[Zusammenfassung] Aktuell sind Heimanbaugeräte meist als integrierte Systeme konzipiert, was den Transport und das Be- und Entladen erschwert. Ausgehend von den Gegebenheiten des städtischen Wohnraums und den Anforderungen an die Pflanzenproduktion im Haushalt, schlägt dieser Artikel ein neuartiges, vorgefertigtes Heimanbaugerät vor. Das Gerät besteht aus vier Komponenten: einem Trägersystem, einem Anbausystem, einem Bewässerungs- und Düngesystem sowie einem Beleuchtungssystem (meist LED-Pflanzenlampen). Es zeichnet sich durch geringen Platzbedarf, hohe Raumausnutzung, innovative Struktur, einfache Montage und Demontage, niedrige Kosten und hohe Praktikabilität aus. Es eignet sich für den Anbau von Salat, Sellerie, schnellwachsendem Gemüse, Kohl und Begonien (Begonia fimbristipula) durch Stadtbewohner. Nach geringfügigen Anpassungen kann es auch für pflanzenwissenschaftliche Experimente eingesetzt werden.

Gesamtkonstruktion der Anbaugeräte

Gestaltungsprinzipien

Das vorgefertigte Anbausystem richtet sich vor allem an Stadtbewohner. Das Team untersuchte eingehend die Merkmale des städtischen Wohnraums. Es benötigt wenig Platz und nutzt den verfügbaren Raum optimal aus; die Konstruktion ist neuartig und ästhetisch ansprechend; es lässt sich leicht auf- und abbauen, ist einfach zu bedienen und leicht zu erlernen; es ist kostengünstig und äußerst praktikabel. Diese vier Prinzipien durchziehen den gesamten Designprozess und zielen darauf ab, ein harmonisches Gesamtbild mit ansprechender Optik und hohem wirtschaftlichem und praktischem Nutzen zu erzielen.

Zu verwendende Materialien

Das Traggestell stammt von einem im Handel erhältlichen mehrstöckigen Regalsystem und misst 1,5 m in der Länge, 0,6 m in der Breite und 2,0 m in der Höhe. Es besteht aus lackiertem und rostgeschütztem Stahl und ist an den vier Ecken mit feststellbaren Universalrollen verschweißt. Zur Verstärkung der Traggestell-Ebenen dient eine 2 mm dicke Stahlplatte mit Rostschutzlackierung; pro Ebene sind zwei Rippenplatten verbaut. Die Anzuchttröge bestehen aus einem offenen, 10 cm × 10 cm großen PVC-Vierkantrohr für Hydrokultur. Das Material ist eine 2,4 mm dicke Hart-PVC-Platte. Die Anzuchtlöcher haben einen Durchmesser von 5 cm und einen Abstand von 10 cm. Der Nährlösungs- bzw. Wassertank ist ein 7 mm dicker Kunststoffbehälter mit den Maßen 120 cm Länge, 50 cm Breite und 28 cm Höhe.

Konstruktionsdesign für Anbaugeräte

Dem Gesamtkonzept zufolge besteht die vorgefertigte Familienanbauanlage aus vier Teilen: einem Trägersystem, einem Anbausystem, einem Wasser- und Düngesystem sowie einem Beleuchtungssystem (hauptsächlich LED-Pflanzenlampen). Die Verteilung der Komponenten im System ist in Abbildung 1 dargestellt.

In Abbildung 1 ist die Verteilung im System dargestellt.

Design des Unterstützungssystems

Das Tragsystem des vorgefertigten Familienanbaugeräts besteht aus einer Stützstange, einem Querträger und einer Bodenplatte. Stange und Querträger werden mittels Schmetterlingsverschluss zusammengesteckt, was die Montage und Demontage erleichtert. Der Querträger ist mit einer verstärkten Rippenbodenplatte versehen. An den vier Ecken des Anbaurahmens sind Universalrollen mit Bremsen angeschweißt, um die Beweglichkeit des Anbaugeräts zu erhöhen.

