СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУБСТРАТА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ Российский патент 2008 года по МПК A01G31/00 

Заявляемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к выращиванию растений в защищенном грунте по малообъемной технологии с использованием минерального субстрата.

Среди способов приготовления субстратов для выращивания растений известен, например, способ по а.с. СССР №1435211 на изобретение (МПК 4 A01G 31/00, 1988 [1]), при котором выполняют субстрат содержащим верхний и нижний слои, верхний слой выполняют из материала с наименьшей влагоемкостью 11÷12 мас.%, а нижний - из материала с наименьшей влагоемкостью 18÷19 мас.%. Толщина верхнего слоя в междурядьях 1/10-1/3 общей толщины субстрата, а толщина этого слоя в рядах для растений 1/6-2/3 общей толщины субстрата при ширине 1/6-2/3 общей толщины.

Недостатком указанного способа является сложность выполнения слоев субстрата, обусловленная формой слоев. Кроме того, указанная нижняя граница влагоемкости слоев субстрата является недостаточно малой для применения указанного способа при изготовлении субстрата для применения в малообъемной технологии выращивания растений.

В настоящее время малообъемная технология выращивания растений широко используется. Сущность ее заключается в том, что растения выращиваются в малом объеме (5-15 л) субстрата, естественного или искусственного (В.В.Климов Оборудование теплиц для подсобных и личных хозяйств. М.: Энергоатомиздат, 1992 г. [2]). Желание планировать урожай однозначно направляет выбор земледельца в сторону искусственного субстрата. При этом весь необходимый для питания растений комплекс элементов подается в виде раствора, а искусственный субстрат является химически и биологически инертным по отношению к выращиваемому растению и питательному раствору. Общеизвестно, что такой субстрат должен обладать хорошей влагоемкостью, то есть способностью накапливать и длительное время сохранять в себе влагу и одновременно быть хорошо аэрируемым, то есть в нем должен содержаться воздух. Указанные два параметра, как правило, являются взаимозависимыми, причем при увеличении влагоемкости снижается способность к аэрации и наооборот.

Известны способы приготовления субстратов, включающие использование керамзита в качестве исходного сырья. Например, известный по патенту РФ №2004142 на изобретение (МПК 5 A01G 31/00, 1993 [3]) способ получения композиции для искусственного субстрата включает механическое смешивание 62÷74 мас.% дробленого керамзитового гравия, 16÷24 мас.% клиноптилолита и 10÷14 мас.% искусственного целлюлозосодержащего материала. Изготавливаемая таким способом композиция для искусственного субстрата, как и другие керамзитосодержащие субстраты, содержит керамзит лишь как дренирующую добавку. Недостатком указанного способа является использование в качестве исходного сырья разнородных компонентов (керамзита, клиноптилолита и искусственного целлюлозосодержащего материала). Реализация способа подразумевает доставку к месту смешивания указанных компонентов, изготавливаемых или добываемых, зачастую, на удаленных друг от друга территориях. Это, как правило, является энергоемкой операцией, увеличивающей транспортные расходы, относящиеся к реализации способа. Другим недостатком указанного способа является наличие операции смешивания компонентов композиции, требующей для промышленного осуществления использование соответствующего оборудования и энергетических затрат на ее выполнение. Указанные недостатки, в частности, ограничивают возможность применения известного способа [3] на том сельскохозяйственном предприятии, где планируется использование композиции и впоследствии - субстрата.

