CN105940982A - 一种多功能生态花盆及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能生态花盆及设计方法，所述生态花盆包括内胆、保水囊、外壳；所述内胆与所述外壳在上沿部分连接，使所述内胆与所述外壳之间构成封闭空间；所述保水囊置于所述封闭空间内，由保水材料按照所述封闭空间形状压制而成；其中所述保水囊的最小厚度由所述保水材料的含水、给水特性以及所种的植物种类、气候决定；所述内胆采用竹篾编制而成；所述生态花盆为倒圆台或倒棱台结构。所述生态花盆设计方法包括确定生态花盆外壳、内胆和保水囊的尺寸。该生态花盆利用保水囊有效地提高生态花盆保水效果，应用于荒山绿化与造林、矿山废弃地植被恢复，园林与园艺、农业与林业、城市道路绿化与美化、庭院绿化与美化及楼顶开发与利用等。

Description

一种多功能生态花盆及设计方法

技术领域

本发明涉及植物造林技术领域，尤其涉及一种多功能生态花盆及设计方法。

背景技术

多功能生态花盆，不仅可以作为种植植被用于绿化和观赏，同时也可以应用于荒山开发与植树造林、矿山环境保护与恢复治理、矿山废弃地复垦与生态恢复、城市道路绿化和美化、楼顶开发利用(含绿化和美化)等。但是，目前的一般生态花盆多用泥、瓷、石、木材等材料制作，由于保水性差，对于绿化和观赏来说需要定时间的灌水和打理，不利于城市绿化的操作，同时对荒山、矿山治理开发的作用并不明显。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种多功能生态花盆及设计方法，用以解决现有生态花盆保水性差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明一方面提供一种多功能生态花盆，所述生态花盆包括内胆、保水囊、外壳；所述内胆与所述外壳在上沿部分连接，使所述内胆与所述外壳之间构成封闭空间；所述保水囊置于所述封闭空间内，由保水材料按照所述封闭空间形状压制而成；其中所述保水囊的最小厚度由所述保水材料的含水、给水特性以及所种的植物种类、气候决定；所述内胆采用竹篾编制而成；所述生态花盆为倒圆台或倒棱台结构。

进一步地，所述保水材料为凹凸棒石土基复合保水材料。

进一步地，所述外壳采用可降解材料制成。

进一步地，所述外壳采用竹篾编制而成。

本发明另一方面提供一种多功能生态花盆的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照客户对生态花盆的外形和尺寸要求，确定所述生态花盆外壳的形状和尺寸；然后根据所述保水囊的保水材料的含水、给水特性以及植物的种类、气候条件确定保水囊的最小厚度，保证保水囊的厚度大于等于保水囊的最小厚度，然后根据所 述外壳的形状和尺寸、保水囊的厚度计算内胆的尺寸；

(2)内胆：采用竹篾按照计算的尺寸编制而成；

(3)外壳：按照尺寸制作外壳；

(4)保水囊：按照所述外壳与内胆之间的封闭空间压制成型，将保水材料压制成所述保水囊。

进一步地，当所述生态花盆为倒圆台时，所述保水囊的最小厚度按照以下公式计算：

$D_2=D_1-\sqrt{4+{\left(\frac{D_1-d_1}{H_1}\right)}^2}a$

$d_2=d_1-\[\sqrt{4+{\left(\frac{D_1-d_1}{H_1}\right)}^2}-\frac{2(D_1-d_1)}{H_1}\]a$

$V_{min}=\frac{TAW\·{\mathrm{ASW}}_c+{\mathrm{ET}}_c}{\mathrm{\μ}\·K_a}$

其中，TAW为所述生态花盆土壤的总水量，ASW_c为种植物开始永久凋萎的所述生态花盆土壤总有效水临界值，与种植物的耐旱程度有关，ET_c为种植物蒸发蒸腾量，μ为所述保水囊的释水速率，K_α为所述保水囊的含水系数，V_min为所述保水囊的最小体积，a为保水囊的最小厚度，D₁、d₁分别为外壳的上口半径和下底半径，H₁为外壳的高，D₂、d₂分别为内胆的上口半径和下底半径，H₂为外壳的高。

