Способ выращивания растений методом проточной гидропоники и устройство для его осуществления Российский патент 2021 года по МПК A01G9/00 

Заявленная группа изобретений относится к сельскому хозяйству, а точнее, к бессубстратным способам выращивания растений (без почвы), способом гидропоники и может быть использована при выращивании таких зеленных культур, как салаты, базилик, шпинат, рукола, укроп, горчица листовая, микрозелень и другие. Способ осуществляется непрерывно с помощью многоярусного устройства в помещениях с полностью независимой климатической экосистемой и искусственным освещением, т.е. в фотосинтетически независимой среде (закрытой светокультуре).

Из патента RU 2529314, 27.09.2014 известны способ и система гидропонного выращивания растений, а также плавающее поддерживающее устройство. Система для выращивания на плаву растений содержит бассейн и поддерживающее устройство, расположенное в бассейне и плавающее на воде. Поддерживающее устройство выполнено в виде плавающей панели, имеющей несколько сквозных отверстий, в которые растение с корнями помещают с небольшим количеством субстрата.

Недостатком данного решения является необходимость пересадки подросших растений в целях обеспечения большего пространства между ними по мере их роста. Как описано, для этого необходимо либо удалять часть растений с плавающей панели (и тогда часть отверстий не используется), либо требуется два или более типа панелей нужного размера, либо наличие специальных дискообразных пластин.

Такие манипуляции нетехнологичны, требуют введения дополнительных технологических операций по пересадке растений с одной панели на другую (с увеличенным расстоянием между отверстиями), внимательного ручного труда. Это приводит к увеличению длительности технологического процесса, уменьшению степени его автоматизированности. Кроме того, необходимо наличие дополнительного пространства для работника, осуществляющего упомянутые операции. И, разумеется, число растений на единицу площади на стадии сбора урожая значительно сокращено. Кроме того, данным решением не исключается проблема корневых гнилей.

Также из уровня техники известна автоматизированная линия по выращиванию растений, в которой транспортирование панелей осуществляется с помощью специальных устройств и привода - см. патент CN 107047276, 18.08.2017.

Известное из указанного патента решение раскрывает автоматическую плавающую систему выращивания зеленых овощей. Система включает линию транспортировки пластин с отверстиями для рассады, механический манипулятор для пересадки, транспортировочную тележку для пересадки с плавающими пластинами, механизм двойного толкания для плавающей рассады, воду, бассейн и рычаг механизма сбора урожая, которые соединены последовательно. Кроме того, данным решением не исключается проблема корневых гнилей.

Наиболее близкие аналоги заявленной группе изобретений не выявлены.

Задача, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, состоит в устранении перечисленных выше недостатков, что решается путем создания высокопроизводительного и технологичного способа по выращиванию однолетних и многолетних растений методом проточной гидропоники с использованием соответствующего ему нового оборудования - многоярусной и модульной конструкции.

Техническими результатами, достигаемыми заявленной группой изобретений, как способом, так и устройством, являются:

- увеличение урожайности (с 1 м²),

- максимально эффективное использование территории (помещение в 1000 м^{2 обеспечивает минимум 0,45 га посевных площадей),}

- снижение расхода воды и удобрений,

- исключение проблемы корневых гнилей, типичной для всех известных способов бессубстратной гидропоники,

- улучшение условий выращивания растений с большим объемом корневой системы и длительным периодом вегетации,

- упрощение процедуры подачи и циркуляции питательного раствора. Реализация заявленного способа и используемого устройства обеспечивают:

- возможность круглогодичного выращивания экологически чистых зеленных культур в независимости от внешних климатических условий,

- возможность размещения производства в любой части города с использованием существующих коммуникаций, снижая тем самым издержки на транспортировку и хранение продукции,

- обеспечение потребителей свежей зеленью без длительного хранения и доставки,

- получение урожая стабильного качества 365 дней в году вне зависимости от климата региона, качества земли, экологической обстановки,

- выращивание максимально экологически чистых и безопасных продуктов - без применения пестицидов, ГМО и ускорителей роста,

- снижение эксплуатационных затрат за счет отказа от использования субстрата,

- упрощение логистических перемещений в производственном помещении,

- решение проблемы корневых гнилей.

Заявленный способ характеризуется следующими признаками.

