1.本实用新型涉及种植设备技术领域，尤其是涉及一种菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备及其生产系统。


背景技术：

2.据联合国2018年的预测，到2050年，世界总人口将突破97亿，其中50％以上人口将居住在城市地区。不断增加的人口对蔬菜和食品供应提出了越来越严峻的挑战，“世界性粮食危机”等话题经常见诸于报端。人工光源垂直农业技术为解决这一难题提供了可行思路，通过采用多层种植和人工光源照射的方式，垂直农业可以在室内实现周年连作地蔬菜生产，其单位面积年产量可达到一般农地的100倍以上(《都市农业中的led照明》，作者古在丰树教授)。
3.垂直农业的多层种植的特点也使得单位土地面积内植被叶面积成数倍增长。垂直农业中最常种植的是叶菜类，它们在光照下利用细胞内叶绿体上进行的一系列复杂化学反应，将水和二氧化碳转换成有机物和氧气，即光合作用。
4.6co2+12h2o
→
c6h
12
o6+6o2+6h2o
5.光合作用过程分为光反应和暗反应两部分，前者捕获光子并经过光系统i和光系统ii的电子传递过程为暗反应过程提供电子，光照是这一过程的核心外界条件；而暗反应则是包括卡尔文循环在内的一系列碳同化过程，即将二氧化碳和水转换成有机物，该过程受限于二氧化碳浓度。简言之，其他环境变量相同时，高二氧化碳浓度能够促进叶菜生长从而增产，低二氧化碳浓度不利于叶菜通过光合作用积累有机物。kimball等的研究就表面垂直农业中当二氧化碳浓度从350ppm(约为空气中二氧化碳浓度)升高至700ppm时，可使蒸腾作用降低34％，作物产量提高约33％(kimball b a,idso s b.increasing atmospheric co2:effects on crop yield,water use and climate[j].agricultural water management,1983,7(1-3):55-72.)。
[0006]
包括各种菇类在内的食用菌、包括韭黄在内的部分植物等，生长过程中无光合作用,不进行固碳,是通过呼吸作用进行有机物积累，所以整个生产过程中会产生大量二氧化碳，并全部释放到空气中。研究表明，在生长环境适宜的情况下，二氧化碳排放量最高值为：草菇172.84mg/(g.h)、金针菇132.83mg/(g.h)、德国平菇124.67mg/(g.h)、猴头菇88.15mg/(g.h)、灵芝83.73mg/(g.h)、灰树花30.86mg/g.h(郭家选,赵永厚,沈元月.几种食用菌菌丝呼吸生理的研究[j].中国生态农业学报,2002(03):78-79.)。多数广泛栽培的食用菌属于好气性真菌，对二氧化碳浓度敏感，不同菌菇种类生长环境的最适二氧化碳浓度不同，但大体可按1000ppm为临界二氧化碳。此外，在高二氧化碳浓度的生长环境下，菌丝呼吸作用会受到明显抑制作用，从而影响食用菌产量与品质(毛军需,王澄澈.食用菌栽培环境中co_2浓度调节的研究[j].食用菌,1991(01):13.)。


技术实现要素：

[0007]
本实用新型所解决的技术问题是：垂直农业中叶菜产量受到环境中二氧化碳浓度的限制，高二氧化碳浓度可以提高产量。本实用新型采用生物循环的方法增加环境中的二氧化碳，同时可以进行食用菌的有效生产。
[0008]
为解决上述的技术问题，本实用新型技术方案提供一种菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备，其中，包括：
[0009]
栽培架；
[0010]
安装于所述栽培架中的至少一个菌菇种植盒，所述菌菇种植盒内安装有喷淋头；
[0011]
安装于所述栽培架中且位于所述菌菇种植盒上方的至少一个叶菜种植盒；
[0012]
安装于所述栽培架中的营养液箱，所述营养液箱通过输水管连接所述叶菜种植盒以及所述菌菇种植盒内的喷淋头；
[0013]
所述叶菜种植盒的上方配设有led光源；
[0014]
所述菌菇种植盒的左右两侧均开设有贯通孔且于所述贯通孔内安装有风扇；
[0015]
所述菌菇种植盒的任意一侧通过所述风扇连接出风管的入口，所述出风管的出口位于所述叶菜种植盒的上方；
