СПОСОБ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ C-РАСТЕНИЙ Российский патент 2006 года по МПК A01G31/00 A01G9/18 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам выращивания растений в защищенном грунте, например в теплицах, на нейтральном субстрате с подкорневым питанием растений макро- и микроэлементами и подкормкой их углекислым газом.

Известно, что подкормка растений в теплицах углекислым газом позволяет значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Для этого подкормку растений СО₂ производят путем подачи в окружающую растения атмосферу тумана, насыщенного углекислым газом [1], или в окружающей среде сжигают парафиновый нафталиновый углеводород [2], или в теплицу подают углекислый газ, образующийся в ферментативной установке [3].

Такие способы требуют изготовления и монтажа специальных установок, в которых сжигается топливо или используется питательная среда для дрожжевой культуры. При этом для подачи углекислого газа в теплицы нужны трубопроводы. Для получения этими способами повышенной концентрации СО₂ в воздухе теплиц необходимо подавать большое количество газа. К тому же теплицы негерметичны, и имеет место утечка углекислого газа в атмосферу, что ухудшает экологию окружающей среды.

Известно также, что при промышленном выращивании растений углекислый газ подают в большом количестве в объем всей теплицы. В этом случае его получают путем сжигания топлива в специальных газогенераторных установках (прототип) [4].

Однако для подачи углекислого газа в теплицы необходима прокладка газопроводов. Монтаж и эксплуатация таких установок требует больших затрат. Кроме того, получаемый газ необходимо очищать от сопутствующих примесей.

Целью изобретения является сокращение расхода общего количества углекислого газа, подаваемого в теплицу для подкормки растений, снижение затрат и повышение урожайности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе гидропонного выращивания С₃-растений, включающем подачу питательного раствора под корни растений, подкормку их углекислым газом и искусственную подсветку, растения герметично покрывают пленкой, состав питательного раствора корректируют в соответствии с расходом подаваемого под пленку СО₂, а искусственную подсветку создают источниками света, расположенными на минимально допустимой высоте над пленкой.

Этот способ делает рентабельным применение высококачественного баллонного газа, так как подача СО₂ под пленку из баллона приводит к уменьшению расхода общего количества углекислого газа, подаваемого в теплицу. При этом отпадает необходимость в строительстве газогенераторных станций и прокладке газопроводов. И тогда подкормка углекислым газом становится доступной даже в небольших теплицах, получается мобильной, гибкой и выборочной (т.е. может применяться по необходимости).

Количество подаваемого СО₂ по мере роста растений увеличивают автоматически с помощью временного программатора по программе, которую определяют опытным путем для каждого вида растений с помощью расходомера и газоанализатора CO₂ (по разработанной методике). А чтобы повысить интенсивность света от электрических ламп, их опускают над пленкой на минимально допустимое расстояние, т.е. так, чтобы пленка не плавилась от излучаемой радиации. Это позволяет создать более высокую освещенность, достаточную для выращивания большинства сельскохозяйственных культур, без дополнительных источников света. В то же время это позволяет поднять под пленкой температуру (за счет радиации и парникового эффекта) до уровня, необходимого для выращивания растений в условиях, когда в теплице температура для этого уже недостаточна. В этом случае особенно существенна оптимизация питания растений, поскольку только при оптимальном питании, соответствующем возможностям их фотосинтетического аппарата усваивать СО₂ на данном этапе роста, можно получить наибольшую прибавку урожайности. Под пленкой с повышением температуры увеличивается и влажность воздуха. Однако при этом влага на листьях не конденсируется, а конденсируется на пленке, и стекает обратно в поддон с субстратом, что приводит к экономии воды. В то же время повышение влажности воздуха способствует также раскрытию устьиц листьев, что, в свою очередь, усиливает усвоение углекислого газа в процессе фотосинтеза и увеличивает урожайность.

Заявляемое изобретение характеризуется следующими существенными признаками, отличающими его от прототипа:

- покрывают растения герметично пленкой;

- корректируют состав питательного раствора в соответствии с расходом подаваемого автоматически под пленку углекислого газа;

- создают искусственную подсветку источниками света, расположенными на минимально допустимой высоте над пленкой.