Способ выращивания растений методом проточной гидропоники, при котором используют многоярусное устройство для выращивания растений, состоящее из вертикально установленных стоек, закрепленных на них горизонтально расположенных в несколько ярусов емкостей, заполненных питательным раствором, и крыши, при этом предварительно проращивают семена растений, после чего образовавшуюся рассаду с корнями вставляют в сквозные отверстия панелей, на которых число отверстий соответствует числу выращиваемых растений, после чего панели с рассадой загружают в каждую емкость многоярусного устройства для выращивания растений, причем загрузку панелей осуществляют в каждую емкость с одного торца устройства, соответствующего началу периода выращивания, а выгрузку с другого торца, при этом загрузку каждой последующей панели в каждой емкости осуществляют путем помещения ее на место предыдущей панели, продвигая при этом вновь загружаемой панелью предыдущую панель к противоположному торцу устройства, соответствующему окончанию периода выращивания, при этом длину емкости устанавливают исходя из длительности периода вегетации растений, а по достижении панелями торца устройства, соответствующего окончанию периода выращивания, панели с выращенными кустами растений выгружают из устройства и производят уборку урожая, при этом в течение всего цикла вегетации растения освещают источниками искусственного освещения, и осуществляют непрерывную циркуляцию питательного раствора в устройстве, включающую подачу раствора в емкости, слив, фильтрацию и обогащение.

Загрузку и, соответственно, разгрузку каждого уровня устройства, осуществляют ежедневно.

Подачу питательного раствора в емкости каждого уровня устройства осуществляют в замкнутом циклическом режиме путем нагнетания питательного раствора из накопительного бака с помощью циркуляционного насоса на самый верхний уровень устройства по трубе с одного торца устройства и раздачи питательного раствора сверху вниз в нижерасположенные емкости через систему соединительных труб, после перемещения питательного раствора по всей длине емкостей до противоположного торца устройства осуществляют слив питательного раствора из каждой емкости путем свободного падения сверху по вертикально расположенным трубам и сбор питательного раствора обратно в накопительный бак для последующего повторного использования после фильтрации и обогащения минеральными удобрениями.

Освещение растений осуществляют различными источниками искусственного освещения, соответствующими этапам роста растений.

В качестве источников искусственного освещения используют светодиодные осветительные приборы, прикрепленные ко дну вышерасположенной емкости перпендикулярно направлению длины емкости и имеющие следующие сочетания световых спектров: красного и белого, красного и синего, а также дневного света.

Растения, размещенные в емкости верхнего уровня, освещают источниками освещения, прикрепленными к крыше.

Используют источники освещения, спектр излучения которых максимально соответствует спектру, поглощаемому растениями.

Осуществляют заданный порядок включения и выключения освещения растений, имитирующий в одних сутках несколько световых дней.

Обеспечивают автономность работы и управления каждым устройством в отдельности, подбирая условия выращивания на каждом устройстве в зависимости от вида и сорта растений.

Используют плавающие панели, выполненные из полимерных материалов.

Используют питательный раствор, представляющий собой минеральные удобрения, растворенные в очищенной воде.

Состав питательного раствора, содержащего необходимый набор микро- и макроэлементов, подбирают в зависимости от выращиваемой культуры растений.

Используют питательный раствор, представляющий собой смесь следующих веществ в пропорциях, необходимых для каждого отдельного сорта растений: Калий гидроксид KOH, Кислота ортофосфорная Н₃РО₄, Нитрат кальция CaNO₃, водорастворимое комплексное минеральное удобрение с хелатными микроэлементами.

Концентрацию питательного раствора и объем его использования контролируют с помощью системы управления, исходя из показаний уровня кислотности и электропроводимости питательного раствора.

Для приготовления питательного раствора используют воду, прошедшую многоступенчатую очистку, включающую адсорбцию, ультрафильтрацию и ультрафиолетовую бактерицидную обработку.

Осуществляют температурный контроль подаваемой первичной воды в диапазоне от 5 до 30°С, и температурный контроль воды, подаваемой для приготовления питательного раствора, в диапазоне 20±2°С.

Используют воду, свободную от солей кальция и магния, с уровнем кислотности рН 7.

Осуществляют контроль равномерности климатических условий в зоне выращивания: температура 21±5°С, влажность 60-85%, содержание СО₂ 2000 ppm.

Заявленное устройство характеризуется следующими признаками.