[0016]
所述出风管的出口处配设有匀风风扇；
[0017]
所述菌菇种植盒内种植菌菇植物，所述叶菜种植盒内种植叶菜植物，所述菌菇种植盒内菌菇所产生的二氧化碳通过所述出风管喷洒于所述叶菜种植盒中的叶菜表面。
[0018]
可选地，所述叶菜种植盒包括两端设有进水口和出水口的水培栽培盘以及、安装于所述水培栽培盘表面的种植穴盘。
[0019]
可选地，所述菌菇种植盒包括两端均安装有所述风扇的菌菇栽培盒以及、盖设在所述菌菇栽培盒上的盖板，所述盖板的下表面安装有所述喷淋头、led灯带和二氧化碳-温湿度三合一传感器。
[0020]
可选地，所述种植穴盘上均匀开设有贯通的种植穴，所述水培栽培盘中设置有用于支撑所述种植穴的支撑柱。
[0021]
可选地，所述led灯带围绕所述喷淋头设置。
[0022]
可选地，还包括与所述二氧化碳-温湿度三合一传感器、所述匀风风扇、所述喷淋头、所述led灯带、所述风扇、所述led光源通讯连接的后台控制器。
[0023]
可选地，所述营养液箱内安装有水泵，通过所述水泵将营养液供给至所述叶菜种植盒与所述菌菇种植盒中。
[0024]
可选地，所述菌菇种植盒两端的风扇包括吸风风扇和吹风风扇，所述出风管与所述吹风风扇连接。
[0025]
为解决上述的技术问题，本实用新型技术方案还提供一种菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产系统，其中，包括多个纵横均匀有序排列的根据上述任意一项所述的菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备。
[0026]
本实用新型技术方案的有益效果是：
[0027]
本实用新型通过将叶菜种植盒与菌菇种植盒集成在一个生态环境中，且叶菜种植盒最佳位置处于菌菇种植盒上方，可实现菌菇种植盒内菌菇类植物生成的高浓度二氧化碳被输送至叶菜种植盒中的叶菜类植物表面，实现菌菇叶菜互利协作的功能。高浓度二氧化
碳有助于提高光合速率；而食用菌利用呼吸作用吸收氧气放出二氧化碳来积累有机物的特性，从而达到增产增效的目的。
附图说明
[0028]
图1为本实用新型实施例中菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备的结构示意图；
[0029]
图2为本实用新型实施例中菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备的内部结构示意图；
[0030]
图3为本实用新型实施例中叶菜种植盒的爆炸图；
[0031]
图4为本实用新型实施例中菌菇种植盒的爆炸图；
[0032]
图5为本实用新型实施例中菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产系统的结构示意图；
[0033]
图6为本实用新型实施例中菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备工作的逻辑关系示意图。
具体实施方式：
[0034]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
[0035]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0036]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0037]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0038]
请参见图1和图2所示，示出了一种实施例的菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备，其中，包括栽培架5；安装于栽培架5中的至少一个菌菇种植盒2，菌菇种植盒2内安装有喷淋头203(如图4所示)；安装于栽培架5中且位于菌菇种植盒2上方的至少一个叶菜种植盒1；安装于栽培架2中的营养液箱6，营养液箱6通过输水管(未示出)连接叶菜种植盒1以及菌菇种植盒内2的喷淋头203；叶菜种植盒1的上方配设有led光源3；菌菇种植盒2的左右两侧
