Способ гидропонного бессубстратного выращивания растений и устройство для его осуществления (варианты)
METHOD FOR HYDROPONIC NON-SUBSTRATE PLANT GROWING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (VERSIONS)

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для гидропонного выращивания растений.
Выращивание различных культур без почвы, на искусственных питательных средах, в которых все необходимые элементы питания даются в легкоусвояемой форме, в нужных соотношениях и концентрациях, получило название «гидропоника» и уже давно распространилось в растениеводстве защищенного грунта. В зависимости от характера питательной среды различают водную культуру (собственно гидропоника), субстратную культуру (выращивание растений на твердых заменителях почвы - субстратах, которые периодически смачивают питательным раствором) и воздушную культуру (или аэропонику).
Известен способ гидропонного бессубстратного выращивания растений, при котором питательный раствор по системе капельного полива через внешние капельницы, компенсированные по давлению, и микротрубку подается непосредственно к емкости (минераловатному кубику) с растением, помещаемой внутрь рукава, выполненного из водо- и светонепроницаемого материала, через разрез на его верхней стороне на влагонакопительную прокладку, находящуюся внутри рукава, и прикрепляется к верхней стороне рукава с помощью Г-образного фиксатора. При этом питательный раствор через емкость (минераловатный кубик) с растением попадает внутрь рукава, служащего емкостью для корневой системы растений и питательного раствора и укладываемого поверх несущего блока трапециевидной формы из теплоизоляционного материала, устанавливаемого, в свою очередь, на поверхность грунта (BY 5501, A01G 31/00, опубл. 30.09.2003 г.).
Данный способ позволяет выращивать овощные культуры с длительным периодом вегетации, экономить поливную воду и минеральные удобрения из-за отсутствия необходимости в организации дренажа и циркуляции питательного раствора, но имеет невысокую технологичность и не решает проблем с корневыми гнилями, являющимися следствием плохого снабжения корневой системы растений кислородом.
1
2
3
1
2
3
Известен способ аэроводного выращивания растений, включающий их размещение и фиксацию в вегетационных сосудах и подачу в последние питательного раствора, где подачу питательного раствора осуществляют периодически в течение заданного времени t=4-5 мин, с последующими сливом в течение времени t и выдержкой растений без питательного раствора в течение времени t при соотношении t:t:t=1:1,0-1,5:5-8,75 с последующим повторением указанного цикла (SU 1319793, A01G 31/00, 30.06.1987).
Однако использование предложенного способа в зимний период показало, что наблюдается невысокая скорость роста растений в этот период, снижающая продуктивность растений в сравнении с летним периодом.
Также известен способ гидропонного бессубстратного выращивания растений, заключающийся в размещении растений в вегетационных сосудах, периодической подаче в эти сосуды питательного раствора проточным способом, последующем сливе питательного раствора и выдержке корневой системы растений в воздушной среде в течение определенного времени, последующем повторении указанного цикла, при этом в зимний период времени выдержку корней без питательного раствора увеличивают в 1,3-1,7 раза по сравнению с летним периодом времени (RU 2021706, A01G 31/00, опубл. 30.10.1994 г.). Это решение принято в качестве прототипа для заявленного способа.
Данный способ не отличается высокой технологичностью, требует наличия энергозатратного специального инженерного оборудования для обеспечения циркуляции питательного раствора, не решает полностью проблем с корневыми гнилями, непригоден для выращивания культур с длительным периодом вегетации.
Известно, что у растений могут быть корни разного типа: почвенные корни и корни водяные. Если поставить черенок в воду, то у него разовьются водяные корни, но как только его пересадят в почву, растение должно начать формирование почвенных корней. Это затрудняет переход из водной среды в почвенную и наоборот. Преимущество гидропонного метода в том, что как только растения минуют транзитную фазу, они могут усваивать влагу и питательные вещества из раствора у основания контейнера, в то время как расположенные выше корни начинают поглощать необходимое количество кислорода. Если в резервуаре слишком много воды, для корней останется мало воздушного пространства, они не смогут получать достаточного количества кислорода, и растение погибает. Дело в том, что кислород, необходимый для жизни растения, плохо растворяется в воде, поэтому вблизи корней его концентрация быстро снижается. Есть способ снабдить корни кислородом - погрузить их в питательный раствор не полностью, а примерно наполовину. Для этого используют поддон с сетчатым дном, в который слоем 3-4 см насыпают рыхлый субстрат. В него сажают проросшие семена или укоренившиеся черенки. Поддон устанавливают на сосуд с питательным раствором. Между сеткой и раствором должно быть воздушное пространство, увеличивающееся по мере роста корневой системы. На начальном этапе, пока корни не достигли поверхности питательного раствора, субстрат с высаженными в него растениями увлажняют обычным поливом сверху (ст. "Выращивание растений без почвы", выложенная на сайте "Сад для всей семьи" в Интернет по адресу: http://gaden.com.ua/encikloped/rast_bez_pochvi/299-vyraschivanie-rasteniy-bez-pochvy.html).