Поскольку не выявлен ни один аналог, характеризующийся признаками, идентичными отмеченным выше существенным признакам заявляемого изобретения, то последнее можно признать соответствующим требованию новизны.

Заявляемое изобретение соответствует изобретательскому уровню, так как разработанный способ не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Выявленная совокупность существенных признаков заявляемого изобретения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в сокращении непроизводительного расхода СО₂, необходимого для эффективной подкормки растений, снижении затрат на эксплуатацию и повышении урожайности.

Предлагаемый способ предназначен для использования в сельском хозяйстве и позволяет сравнительно дешево получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур в условиях слабо отапливаемых (и даже не отапливаемых) теплиц в осенне-зимний период.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Предлагаемый способ (в экспериментальном исполнении) испытывался при выращивании растений салата в течение двух осенне-зимних сезонов (1999-2001 гг.) в теплице Пушкинских лабораторий ВИР, температура в которой поддерживалась в холодное время года лишь с целью сохранения ее системы отопления, остекления и стеллажного оборудования, и не превышала в это время года 10°С, т.е. температуры, при которой сельскохозяйственные растения почти не растут.

На стеллаже 1 теплицы был установлен строго горизонтально мелкий поддон 2, на который были положены полиэтиленовые мешки 3, заполненные инертным субстратом 4 (чертеж). Над поддоном 2 были установлены несущие конструкции 5 (для пленки 12), высоту которых над мешками можно регулировать. Из баллона 6 с углекислым газом высокого давления через понижающий редуктор 7 и электроклапан 8 к мешкам 3 по резиновым трубкам 9 подводился газ. В местах подводки газа были закреплены электровентиляторы 10 для перемешивания СО₂ с воздухом. После увлажнения субстрата 4 в прорези на мешках 3 была высажена двухнедельная рассада салата 11 сорта Балет. Салат был выбран для эксперимента как скороспелая культура, хотя способ применим для выращивания и других С₃-растений. После этого конструкции 5 были опущены над растениями 11 на минимальную высоту и покрыты прозрачной полиэтиленовой пленкой 12 (по возможности герметично).

В дальнейшем субстрат 4 увлажнялся посредством автоматической подачи под корни растений питательного раствора 13 из бака 14 через фильтр 19 путем открытия электроклапана 20 по сигналам от измерительного и компенсационного элементов датчика влажности 21 субстрата, подключенных через разъемы 23, и датчика уровня питательного раствора 22 в поддоне 2. Перемешивание питательного раствора 13 в данном случае производили подачей в бак 14 воздуха от небольшого компрессора 15, что более технологично и позволило еще и аэрировать раствор 13 перед подачей его к корням растений 11. Также был применен более удобный и надежный указатель уровня 16 раствора 13 в баке 14.

Для подсветки растений над пленкой были подвешены на минимально допустимой высоте электрические лампы 17 типа ДРЛ-400 Ф (из расчета - одна лампа на 1 м² освещаемой площади). Это позволило создать под пленкой 12 освещенность около 10 клк, достаточную для нормального роста большинства тепличных культур. Лампы 17 включались автоматически в дневное время на 12 часов (т.е. давался короткий 12-часовой фотопериод с целью исключения стеблевания салата).

В это время программатор в блоке управления 18, программа которого была заранее определена для данного сорта салата (с помощью расходомера и оптико-акустического газоанализатора), поддерживал под пленкой оптимальную концентрацию углекислого газа путем периодического (по программе) открытия газового электроклапана 8. При этом с учетом количества газа, подаваемого под пленку 12, рассчитывался и подавался состав питательного раствора 13, обеспечивающий оптимальное питание растений 11, которое необходимо для эффективной работы их фотосинтетического аппарата. Подача газа 6 под пленку 12 привела к резкому уменьшению его расхода. Это позволило использовать для подкормки растений более дорогой, высококачественный баллонный газ 6, а также увеличить его концентрацию под пленкой 12 без повышения стоимости газа. При этом сильно упростилась система газификации. А при высокой концентрации СО₂ (уже при 700 ppm) проявился парниковый эффект, который еще дополнительно аккумулировал под пленкой 12 энергию радиации от ламп подсветки 17, что позволило использовать ее в качестве основного источника тепла для поддержания под ней температур, достаточных для нормального роста и развития растений в осенне-зимний период в слабо отапливаемой теплице.