均开设有贯通孔且于贯通孔207内安装有风扇206；菌菇种植盒2的任意一侧通过风扇206连接出风管208的入口，出风管208的出口位于叶菜种植盒1的上方；出风管208的出口处配设有匀风风扇4；菌菇种植盒2内种植菌菇植物，叶菜种植盒1内种植叶菜植物，菌菇种植盒2内菌菇所产生的二氧化碳通过出风管208喷洒于叶菜种植盒1中的叶菜表面。
[0039]
本实施例中，如图3所示，叶菜种植盒1包括两端设有进水口103和出水口104的水培栽培盘101以及、安装于水培栽培盘101表面的种植穴盘102。种植穴盘102上均匀开设有贯通的种植穴1021，水培栽培盘101中设置有用于支撑种植穴102的支撑柱1011。
[0040]
本实施例中，如图4所示，菌菇种植盒2包括两端均安装有风扇206/209的菌菇栽培盒201以及、盖设在菌菇栽培盒201上的盖板202，盖板202的下表面安装有喷淋头203、led灯带210和二氧化碳-温湿度三合一传感器211，led灯带210围绕喷淋头203设置。
[0041]
本实施例中，还包括与二氧化碳-温湿度三合一传感器211、匀风风扇4、喷淋头203、led灯带210、风扇206/209、led光源3通讯连接的后台控制器。
[0042]
本实施例中，营养液箱6内安装有水泵(未示出)，通过水泵将营养液供给至叶菜种植盒1与菌菇种植盒2中，水泵和输水管均为现有技术，在图中不易示出，且并非本实用新型要保护的技术点，因此在图中省略标识。
[0043]
本实施例中，菌菇种植盒2两端的风扇包括吸风风扇206和吹风风扇209，出风管208与吹风风扇209连接。
[0044]
通过以下说明进一步地认识本实用新型的特性及功能。
[0045]
本实施例中还提供一种菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备的工作方法，其中，工作方法如下：
[0046]
菌菇种植盒2的吸风风扇206工作并通过管道205的入口2051将空气吸入菌菇种植盒2中，菌菇植物生产高浓度二氧化碳，吹风风扇209将二氧化碳吹向出风管208，并从出风管208的出口2081排出，匀风风扇4将含有高浓度二氧化碳的空气吹向叶菜种植盒1内的叶菜植物表面。
[0047]
如图5所示，本实施例中还提供一种菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产系统，其中，包括多个纵横均匀有序排列的根据上述任意一项的菌菇叶菜互利协作的垂直农业生产设备。
[0048]
参照图6所示，以下做更详细的说明。
[0049]
本实用新型公开一种菌菇叶菜互利共生的垂直农业系统，它的运行方式是：多层的栽培架5作为叶菜种植盒1和菌菇种植盒2的承载主体；
[0050]
多层的栽培架5的第n层及往上层数，放置叶菜种植盒1，并安装有led光源3，为叶菜的生长提供高强度的照明，叶菜的光强需求一般为150-300umol/m2/s，led光源3可以按照设置的光周期照射叶菜种植盒1上种植的叶菜苗；叶菜种植盒1内部承载营养液，并与营养液箱6循环连接，实现营养液循环供应；以生菜为例，其生产周期为约35天/茬；
[0051]
多层栽培架5的第1层至n-1层，放置菌菇种植盒2。菌菇种植盒2是一个带盖板201的封闭盒体，内部可以放置木屑、菌棒等菌菇培养基；盖板201底部安装有led灯带210，它将为菌菇提供微弱的光源，其光谱以蓝光(400-500nm)为主，它将用于调控如香菇、凤尾菇等子实体的形成，抑制灵芝等菌柄的伸长，改善平菇等子实体的色泽。
[0052]
菌菇种植盒2内还安装有二氧化碳-温湿度三合一传感器211、喷淋头203、进风口