Вопрос рационального сочетания полива корневой системы растения с режимом поглощения необходимого количества кислорода из воздушной среды представляет собой техническую задачу, решение которой позволит выращивать растения с длительным периодом вегетации гидропонным способом.
Из BY 5501 (A01G 31/00, опубл. 30.09.2003 г.) известно устройство для гидропонного выращивания растений, содержащее расположенную горизонтально вегетационную систему, содержащую несущий блок трапециевидной формы из теплоизоляционного материала, ширина верхней горизонтальной части которого равна или меньше размера размещаемой на нем емкости с растением, причем на блоке размещен водонепроницаемый технологический рукав, внутренние части которого, расположенные с обеих боковых сторон блока, образуют емкости для питательных растворов и размещения корневой системы. При этом внутри технологического рукава под емкостью с растением размещена прокладка, выполненная из влагонакопительного материала. Это решение принято в качестве прототипа для заявленных устройств.
Данное устройство сложно в изготовлении, не имеет надежной фиксации емкостей с растениями в технологическом рукаве, не обеспечивает достаточного снабжения корневой системы растений кислородом, не приспособлено для использования в подвешенном состоянии, чего требуют современные технологии выращивания тепличных растений.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание нового способа, обеспечивающего процесс одновременного водного питания и обогащения корневой системы растений кислородом, а также создание высокотехнологичной конструкции, позволяющей решить проблему оптимального снабжения корневой системы кислородом при гидропонном выращивании растений, сократить расход материалов, воды и удобрений.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности гидропонного выращивания растений за счет обеспечения технологического совмещения по времени режима водного питания с кислородным обогащением корневой системы выращиваемого растения.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе гидропонного бессубстратного выращивания растений, заключающемся в размещении растений в вегетационном лотке, периодической подаче питательного раствора и последующем сливе питательного раствора и выдержке корневой системы растений в воздушной среде в течение определенного времени с последующим повторением указанного цикла, подачу питательного раствора осуществляют по методу капельного или проточного полива, емкости с растениями размещают между двумя каналами вегетационного лотка, в каждый из которых помещают часть разделенной на две части корневой системы каждого растения, а питательный раствор сначала подают в один канал при выдерживании части корневой системы каждого растения в другом канале в воздушной среде, а затем питательный раствор подают в другой канал при выдерживании части корневой системы каждого растения в первом канале в воздушной среде с последующим повторением указанного цикла.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для гидропонного бессубстратного выращивания растений, содержащем вегетационный лоток, в котором емкости с растениями размещены вдоль этого лотка и по его середине, вегетационный лоток выполнен в средней части приподнятым для образования площадки для размещения емкостей с растениями и двух каналов по сторонам от этой площадки, каждый из которых предназначен для размещения части разделенной на две части корневой системы каждого растения, при этом внутри вегетационного лотка уложено покрытие из влагоудерживающего материала, охватывающее площадку и стенки лотка, отходящие от площадки, а сверху вегетационный лоток закрыт крышкой с отверстиями в центральной части для размещения через них на площадке емкостей с растениями, а в полости каждого канала установлена по крайней мере одна капельная линия для подвода питательного раствора в канал.
Указанный технический результат так же достигается тем, что в устройстве для гидропонного бессубстратного выращивания растений, содержащем вегетационный лоток, в котором емкости с растениями размещены вдоль этого лотка и по его середине, вегетационный лоток выполнен в средней части приподнятым для образования площадки для размещения емкостей с растениями и двух каналов по сторонам от этой площадки, каждый из которых предназначен для размещения части разделенной на две части корневой системы каждого растения, при этом внутри вегетационного лотка уложено покрытие из влагоудерживающего материала, охватывающее площадку и стенки лотка, отходящие от площадки, а сверху вегетационный лоток закрыт светонепроницаемой пленкой, которая зафиксирована на краях вегетационного лотка с помощью фиксаторов и в которой через центральную рамку фиксатора выполнены отверстия или разрезы для размещения через них на площадке емкостей с растениями, а в полости каждого канала установлена по крайней мере одна капельная линия для подвода питательного раствора в канал.
