СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК A01G31/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к оборудованию и способу бессубстратного выращивания растений.

Цель изобретения увеличение удельной производительности устройства, снижение энергозатрат на единицу его объема и расширение области применения бессубстратного способа выращивания растений.

Известно устройство, представляющее собой закольцованную трубу с питающей жидкостью, на поверхности которой перемещаются связанные между собой стеллажи для выращивания растений, и известен способ периодического поднятия стеллажей над уровнем жидкости посредством подъемных устройств [1]
Недостатком указанного предложения является недостаточно полное использование объема трубы. В частности, не учитывается тот факт, что растение вначале занимает меньший объем, чем в более поздний период своего созревания. Кроме того, периодическое окунание корневой системы растений связано с использованием сложной системы подъемных устройств.

Эти недостатки устранены в устройстве, представляющем собой закольцованную горизонтальную трубу (тор) постоянного сечения, внутри которой уложены вегетационные трубы переменного диаметра, учитывающего рост растений, с расположенными в них стеллажами, соединенными друг с другом и с приводами перемещения. Способ выращивания растений заключается в том, что вегетационные трубы, по которым перемещается конвейер стеллажей с растениями, уложены таким образом, что, чередуясь, они занимают нижний сегмент горизонтальной замкнутой трубы, заполненный питательным раствором, где осуществляется периодическая подпитка растений. При этом по мере роста растений происходит автоматическое удлинение связей между стеллажами за счет все большего погружения стеллажей в раствор.

Недостатком указанного способа является использование жидкого питательного раствора, что обусловливает горизонтальное расположение тора, в котором уложены вегетационные трубы, а это значительно ограничивает область применения бессубстратного метода выращивания растений. Кроме того, при этом сложно использовать при организации движения конвейера самопроизвольное "скатывание" стеллажей с растениями под воздействием собственного веса.

Этот недостаток можно устранить при использовании такой прогрессивной технологии выращивания растений, как аэропоника, при которой питание поступает к корням растений в виде тумана аэрозоли. К сожалению, указанная технология до последнего времени не находила широкого применения и использовалась в основном в таких же условиях, как и другие технологии, т.е. для горизонтальных культивационных устройств.

В ряде предложений используют такой прогрессивный прием как вращающиеся конструкции и поворотные устройства, обеспечивающие равномерную инсоляцию сооружений. К сожалению, эти предложения касаются зданий и не нашли применения в устройствах для выращивания растений. Кроме того, для вращения этих сооружений используются энергоемкие механизмы.

Сущность изобретения заключается в том, что в вегетационных трубах переменного сечения, изменяемого по мере роста растений, размещены конвейеры с соединенными между собой телескопическими связями растениями в сетках, уложенных в держатели. На корневую систему растений периодически действуют аэрозолью питательной смеси. Конвейер выполнен таким образом, что движение растений, начинаясь из помещения высадки рассады, находящегося наверху устройства, происходит по спиралевидной кривой вниз под воздействием собственного веса до помещения сбора урожая, откуда по обратным трубам держатели, освобожденные от растений, доставляются в помещение высадки растений, где производят высадку рассады, после чего цикл повторяют. Светопрозрачные вегетационные трубы, уложенные впритык друг к другу, уложены в устройство, вращающееся вокруг центральной оси с возможностью инсоляции растений. С целью учета погодно-климатических условий над устройством устанавливают светопрозрачное теплозащитное покрытие. Для повышения производительности устройства размещение вегетационных труб выполняют в несколько ярусов. Связи между держателями растений выполняют телескопическими со ступенями, снабженными зубчатыми пластинами, связанными с фиксатором, установленным на резервуаре с питательным раствором. Резервуар устанавливают внутри электронагревателя, степень погружения резервуара зависит от объема раствора, залитого вначале в резервуар, и добавки жидкости, накапливающейся по мере движения конвейера за счет конденсата аэрозоли на водосборной пленке вегетационной трубы, стекающего в воронку, расположенную над резервуаром.

