一种旱地种苗生长集水保护装置

1.本发明涉及一种集水保护装置，更具体一点说，涉及一种旱地种苗生长集水保护装置，属于生态农业领域。


背景技术：

2.目前世界上仍有约1/4的人口生活在缺水地区，在这样的地区如何采用无能耗方式从空气中收集水分是目前的一个研究方向。现有的技术关注到该领域的并不少，较为主流的思路是在装置顶部设置集水装置对空气中的水分进行收集后向装置下部进行传输，如申请号202123067042.1的“一种荒漠干旱区沙生植物建植保水辅助装置”、申请号202121491429.7的“一种干旱区无灌溉造林集水装置”、申请号202121230736.x的“干旱区无灌溉造林集水装置”均采用了该思路。但干旱地区自身存在空气中水分含量低，有效收集时间短的问题，导致现有装置存在水分收集不易形成挂壁，挂壁后流动慢，尚未流入收集装置内就被蒸发等问题。
3.纳米布沙漠甲虫利用甲壳上的亲水凸起纹理和疏水凹槽共同合作，将风中的水蒸汽聚集到亲水凸起纹路上，当亲水区的水珠越聚越多时，这些水珠就会沿着弓形后背流入沙漠甲虫的嘴中。纳米布沙漠甲虫在沙丘迎风面上用身体在沙丘表面上划出一道道平行的、相互紧靠着的沟，在每两条沟之间就有一条棱。随着夜间气温的逐渐降低和雾气的慢慢来临，凝结在这种棱上的水珠就会比周围平坦沙地上的水珠多出二到三倍。这类甲虫，专门沿这种棱，来舔食上面的水珠了。蜘蛛丝具有捕捉雾滴的特性，一段蜘蛛丝纤维是由纺锤节和关节组成的微结构，驱动蜘蛛丝纤维表面小液滴运动的力是由表面自由能梯度和拉普拉斯压力差产生的，表面能量梯度可由表面化学成分或表面粗糙度的差异引起,该梯度驱使小液滴向具有更高表面能的可湿润区域移动。在纺锤结构和链接结构之间形成了表面能量梯度和曲率梯度，还产生拉普拉斯压差。通过这两个梯度力协同而作用到小尺度液滴上，从而达成一个连续不断的水凝结液滴从链接结构向纺锤结构方向的传输，进而聚集较大的水滴，实现水收集能力。
4.如果采用以上特性原理制作空气水分收集装置，在兼顾实际技术及市场可行性的基础上将其运用到干旱少雨地区的农业种苗培育上，对于改善当地的经济和社会面貌将具有现实的积极意义。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术问题，本发明提供具有能够在无能耗、少人工干预下，可以给种苗在早期培育过程种提供保护、降强光、并收集空气中游离水气进行土壤保湿等技术特点的一种旱地种苗生长集水保护装置。
6.为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.本发明一种旱地种苗生长集水保护装置，包括水盘、框架、透明罩、內罩、小中罩、直中罩、外罩；所述水盘处于装置下端位置以对收集到的水进行容纳存储，所述框架包括内
层和外层，所述内层和外层上端间连接且形成有带有底板的凹槽腔，所述凹槽腔的底板上设置有多个集水孔，所述内层和外层间留有间隙以形成落水口，所述落水口与水盘连通，所述透明罩、內罩、小中罩、直中罩、外罩由内向外依次且均安装于框架的凹槽腔内，所述內罩、小中罩、直中罩、外罩上均开设有若干个孔洞，所述內罩、小中罩、直中罩、外罩间能够自由组合以实现对不同种苗培育的使用。将除吸水块外的所有组件进行安装后，在早晚温差大或空气湿度大的天气，将装置放置于具有一定流速的空气中，对空气中的水分进行收集，水分汇集到水盘中完成整个收集活动。框架上在与罩壳安装位的下端设置有多个上大下小的集水孔，其作用一方面让罩壳收集到的水分通过其流入下端的水盘或吸水块或土壤中，同时可减少受热后的水分蒸发。
8.优选的，所述外罩上的孔洞为开孔，所述外罩表面设置有多组顺纹的微棱凸条和凹槽，所述微棱凸条表面粗糙且具有亲水性，所述凹槽表面光滑且具有疏水性。
9.优选的，所述內罩、小中罩、直中罩的表面上均设置有若干个微凸球状结构，所述微凸球状结构外表粗糙且具有亲水性，內罩、小中罩、直中罩表面上微凸球状结构以外的其他罩体部分表面光滑且具有疏水性。