Указанные признаки являются существенными для достижения технического результата.
Изобретение поясняется конкретными примерами выполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
На фиг. 1 показана фаза подачи питательного раствора в первый канал вегетационного лотка;
на фиг. 2 показана фаза подачи питательного раствора во второй канал вегетационного лотка;
на фиг. 3 устройство вегетационного лотка по первому примеру исполнения;
на фиг. 4 устройство вегетационного лотка по второму примеру исполнения.
Согласно настоящему изобретению предлагается новый способ гидропонного бессубстратного выращивания растений с подачей питательного раствора непосредственно к корневой системе растений с помощью капельного или проточного полива. Согласно этому способу емкости (кубики, горшочки) с растениями размещаются посередине двухканального вегетационного лотка таким образом, что при росте корневой системы растений одна ее половина занимает левый канал вегетационного лотка, а вторая половина - правый его канал. При этом питательный раствор подается в каналы вегетационного лотка поочередно: сначала в один канал, к одной части корневой системы (фиг. 1), а при следующем цикле полива - в другой канал, ко второй части корневой системы (фиг. 2), что позволяет обеспечивать оптимальный водно-воздушный режим для корневой системы растений (всегда поровну, то есть 50:50).
Таким образом, способ гидропонного бессубстратного выращивания растений заключается в размещении растений в вегетационных лотках, периодической подаче питательного раствора и последующем сливе питательного раствора и выдержке корневой системы растений в воздушной среде в течение определенного времени с последующим повторением указанного цикла. При этом подачу питательного раствора осуществляют по методу капельного (через капельницы или капельные линии/ленты) или проточного (протекающего по лотку под уклон потока питательного раствора) полива, растения размещают между двумя емкостями, в каждую из которых помещают часть разделенной на две части корневой системы каждого растения.
Питательный раствор сначала подают в одну емкость при выдерживании части корневой системы каждого растения в другой емкости в воздушной среде (фиг. 1), а затем питательный раствор подают в другую емкость при выдерживании части корневой системы каждого растения в первой емкости в воздушной среде (фиг. 2) с последующим повторением указанного цикла.
Данный способ обладает высокой технологичностью (вегетационный лоток устанавливается один раз, не нуждается в замене, ежегодном перемонтаже-переустановке, может устанавливаться как на поверхность грунта, так и на подставках или подвешиваться к конструкциям культивационного сооружения, легко моется и дезинфицируется); обеспечивает снижение капитальных затрат и экономию поливной воды и удобрений за счет отсутствия необходимости в дренаже и инженерных системах, связанных с циркуляцией питательного раствора (возвратные магистрали, накопительные емкости, насосы, фильтры, дезинфекционные установки); обеспечивает снижение эксплуатационных затрат за счет отказа от использования субстрата; устраняет проблему корневых гнилей, типичную для всех известных способов бессубстратной гидропоники, что позволяет выращивать растения с большим объемом корневой системы и длительным периодом вегетации.
Особенностью данного способа, позволяющей получить выгодное технологическое преимущество и качество выращиваемых растений гидропонным способом, является использование капельного метода подачи питательного раствора и разделение корневой системы растения на две части, одна из которых получает питание при том, что вторая часть корневой системы находится в режиме воздухообмена с окружающей средой. Смена или поочередность режимов питания и воздухообмена для каждой части корневой системы выращиваемого растения обеспечивают благоприятные условия для формирования здоровой корневой системы и оптимального роста и развития растений.
Данный способ реализуется с помощью специально разработанного вегетационного лотка (фиг. 3 и 4), представленного в двух примерах исполнения. Для обоих примеров исполнения используются следующие обозначения: 1 - вегетационный лоток, 2 - левый канал вегетационного лотка, 3 - правый канал вегетационного лотка, 4 - влагоудерживающий материал, 5 - крышка вегетационного лотка с отверстиями 6 под емкости (кубики, горшочки) с растениями, 7 - емкость (кубик, горшочек) с растением, 8 - корневая система растения, 9 - по крайне мере одна капельная линия, 10 - питательный раствор, 11 - светонепроницаемая пленка, 12 - фиксатор/ры, 13 - площадка для размещения емкостей (кубиков, горшочков) с растениями, 14 - отверстия или разрезы в светонепроницаемой пленке 11.