Экспериментальные данные приведены в таблице, из которой видно, что во все даты отбора проб существенно большим числом листьев и большей биомассой (в 2-2,5 раза) обладали растения опытного варианта 1 по сравнению с контрольным вариантом 2. Прирост сырой биомассы отдельно взятого растения салата был интенсивнее в 2-2,5 раза в опытном варианте (9,42-10,63 г/сут) по сравнению с контрольным (3,95-5,52 г/сут). Продуктивность салата сорта Балет за один месяц достигала 6 кг/м², что намного превышает известные показатели, получаемые в промышленных теплицах [4].

ТаблицаПродуктивность салата сорта Балет, полученная на экспериментальной установке гидропонного способа выращивания С₃-растений Вариант 1Вариант 2Дата отбора пробЧисло листьев на растении, шт.Сырая биомасса растения, гЧисло листьев на растении, шт.Сырая биомасса растения, г13.0213,3±0,5266,39±5,298,7±0,3326,34±2,9820.0218,5±0,62140,83±14,1011,7±0,5461,10±7,6127.0224,7±1,15206,73±20,9714,1±0,6681,67±1,345,0326,3±0,94254,75±13,8615,7±0,30136,79±1,58     Примечание. Вариант 1 - повышенная концентрация СО₂ в воздухе (под пленкой); вариант 2 - естественная концентрация СО₂ (без покрытия растений пленкой).

Таким образом, предлагаемая технология позволяет получать высокие урожаи высококачественной сельскохозяйственной продукции в зимнее время года без дополнительных расходов электроэнергии и минимальном расходе тепла.

Приведенные данные убедительно показывают эффективность предлагаемого способа выращивания растений.

Кроме того, посредством применения некоторых технических средств (установки более эффективных по кпд светильников, световых отражателей и электротепловентиляторов, включающихся при снижении температуры под пленкой до критического значения), в некоторых климатических зонах такое выращивание сельскохозяйственных растений может быть рентабельным в зимнее время и в неотапливаемых теплицах.

Источники информации

1. Авт. св. 413914, кл. A 01 G 7/02, 1974, БИ5.

2. Патент Японии кл. A 01 G 7/02, 9/24, 1995, ИСМ №8.

3. Патент США 4003160, A 01 G 31/02, 1977.

4. Э.А. Алиев, Н.А. Смирнов. Технология возделывания овощных культур и грибов в защищенном грунте. М.: Агропромиздат, 1987, с.64-66.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам выращивания растений в защищенном грунте, например в теплицах, на нейтральном субстрате с подкорневым питанием растений макро- и микроэлементами и подкормкой их углекислым газом. Способ предусматривает выращивание С₃ - растений в теплицах на субстратах с подачей питательного раствора под корни растений, подкормкой их углекислым газом и подсветкой лампами. При этом растения герметично покрывают прозрачной пленкой по конструкциям, регулируемым по высоте по мере роста растений. Углекислый газ подают под пленку автоматически с помощью программатора, при этом питательный раствор подают в субстрат по сигналу датчика влажности. Данный способ обеспечивает сокращение расхода подаваемого для подкормки растений углекислого газа, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, экономию тепловой энергии на обогрев теплиц, а также повышение урожайности выращиваемых растений. 1 ил., 1 табл.

Способ гидропонного выращивания С₃-растений в теплицах на субстратах с подачей питательного раствора под корни растений, подкормкой их углекислым газом и подсветкой лампами, отличающийся тем, что растения герметично покрывают прозрачной пленкой по конструкциям, регулируемым по высоте по мере роста растений, и углекислый газ подают под пленку автоматически с помощью программатора, при этом питательный раствор подают в субстрат по сигналу датчика влажности.