Устройство для выращивания растений методом проточной гидропоники, состоящее из вертикально установленных на опорах стоек, закрепленных на них горизонтально расположенных в несколько ярусов емкостей, заполненных питательным раствором, и крыши, причем каждая заполненная емкость предназначена для размещения и перемещения вдоль нее панелей, в отверстиях которых размещены растения, а корни растений погружены в питательный раствор, причем один торец устройства предназначен для загрузки панелей с рассадой, а противоположный торец устройства, отстоящий от первого на расстоянии, составляющем длину емкости, предназначен для снятия панелей с выращенными растениями, при этом длина емкости обеспечивает перемещение панелей с рассадой от одного торца к другому в течение необходимого количества дней, соответствующего периоду вегетации растений, ширина емкости соответствует беспрепятственному размещению и поочередному перемещению друг за другом панелей с растениями, а глубина емкости обеспечивает заполнение ее питательным раствором на необходимую высоту для нормального роста выращиваемых растений, при этом ко дну каждой емкости и крыше прикреплены источники искусственного освещения для освещения растений, находящихся на нижерасположенной емкости, а для обеспечения циркуляции питательного раствора устройство снабжено циркуляционным насосом, системой соединительных труб подачи и слива, накопительным баком для питательного раствора, баками с концентрированным раствором удобрений и перистальтическим насосом.

Накопительный бак для питательного раствора содержит фильтры для улавливания остатков растений и конструктивно накопительный бак связан с баками, содержащими концентрированный раствор минеральных удобрений, при этом с помощью перистальтического насоса осуществляют смешивание концентрированного раствора удобрений с питательным раствором для его насыщения до необходимого значения и повторной подачи в емкости стеллажа.

Система труб подачи раствора имеет возможность ручной регулировки объема подачи раствора в каждую емкость, а циркуляционный насос обеспечивает подачу раствора в емкости и поддержание постоянной циркуляции раствора в объеме стеллажа.

Устройство выполнено с возможностью осуществления замкнутого цикла циркуляции питательного раствора с минимальным количеством дренажных сливов в канализацию.

Емкости содержат донную и боковые панели, выполнены из металла с антикоррозионным покрытием и покрыты водонепроницаемой пленкой.

Устройство состоит из не менее чем 3-х уровней предпочтительно, от 3 до 14, длиной не менее 3,5 метров, предпочтительно от 15 до 18, высотой не менее 2-х метров, предпочтительно от 2 до 6 м.

Каждая емкость имеет следующие размеры: длина не менее 3,5 м, предпочтительно 5-18 м, ширина 1220 мм, глубина 75 мм, при этом предусмотрено постоянное поддержание уровня питательного раствора в каждой емкости на глубину 30-50 мм.

Панели выполнены из полимерного материала.

Источники искусственного освещения являются фотосинтетическими источниками света и представляют собой полупроводниковые светодиодные источники света, спектр излучения которых максимально соответствует спектру, поглощаемому растениями.

Источники света имеют следующие сочетания световых спектров: красного и белого, красного и синего, а также дневного света, причем продолжительность освещения и выбор светового спектра обуславливаются условиями, необходимыми для выращивания одного определенного вида растений.

Источниками света являются прямотрубные светодиодные лампы.

На устройстве зафиксированы разные виды источников освещения для разных этапов роста растений.

Устройство содержит приборы контроля значений электропроводимости, кислотности и температуры раствора.

Устройство содержит прибор контроля мгновенного и накопительного расхода питательного раствора внутри замкнутого контура устройства.

Устройство содержит систему включения и выключения освещения растений с возможностью управления в автоматическом и ручном режимах.

Устройство содержит систему полного сброса отработанного и не подлежащего для последующего использования питательного раствора из емкости каждого уровня через систему вертикально расположенных труб путем открытия клапанов в заданный период времени.

Как видно из изложенного выше, поставленная задача решается, а технические результаты достигаются, за счет создания новой технологии и использования нового оборудования (устройство).

Заявляемая группа изобретений поясняется фиг. 1, на которой схематично представлено устройство выращивания растений.

На фиг. 1 представлены следующие элементы:

1 - вертикальные стойки устройства,

2 - емкости с питательным раствором,

3 - крыша устройства,

4 - торец загрузки панелей с рассадой,

5 - торец снятия урожая,

6 - источник искусственного освещения,

7 - система соединительных труб для подачи питательного раствора,

8 - система соединительных труб для циркуляции питательного раствора

9 - система соединительных труб для полного сброса отработанного питательного раствора,

10 - накопительный бак с питательным раствором,

11 - циркуляционный насос,

12 - баки с концентрированным раствором удобрений,

13 - перистальтический насос,

14 - датчики измерения электропроводимости (ЕС), кислотности (рН) и температуры (°С) питательного раствора

Ниже приводится пример осуществления способа выращивания растений методом проточной гидропоники с помощью устройства для выращивания растений на примере выращивания салата.