204，进风管205，吸风风扇206，出风口207，出风管208，吹风风扇209。上述装置的有益效果是，菌菇生长喜欢黑暗、潮湿环境(相对湿度大于80％)，同时释放大量二氧化碳，后台控制器将接收二氧化碳-温湿度三合一传感器211及安装在叶菜生长盒1顶部的二氧化碳-温湿度三合一传感器的测量数据，从而得到两个生长体系实时的二氧化碳浓度、温度及相对湿度数据；当菌菇种植盒2内二氧化碳浓度达到1000ppm且相对湿度低于60％时，后台控制器将打开吸风风扇206和吹风风扇209，并打开风循环系统，菌菇种植盒内高二氧化碳浓度的空气被吹气风扇209通过出风口207和出风管208输送至叶菜种植盒1上方，并被风循环系统均匀吹散至叶菜上空，高二氧化碳浓度空气将促进叶菜光合作用；另一侧，吸气风扇206通过进风口204和进风管205将叶菜种植盒1上方另一侧低二氧化碳浓度的空气吸至菌菇种植盒2，其内部二氧化碳浓度不断下降，当下降至600ppm以下时，后台控制器关闭吸风风扇206、吹风风扇209和风循环系统6，并启动喷淋头203迅速提高菌菇种植盒2内相对湿度，菌菇获得高湿(大于80％)、低二氧化碳浓度的最适宜环境并重新开始快速积累二氧化碳，当二氧化碳浓度再次大于1000ppm且相对湿度小于60％时，后台控制器将再次进行上述过程，循环往复。
[0053]
为了科学确定多层栽培架5中n的数值，本实用新型还提供了基于氧气消耗及二氧化碳产生速率的一种食用菌叶菜互利协作的垂直农业系统的菌菇和叶菜种植比例计算公式，其特征在于，在使用光合仪器(如li-6400)测量充足光照和二氧化碳供应情况下的光合作用，可以简单计算该生长阶段垂直农场所中所有叶菜的总光合速率(以ro2或rco2表示)后，大致得到所需要套种的食用菌总数量。其中食用菌呼吸速率如下：
[0054]
w＝d[o2]/dt.(mo2.p.v/100.r.t.ro2)或w＝d[co2]/dt.(mco2.p.v/100.r.t.rco2)
[0055]
w——密闭体系中食用菌的质量，g；
[0056]
mo2/co2——氧气或二氧化碳的摩尔质量；
[0057]
r——光合速率(氧气的消耗率或二氧化碳的产生率，mg/(kg.h)；
[0058]
v——空隙体积，l；
[0059]
p——体系压强，pa；
[0060]
r——理想气体常数，8.314j/(mol.k)；
[0061]
t——开氏温度，k。
[0062]
综上所述，本实用新型通过设计一种菌菇叶菜互利协作的垂直农业系统，其有益效果是，叶菜类植物在led光源3作用下进行光合作用，需要大量消耗二氧化碳，高浓度二氧化碳有助于提高净光合作用速率，提高生物量积累，从而加速生长过程；菌菇生长过程中通过对木屑等基质的新陈代谢产生大量二氧化碳，它的生长需要低二氧化碳浓度(高于1000ppm时会对其生长产生抑制)，并喜欢高湿环境。
[0063]
为此，本实用新型公开了菌菇种植盒2，实现了菌菇最优环境下的生长，并在其内部二氧化碳富集到一定程度(1000ppm)且相对湿度下降到一定程度时(60％)将这些空气采用后台控制器、吸风风扇206、吹风风扇209和风循环系统等的自动控制，通过进风口204，进风管205，出风口207，出风管208等管道的配合，将高二氧化碳浓度空气喷洒至叶菜上方，并吸取叶菜生长环境内低二氧化碳浓度的空气至菌菇种植盒2，并使用喷淋头203为菌菇加湿，使菌菇快速成长，并在此使盒内二氧化碳富集，以此循环往复，最终实现菌菇叶菜互利
协作地高效生产。
[0064]
本实用新型通过将叶菜种植盒与菌菇种植盒集成在一个生态环境中，且叶菜种植盒最佳位置处于菌菇种植盒上方，可实现菌菇种植盒内菌菇类植物生成的高浓度二氧化碳被输送至叶菜种植盒中的叶菜类植物表面，实现菌菇叶菜互利协作的功能。
[0065]
在传统的垂直农业单一的叶菜种植方式中增加了食用菌种植系统，创新性的有机结合叶菜需要二氧化碳作为光合作用原料，高浓度二氧化碳有助于提高光合速率；而食用菌利用呼吸作用吸收氧气放出二氧化碳来积累有机物的特性，从而达到增产增效的目的。传统垂直农场中封闭、洁净、光源可调的功能可为食用菌栽培创造适宜生长环境，同时降低了为叶菜额外补充二氧化碳的成本，两者互相协作促进，提高单位面积的质量与产量。此外，所提出的种植比例计算公式，可以根据不同种植的叶菜种类，不同的生长阶段，帮助种植人员简便计算出垂直农场中的食用菌和叶菜种植比例，避免浪费种植空间，同时使二氧化碳供给量稳定在叶菜生长最大光合速率的需求量。另外，该系统有利于降低生产成本，增加产量，丰富了垂直农场生产的农产品类型，其低碳排放量也可助于企业进行低碳产品认证。
[0066]
以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。