定装置。9.根据权利要求8所述的植物生态控制器，其特征在于：所述植物生态控制器的空间结构分为上部、中部和下部；所述光照反射装置和保温装置设置在空间结构的上部；所述保温装置位于光照反射装置下方；所述光照反射装置由具有光照反射功能的材料制成，所述保温装置由具有保温功能的材料制成；空间结构的中部为非实心的密闭空腔结构，在其中设置所述储水装置、气热传递空腔、力学支撑装置和种子萌发装置，在所述中部两侧设置透气带；所述根系定植装置、根系阻隔装置、根系引导通道和养分供给装置设置在空间结构的下部；设置使外部水渗入所述植物生态控制器内部的水入渗通道；设置将种子萌发装置和所述植物生态控制器外部连通的萌发通道，所述萌发通道用于将包括种子、水分在内的萌发所需物质从外界置于种子萌发装置中；所述养分回收通道连通所述空间结构中部和所述生态系统外部，用于将包括植物凋落物和大气沉降物在内的所述空间结构外部物质导入所述中部结构中；所述萌发通道、水分入渗通道和透气通道穿过所述空间结构的上部，并与所述空间结构中部连通；所述气热传递空腔设置于所述储水装置旁；所述力学支撑装置由具有合适力学强度的材料制成，用于支撑中部结构所具有的空腔结构；所述根系定植装置用于植物生长的定植，水分由储水装置渗入根系定植装置中并继续渗入种子萌发装置中；所述根系阻隔装置用于防止植物根系穿透所述空间结构；所述根系定植装置设于所述根系阻隔装置上方，所述根系定植装置和根系阻隔装置形成密闭空腔，在该空腔内设置养分供给装置；所述养分供给装置用于向植物提供植物生长所需养分。10.根据权利要求9所述的植物生态控制器，其特征在于：所述光照反射装置由具有反射功能的柔性材料制成，其辐照反射率≥80％，用于降低能量的吸收和内部能量的损失；所述柔性材料包括铝箔或镀铝膜。11.根据权利要求9或10所述的植物生态控制器，其特征在于：所述保温装置由具有较低热传导系数的材料制成，厚度为3～20mm，热传导系数≤0.04W/(m·K)，用于降低热量的传递效率，用于控制植物生态控制器内部温度，为植物提供适宜的根系生长温度；所述材料包括发泡材料、纤维材料或充气材料。12.根据权利要求11所述的植物生态控制器，其特征在于：所述气热传递空腔分布在所述萌发控制系统、水分控制系统和力学结构控制系统之间，其体积占所述植物生态控制器的空间结构体积的10～30％，通过气体的交换降低热量的传递。13.根据权利要求9、10或12所述的植物生态控制器，其特征在于：所述透气通道贯穿光照反射装置和保温装置，用于连通所述植物生态控制器外部环境和所述气热传递空腔；所述透气带上设置若干透气孔，通过气流的交换，降低生态卷材内部温度，并保障植物生态控制器内部的气体交换；所述透气通道直径为1～5mm，横截面积为10～100cm2/m2·植物生态控制器横截面积；所述透气孔直径或边长为2～15mm，各透气孔的间距为5～200mm。14.根据权利要求13所述的植物生态控制器，其特征在于：所述水分入渗通道包括导水槽、水流通道和入渗孔，用于收集水并将其储存在储水装置中；所述导水槽设置在所述光照反射装置上，呈凹形，深度为1～3mm；所述水流通道设置在所述保温装置中，一头连接导水槽，一头连接入渗孔，所述入渗孔与所述储水装置连通；优选的，导水槽设置为波浪形，以提高自然降水入渗的均匀性；所述水流通道为管状或长方体状，并设置一定的长度，以降低储水装置中水分的蒸发，其由保温装置折叠或在保温装置内部开孔或通过粘贴导水材料而得；所述入渗孔与水流通道顺接，呈管状或长方体状，通过开孔形成。15.根据权利要求9、10、12或14所述的植物生态控制器，其特征在于：利用微孔膜、薄膜或不透水材料制成的袋或利用所得的袋包裹可吸水材料作为储水装置，所述可吸水材料包括高吸水树脂或有机质；所述储水装置与入渗孔连通，用于储存收集的水分，其储水量为5～100kg/m2·植物生态控制器横截面积；储水装置底部设有开孔，并与吸水控释机构连通；使用微孔膜时，微孔孔径0.1～50μm。16.根据权利要求15所述的植物生态控制器，其特征在于：所述吸水控释机构由微孔膜或发泡材料制成并复合在储水装置上，用于将水分释放水势控制在-0.01～-3.5Mpa以及将供水速度控制在50～2000g/(m2·植物生态控制器横截面积·天)；所述微孔膜的孔径为0.1～50μm。17.根据权利要求9、10、12、14或16所述的植物生态控制器，其特征在于：所述根系阻隔装置由根系无法穿透的透气不透水的薄膜、布或纸制成，位于植物生态控制器最下层，用于阻隔水分向土壤渗透和减少水分的蒸发损失，提高水分的利用率。18.