Для осуществления заявленного способа предварительно проращивают семена растений (салата). Проращивание осуществляют в коробах со специальными перфорированными полиуретановыми листами, находящихся на поддонах для проращивания. После проращивания в поддонах, рассада с образовавшимися корнями переставляется на панели, выполненные из полимерных материалов. Панели являются легкими и плавучими. Панели выполнены со множеством сквозных отверстий, каждое из которых предназначено для размещения одной единицы рассады, число отверстий соответствует числу растений. Размер каждой панели и количество отверстий в ней рассчитаны таким образом, чтобы удерживать на плаву вес и размер, находящихся на ней растений по мере увеличения их роста.

В помещении, предназначенном для выращивания растений, устанавливают необходимое количество многоярусных конструкций - устройств для выращивания растений. Конструктивно устройство для выращивания растений представляет собой многоярусную установку, состоящую из вертикально установленных на опорах стоек (1), закрепленных на них горизонтально расположенных в несколько ярусов емкостей (2), заполненных питательным раствором для растений, и крыши (3), расположенной над верхней емкостью. Количество самих устройств, количество ярусов на них и длину устройств выбирают в зависимости от габаритов помещения, имеющихся коммуникаций и производственного задания по выращиванию определенных видов растений. В помещении контролируют соблюдение требуемых для растений климатических условий. Под контролем приборов мониторинга окружающей среды и приборов мониторинга питательного раствора с помощью циркуляционного насоса (11) осуществляют подачу питательного раствора с помощью системы соединительных труб (7) из накопительного бака (10) в емкость (2) верхнего уровня многоярусной конструкции. После этого происходит раздача питательного раствора на остальные емкости (2), находящиеся на других уровнях с помощью системы соединительных труб (7). Дополнительно имеется возможность ручной регулировки объема подачи раствора в каждую емкость. Происходит заполнение каждой емкости (2) до нужного уровня, необходимого для правильного роста и развития выращиваемого вида растений (например, для сортов салата на высоту 30-50 мм) на этом устройстве. Каждое устройство снабжено своим накопительным баком (10), циркуляционным насосом (11), системой труб (7) для подачи, системой труб (8) для циркуляции питательного раствора и системой труб (9) для полного сброса отработанного питательного раствора, баками (12) для концентрированных удобрений, перистальтическим насосом (13), системой приборов мониторинга, датчиками параметров окружающей среды и датчиками параметров питательного раствора (14).

В течение всего цикла вегетации рассада салата освещается источниками искусственного освещения (6). В качестве источников искусственного освещения используют светодиодные осветительные приборы, прикрепленные к нижней стороне крыши (3) и ко дну каждой емкости (2) с ее нижней стороны. Источники света (6) прикреплены перпендикулярно направлению длины емкости и имеют следующие сочетания световых спектров: красного и белого, красного и синего, а также дневного света.

Каждое устройство снабжено соответствующими приборами, контролирующими параметры освещенности. Освещение растений осуществляют различными источниками искусственного освещения, соответствующими этапам роста растений, причем используют источники освещения, спектр излучения которых максимально соответствует спектру, поглощаемому растениями. В течении периода вегетации растения освещаются источниками искусственного освещения, причем параметры освещенности подбираются в зависимости от фазы роста растения, а также в течение суток имитируется несколько смен темного и светлого времени суток (день-ночь).

Питательный раствор, заполняющий емкости, представляющий собой минеральные удобрения, растворенные в очищенной воде. Так, для выращивания салата состав питательного раствора представляет собой смесь следующих веществ в пропорциях, подходящих для этого вида растений: Калий гидроксид KOH, Кислота ортофосфорная Н₃РО₄, Нитрат кальция CaNO₃, водорастворимое комплексное минеральное удобрение с хелатными микроэлементами. Концентрацию питательного раствора и объем его использования контролируют с помощью системы управления, исходя из показаний уровня кислотности и электропроводимости питательного раствора. Для приготовления питательного раствора используют воду, прошедшую многоступенчатую очистку, включающую адсорбцию, ультрафильтрацию и ультрафиолетовую бактерицидную обработку, при этом осуществляют температурный контроль подаваемой первичной воды в диапазоне от 5 до 30°С, и температурный контроль воды, подаваемой для приготовления питательного раствора, в диапазоне 20±2°С. Используют воду, свободную от солей кальция и магния, с уровнем кислотности рН 7.

Аналогичным образом, под контролем приборов, осуществляют заполнение питательным раствором и циркуляцию на всех остальных устройствах, установленных в помещении, причем для этих устройств подбирают свой состав питательного раствора, наиболее подходящий для тех растений, которые на них выращиваются. Аналогичным образом для всех остальных устройств, находящихся в помещении, подбирают нужные параметры освещенности, подходящие для выращиваемых на них культур.