Gestaltung des Anbausystems

Der Anzuchtbehälter ist ein 10 cm × 10 cm großes, quadratisches Hydroponikrohr mit offenem Deckel. Er ist leicht zu reinigen und eignet sich für die Anzucht in Nährlösung, Substrat oder Erde. Bei der Anzucht in Nährlösung wird der Pflanzkorb in die Pflanzöffnung eingesetzt und die Sämlinge mit einem Schwamm der entsprechenden Größe fixiert. Bei der Anzucht in Substrat oder Erde werden Schwämme oder Gaze in die Verbindungsöffnungen an beiden Enden des Behälters gestopft, um ein Verstopfen des Abflusssystems durch Substrat oder Erde zu verhindern. Die beiden Enden des Anzuchtbehälters sind über einen Gummischlauch mit 30 mm Innendurchmesser mit dem Kreislaufsystem verbunden. Dadurch werden die durch PVC-Klebeverbindungen verursachten Stabilitätsprobleme vermieden, die die Beweglichkeit beeinträchtigen würden.

Design eines Wasser- und Düngemittelkreislaufsystems

Bei der Nährlösungskultivierung wird die Nährlösung mithilfe einer regulierbaren Pumpe in den obersten Kultivierungsbehälter eingefüllt. Die Fließrichtung der Nährlösung wird über den inneren Stopfen des PVC-Rohrs gesteuert. Um einen ungleichmäßigen Nährlösungsfluss zu vermeiden, wird die Nährlösung in den gleichstufigen Kultivierungsbehältern unidirektional in S-Form zugeführt. Um den Sauerstoffgehalt der Nährlösung zu erhöhen, wird beim Abfließen der Nährlösung aus der untersten Schicht ein gewisser Abstand zwischen dem Wasserauslass und dem Flüssigkeitsspiegel im Wasserbehälter vorgesehen. Bei der Substrat- oder Erdkultur wird der Wasserbehälter auf der obersten Ebene platziert. Bewässerung und Düngung erfolgen über ein Tropfbewässerungssystem. Das Hauptrohr ist ein schwarzes PE-Rohr mit einem Durchmesser von 32 mm und einer Wandstärke von 2,0 mm, die Abzweigrohre sind ebenfalls schwarze PE-Rohre mit einem Durchmesser von 16 mm und einer Wandstärke von 1,2 mm. Jedes Abzweigrohr ist mit einem Ventil zur individuellen Steuerung ausgestattet. Die Tropfbewässerungsmethode verwendet einen druckkompensierten, geraden Tropfer (zwei pro Pflanzloch), der in die Wurzel des Sämlings im Pflanzloch eingeführt wird. Überschüssiges Wasser wird über das Drainagesystem aufgefangen, gefiltert und wiederverwendet.

Lichtergänzungssystem

Bei der Nutzung des Anbaugeräts auf dem Balkon kann das natürliche Licht des Balkons ohne oder mit nur geringer Zusatzbeleuchtung verwendet werden. Für den Anbau im Wohnzimmer ist hingegen eine zusätzliche Beleuchtung erforderlich. Die Leuchte besteht aus einer 1,2 m langen LED-Pflanzenlampe, deren Beleuchtungsdauer über einen automatischen Timer gesteuert wird. Die Beleuchtungsdauer ist auf 14 Stunden eingestellt, die Dauer ohne Zusatzbeleuchtung beträgt 10 Stunden. Jede Ebene verfügt über vier LED-Lampen, die am Boden der Ebene installiert sind. Die vier Lampen einer Ebene sind in Reihe geschaltet, die Ebenen parallel. Je nach Lichtbedarf der verschiedenen Pflanzen kann die LED-Beleuchtung mit unterschiedlichen Lichtspektren ausgewählt werden.

Gerätemontage

Das vorgefertigte Heimanbaugerät ist einfach aufgebaut (Abbildung 2) und leicht zu montieren. Im ersten Schritt wird die Höhe jeder Ebene entsprechend der Höhe der anzubauenden Pflanzen bestimmt. Anschließend wird der Träger in die Schmetterlingsöffnung der Stützstange eingesetzt, um das Grundgerüst des Geräts zu errichten. Im zweiten Schritt wird die LED-Pflanzenlampe an der Verstärkungsrippe auf der Rückseite der Ebene befestigt. Die Ebene wird dann in die innere Mulde des Querträgers des Anbaurahmens eingesetzt. Im dritten Schritt werden die Anzuchtwanne und das Wasser- und Düngemittelkreislaufsystem mit einem Gummischlauch verbunden. Im vierten Schritt werden die LED-Lampe installiert, der automatische Timer eingestellt und der Wassertank platziert. Im fünften Schritt erfolgt die Systemprüfung: Nach dem Befüllen des Wassertanks und der Einstellung von Förderhöhe und Durchflussmenge der Pumpe werden das Wasser- und Düngemittelkreislaufsystem sowie die Verbindung zum Anzuchttank auf Dichtheit geprüft. Anschließend wird das Gerät eingeschaltet und die Verbindung der LED-Lampen sowie die Funktion des automatischen Timers überprüft.