10.优选的，所述外罩包括一体成型的顶部、中部以及颈部，所述顶部与中部间以及中部与颈部间均为弧形过渡，所述顶部表面为弧形，自上而下所述中部直径逐渐减小。自上而下所述顶部上开孔逐渐增大，自上而下所述中部上开孔逐渐增大。
11.优选的，所述直中罩包括弧形顶部以及圆形性中部，弧形顶部与圆形性中部一体成型，所述弧形顶部伸进外罩的中部内设置。
12.优选的，所述小中罩的纵向截面呈半椭圆形，所述透明罩、內罩纵向截面呈拱形，所述透明罩与內罩、內罩与小中罩、小中罩与直中罩、直中罩与外罩9间均形成有空腔，且空腔的体积由小到大设置。
13.优选的，还包括上盖，所述上盖覆盖安装于框架内层的上端口处，且上盖中部凹陷且设有通孔，通孔用于将上部的各罩壳的滴水集中流向于植株根部以及减少土壤热蒸发水分。所述上盖安装于框架上端内侧，其作用一方面起到协助收集到的水分流入下部的水盘或土壤，另外可阻挡和减少日照下的水盘或种苗所处土壤中的水分蒸发。
14.优选的，自上而下所述集水孔的直径逐渐减小以便于水流向下汇聚以及在受热蒸发时可以减少蒸发量；
15.还包括吸水块，所述吸水块安装于内层、外层间用于对收集到的水存储与缓释。
16.优选的，所述内层和外层间连接有若干个隔板，所述隔板间构成有多个空腔，所述吸水块定位在空腔内，所述内层的表面上开设有若干个通水孔，所述通水孔与空腔一一对应。
17.优选的，在透明罩的罩体下边沿上开设有若干个间隔排布的开口，所述罩体外表上设置有一圈朝下倾斜的凸沿，所述凸沿位于开口上缘处；
18.所述罩体下边沿设有台阶面，所述台阶面下端面能够卡合在内层的上边沿上；所述內罩、小中罩、直中罩下边沿均设有槽口。
19.有益效果：相比现有的同类集水装置，本发明的外罩表面采用顺纹亲水微棱凸条和疏水凹槽的微结构，中罩采用在疏水光滑面上叠加亲水微凸球状的微结构，在干旱地区水分含量相对较低的空气中可实现罩壳上高效液滴成型和水滴快速聚集滑落，从而提高对
空气水分的收集效率，多个不同组件组合搭配可实现针对种子、矮苗、中苗和高苗不同的集水保护生长策略。本装置结构简单，成本低廉，加工方便，现场安装和移动容易，易于批量生产和市场推广，具有较好的市场价值和社会价值。
附图说明
20.图1是本发明的整体装配示意图。
21.图2是本发明结构分解示意图。
22.图3是本发明的装配剖面示意图。
23.图4是本发明的框架与上盖装配示意图。
24.图5是本发明的框架、吸水块、上盖装配剖视图。
25.图6是本发明的框架、吸水块、上盖装配底视图。
26.图7是本发明的框架、透明罩组合示意图。
27.图8是本发明的框架、上盖、透明罩组合剖视图。
28.图9是本发明的框架、透明罩、內罩组合示意图。
29.图10是本发明的框架、吸水块、上盖、透明罩、內罩组合剖视图。
30.图11是本发明的框架、透明罩、內罩、小中罩组合示意图。
31.图12是本发明的框架、吸水块、上盖、透明罩、內罩、小中罩组合剖视图。
32.图13是本发明的框架、上盖、內罩组合示意图。
33.图14是本发明的框架、吸水块、上盖、內罩组合剖视图。
34.图15是本发明的框架、上盖、小中罩组合示意图。
35.图16是本发明的框架、吸水块、上盖、小中罩组合剖视图。
36.图17是本发明的框架、上盖、直中罩组合示意图。
37.图18是本发明的框架、吸水块、上盖、直中罩组合剖视图。
38.图19是本发明的框架、外罩组合示意图。
39.图20是本发明的框架、吸水块、外罩组合剖视图。
40.图21是本发明的框架、吸水块、直中罩、外罩组合剖视图。
41.图22是本发明的外罩亲水疏水结构示意图。
42.图23是本发明的直中罩亲水疏水结构示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。
45.在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设