На разных устройствах могут выращиваться как одинаковые, так и различные виды растений, в зависимости от производственного задания. Общая система мониторинга собирает и обрабатывает данные с каждого устройства.

Панели с рассадой салата загружают в устройство для выращивания растений. Панели загружают в каждую заполненную питательным раствором емкость (2) многоярусного устройства, контролируя, чтобы корни рассады были погружены в питательный раствор.

Особенностью заявленного способа выращивания растений является непрерывная, ежедневная загрузка панелей в устройство. Ежедневно с одного торца устройства (4), соответствующего началу периода выращивания, в каждую емкость (2) загружаются панели с рассадой, а по достижении противоположного торца устройства (5), соответствующего окончанию периода выращивания (вегетации) панели с выращенными кустами растений снимаются сборщиком. Таким образом осуществляется непрерывная циклическая загрузка и разгрузка каждой емкости многоярусного устройства. Каждая емкость (2) содержит донную и боковые панели, выполнена из металла с антикоррозионным покрытием и покрыта водонепроницаемой пленкой.

Загрузку каждой последующей панели в каждой емкости осуществляют путем помещения ее на место предыдущей панели, продвигая при этом вновь загружаемой панелью предыдущую панель к противоположному торцу устройства, соответствующему окончанию периода выращивания.

Так, в первый день технологического процесса выращивания салата с одного торца (4) каждого устройства загружают в емкости (2) каждого его уровня по одной или несколько панелей (количество панелей определяется производственным заданием в соответствии с видом выращиваемой культуры). Через определенный промежуток времени, например, на следующий день, с того же торца загружают следующие панели с рассадой, тем самым продвигая вновь загружаемыми панелями панели, загруженные в предыдущий день, вперед по длине емкости по направлению к противоположному торцу устройства. Длина емкости подобрана таким образом, чтобы обеспечивать прохождение по ней панелей до противоположного конца устройства в течение необходимого количества дней вегетации со скоростью, которая моделирует естественный процесс вегетации. По окончании вегетативного процесса, составляющего для салата 38 дней, панели, загруженные в первый день, достигают противоположного торца (5) устройства, где их выгружают из емкостей устройства и производят уборку урожая. На следующий день снимаются панели, загруженные во второй день и так далее. Таким образом, каждый день освобождается место для загрузки новых панелей с рассадой, и каждый день происходит уборка урожая, вследствие чего реализуется непрерывность (конвейерность) выращивания растений. Таким образом осуществляют ежедневную загрузку и разгрузку панелей, а очередность снятия панелей из многоярусного устройства для уборки урожая осуществляется в том же порядке, что и их загрузка.

Таким образом, в емкости каждого уровня устройства одновременно находятся панели с растениями, находящимися на разных стадиях роста: от рассады на торце загрузки до созревшего растения на торце снятия урожая.

В процессе выращивания растений осуществляется постоянная циркуляция питательного раствора, включающая подачу питательного раствора в емкости (2) каждого уровня устройства, поточное перемещение питательного раствора по всей длине емкости и слив питательного раствора в накопительный бак (10), последующую фильтрацию и обогащение удобрениями, после чего производят повторную подачу питательного раствора в емкости. Накопительный бак (10) содержит фильтры для улавливания остатков растений, которые могли попасть в сливаемый раствор, и конструктивно накопительный бак связан с баками (12), содержащими концентрированный раствор минеральных удобрений. С помощью перистальтического насоса (13) осуществляют смешивание концентрированного раствора удобрений с питательным раствором для его насыщения до необходимого значения и повторной подачи в емкости устройства. Контролируют поддержание установленной концентрации питательного раствора автоматическим регулированием с помощью датчиков (14).