Это обеспечивает автоматическое удлинение связей между держателями растений и увеличение объема аэрозоли, выпускаемой из резервуара по мере роста растения и увеличения его объема. Реактивный залп одновременно выпускаемой аэрозоли из резервуаров внутри вегетационной трубы используют для перемещения конвейера, а также для перемещения после остановки конвейера всего устройства вокруг центральной вертикальной оси. Для этого синхронизируют залпы во всех вегетационных трубах устройства. Аналогичную роль выполняет залп реактивных струй из сопел, установленных в нижнем сегменте вегетационных труб, содержащих газовую смесь, способствующую росту растений и обеспечивающую аэрацию корневой системы растений и удаление метаболитов корневого дыхания через приемники отводящих трубок.

На фиг. 1 представлено устройство, в плане; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 11; на фиг.3 фрагмент нижней части устройства (аксонометрия); на фиг.4 фрагмент вегетационной трубы, продольное сечение; на фиг.5 поперечный разрез вегетационной трубы Б-Б на фиг.4; на фиг.6 разрез В-В на фиг.4; на фиг.7 фрагмент вегетационной трубы, продольное сечение возле помещения сбора урожая; на фиг.8 то же, возле помещения высадки растений; на фиг.9 схема расположения резервуара на этапе высадки растений: а до выброса аэрозоли, б после выброса аэрозоли; на фиг.10 то же, на среднем этапе произрастания растений; на фиг. 11 то же, на этапе завершения роста растений; на фиг.12 продольный разрез телескопической связи Г-Г; на фиг.13 поперечный разрез телескопической связи Д-Д; на фиг.14 схема автоматизированного управления процессом выращивания растений.

На фиг. 1 и 2 показано устройство с расположенным в верхней части помещением высадки растений 1 и помещением сбора урожая 2, находящимся в нижней части устройства. На наклонной площади устройства устанавливают вегетационные трубы 3 переменного сечения, укладывая их спиралевидно впритык друг к другу, большим диаметром вниз, а меньшим вверх. Внутри вегетационной трубы 3 перемещают конвейер с растениями в эластичных сетках 4, установленных в держатели 5, соединенные между собой телескопическими связями 6. В помещениях высадки растений 1 и сбора урожая 2 устраивают окна 7, через которые происходит установка рассады и сбор выросших растений, между помещением сбора 2 и высадки растений 1 установлена обратная труба 8, по которой осуществляется доставка порожних держателей растений, после того как урожай собран (фиг. 1-3). Устройство оборудовано поворотным механизмом 9, обеспечивающим его круговое вращение вокруг центральной вертикальной оси 10 (фиг.2).

Телескопические связи 6 (фиг.4-13) оборудуют водоприемной воронкой 11, бункером 12, заполненным порошком питательной смеси, спиральным электронагревателем 13, резервуаром 14, заполненным раствором питательной смеси 15. На верхней крышке резервуара 14 устанавливают фиксатор 16, регулирующий изменение длины телескопической связи за счет сцепления фиксатора 16 с зубьями зубчатых пластин 17 отдельных ступеней 18 телескопической связи 6 и освобождения зубьев зубчатых пластин 17 при погружении резервуара 14 после наполнения его дополнительным объемом раствора за счет стекания в водоприемную воронку 11 влаги, образующейся за счет конденсата аэрозоли в результате нагрева раствора в резервуаре и выброса его в вегетационную трубу через распылительное устройство 19, оборудованное охладителем 20, перемещающимся вдоль щели 21 наружной ступени 22 телескопической тяги, в зависимости от степени наполненности резервуара (фиг.9-11). Зубчатые пластины 17 соединены при помощи пружин 23 со смежными ступенями 18 телескопической тяги, а крайние ступени соединены с держателями 5 растений при помощи колец крепления 24.

Резервуар 14 оборудован компенсационной пружиной 25 снизу, смесителем раствора 26, клапанами 27, бункером 12 с питательной смесью, оборудованным дозатором 28 и задвижкой 29.

Вегетационная труба снабжена осветительными приборами 30, влагособирающими светопрозрачными пленками 31, на поверхности которых собирается влага в результате конденсата аэрозоли (фиг.5-8). В нижнем сегменте вегетационной трубы расположены подающие сопла 32 и всасывающие выводы 33 газоснабжения.

Устройство оборудовано трансформирующимся светопрозрачным покрытием 34 и пультом автоматизированного управления процессом выращивания растений 35 (фиг.2).