置”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，也可以通过中间媒介间接相连，但是各处的连接均不影响本技术的多位置折叠。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.本发明的创造性在于利用仿生原理在罩壳表面采用亲水疏水的微结构有助于罩壳表面快速聚水和导流，提高集水效率；多个模块化组件的多种组合方式满足不同类型的种苗在不同生长周期的不同使用需求，使用灵活、适用面广。
47.如图1-23所示为一种旱地种苗生长集水保护装置的具体实施例，该实施例一种旱地种苗生长集水保护装置，包括水盘1、框架3、透明罩5、內罩6、小中罩7、直中罩8、外罩9，透明罩5用于育种期的保护与减少土壤水分蒸发；所述水盘1处于装置下端位置以对收集到的水进行容纳存储，所述框架3包括内层和外层，所述内层和外层上端间连接且形成有带有底板的凹槽腔3.1，所述凹槽腔3.1的底板上设置有多个集水孔3.2，集水孔3.2的孔型上大下小，便于水流向下汇聚，在受热蒸发时可以减少蒸发量，所述内层和外层间留有间隙以形成落水口，所述落水口与水盘1连通，所述透明罩5、內罩6、小中罩7、直中罩8、外罩9由内向外依次且均安装于框架3的凹槽腔3.1内，所述內罩6、小中罩7、直中罩8、外罩9上均开设有若干个孔洞，所述內罩6、小中罩7、直中罩8、外罩9间能够自由组合以实现对不同种苗培育的使用。
48.本发明的原理：所述外罩9、小中罩7、直中罩8和內罩6设置有多个非规则开孔9.1，便于空气进行穿透流动。外罩9表面设置有多组顺纹的微棱凸条9.2和凹槽9.3，微棱凸条9.2表面粗糙且具有亲水性，凹槽9.3表面光滑且具有疏水性，当空气流过其表面时，亲水的微棱凸条9.2将空气中的水分吸附，积聚到一定量后流入疏水凹槽9.3，并沿凹槽9.3流下，从而达到高效集水目的。直中罩8表面设置有多个微凸球状结构8.2，该结构外表粗糙且具有亲水性，微凸球状结构8.2以外的其他罩体部分8.3表面光滑且具有疏水性。当空气流过直中罩8表面时，微凸球状结构8.2将空气中的水分吸附，当水分集聚到一定量的时候，在重力和表面能量梯度的作用下，收集到的小水珠在罩体8.2疏水表面不断向下方的微凸球状结构8.2集聚成更大的水珠，进而高效完成集水目标。內罩6和小中罩7具有类似结构(微凸球状结构8.2)。
49.优选的一种实施例方式，所述外罩9上的孔洞为开孔9.1，所述外罩9表面设置有多组顺纹微棱凸条9.2和凹槽9.3，所述微棱凸条9.2表面粗糙且具有亲水性，所述凹槽9.3表面光滑且具有疏水性；所述內罩6、小中罩7、直中罩8的表面上均设置有若干个微凸球状结构8.2，所述微凸球状结构8.2外表粗糙且具有亲水性，內罩6、小中罩7、直中罩8表面上微凸球状结构8.2以外的其他罩体部分8.3表面光滑且具有疏水性。
50.优选的一种实施例方式，所述外罩9包括一体成型的顶部、中部以及颈部，所述顶部与中部间以及中部与颈部间均为弧形过渡，所述顶部表面为弧形，自上而下所述中部直径逐渐减小。自上而下所述顶部上开孔9.1逐渐增大，自上而下所述中部上开孔9.1逐渐增大。开孔9.1便于空气穿透流通。外罩9表面设置有多组顺纹的微棱凸条9.2和凹槽9.3，微棱凸条9.2表面粗糙且具有亲水性，凹槽9.3表面光滑且具有疏水性，当空气流过其表面时，亲水的微棱凸条9.2将空气中的水分吸附，积聚到一定量后流入疏水凹槽9.3中，并沿凹槽9.3流下，从而达到高效集水目的。
51.所述直中罩8包括弧形顶部以及圆形性中部，弧形顶部与圆形性中部一体成型，所述弧形顶部伸进外罩9的中部内设置。所述小中罩7的纵向截面呈半椭圆形，所述透明罩5、內罩6纵向截面呈拱形，所述透明罩5与內罩6、內罩6与小中罩7、小中罩7与直中罩8、直中罩8与外罩9间均形成有空腔，且空腔的体积由小到大设置，直中罩8的孔洞均为非规则开孔8.1，內罩6、小中罩7、直中罩8的孔洞均大小不规格排布，便于空气进行穿透流动。