Наибольшее распространение в настоящее время получил субстрат [2], выполненный из минеральной ваты, имеющей однородные свойства по всему объему. Среди способов получения такого субстрата известен, например, по а.с. СССР №1253527 (МПК 4 A01G 31/00, 1986 г. [4]) способ, заключающийся в том, что изготовливают ковер из минеральных волокон, склеенных в точках пересечения связующим веществом (минеральной ваты), разрывают ковер в грануляторе на гранулы размером 10÷50 мм, упаковывают получившийся гранулят в мешки из расчета его плотности 120 кг/куб.м, раскладывают гранулят в теплице на водонепроницаемую пленку и промывают его водой в течение 2 сут. Упомянутые минеральные волокна имеют следующий состав, мас.%: SiO₂ - 40,5; Al₂O₃ - 13,5; Fe₂О₃ - 6,5; CaO - 30,5; MgO - 6,0; W - 2,5; Na₂О - 0,5.

Такой способ изготовления субстрата имеет ряд недостатков. Открытое использование минеральной ваты в указанном способе подразумевает точное соблюдение правил техники безопасности: общеизвестно, что микроскопическая пыль минеральной ваты является очень вредной для верхних дыхательных путей [5]. Это приводит к неудобству осуществления способа, в частности к необходимости использования персоналом масок и респираторов при работе с минеральной ватой в теплице. Кроме того, недостаток, заключающийся в применении минеральной ваты в указанном способе, проявляется при использовании субстрата, приготовленного этим способом. При выращивании растений на таком субстрате необходимо подавать питательный раствор таким образом, чтобы поддерживать влажность субстрата в заданном неустойчивом состоянии, когда верхняя часть субстрата на определенную глубину должна быть менее влажной, чем нижняя. Эта необходимость вызвана необходимостью обеспечения оптимального водно-воздушного режима корней выращиваемого растения, при котором для оптимального поглощения влаги и питательных элементов нижней частью корней верхняя их часть должна обеспечиваться большим количеством воздуха [1]. Еще одним проявлением использования минеральной ваты в указанном способе является щелочность получающегося субстрата, то есть полученный указанным способом субстрат является недостаточно инертным. Это необходимо учитывать при использовании субстрата для выращивания растений. В частности, приходится добавлять в состав питательного раствора кислые составляющие удобрений с тем, чтобы при нейтрализации этих компонентов катионами, выделяющимися из волокон минеральной ваты при гидролизе, образовывались соединения, усваивающиеся растениями.

Некоторое снижение опасности повреждения дыхательных путей человека при осуществлении способа приготовления субстрата, содержащего минеральную вату, и последующего использования такого субстрата достигается в способе подготовки субстрата [2], заключающемся в том, что изготавливают ковер из минеральной ваты, разрезают его на плиты, размещают плиты в теплице на подстилающей пленке, накрывают плиты покровной светопроницаемой и светоотражающей пленкой. После этого выполняют в покровной пленке необходимые отверстия и разрезы для обеспечения возможности посадки растений, их полива и дренажа. Однако указанное выше снижение опасности для здоровья человека проявляется на последнем этапе осуществления способа приготовления субстрата. Кроме того, указанному способу [2] в полной мере присущи другие недостатки ранее изложенного способа [4].

Указанный выше способ приготовления субстрата [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение опасности для здоровья человека, участвующего в осуществлении способа и повышение инертности получающегося в результате осуществления способа субстрата при одновременном сохранении урожайности субстрата.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является обеспечение безопасности заявляемого способа для здоровья человека, участвующего в его осуществлении, улучшение водно-воздушного режима субстрата, получающегося в результате осуществления способа, повышение его инертности и урожайности.

Сущность изобретения состоит в том, что способ приготовления субстрата для выращивания растений включает следующие действия. В гибкие мешочки насыпают два слоя керамзита, нижний слой с размером частиц 5÷10 мм, верхний слой с размером частиц 0,1÷5 мм. При этом соотношение слоев по толщине выполняют равным (0,8÷1,2):1. После этого гибкие мешочки с керамзитом устанавливают в теплице рядами вдоль дренажных канавок на защитную пленку. Затем замачивают керамзит в мешочках подкисленным раствором так, чтобы весь керамзит был погружен в подкисленный раствор. Через три дня после замачивания выполняют в мешочках на высоте от защитной пленки 5÷6 см дренажные отверстия диаметром 1,2÷1,5 мм и одновременно начинают подавать питательный раствор до стабилизации водородного показателя в диапазоне 6,82÷7,50.