进一步地，当生态花盆为倒棱台结构，所述生态花盆的底面为方形时，所述保水囊的最小厚度按照以下公式计算：

$D_2=D_1-\sqrt{4+{\left(\frac{D_1-d_1}{H_1}\right)}^2}a$

$d_2=d_1-\[\sqrt{4+{\left(\frac{D_1-d_1}{H_1}\right)}^2}-\frac{2(D_1-d_1)}{H_1}\]a$

$V_{min}=\frac{TAW\·{\mathrm{ASW}}_c+{\mathrm{ET}}_c}{\mathrm{\μ}\·K_a}$

其中，TAW为所述生态花盆土壤的总水量，ASW_c为种植物开始永久凋萎的所述生态花盆土壤总有效水临界值，与种植物的耐旱程度有关，ET_c为种植物蒸发蒸腾量，μ 为所述保水囊的释水速率，K_α为所述保水囊的含水系数，V_min为所述保水囊的最小体积，a为保水囊的最小厚度，D₁、d₁分别为外壳的上口边长和下底边长，H₁为外壳的高，D₂、d₂分别为内胆的上口边长和下底边长，H₂为外壳的高。

进一步地，所述植物为耐旱植物，所述ASW_c为25％，植物为干旱敏感植物，所述ASW_c为50％。

进一步地，所述步骤(3)中外壳为竹篾编制而成。

进一步地，步骤(4)中所述保水材料为凹凸棒石土基符合保水材料。

本发明有益效果如下：

本发明多功能生态花盆利用多层结构中的保水囊能有效的提高了生态花盆的保水效果，实现水分的保存与均衡分配，达到了为植物生长持续供水的目的；本发明外壳的可降解性，当用于荒山绿化与造林、矿山废弃地植被恢复时，将所述生态花盆埋于地下，所述外壳降解后实现植物造林的功能，同时还能实现园林与园、农业与林业、城市道路绿化与美化、庭院绿化与美化、楼顶开发与利用(含绿化与美化)一种新技术，具体用于植树造林、果树栽培与种植、蔬菜种植、花卉种植、大田作物种植、育种育苗等。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明多功能生态花盆的结构示意图；

图2为实施例1的生态花盆主视图；其中a为保水囊的最小厚度；

图3为图2生态花盆外壳的主视图；其中a为保水囊的最小厚度，D₁、d₁分别为外壳的上口边长和下底边长，H₁为外壳的高，D₂、d₂分别为内胆的上口直径和下底直径，H₂为内胆的高；

图4为图3外壳的开口形状图；

图5为图3外壳的底面形状图；

图6为图2生态花盆内胆的主视图；

图7为图6内胆的开口形状图；

图8为图6内胆的底面形状图；

图9为实施例2生态花盆的主视图；其中a为保水囊的最小厚度，D₁、d₁分别为外壳的上口边长和下底边长，H₁为外壳的高，D₂、d₂分别为内胆的上口边长和下底边长，H₂为内胆的高；

图10为图9生态花盆外壳的主视图；

图11为图10外壳的开口形状图；

图12为图10外壳的底面形状图；

图13为图9生态花盆内胆的主视图；

图14为图13内胆的开口形状图；

图15为图13内胆的底面形状图；

其中，1-内胆，2-保水囊，3-外壳。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明实施例提供一种多功能生态花盆及设计方法，所述生态花盆包括内胆1、保水囊2和外壳3，所图1所示，其中所述内胆1为生态花盆内壁与生态花盆上沿结合形成的一体结构，与外壳3之间形成一个封闭空间，保水囊2置于所述封闭空间内，由保水材料按照所述封闭空间的形状压制而成；所述保水材料优选为凹凸棒石土基复合保水材料；所述内胆1采用可降解材料制成，优选的采用竹篾编制而成；由于凹凸棒石土基复合保水材料具有很好的保水存水效果，能够通过所述内胆能够持续为所述生态花盆内种植的作物提供水分，便于对所述作物的管理；其中所述保水囊的最小厚度由所述保水材料的含水、给水特性以及种植物的种类、气候决定，能够从理论上保证生态花盆中植物的生长。