В накопительном баке (10) установлены датчики (14) контроля температуры раствора, электропроводимости ЕС, кислотности рН, уровня питательного раствора в накопительном баке. На каждом устройстве также установлены приборы контроля температуры воздуха, влажности и уровня СО₂. Данные со всех датчиков и приборов поступают в единую систему управления выращиванием и систему мониторинга. В помещении между устройствами обеспечивается движение воздуха кондиционерами и вентиляторами. Через заданные промежутки времени в устройствах производится полная или частичная смена питательного раствора следующим образом: по команде от системы управления открываются клапаны слива и питательный раствор сливается из емкостей (2) для последующей утилизации. После сброса отработанного питательного раствора в накопительный бак поступает очищенная вода и концентрированный раствор удобрений, подаваемый перистальтическим насосом (13). Очищенная вода будет поступать до тех пор, пока не будет обеспечено заполнение всех емкостей устройства до необходимого уровня. Концентрированный раствор будет поступать в накопительный бак до тех пор, пока циркулирующий внутри устройства питательный раствор не примет требуемое значение электропроводимости ЕС. Для обеспечения климатических условий, необходимых для выращивания растений, в помещение, где расположены многоярусные устройства, подается углекислый газ в требуемой концентрации, а система кондиционирования автоматически поддерживает заданный температурный режим. Система вентиляции обеспечивает равномерное распределение потоков воздуха и влажности в объеме помещения. Для сбора урожая производится выемка выращенных растений из отверстий панелей и обрезка корней. Далее производят передачу растений в зону упаковки для последующей операции по упаковке в индивидуальный пакет или контейнер и технологического выхолаживания для поставки клиентам.

Длина устройства ограничивается габаритами помещения и функциональной необходимостью (например, для последней фазы вегетации и выращивания салата весом одного куста 50 грамм необходимо устройство с длиной емкости 12 метров, для 90 грамм -15 метров, для 120 грамм - 18 метров, и для выращивания салата устройство длиной более 18 метров нецелесообразно, даже если помещение и позволяет). Высота многоярусного устройства подбирается в зависимости от габаритов помещения, в котором он устанавливается, от нагрузки на пол, от предельной нагрузки на опоры и стойки устройства. Межуровневое расстояние между горизонтально расположенными емкостями подбирается в зависимости от вида выращиваемого растения, используемых типов светодиодных светильников.

В течение всего времени выращивания осуществляется автоматическое регулирование точных климатических условий и состояния окружающей среды: температуры, влажности и содержания CO₂ в производственных помещениях (в зоне выращивания). Для этого используют систему управления и мониторинга климата для влажных помещений, включающую: датчики влажности, датчики температуры, датчики углекислого газа CO₂. Реализация способа и работа устройства ведутся с помощью контроллера управления климатом для помещений промышленных объемов, системы рекуперации тепла, системы управления и подачи СО₂ в зону выращивания растений, основанной на больших накопителях СО₂. В помещении ведется постоянный контроль температуры воздуха, влажности, светового режима, температуры воды, питательного раствора, содержания углекислого газа.

Система водоподготовки и водоочистки рассчитана на производительность около 6 м³/ч.

Кроме того, установлены упаковочные машины (с системой взвешивания, печати на упаковке, с возможностью использования нескольких типов упаковки).

Установлено холодильное оборудование: поддержка температуры от +3°С до +10°С в помещении объемом 150-200 м³.

Таким образом, проиллюстрированный пример способа выращивания растений с помощью устройства продемонстрировал возможность достижения вышеуказанных технических результатов.

Наилучшие результаты достигаются за счет использования конструкции из множества многоярусных устройств (т.н. «модульность» - т.к. каждое устройство может функционировать автономно - независимо от других аналогичных устройств) для выращивания растений, за счет использования полного искусственного освещения с помощью светодиодных LED-фитосветильников специально подобранного спектра, а также за счет системы управления выращиванием, включая управление микроклиматом в помещении, фотопериодом, концентрацией минеральных удобрений и их постоянной рециркуляцией в устройстве.

Исключение проблемы корневых гнилей достигается за счет обеспечения непрерывной циркуляции питательного раствора.

Заявленная группа изобретений позволяет обеспечить защиту растений от любого неблагоприятного внешнего воздействия (температура, недостаток света и воды, насекомые, бактерии и др.). Растения не контактируют с землей, поэтому нет риска заражения и распространения инфекций, не появляются насекомые, не нужно применять пестициды и проводить иную химическую обработку.

Обеспечивается максимально высокая плотность использования производственных площадей. Заявляемая группа изобретений позволяет вести обслуживание достаточно крупных многоярусных устройств длиной до 18 м и высотой до 9 м всего в двух точках: загрузки панелей с рассадой и сбора урожая. При этом уменьшается количество технологических операций и упрощается система логистических перемещений в помещении для выращивания.