Допустимо использовать мешочки размерами (400÷500)×(350÷430)×1 мм. При этом общий объем керамзита в мешочке может составлять 5÷15 куб.дм. Предпочтительно использовать мешочки размерами 450×390×1 мм, насыпать суммарно в оба слоя каждого из них по 10 куб.дм керамзита, соотношение слоев керамзита по толщине выполнять равным 1:1, а количество выполняемых дренажных отверстий - двум. Мешочек и защитную пленку целесообразно выполнять из полиэтилена.

Желательно одновременно с установкой мешочков с керамзитом в теплице монтировать систему капельного полива, через которую впоследствии подавать подкисленный и питательный растворы.

Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами.

На фиг.1 показан вид сбоку мешочка с субстратом, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - разрез В-В фиг.2, на фиг.4 - схема размещения мешочков в теплице.

Заявляемый способ приготовления субстрата для выращивания растений включает следующие действия (фиг.1, 2, 3). В гибкий мешочек 1 насыпают сначала слой 2 керамзита крупной фракции с размером частиц 5÷10 мм, а сверху - слой 3 керамзита мелкой фракции с размером частиц 0,1÷5 мм (фиг.3). При этом соотношение по толщине двух слоев (1, 2) керамзита разной фракции выполняют равным 0,8÷1,2:1, преимущественно 1:1. Используют, например, керамзит марки 400 по ГОСТ 9759-86. Преимущественно используют мешочки из полиэтилена размером 450×390×1 мм. При этом общий объем керамзита, засыпаемого в мешочек 1, составляет около 10 куб.дм. Указанные размеры мешочка 1 и объем керамзита являются средними и в то же время оптимальными для малообъемной технологии с точки зрения материалоемкости и энергозатрат на перемещение мешочков 1 при осуществлении заявляемого способа. При выращивании томатов или огурцов в субстрате, приготовленном по заявляемому способу и имеющем объем около 10 куб.дм, один мешочек 1 используют для выращивания двух растений. Применение такого мешочка 1 является достаточным для развития корневой системы и сбалансированного развития надземной части растений.

Возможно использование мешочков 1 других размеров, позволяющих вместить в каждый из них от 5 до 15 куб.дм субстрата [2]. Для этого мешочек 1 может быть выполнен размерами от 400×350 мм до 500×430 мм. При этом сокращение размеров мешочка 1 относительно оптимального ведет к повышенному расходу материала, из которого изготавливается мешочек 1 в расчете на единицу массы субстрата, а увеличение размеров мешочка 1 - к перерасходу субстрата при его использовании для выращивания растений.

Мешочки 1 после приготовления устанавливают в теплице рядами вдоль дренажных канавок 4 (фиг.4) на защитную пленку 5, изолирующую их от почвы, преимущественно изготовленную из полиэтилена. Одновременно монтируют систему капельного полива (не обозначено), подводя капельницу 6 к каждому месту, в котором предполагается высадка растения.

Ориентировочно за 20 дней до предполагаемого начала использования субстрата для выращивания растений замачивают керамзит в мешочках 1 подкисленным раствором. Замачивание производят на толщину слоев (1, 2) керамзита так, чтобы весь керамзит обоих слоев был погружен в раствор. Раствор подают через систему капельного полива. При этом используют раствор азотной и ортофосфорной кислот. Такое замачивание снижает токсичность керамзита, является его промывкой. Преимущественно используют около 5 литров раствора на один мешочек размерами 450×390 мм, содержащий по 5 куб. дм керамзита крупной и мелкой фракции. При этом весь объем раствора (5 литров) вводят в мешочек через систему капельного полива за 8 часов.