根据权利要求17所述的植物生态控制器，其特征在于：所述萌发装置包括供水部件和阻隔部件，所述供水部件由根系可穿透的吸水材料制成，并与根系定植装置连接，用于将储水袋中的水分输送至萌发控制系统中，为根系生长提供通道和附着物，所述根系可穿透的吸水材料包括无纺布、纺织布或纤维毯；所述阻隔部件由覆盖在萌发装置表面的阻隔透气膜组成，用于降低水分的蒸发损失，阻止根系向空腔生长而造成根系缺水死亡，并诱导植物根系向根系定植装置生长，提高植物的生长速度和成活率；所述阻隔透气膜由孔径≤30μm的微孔膜或纺织布料制成。19.根据权利要求9、10、12、14、16或18所述的植物生态控制器，其特征在于：所述种子萌发装置与保温装置形成密闭的萌发腔，在所述萌发腔中放置植物种子或植物种子与萌发基质的混合物；所述萌发基质包括有机质、多孔无机材料、高分子吸水树脂中的至少一种。20.根据权利要求19所述的植物生态控制器，其特征在于：所述萌发通道贯穿光照反射装置和保温装置，为植物萌发出苗提供通道；萌发通道长度为5～50mm。21.根据权利要求9、10、12、14、16、18或20所述的植物生态控制器，其特征在于：所述风光罩具有开合的功能，覆盖于萌发通道上，植物萌发出苗时可将其顶开，由透光率0～50％的不透水的薄膜、无纺布或纸进行折叠或开孔形成，用于降低水分的蒸发损失、控制植物萌发幼苗期接受的光照波段和光照强度以调控植物幼苗的生长。22.根据权利要求21所述的植物生态控制器，其特征在于：所述植物种子包括草本植物种子、灌木植物种子或草本植物与灌木植物的混合种子；所述草本植物包括黑麦草、狗尾草、三叶草中的至少一种；所述灌木植物包括多花木兰、紫穗槐、胡枝子中的至少一种。23.根据权利要求9、10、12、14、16、18、20或22所述的植物生态控制器，其特征在于：所述的根系定植装置的制备原料包括根系可穿透的吸水材料，所述根系定植装置与水分控制系统中的吸水控释机构连接，用于将储水装置释放出的水分传输分布均匀，供给植物萌发和生长需求，并为植物根系生长提供空间和附着物；所述根系可穿透的吸水材料包括无纺布、纺织布或纤维毯；优选的，所述原料还包括由包括有机质、多孔无机材料、高分子吸水树脂中至少一种制成的生长基质。24.根据权利要求23所述的植物生态控制器，其特征在于：所述根系阻隔装置由根系不可穿透的不透水的薄膜、布或纸制成，位于根系定植装置下方，诱导根系在根系定植装置中生长。25.根据权利要求9、10、12、14、16、18、20、22或24所述的植物生态控制器，其特征在于：所述根系引导通道由根系阻隔装置开孔形成，开孔直径为1～20mm，开孔数量10～1000个/m2·植物生态控制器横截面积，用于将生长到一定程度的植物根系引向土壤中生长。26.根据权利要求25所述的植物生态控制器，其特征在于：所述养分回收通道贯穿反射装置和保温装置，并在所述养分回收通道上方设置拦截装置，用于拦截包括植物枯落物、大气沉降物在内的所述植物生态控制器外部的物质；拦截的物质经过微生物自然分解后，随降水经回收通道进入植物生态控制器内部；所述养分回收通道尺寸为5～30mm，数量5～200个/m2·植物生态控制器横截面积；所述拦截装置由包括薄膜或纤维网在内的材料通过折叠或热加工成型制成，位于所述植物生态控制器最上层，拦截装置的高度为5～50mm。27.根据权利要求9、10、12、14、16、18、20、22、24或26所述的植物生态控制器，其特征在于：所述养分供给装置通过置于其中的利用纸或水溶性膜包装控释肥制成的养分供给颗粒均匀的控制养分的释放，供给植物生长。28.根据权利要求27所述的植物生态控制器，其特征在于：所述力学加固装置由具有较高强度的包括柔性纤维网、薄膜或布料在内的材料制成，位于植物生态控制器内部，为整个系统提供力学强度。29.根据权利要求9、10、12、14、16、18、20、22、24、26或28所述的植物生态控制器，其特征在于：所述力学支撑装置由高强度复合材料或金属材料杆件制成，或由薄膜袋充气制成，位于力学加固装置和根系定植装置之间。30.根据权利要求29所述的植物生态控制器，其特征在于：所述安装固定装置位于力学加固装置两侧，包含锁边增强带和安装孔，所述锁边增强带由高力学强度的薄膜或布制成，用于对力学加固装置边缘进行增强，以提高植物生态控制器整体的力学强度；锁边增强带的宽度为10～50mm，安装孔布置在锁边增强带上。31.