所述生态花盆用于荒山绿化、矿山废弃地植被恢复时，所述外壳3可以采用可降解材料制成，这样将生态花盆埋于地下，随着时间流逝，所述可降解材料制成的外壳 3会逐渐降解最终消失，所述生态花盆种植物能够牢固的生长在所述需要绿化的荒山上或所述需要恢复的矿山上，对于环境保护、生态恢复具有重要的意义，带来重大的经济、环境和社会效应，适应市场需求，前景广阔；优选的所述外壳可以采用竹篾编制而成。

所述生态花盆的横剖面为圆形、方形或其他形状，根据需要进行选择。

实施例1

以多功能生态花盆为倒圆台结构为例，所述多功能生态花盆的设计方法，包括以下步骤：

(1)要求生态花盆的形状和尺寸如图2所示，首先确定所述外壳3的尺寸，外壳3如图3-图5所示，D₁、d₁分别为外壳的上口半径和下底半径，H₁为外壳的高，H₂为内胆的高，按照以下公式计算内胆的高度H₂，口径D₂，底径d₂，保水囊的最小体积V_min，内胆1如图6-图8所示：

H₂＝H₁-a (式1)

a为所述保水囊2的最小厚度，可根据保水囊的含水、给水特性，以及植物种类、气候等，按下列方法确定：

大气-土壤-植物生态系统中的水平衡方程：

F_g+P＝ET_c+D_p+RO+SD_L+SW (式4)

ET_c＝K_s·K_L·ET₀ (式5)

K_L＝K_p·K_d·K_mc·K_y (式6)

式中：F_g为灌水量；P为降水量；ET_c为植物蒸发蒸腾量；D_p为根区的深层渗漏量；RO为径流损失量；SD_L为水在空气中的雾化、漂移损失及从植物冠层上的蒸发损失量；SW为植物根区内土壤留存的含水量；K_L为作物系数，是作物自身生物学特性的反映，与作物种类、生育期和群体叶面积指数等因素有关；K_s为土壤水分协迫系 数，它表示了水分亏缺对作物蒸腾的影响；K_p植物种类系数；K_d植物密度系数；K_mc植物小气候系数；K_y植物的生物量因子；ET₀为参考作物蒸散量(mm/d)。

根据大气-土壤-植物生态系统中的水平衡方程，考虑多功能生态花盆的应用状况，在无降水和灌水情况下，多功能生态花盆保水囊-土壤-植物系统中水平衡方程为：

WF₀＝SW+ET_c (式7)

式中：WF₀生态花盆保水囊的总含水量，反映的是保水囊的保水能力；SW生态花盆中土壤留存的含水量。

当生态花盆中土壤总有效水ASW(式8)达到临界值ASW_c时，植物开始永久凋萎，因此，保水囊的最小总含水量应满足式8的要求：

WF_0min＝TAW·ASW_c+ET_c (式8)

式中：WF_0min保水囊的最小总含水量；ASW生态花盆土壤总有效水量；TAW生态花盆土壤总水量；θ_fc为田间持水量时的体积含水量(％)；θ_pwp为永久凋萎点时的体积含水量(％)；θ_v为当前的体积含水量(％)；ASW_c为植物开始永久凋萎时土壤总有效水ASW的临界值，耐旱作物，ASW_c＝25％，干旱敏感作物，ASW_c＝50％。

令保水囊的体积为V，含水系数K_a，释水速率μ，则保水囊的最小总含水量WF_0min为：

WF_0min＝μ·V_min·K_a (式11)