52.优选的一种实施例方式，还包括上盖4，所述上盖4覆盖安装于框架3内层的上端口处，且上盖4中部凹陷且设有通孔，通孔用于将上部的各罩壳的滴水集中流向于植株根部以及减少土壤热蒸发水分。上盖4安装于框架3上部的内侧，用于将上部的罩壳的滴水集中流向于植株根部和减少土壤热蒸发水分。
53.优选的一种实施例方式，自上而下所述集水孔3.2的直径逐渐减小以便于水流向下汇聚以及在受热蒸发时可以减少蒸发量；还包括吸水块2，所述吸水块2安装于内层、外层间用于对收集到的水存储与缓释。
54.优选的一种实施例方式，所述内层和外层间连接有若干个隔板3.3，所述隔板3.3间构成有多个空腔，所述吸水块2定位在空腔内，所述内层的表面上开设有若干个通水孔3.4，所述通水孔3.4与空腔一一对应。
55.优选的一种实施例方式，在透明罩5的罩体5.1下边沿上开设有若干个间隔排布的开口5.2，所述罩体5.1外表上设置有一圈朝下倾斜的凸沿5.3，所述凸沿5.3位于开口5.2上缘处；所述罩体下边沿设有台阶面5.4，所述台阶面5.4下端面能够卡合在内层的上边沿上；所述內罩6、小中罩7、直中罩8下边沿均设有槽口。透明罩5在罩体5.1的下端设有开口5.2，用于散热和空气对流，开口5.2上缘设有凸沿5.3，用于将外部滴落于罩体5.1上的水导入框架3的凹槽腔3.1内，罩体下沿设有台阶面5.4，用于将罩体5.1装配于框架3的中部上缘，当内部水蒸气在罩体5.1的顶端内壁冷凝成水滴滑落时，可流到上盖4表面滑落至土壤，不至于流到框架3与上盖4的缝隙内，造成集水效率降低。
56.使用方式：将除水盘1外的其他组件安装后，置于种苗所处位置的土壤，并使框架3部分埋入土壤。根据不同的培育需求和气候条件，采用不同的组装策略。
57.当针对种子进行集水时，因其没有芽叶，采用吸水块2、框架3、透明罩5、外罩9的组合方式；当针对矮小苗进行集水时，采用吸水块2、框架3、上盖4、內罩6、外罩9的组合方式；当针对中型苗进行集水时，采用吸水块2、框架3、上盖4、小中罩7、外罩9的组合方式；当针对大型苗进行集水时，采用吸水块2、框架3、外罩9的组合方式。
58.具体的：本发明的使用方式如如图1-21所示，集水装置可以实现集水存水、种子集水保护、矮苗集水保护、中苗集水保护和高苗集水保护等多种用途。
59.使用1：如图1、图3所示状态，将除吸水块2外的其他组件进行安装，在早晚或空气湿度大的天气，将装置放置于具有一定流速的空气中，对空气中的水分进行收集，水分汇集到水盘1中完成整个收集活动。
60.使用2：如图8、图9、图10、图19、图20所示状态，当装置对土壤中的种子进行集水时，采用吸水块2、框架3、透明罩5、外罩9的组合方式。外罩9在早晚温度低时收集空气水分，中午蒸发量大时透明罩5可减少蒸发量。
61.使用3：如图13、图14、图19、图20所示状态，当针对矮小苗进行集水时，采用吸水块2、框架3、上盖4、內罩6、外罩9的组合方式。在早晚集水阶段，內罩6 外罩9的组合方式，可以
比单独使用一个罩壳达到更高的集水效率，在中午蒸发量大的时候，罩壳可以在保持空气流通的情况下，减少植物水分的蒸发量。
62.使用4：如图15、图16、图17、图18、图21所示状态，当针对中型苗进行集水时，采用吸水块2、框架3、上盖4、小中罩7、直中罩8、外罩9的组合方式。对于生长到一定阶段的幼苗，根据其品种和体型，选择小中罩7或直中罩8进行匹配组合。
63.使用5：如图19、图20所示状态，当针对大型苗进行集水时，采用吸水块2、框架3、外罩9的组合方式。大型苗叶量较多，常规情况下，空气中的水分难以到达根部，集水外罩9可以帮助解决这个问题，同时外罩9上较多的孔位，可兼顾植株叶面对空气水分的收集，中午蒸发量大时，外罩9可起到降低蒸发量的作用，同时还可减少幼苗植株被外界生物侵袭的机率。
64.最后，需要注意的是，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。