根据权利要求9、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28或30所述的植物生态控制器，其特征在于：将一层具有反射阻光隔热功能的材料作为光照反射装置，所述材料包括具有反射阻光隔热功能的薄膜或布，所述薄膜包括镀铝膜或铝箔复合膜；一层高分子发泡材料时作为保温装置，所述高分子发泡材料包括聚乙烯发泡材料、聚苯乙烯泡沫材料或聚氨酯发泡材料；通过热复合或胶粘复合的方式将光照反射装置和保温装置复合成整体；同时在复合过程中，通过加热模压的方式在复合所得整体的表面形成深度1～3mm的纹路作为导流槽；所述纹路包括菱形、方形、圆形或波浪线；在所述复合所得整体中，通过冲切或辊切或热刺的方式，制备上下贯穿所得整体的萌发通道、透气通道和养分回收通道；所述萌发通道的形状包括圆形、方形、三角形、条状缝或半圆形缝，在所述保温装置上用通过热压或辊切的方式形成凹槽，作为水流通道，并在凹槽的一端底部通过热刺或辊切或冲切的方式贯穿保温装置，形成入渗孔；所述凹槽深度为1～5mm，宽度为1～5mm，长度为0.1～100mm，布置间距为50～200mm；所述入渗孔的形状包括圆形、方形或三角形，所述入渗孔直径或边长为1～5mm，布置间距为50～200mm。在所述导流槽底部通过热刺或辊切的方式进行开孔，所述开孔与保温装置上的凹槽顶端顺接。32.根据权利要求9、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28或30所述的植物生态控制器，其特征在于：将一层具有反射阻光隔热功能的材料作为光照反射装置，所述材料包括具有反射阻光隔热功能的薄膜或布，所述薄膜包括镀铝膜或铝箔复合膜；将纤维材料制备成一层毯状结构，或将纸、无纺布或纤维网与纤维材料复合制备成一层毯状结构，作为保温装置；所述纤维材料包括植物纤维、无机纤维、高分子纤维或植物秸秆，制备毯状结构时采用的工艺包括编织、针刺或缝合；在保温装置下表面固定一层不透水薄膜或布，固定的方式包括胶粘或缝合；利用胶粘或缝合产生的深度为1～3mm的纹路，作为导流槽；所述纹路包括菱形、方形、圆形或波浪线；在所述光照反射装置和保温装置，通过冲切或辊切或热刺的方式，形成上下贯穿的萌发通道、透气通道和养分回收通道；在所述导流槽底部通过热刺、冲切、辊切的方式在光照反射装置上开孔，在保温装置下表面所固定的薄膜或布上通过热刺、冲切、辊切的方式开孔形成入渗孔。33.根据权利要求9、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28或30所述的植物生态控制器，其特征在于：将一层具有反射阻光隔热功能的材料作为光照反射装置，所述材料包括具有反射阻光隔热功能的薄膜或布，所述薄膜包括镀铝膜或铝箔复合膜；所述保温装置包括一层密闭充气膜，所述密闭充气膜由一层薄膜通过热压或胶粘的方式复合成袋而得，所述密闭充气膜充气后厚度为3～20mm；将光照反射装置和保温装置进行复合，在保温装置通过冲切或辊切或热刺的方式开孔，形成充气连通孔；所述充气连通孔的形状包括圆形、方形或三角形，所述充气连通孔直径或边长为1～5mm，布置间距为30～100mm；将光照反射装置和保温装置进行复合时，光照反射装置和保温装置至少一种为平直状态，复合时形成的复合缝的形状包括波浪状、平直状或菱形状；当光照反射装置或保温装置为折叠状时，该折叠状通过折叠、加热模压或负压吸附成型获得，或通过挤出机挤出流延膜后直接模腔负压吸附成型而得；在将光照反射装置和保温装置进行复合后所得的整体中，通过冲切或辊切或热刺的方式，制备上下贯穿的萌发通道、透气通道和养分回收通道，在所述通道四周通过热封方式将对密闭充气膜进行密封；在光照反射装置和保温装置复合形成的复合缝底部通过热刺、冲切或辊切的方式贯穿开孔形成第一孔；在开孔处下方复合一层无纺布或纺织布或透水发泡材料，作为水流通道，在所述无纺布或纺织布或透水发泡材料外表面再复合一层不透水薄膜，在该不透水薄膜上通过热刺、冲切或辊切的方式开孔形成与所述第一孔对应的第二孔，所述第一孔与第二孔共同形成入渗孔，该不透水薄膜与保温装置复合将所述无纺布或纺织布或透水发泡材料完全包裹；所述无纺布或纺织布或透水发泡材料的宽度为10～50mm，在长度方向上为连续或非连续的，当为非连续时，每段长度为10～200mm；所述不透水薄膜的宽度为15～50mm，在长度方向上为连续或非连续的，当为非连续时，每段长度为10～200mm；优选的，所述保温装置还有...
【专利技术属性】
技术研发人员：李绍才，李付斌，孙海龙，
申请(专利权)人：四川沃尔宜环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51
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