Через три дня в мешочках на высоте от почвы 5÷6 см выполняют дренажные отверстия 7 диаметром 1,2÷1,5 мм (фиг.1, 4). Их количество зависит от объема керамзита в мешочке 1. Для преимущественного исполнения мешочка 1 с 10-ю куб. дм керамзита выполняют два дренажных отверстия 7 на расстоянии около 10 см друг от друга. Одновременно начинают подавать питательный раствор, приготавливаемый из азотной и ортофосфорной кислот рН 5,5 и ЕС - 0,8 мСм/см. Раствор подается из расчета 0,5 л в день на одну капельницу 6.

После начала подачи питательного раствора он реагирует с керамзитом слоев (1, 2). Водородный показатель рН колеблется в пределах 8,36÷12,62. Ориентировочно через две недели происходит стабилизация керамзита, идет рост солей в дренаже, водородный показатель рН снижается до 6,82÷7,50. На этом приготовление субстрата завершают.

Заявляемый способ приготовления субстрата разработан в ЗАО «Агрокомбинат «Тепличный». Апробация способа на территории ЗАО «Агрокомбинат «Тепличный» показала увеличение урожайности при выращивании овощей на субстрате, приготовленном заявляемым способом, по сравнению с субстратом на основе минеральной ваты [2]: для огурцов - на 8%, для томатов - на 10%.

Диапазон значений размеров частиц керамзита для каждого из слоев заявляемого субстрата обусловлен несферичностью этих частиц. Указанный диапазон определяется общепринятой технологией изготовления керамзита, предусматривающей производство керамзита стандартных фракций: 0,1÷5 мм, 5÷10 мм, 10÷20 мм, 20÷40 мм (ГОСТ 9757-90. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические требования [6]). Диапазон соотношений толщины слоев заявляемого субстрата, а также положения и диаметра дренажных отверстий в мешочках обусловлен практической погрешностью приготовления субстрата в тепличном хозяйстве. Такая точность изготовления слоев субстрата и выполнения дренажных отверстий соблюдалась и во время апробации заявляемого способа на территории ЗАО «Агрокомбинат «Тепличный».

Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом изобретении заявляемый технический результат: обеспечение безопасности заявляемого способа для здоровья человека, участвующего в его осуществлении, достигается за счет того, что способ приготовления субстрата для выращивания растений включает следующие действия. В гибкие мешочки насыпают два слоя керамзита. После этого гибкие мешочки с керамзитом устанавливают в теплице рядами вдоль дренажных канавок на защитную пленку. Затем замачивают керамзит в мешочках подкисленным раствором так, чтобы весь керамзит был погружен в подкисленный раствор. Через три дня после замачивания выполняют в мешочках на высоте от защитной пленки 5÷6 см дренажные отверстия диаметром 1,2÷1,5 мм и одновременно начинают подавать питательный раствор до стабилизации водородного показателя в диапазоне 6,82÷7,50. Достижение технического результата, в частности, обеспечивается следующими свойствами керамзита: легкость и высокая прочность, огнеупорность, влаго- и морозоустойчивость, кислотоустойчивость, химическая инертность, долговечность, экологическая чистота натурального материала (Онацкий С.П. Производство керамзита. М., 1971. [7]).

Технический результат: улучшение водно-воздушного режима субстрата, получающегося в результате осуществления способа, повышение его инертности и урожайности достигаются за счет того, что способ приготовления субстрата для выращивания растений включает следующие действия. В гибкие мешочки насыпают два слоя керамзита, нижний слой с размером частиц 5÷10 мм, верхний слой с размером частиц 0,1÷5 мм. При этом соотношение слоев по толщине выполняют равным (0,8÷1,2):1. Затем замачивают керамзит в мешочках подкисленным раствором так, чтобы весь керамзит был погружен в подкисленный раствор. Через три дня после замачивания выполняют в мешочках, на высоте от защитной пленки 5÷6 см дренажные отверстия диаметром 1,2÷1,5 мм и одновременно начинают подавать питательный раствор до стабилизации водородного показателя в диапазоне 6,82÷7,50.