При выращивании растений заявленным способом и использования созданного для этого устройства, не используются генно-модифицированные материалы и химические методы борьбы с вредителями. Вследствие чего устанавливается чрезвычайно жесткий санитарный режим предприятия. Для сотрудников на заводе предусмотрены три санитарных зоны с самым жестким режимом в культивационных помещениях и на площадях обработки готовой продукции. Гигиена и санитарная защита обеспечиваются с помощью воздушной очистки, системы фильтрации, аэродуша для всех входящих (перед входом в зону выращивания), бактерицидной обработки.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ выращивания растений методом проточной гидропоники, при котором используют устройство, состоящее из горизонтально расположенных в несколько ярусов емкостей, заполненных питательным раствором. Рассаду вставляют в сквозные отверстия панелей, на которых число отверстий соответствует числу выращиваемых растений, после чего панели с рассадой загружают в каждую емкость многоярусного устройства. Загрузку панелей осуществляют с одного торца устройства, соответствующего началу периода выращивания, а выгрузку с другого торца. Загрузку каждой последующей панели в каждой емкости осуществляют путем помещения ее на место предыдущей панели, продвигая при этом вновь загружаемой панелью предыдущую панель к противоположному торцу устройства, соответствующему окончанию периода выращивания. Длину емкости устанавливают исходя из длительности периода вегетации растений. Загрузку и разгрузку каждого уровня устройства осуществляют ежедневно. Осуществляют контроль равномерности климатических условий в зоне выращивания: температура 21±5°С, влажность 60-85%, содержание CO₂ 2000 ppm. Изобретение обеспечивает высокую эффективность при использовании. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ выращивания растений методом проточной гидропоники, при котором используют многоярусное устройство для выращивания растений, состоящее из вертикально установленных стоек, закрепленных на них горизонтально расположенных в несколько ярусов емкостей, заполненных питательным раствором, и крыши, при этом предварительно проращивают семена растений, после чего образовавшуюся рассаду с корнями вставляют в сквозные отверстия панелей, на которых число отверстий соответствует числу выращиваемых растений, после чего панели с рассадой загружают в каждую емкость многоярусного устройства для выращивания растений, причем загрузку панелей осуществляют в каждую емкость с одного торца устройства, соответствующего началу периода выращивания, а выгрузку с другого торца, при этом загрузку каждой последующей панели в каждой емкости осуществляют путем помещения ее на место предыдущей панели, продвигая при этом вновь загружаемой панелью предыдущую панель к противоположному торцу устройства, соответствующему окончанию периода выращивания, при этом длину емкости устанавливают исходя из длительности периода вегетации растений, а по достижении панелями торца устройства, соответствующего окончанию периода выращивания, панели с выращенными кустами растений выгружают из устройства и производят уборку урожая, при этом в течение всего цикла вегетации растения освещают источниками искусственного освещения и осуществляют непрерывную циркуляцию питательного раствора в устройстве, включающую подачу раствора в емкости, слив, фильтрацию и обогащение, а загрузку и, соответственно, разгрузку каждого уровня устройства осуществляют ежедневно, при этом осуществляют контроль равномерности климатических условий в зоне выращивания: температура 21±5°С, влажность 60-85%, содержание CO₂ 2000 ppm.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу питательного раствора в емкости каждого уровня устройства осуществляют в замкнутом циклическом режиме путем нагнетания питательного раствора из накопительного бака с помощью циркуляционного насоса в каждую емкость через систему соединительных труб, после перемещения питательного раствора по всей длине емкостей до противоположного торца устройства осуществляют слив питательного раствора из каждой емкости путем свободного падения сверху по вертикально расположенным трубам и сбор питательного раствора обратно в накопительный бак для последующего повторного использования после фильтрации и обогащения минеральными удобрениями.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что освещение растений осуществляют различными источниками искусственного освещения, соответствующими этапам роста растений.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источников искусственного освещения используют светодиодные осветительные приборы, прикрепленные к крыше и к дну каждой емкости с ее нижней стороны, имеющие следующие сочетания световых спектров: красного и белого, красного и синего, а также дневного света.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что растения, размещенные в емкости верхнего уровня, освещают источниками освещения, прикрепленными к крыше.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют источники освещения, спектр излучения которых максимально соответствует спектру, поглощаемому растениями.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют заданный порядок включения и выключения освещения растений, имитирующий в одних сутках несколько световых дней.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают автономность работы и управления каждым устройством в отдельности, подбирая условия выращивания на каждом устройстве в зависимости от вида и сорта растений.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют панели, выполненные из полимерных материалов.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют питательный раствор, представляющий собой минеральные удобрения, растворенные в очищенной воде.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что состав питательного раствора, содержащего необходимый набор микро- и макроэлементов, подбирают в зависимости от выращиваемой культуры растений.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют питательный раствор, представляющий собой смесь следующих веществ в пропорциях, необходимых для каждого отдельного сорта растений: Калий гидроксид KOH, Кислота ортофосфорная H₃PO₄, Нитрат кальция CaNO₃, водорастворимое комплексное минеральное удобрение с хелатными микроэлементами.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрацию питательного раствора и объем его использования контролируют с помощью системы управления, исходя из показаний уровня кислотности и электропроводимости питательного раствора.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для приготовления питательного раствора используют воду, прошедшую многоступенчатую очистку, включающую адсорбцию, ультрафильтрацию и ультрафиолетовую бактерицидную обработку.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют температурный контроль подаваемой воды в диапазоне от 5 до 30°С и температурный контроль воды, подаваемой для приготовления питательного раствора, в диапазоне 20±2°С.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют воду, свободную от солей кальция и магния, с уровнем кислотности рН 7.