将式10代入式8，经整理后可得保水囊的最小体积V_min：

最后，根据式1-式4和式12联立方程，并解方程确定多功能生态花盆保水囊的最小壁厚a。

(2)内胆1：采用竹篾按照计算的尺寸编制而成，内胆尺寸以控制外径为准。

(3)外壳3：按照尺寸制作外壳，外壳可采用陶瓷制作；当生态花盆用于荒山绿化与造林、矿山废弃地植恢复时，需要将生态花盆埋于地下时，所述外壳采用竹篾编 制而成，外壳尺寸以控制内径为准。

(4)保水囊2：按照所述外壳与内胆之间的封闭空间将保水材料压制成型，根据不同地区、不同应用场所和不同植物品种，配置保水材料，所述保水材料优选为凹凸棒石土基复合材料。

实施例2

以多功能生态花盆为倒棱台，底面为方形为例，如图9所示，说明所述多功能生态花盆的制备方法，其中所述制备方法与实施例1中的制备方法相同，只是在步骤(1)中的计算公式中D₁、d₁分别为外壳3的上口边长和下底边长，外壳3如图10-12所示，D₂、d₂分别为内胆1的上口边长和下底边长，内胆1如图13-15所示。

实施例3

以所述生态花盆为倒圆台结构为例，本实施例与实施例1的结构和设计方法相同，其中由V_min计算保水囊的最小厚度a按照以下计算公式计算：

H₂＝H₁-a (式1)

V_min＝V_Out-V_In (式12)

其中，V_Out为外壳容积，V_In为内胆容积。

实施例4

以所种植的植物为小木灌，花盆为倒圆台结构为例；

小木灌为干旱敏感植物，土壤水分协迫系数K_s＝1.0；植物种类系数K_p＝0.5；植物密度系数K_d＝1.0；植物小气候系数K_mc＝1.0；植物的生物量因子K_y＝1.0；参考作物蒸散量或蒸腾量ET₀＝5mm/d；

则按照式7计算的作物系数K_L＝0.5；

花盆土壤总水量很小，取TAW＝0；小木灌为干旱敏感植物，ASW_c＝50％；保水囊材料的含水系数K_a＝50，释水速率μ＝0.5；

则按式12计算的保水囊的最小体积为：V_min＝(0+912.5)/(50×0.5)＝3650mm。

根据客户要求的花盆的尺寸，确定花盆外壳3的上口半径D₁、下底半径d₁和外壳的高H₁，然后，分别计算外壳的容积V₁和内胆的体积V₂；最后，计算保水囊的体积V，采用EXCEL法的计算结果如表1所示。

表1多功能生态花盆计算表

根据上述计算结果，选择适宜的尺寸做为该植物的花盆尺寸。本实施例小灌木适种花盆最小尺寸为：

外壳：D₁＝30mm；d₁＝20mm；H₁＝30mm。

内胆：D₂＝25.94mm；d₂＝17.28mm；H₂＝28mm。

壁厚：a＝10mm。

保水囊的体积：V＝4631.20mm³。

综上所述，本发明实施例提供了一种多功能生态花盆及制备方法，通过生态花盆种植物的开始永久凋萎时土壤的有效含水量来理论计算计算保水囊的最小体积，从理论上保证了保水囊的保水性，为种植物持续提供水分供养；另外当所述生态花盆用于矿山、荒山等的绿化或植物恢复时，所述生态花盆外壳可以采用可降解材料，将生态花盆埋于矿山或荒山中，随时间而降解，具有重大的环保、经济效益，适应市场需求，前景广阔。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能生态花盆，其特征在于，所述生态花盆包括内胆、保水囊、外壳；所述内胆与所述外壳在上沿部分连接，使所述内胆与所述外壳之间构成封闭空间；所述保水囊置于所述封闭空间内，由保水材料按照所述封闭空间形状压制而成；其中所述保水囊的最小厚度由所述保水材料的含水、给水特性以及所种的植物种类、气候决定；所述内胆采用竹篾编制而成；所述生态花盆为倒圆台或倒棱台结构。

