СПОСОБ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ Российский патент 1999 года по МПК A01G31/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к области выращивания растений на субстрате.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ:
а) характеристика аналогов. Известны [1] разновидности гидропонного способа выращивания растений на гранулированном субстрате, когда субстрат, помещенный в гидроизолированные растильные емкости, увлажняют субирригационным способом (т.е. периодически сперва затопляют питательным раствором из растворного бака через трубу в дне емкости, а затем сливают его обратно в растворный бак или откачивают с помощью насоса). И после откачки ( или слива) питательного раствора субстрат остается влажным за счет сил поверхностного сцепления раствора с субстратом. При этом, чтобы преодолеть сопротивление субстрата и быстро заполнить емкость, питательный раствор подают в емкости насосом под давлением. (Таким образом, в этом случае питание растений производится по ЗАМКНУТОМУ ЦИКЛУ подачи питательного раствора).

б) характеристика прототипа. Известно устройство [2] для выращивания растений в металлических вегетационных сосудах, закрытых крышкой, в которых, с целью равномерного увлажнения в них почвенного субстрата путем одновременной многоточечной подачи на него воды, вдоль стенок крышки выполнены полые распределительные каналы с перфорацией, которые соединены с емкостью для подачи из нее влаги для полива растений.

КРИТИКА АНАЛОГОВ: такие системы промышленной гидропоники дороги, т.к. требуют больших затрат на оборудование и строительно-монтажные работы. Кроме того, у системы имеются другие недостатки:
а) на циркуляцию питательного раствора расходуется значительное количество эл. энергии
б) в процессе циркуляции меняется концентрация и состав питательного раствора
в) трубопроводы забиваются зелеными водорослями
г) периодичность (время между циклами) подачи питательного раствора не связана напрямую с потребностью в нем растений
д) вследствие концентрации на них солей при испарении раствора - загнивают корневые шейки растений и т. д.

КРИТИКА ПРОТОТИПА: конструкция вегетационных сосудов прототипа сложна и дорога в изготовлении. Более того, она обеспечивает равномерное увлажнение субстрата не только за счет относительно равномерного распределения влаги по его поверхности, но и за счет диффузии и капиллярных свойств почвенного субстрата.

А для равномерного увлажнения гранулированного субстрата, не обладающего этими свойствами, она не пригодна.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ: целью изобретения является устранение перечисленных недостатков аналогов и прототипа. А главное удешевление способа за счет исключения затрат на дорогие гидроизолированные растильные емкости и снижения затрат на другое вспомогательное оборудование.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ: Указанная цель достигается путем автоматического поддержания влажности субстрата во всем объеме на уровне поверхностного сцепления с питательным раствором (т.е. на таком же уровне, как и в прототипе при затоплении субстрата питательным раствором, а потом его сливе).

Для этого с помощью системы орошения (подачи питательного раствора), обеспечивающей равномерную его подачу, с заданной периодичностью подается питательный раствор. Периоды подачи и пауз подбираются в процессе настройки автоматики таким образом, чтобы раствор начинал стекать в период подачи. И полностью успевал стечь в период паузы в глубь субстрата (другими словами, чтобы вся задаваемая порция питательного раствора за период его подачи успела в период паузы стечь в субстрат, а далее стекать перестала, удерживаемая силами поверхностного сцепления). При этом раствор, растекаясь по поверхности гранул субстрата (и корневой системы), смачивает эту массу равномерно на всю глубину до уровня поверхностного сцепления данного раствора с данным субстратом.

Потом цикл автоматически повторяется, и раствор под давлением новой порции будет стекать все ниже, в глубь субстрата, сохраняя влажность на уровне поверхностного сцепления. Таким образом, раствор будет опускаться вниз до тех пор, пока он не достигает установленного в субстрате (на задаваемом уровне) датчика влажности субстрата, настроенного на уровень влажности, соответствующий поверхностному сцеплению данного субстрата с данным питательным раствором. После этого подача раствора автоматически прекращается и начинается опять по сигналу датчика после того, как питательный раствор будет впитан корневой системой растений (а поскольку подача раствора равномерна по всей площади субстрата, то увлажнение получится одинаковым по всему объему субстрата). При таком способе увлажнения субстрата датчик можно установить в нем на такой глубине, что питательный раствор уже не будет выходить за пределы субстрата (т.е. в землю).

В этом случае отпадает необходимость помещать субстрат в гидроизолированную емкость, и его можно насыпать просто непосредственно на грунт. Не нужно и откачивать раствор из растилен (т.е. не нужны для этого насосы и трубопроводы).

Поскольку цикл питания растений становится РАЗОМКНУТЫМ (т.е. раствор подается только из растворного бака в субстрат), то и концентрация его и состав не будут меняться со временем.

Совершенно очевидно, что у этого способа отсутствуют и другие перечисленные выше недостатки. Система при таком способе увлажнения субстрата работоспособна при установке датчика в субстрате на любой глубине.

Однако его рационально устанавливать в зоне окончания корневой системы растений, чтобы не увлажнять нерабочий слой субстрата. По мере роста растений и их корневой системы датчик желательно (время от времени) углублять. Устанавливая же датчик выше зоны возможного проникновения в субстрат корней (для данного вида растений), можно целенаправленно ограничивать их рост, т. к. в обезвоженную зону он будет незначителен (а это иногда необходимо).

Предлагаемый способ фактически, так же как и аналогичные, сводится к периодическому затоплению субстрата питательным раствором и его сливу. Только делается это не сразу во всем объеме субстрата, а дифференцированно, слоями. И при контролируемой при этом влажности и глубине увлажнения субстрата.