17. Устройство для выращивания растений методом проточной гидропоники для реализации способа по п. 1, состоящее из вертикально установленных на опорах стоек, закрепленных на них горизонтально расположенных в несколько ярусов емкостей, заполненных питательным раствором, и крыши, причем каждая заполненная емкость предназначена для размещения и перемещения вдоль нее панелей, в отверстиях которых размещены растения, а корни растений погружены в питательный раствор, причем один торец устройства предназначен для загрузки панелей с рассадой, а противоположный торец устройства, отстоящий от первого на расстоянии, составляющем длину емкости, предназначен для снятия панелей с выращенными растениями, при этом длина емкости обеспечивает перемещение панелей с рассадой от одного торца к другому в течение необходимого количества дней, соответствующего периоду вегетации растений, ширина емкости соответствует беспрепятственному размещению и поочередному перемещению друг за другом панелей с растениями, а глубина емкости обеспечивает заполнение ее питательным раствором на необходимую высоту для нормального роста выращиваемых растений, при этом ко дну каждой емкости и крыше прикреплены источники искусственного освещения для освещения растений, находящихся на нижерасположенной емкости, а для обеспечения циркуляции питательного раствора устройство снабжено циркуляционным насосом, системой соединительных труб подачи и слива, накопительным баком для питательного раствора, баками с концентрированным раствором удобрений и перистальтическим насосом.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что накопительный бак для питательного раствора содержит фильтры для улавливания остатков растений и конструктивно накопительный бак связан с баками, содержащими концентрированный раствор минеральных удобрений, при этом с помощью перистальтического насоса осуществляют смешивание концентрированного раствора удобрений с питательным раствором для его насыщения до необходимого значения и повторной подачи в емкости устройства.

19. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что система труб подачи раствора имеет возможность ручной регулировки объема подачи раствора в каждую емкость, а циркуляционный насос обеспечивает подачу раствора в емкости и поддержание постоянной циркуляции раствора в объеме устройства.

20. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что выполнено с возможностью осуществления замкнутого цикла циркуляции питательного раствора с минимальным количеством дренажных сливов в канализацию.

21. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что емкости содержат донную и боковые панели, выполнены из металла с антикоррозионным покрытием и покрыты гидроизоляционной пленкой.

22. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что состоит из не менее чем 3-х уровней предпочтительно от 3 до 14, длиной не менее 3,5 метров, предпочтительно от 15 до 18, высотой не менее 2-х метров, предпочтительно от 2 до 6 м.

23. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что каждая емкость имеет следующие размеры: длина не менее 3,5 м, предпочтительно 5-18 м, ширина 1220 мм, глубина 75 мм, при этом предусмотрено постоянное поддержание уровня питательного раствора в каждой емкости на глубину 30-50 мм.

24. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что панели выполнены из полимерного материала.

25. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что источники искусственного освещения являются фотосинтетическими источниками света и представляют собой полупроводниковые светодиодные источники света, спектр излучения которых максимально соответствует спектру, поглощаемому растениями.

26. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что источники света имеют следующие сочетания световых спектров: красного и белого, красного и синего, а также дневного света, причем продолжительность освещения и выбор светового спектра обуславливаются условиями, необходимыми для выращивания одного определенного вида растений.

27. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что источниками света являются прямотрубные светодиодные лампы.

28. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что на нем зафиксированы разные виды источников освещения для разных этапов роста растений.

29. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что содержит приборы контроля значений электропроводимости, кислотности и температуры раствора.

30. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что содержит прибор контроля мгновенного и накопительного расхода питательного раствора внутри замкнутого контура устройства.

31. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что содержит систему включения и выключения освещения растений с возможностью управления в автоматическом и ручном режимах.

32. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что содержит систему для полного сброса отработанного и не подлежащего для последующего использования питательного раствора из емкости каждого уровня через систему вертикально расположенных труб путем открытия клапанов в заданный период времени.