2.根据权利要求1所述多功能生态花盆，其特征在于，所述保水材料为凹凸棒石土基复合保水材料。

3.根据权利要求1或2所述多功能生态花盆，其特征在于，所述外壳采用可降解材料制成。

4.根据权利要求3所述多功能生态花盆，其特征在于，所述外壳采用竹篾编制而成。

5.一种如权利要求1-4任一所述多功能生态花盆的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照客户对生态花盆的外形和尺寸要求，确定所述生态花盆外壳的形状和尺寸；然后根据所述保水囊的保水材料的含水、给水特性以及植物的种类、气候条件确定保水囊的最小厚度，保证保水囊的厚度大于等于保水囊的最小厚度，然后根据所述外壳的形状和尺寸、保水囊的厚度计算内胆的尺寸；

(2)内胆：采用竹篾按照计算的尺寸编制而成；

(3)外壳：按照尺寸制作外壳；

(4)保水囊：按照所述外壳与内胆之间的封闭空间压制成型，将保水材料压制成所述保水囊。

6.根据权利要求5所述多功能生态花盆，其特征在于，当所述生态花盆为倒圆台时，所述保水囊的最小厚度按照以下公式计算：

$D_2=D_1-\sqrt{4+{\left(\frac{D_1-d_1}{H_1}\right)}^2}a$

$d_2=d_1-\[\sqrt{4+{\left(\frac{D_1-d_1}{H_1}\right)}^2}-\frac{2(D_1-d_1)}{H_1}\]a$

$V_{\min }=\frac{TAW\·{\mathrm{ASW}}_c+{\mathrm{ET}}_c}{\mathrm{\μ}\·K_a}$

其中，TAW为所述生态花盆土壤的总水量，ASW_c为种植物开始永久凋萎的所述生态花盆土壤总有效水临界值，与种植物的耐旱程度有关，ET_c为种植物蒸发蒸腾量，μ为所述保水囊的释水速率，K_α为所述保水囊的含水系数，V_min为所述保水囊的最小体积，a为保水囊的最小厚度，D₁、d₁分别为外壳的上口半径和下底半径，H₁为外壳的高，D₂、d₂分别为内胆的上口半径和下底半径，H₂为外壳的高。

7.根据权利要求5所述多功能生态花盆，其特征在于，当生态花盆为倒棱台结构，所述生态花盆的底面为方形时，所述保水囊的最小厚度按照以下公式计算：

$D_2=D_1-\sqrt{4+{\left(\frac{D_1-d_1}{H_1}\right)}^2}a$

$d_2=d_1-\[\sqrt{4+{\left(\frac{D_1-d_1}{H_1}\right)}^2}-\frac{2(D_1-d_1)}{H_1}\]a$

$V_{\min }=\frac{TAW\·{\mathrm{ASW}}_c+{\mathrm{ET}}_c}{\mathrm{\μ}\·K_a}$

其中，TAW为所述生态花盆土壤的总水量，ASW_c为种植物开始永久凋萎的所述生态花盆土壤总有效水临界值，与种植物的耐旱程度有关，ET_c为种植物蒸发蒸腾量，μ为所述保水囊的释水速率，K_α为所述保水囊的含水系数，V_min为所述保水囊的最小体积，a为保水囊的最小厚度，D₁、d₁分别为外壳的上口边长和下底边长，H₁为外壳的高，D₂、d₂分别为内胆的上口边长和下底边长，H₂为外壳的高。

8.根据权利要求6或7所述多功能生态花盆，其特征在于，所述植物为耐旱植物，所述ASW_c为25％，植物为干旱敏感植物，所述ASW_c为50％。

9.根据权利要求5-8任一所述多功能生态花盆的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中外壳为竹篾编制而成。

10.根据权利要求5-8任一所述多功能生态花盆的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述保水材料为凹凸棒石土基符合保水材料。