Таким образом, предлагаемый способ характеризуется следующими существенными признаками, отличными от имеющихся у прототипа:
- необходимую глубину увлажнения субстрата поддерживают автоматически с помощью датчика влажности, настраиваемого на величину влажности субстрата, соответствующую его влажности при поверхностном сцеплении данного раствора с данным субстратом;
- подачу питательного раствора ирригационным способом осуществляют периодически и равномерно сразу на всю поверхность субстрата, контролируемую этим датчиком;
- период и длительность каждого такта задают таким, чтобы подаваемый раствор успевал стекать в глубь субстрата к концу паузы.

При этом:
а) Заявленное изобретение соответствует признакам новизны, поскольку в известных способах гидропоники не выявлен ни один аналог, характеризующийся признаками, идентичными отмеченным выше существенным признакам заявляемого изобретения.

б) Заявленное изобретение соответствует изобретательскому уровню, т.к. для специалиста предложенный способ не следует явно из уровня техники.

в) Выявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата за счет сокращения при этом целого ряда необходимого ранее дорогого оборудования и строительно-монтажных работ и др.

г) Способ применим промышленно и может быть широко использован в сельском хозяйстве.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ:
Предлагаемый способ ( в макетном варианте) опробуется в ангарной теплице, 1 - Всероссийского института растениеводства им. Н.И.Вавилова (см. чертеж). В ней, непосредственно на грунт, насыпан керамзит 2 слоем 30 см. На высоте 2 м установлен пластмассовый бак 3 емкостью 500 литров, в который через поплавковый клапан 4 (чтобы не было перелива) подведена водопроводная вода.

Воду подогревают до температуры 15^oC с помощью электрического нагревателя 5, а в нее доливают необходимое количество концентрированного раствора солей (питательного раствора), необходимых для нормального роста выращиваемых растений.

Вначале чувствительный элемент датчика влажности субстрата 6 кондуктометрического типа (можно и др.), соединяемого контрольным кабелем 7 с блоком автоматического управления установкой 8, погружают на глубину 10 см. В дальнейшем, по мере роста рассады, датчик несколько раз заглубляют.

Установка начинает работу после включения блока управления 8. По сигналу датчика влажности 6 (поскольку керамзит 2 сухой) блок управления 8 открывает электромагнитный клапан 9, и питательный раствор из растворного бака 3 через демпфирирующее устройство 10 (чтобы исключить гидравлический удар) подается в перфорированный полиэтиленовый шланг низкого давления 11 (системы СРО производства Симферопольского АО).

При давлении 200 мм р.ст. такой шланг обеспечивает равномерное распыление питательного раствора на всю поверхность субстрата, которая смачивается в течение устанавливаемого периода подачи раствора. (Однако для этой цели можно использовать и форсунки, и др. системы орошения.)
Период подачи раствора подбирается таким, чтобы он не только смочил поверхность субстрата, но и стал стекать внутрь. А в период паузы он будет продолжать стекать вниз, растекаясь по субстрату и корням до тех пор, пока не будет остановлен силами поверхностного сцепления (натяжения).

Пока в зоне датчика 6 влажность будет низка, такое периодическое распыление раствора будет повторяться. И под давлением новых порций жид кости субстрат будет увлажнятяться все ниже и ниже, пока раствор не достигнет датчика 6, настроенного на уровень влажности, соответствующий поверхностному сцеплению данной жидкости с данным субстратом. Такая влажность достаточна для нормального питания растений, т.к. именно такова она и в известных гидропонных установках.

По мере поглощения раствора корнями растений влажность будет падать. И подача его через шланг 11 системы СРО будет повторяться.

В дальнейшем планируется довести эту систему до промышленного образца для применения в тепличных хозяйствах. Есть перспектива у предлагаемого способа и для применения его и в открытом грунте на непригодных для использования землях (глина, песок, скалистый грунт, шлаковые отвалы, почвы с эрозией, зараженные, слабо радиоактивные и т.п.).

Большую помощь такие установки могут оказать владельцам приусадебных участков и фермерам при выращивании самой разнообразной с/х продукции.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ИНФОРМАЦИЯ
1. Власюк П. Методы и задачи гидропоники. "Гидропоника в сельском хозяйстве". Издательство "Колос", М. ,1990, с. 40.

2. Авторское свидетельство СССР N 917805, кл. A 01 G 31/00, 07.04.82.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании растений на субстрате. Растения выращивают на твердых сыпучих субстратах с периодической подачей питательного раствора сверху по трубкам низкого давления равномерно и сразу на всю поверхность субстрата. Влажность и глубину увлажнения последнего контролируют и поддерживают с помощью датчика, который настраивают на влажность, соответствующую влажности данного субстрата при поверхностном его сцеплении с данным раствором. Периодичность подачи раствора задают такой, чтобы, стекая постепенно внутрь субстрата, он переставал стекать с него к концу паузы, удерживаемый силами поверхностного сцепления. Предлагаемый способ позволит обеспечить удешевление процесса за счет исключения затрат на дорогие гидроизолированные растильные емкости и другое вспомогательное оборудование. 1 ил.

Способ гидропонного выращивания растений на твердых сыпучих субстратах, включающий периодическую подачу питательного раствора на субстрат сверху по трубкам низкого давления, отличающийся тем, что подачу питательного раствора осуществляют равномерно и сразу на всю поверхность субстрата, влажность и глубину увлажнения которого контролируют и поддерживают с помощью датчика, настраиваемого на влажность, соответствующую влажности данного субстрата при поверхностном его сцеплении с данным раствором, а периодичность подачи задают такой, чтобы, стекая постепенно внутрь субстрата, он переставал стекать с него к концу паузы, удерживаемый силами поверхностного сцепления.