Процесс выращивания начинают с высадки рассады в сетки и установки их в держатели в помещении высадки растений. Затем в вегетационную трубу подается начальная порция аэрозоли питательной смеси, после чего запускают конвейер. После включения электронагревателя 13 раствор, находящийся в резервуаре, преобразуют в аэрозоль, которую выпускают на корневую систему следующего растения по движению конвейера. Благодаря залпу реактивного выпуска аэрозоли происходит продвижение конвейера с растениями на полшага и поворот всего устройства вокруг вертикальной оси. Аэрозоль частично оседает на корневой системе растений, а остальная ее часть, испаряясь, оседает на стенках вегетационной трубы 3, а затем конденсат по стенкам пленки 31 стекает в водоприемную воронку 11, расположенную над резервуаром 14 с раствором 15. После впитывания питательных веществ корневой системой происходит залповый выпуск газа через сопла 32 в нижнем сегменте вегетационной трубы 3, направленный на корневую систему растений, что способствует сушке корневой системы, освобождению ее от метаболитов дыхания растений, проветривания окружающего пространства в трубе 3, а также продвижению конвейера на вторую половину шага конвейера и дальнейшего поворотного движения всего устройства вокруг вертикальной оси. Переходя от начала до конца вегетационной трубы, растение потребляет все больше питательной аэрозоли и газа, что регулируют при помощи автоматизированной системы 35. В то же время пошагово выделяется все больше аэрозоли и, следовательно, все больше конденсата, все больше влаги выливается через воронку 11 в резервуар 14 телескопической связи 6, благодаря чему резервуар 14, опускаясь все ниже, своим фиксатором 16 отпускает последовательно зубчатые пластины 17 ступеней 18 связи 6, благодаря чему телескопическая связь с ростом растений удлиняется (фиг.12). После достижения растением помещения сбора урожая 2 сетку со зрелым растением извлекают из держателя через окно 7, конвейер с порожними держателями с собранными связями направляют по обратной трубе 8 к помещению высадки рассады 1, где заправляют резервуар 14 питательным раствором в нужном объеме, а бункер 12 питательным порошком, устанавливают нужную длину телескопической связи, заправляют держатель 5 сеткой 4 с рассадой, после чего цикл повторяют.

Предложенные способ и устройство наряду с достижением вышеуказанных целей: расширением области применения прогрессивной технологии аэропоники, сокращением энергозатрат, повышением производительности с единицы объема устройства, также повышают культуру агротехнического производства, исключают зависимость производства сельхозпродуктов от погодно-климатических условий, не требуют каких-либо естественных или искусственных субстратов и обеспечивают оптимизацию процесса, доведение его до полной автоматизации.

С целью оптимизации управления процессом выращивания и возможности программирования на выращивание различных видов растений устройство оборудуют автоматизированной системой управления с вычислительным устройством 36, связанным с терминалом 37 и оператором 38 (фиг.14). Вычислительное устройство 36 связано с группой устройств (ГУ), рассчитанных на отдельные растения, к которым относятся: осветительный прибор 30, выключатель 39 и датчик освещенности 40; дозатор бункера с питательной смесью 28, привод дозатора 41 и датчика 42 состава питательной смеси, указывающий на ее концентрацию 42; вентиль баллона с газовой смесью 43, привод вентиля 44 и датчик содержания газа в воздушной среде 45; спираль 46 электронагревателя, включатель спирали 47 и термометр 48, показывающий температуру раствора в резервуаре; тормозное устройство конвейера вегетационной трубы 49, привод тормозного устройства 50 и определитель местоположения растения в вегетационной трубе 51. Указанные группы устройств связаны общим интерфейсом 52 с вычислительным устройством 36. Кроме того, с вычислительным устройством связаны устройства, управляющие всем устройством: трансформирующееся покрытие 34, привод покрытия 53; поворотный механизм 9; привод поворотного механизма 54, определитель местоположения устройства 55 относительно центральной вертикальной оси; конвектор, поддерживающий оптимальный температурный режим в устройстве 56, выключатель конвектора 57, термометр 58, определяющий температуру наружного воздуха, и термометр 59, определяющий температуру внутри устройства.