Abbildung 2, Gesamtdesign des vorgefertigten Kultivierungsgeräts

Anwendung und Bewertung

Anbauanwendung

Im Jahr 2019 wurde das Gerät für den kleinflächigen Indoor-Anbau von Gemüse wie Salat, Chinakohl und Sellerie eingesetzt (Abbildung 3). Aufbauend auf den bisherigen Anbauerfahrungen entwickelte das Projektteam 2020 die Anbaumethode für Lebensmittel- und Heilpflanzen in organischem Substrat sowie die Nährlösungskultivierung von Begonia fimbristipula Hance. Dadurch erweiterte sich das Anwendungsspektrum des Geräts für den Hausgebrauch. In den vergangenen zwei Jahren konnten Salat und Schnellgemüse bei einer Raumtemperatur von 20–25 °C bereits nach 25 Tagen geerntet werden; Sellerie benötigte 35–40 Tage. Begonia fimbristipula Hance und Chinakohl sind mehrjährige Pflanzen, die mehrmals geerntet werden können. Bei Begonia fimbristipula lassen sich die obersten 10 cm Stängel und Blätter nach etwa 35 Tagen ernten, bei Chinakohl die jungen Stängel und Blätter nach etwa 45 Tagen. Bei der Ernte beträgt der Ertrag von Kopfsalat und Chinakohl 100–150 g pro Pflanze; der Ertrag von weißem und rotem Sellerie beträgt 100–120 g pro Pflanze; der Ertrag von Begonia fimbristipula Hance ist bei der ersten Ernte gering, 20–30 g pro Pflanze, und durch die kontinuierliche Keimung von Seitentrieben kann sie ein zweites Mal im Abstand von etwa 15 Tagen geerntet werden und liefert dann 60–80 g pro Pflanze; der Ertrag der Nährpflanze beträgt 50–80 g, sie wird alle 25 Tage geerntet und kann kontinuierlich geerntet werden.

Abbildung 3, Produktionsanwendung des vorgefertigten Kultivierungsgeräts

Anwendungseffekt

Nach über einem Jahr Produktion und Anwendung nutzt das Gerät den Raum optimal für die Kleinproduktion verschiedener Nutzpflanzen. Das Be- und Entladen ist einfach und intuitiv, eine professionelle Schulung ist nicht erforderlich. Durch die Regulierung von Förderhöhe und Durchfluss der Wasserpumpe lassen sich Überlauf und zu viel Nährlösung im Kultivierungsbehälter vermeiden. Dank des offenen Deckels ist der Kultivierungsbehälter nicht nur leicht zu reinigen, sondern auch ein einfacher Austausch beschädigter Teile ist möglich. Der Kultivierungsbehälter ist über einen Gummischlauch mit dem Wasser- und Düngemittelkreislauf verbunden. Dies ermöglicht ein modulares Design von Kultivierungsbehälter und Wasser- und Düngemittelkreislauf und vermeidet die Nachteile integrierter Systeme herkömmlicher Hydrokultursysteme. Neben der Produktion von Nutzpflanzen im Haushalt eignet sich das Gerät auch für wissenschaftliche Forschung unter kontrollierten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen. Es spart nicht nur Platz für Tests, sondern erfüllt auch die Anforderungen an die Produktionsumgebung, insbesondere die Gleichmäßigkeit der Wurzelwachstumsbedingungen. Nach einer einfachen Verbesserung kann das Kultivierungsgerät auch den Anforderungen verschiedener Behandlungsmethoden der Rhizosphärenumgebung gerecht werden und wird in pflanzenwissenschaftlichen Experimenten häufig eingesetzt.

Artikelquelle: WeChat-Konto vonAgrartechnik (Gewächshausgartenbau) 

Referenzinformationen: Wang Fei, Wang Changyi, Shi Jingxuan et al.Entwurf und Anwendung eines vorgefertigten Haushaltsanbaugeräts[J].Agricultural Engineering Technology,2021,41(16):12-15.