Заявляемый способ приготовления субстрата для выращивания растений использует промышленно выпускаемые материалы, может быть осуществлен в любом тепличном хозяйстве и найдет широкое применение в сельском хозяйстве.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1435211 на изобретение, МПК 4, A01G 31/00, 1988.

2. В.В. Климов. «Оборудование теплиц для подсобных и личных хозяйств». М.: Энергоатомиздат, 1992 г.

3. Патент РФ №2004142 на изобретение, МПК 5, A01G 31/00, 1993.

4. Авторское свидетельство СССР №1253527 на изобретение, МПК 4, A01G 31/00, 1986.

5. Международное Агентство по исследованиям рака (ВОЗ). Искусственные волокна. Монография по оценке канцерогенного риска химических веществ для человека. (International Agency for Research on Cancer (IARC) 1988. Man-Made Mineral Fibers: In IARC Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to Man, 43: 39-171, Lyon, France, WHO).

6. ГОСТ 9757-90. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические требования.

7. Онацкий С.П. Производство керамзита. М., 1971.

Согласно предложенному способу в гибкие мешочки насыпают два слоя керамзита, нижний слой с размером частиц 5÷10 мм, верхний слой с размером частиц 0,1÷5 мм. При этом соотношение слоев по толщине выполняют равным (0,8÷1,2):1. После этого гибкие мешочки с керамзитом устанавливают в теплице рядами вдоль дренажных канавок на защитную пленку. Затем замачивают керамзит в мешочках подкисленным раствором так, чтобы весь керамзит был погружен в подкисленный раствор. Через три дня после замачивания выполняют в мешочках на высоте от защитной пленки 5÷6 см дренажные отверстия диаметром 1,2÷1,5 мм и одновременно начинают подавать питательный раствор до стабилизации водородного показателя в диапазоне 6,82÷7,50. Способ обеспечивает безопасность для здоровья человека, участвующего в его осуществлении, улучшение водно-воздушного режима субстрата, получающегося в результате осуществления способа, повышение его инертности и урожайности. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ приготовления субстрата для выращивания растений, включающий размещение субстрата в теплице на защитной пленке и подачу питательного раствора, отличающийся тем, что предварительно в гибкие мешочки насыпают два слоя керамзита, нижний слой с размером частиц 5÷10 мм, верхний слой с размером частиц 0,1÷5 мм, с соотношением слоев по толщине 0,8÷1,2:1, после чего гибкие мешочки с керамзитом устанавливают в теплице рядами вдоль дренажных канавок на защитную пленку, замачивают керамзит в мешочках подкисленным раствором, чтобы весь керамзит был погружен в подкисленный раствор, через три дня после чего выполняют в мешочках, на высоте от защитной пленки 5÷6 см, дренажные отверстия диаметром 1,2÷1,5 мм, и одновременно начинают подавать питательный раствор до стабилизации водородного показателя в диапазоне 6,82÷7,50.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с установкой мешочков с керамзитом в теплице монтируют систему капельного полива.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что подачу подкисленного и питательного растворов производят через систему капельного полива.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что мешочки выполнены размерами (400÷500)×(350÷430)×1 мм, а общий объем керамзита в мешочке составляет 5÷15 дм³.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что мешочки выполнены размерами 450×390×1 мм, общий объем керамзита в каждом мешочке равен 10 дм³, соотношение слоев керамзита по толщине 1:1, а количество выполняемых дренажных отверстий равно двум.6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что мешочек и защитная пленка выполнены из полиэтилена.7. Способ по п.4, отличающийся тем, что мешочек и защитная пленка выполнены из полиэтилена.8. Способ по п.5, отличающийся тем, что мешочек и защитная пленка выполнены из полиэтилена.