Использование: изобретение относится к способу и устройству для выращивания растений в вегетационных трубах путем воздействия на корневую систему растений аэрозолью питательного раствора. Сущность изобретения: вегетационные трубы переменного сечения, зависящего от объема растения, расположены спирально на конусообразном устройстве с возможностью поворота устройства вокруг центральной вертикальной оси, обеспечивающего равномерную инсоляцию растений. Рассаду в эластичных сетках закрепляют в держателях, связанных между собой телескопическими связями в единую цепь, расположенную внутри вегетационной трубы, перемещают от помещения высадки рассады, расположенного на вершине конуса, к помещению сбора урожая, находящемуся у основания конуса. После сбора урожая порожние держатели доставляют по обратной трубе в помещение высадки рассады, после чего цикл повторяют. Телескопические связи снабжены резервуаром с питательным раствором, резервуар периодически наполняют влагой, полученной в результате конденсата аэрозоли на поверхности влагособирающей пленки внутри вегетационной трубы. Под воздействием массы раствора резервуар опускается на определенную глубину внутрь змеевика электронагревателя. В результате нагрева раствора происходит выброс аэрозоли на корневую систему растений и одновременно опускание и последующий подъем фиксатора, расположенного на крышке резервуара и связанного с зубьями зубчатых пластин ступеней телескопической связи, благодаря чему происходит увеличение расстояния между растениями по мере их роста. Залповый выброс аэрозоли и выпуск газовой смеси, обеспечивающей периодическую сушку корневой системы и освобождение ее от метаболитов дыхания, одновременно создают возможность перемещения конвейера внутри вегетационных труб и поворот всего устройства на определенный угол вокруг вертикальной оси, при этом перемещение растений под тяжестью собственного веса является фактором экономии энергии. Устройство снабжено АСУ, обеспечивающей оптимизацию процесса выращивания различных видов растений в конкретных природно-климатических условиях. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ выращивания растений, включающий закрепление растений в держателях, соединенных друг с другом связями, перемещение их вдоль вегетационной трубы от помещения высадки растений до помещения сбора урожая, освобождение держателей от растений, отличающийся тем, что растения перед закреплением их в держатели помещают в сетки, выращивание осуществляют в вегетационных трубах, перемещение растений и изменение расстояния между держателями смежных растений по мере роста и поворот устройства осуществляют путем залповых выбросов аэрозоли и газовой смеси под воздействием собственного веса растений, по мере роста растений увеличивают объем выпускаемой на корневую систему аэрозоли. 2. Устройство для выращивания растений, содержащее вегетационную трубу, взаимосвязанную цепь держателей для растений посредством связей, механизм перемещения, источник тепла, осветительные приборы, бункер для питательной смеси с источником подогрева, помещение высадки растений и сбора урожая, отличающееся тем, что устройство выполнено конусообразным с возможностью вращения вокруг вертикальной центральной оси, причем помещение высадки рассады размещено на вершине конуса, вегетационных труб выполнено несколько и расположены они в виде спирали на поверхности конуса с расширяющимся диаметром вниз, при этом держатели имеют сетку для растений, а связь между ними выполнена телескопической с механизмом перемещения, который выполнен в виде резервуара для питательного раствора, взаимосвязанным с влагоприемной воронкой, бункером для питательной смеси, смесителем, распылительным устройством, причем резервуар вставлен в источник тепла выполненный в виде спирального электронагревателя, и подпружинен компенсационной пружиной, соединен с фиксатором, зацепленным с зубьями зубчатых пластин ступеней телескопических связей, установленным с возможностью автоматического изменения расстояния между держателями растений и изменения объема выброса аэрозоли по мере роста растений, при этом вегетационные трубы выполнены светопрозрачными и оборудованы влагосборной пленкой для сбора конденсата аэрозоли с возможностью слива влаги во влагоприемную воронку, соплами газовой смеси для выпуска газа на корневую систему растений с возможностью использования залповых выбросов аэрозоли и газовой смеси для перемещения конвейера и поворота устройства вокруг центральной вертикальной оси для равномерной инсоляции, кроме того, устройство имеет трансформирующееся светопрозрачное теплоизолирующее покрытие. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено автоматизированной системой управления с вычислительным устройством, соединенным с датчиком и приводами устройства.