Для обоих примеров исполнения устройство для гидропонного бессубстратного выращивания растений содержит вегетационный лоток 1, в котором растения в емкостях (кубиках, горшочках) 7 размещены вдоль этого лотка и по его середине. Этот вегетационный лоток выполнен в средней части приподнятым для образования площадки 13 для размещения растений в емкостях (кубиках, горшочках) и с двумя каналами 2 и 3 по обеим сторонам от этой площадки. Каждый канал предназначен для размещения части разделенной на две части корневой системы каждого растения. Площадка 13 для размещения растений, а также отходящие от нее стенки лотка покрыты влагоудерживающим материалом 4. В полости каждого канала установлена по крайней мере одна капельная линия 9 для подачи питательного раствора (капельница не показана).
Первый вариант (фиг. 3) характеризуется тем, что сверху вегетационный лоток закрыт крышкой 5 с отверстиями в центральной части для размещения через них на площадке 13 емкостей (кубиков, горшочков) с растениями, а по второму варианту (фиг. 4) сверху вегетационный лоток закрыт светонепроницаемой пленкой 11, которая зафиксирована на краях вегетационного лотка с помощью фиксаторов 12, в центральной рамке которых выполнены отверстия или разрезы 14 для размещения через них на площадке 13 емкостей (кубиков, горшочков) с растениями.
По обоим примерам исполнения за основу устройства для гидропонного выращивания растений принимается двухканальный вегетационный лоток, средняя часть которого имеет приподнятую площадку, ширина которой равна или чуть уже, чем размер емкости (минераловатного кубика) с растением, размещаемой на ней. Внутренняя часть вегетационного лотка покрывается влагоудерживающим материалом. По первому варианту исполнения вегетационный лоток сверху накрывается крышкой с отверстиями, через которые в вегетационный лоток поверх влагоудерживающего материала помещаются емкости (кубики, горшочки) с растениями таким образом, что при росте корневой системы растений одна ее часть занимает левый канал вегетационного лотка, а вторая часть - правый его канал. Расстояние по вертикали от средней части вегетационного лотка, на которую устанавливается емкость (кубик, горшочек) с растением, до верха крышки вегетационного лотка на 1,0-1,5 см меньше высоты емкости (кубика, горшочка), что обеспечивает надежную фиксацию емкости (кубика, горшочка) с растением в вегетационном лотке. Питательный раствор подается в вегетационный лоток через капельные линии, причем подача питательного раствора осуществляется поочередно в каждый из двух каналов лотка. Поочередная подача питательного раствора в каналы вегетационного лотка обеспечивает одновременное протекание двух процессов: питание растения через часть корневой системы в одном из каналов, и поступление кислорода ко второй части корневой системы, находящейся во втором канале. При следующем цикле полива питательный раствор подается в другой канал (к той части корневой системы, которая «дышала»), а та часть корневой системы, к которой подавался питательный раствор при предыдущем цикле полива, получает возможность потреблять кислород. Двухканальный вегетационный лоток с размещенными в нем емкостями (кубиками, горшочками) с растениями может размещаться на уровне грунта, на подставках, а также подвешиваться на тепличные конструкции, обеспечивая свободную циркуляцию воздуха вокруг растений, необходимую для создания активного микроклимата.
Устройство для гидропонного бессубстратного выращивания растений работает следующим образом. Питательный раствор 10 через капельные линии (по трубке/кам с капельницами) 9 попадает в каналы 2 и 3 вегетационного лотка 1, предварительно напитывая покрытие 4 из влагоудерживающего материала, поверх которого в центральной приподнятой части лотка размещаются емкости (кубики, горшочки) 7 с растениями. Вегетационный лоток 1 сверху накрывается крышкой 5 с отверстиями под емкости (кубики, горшочки) с растениями. Расстояние по вертикали от средней части вегетационного лотка, на которую устанавливается емкость (кубик, горшочек) с растением, до верха крышки на 1,0-1,5 см меньше высоты емкости (кубика, горшочка), что обеспечивает надежную фиксацию емкости (кубика, горшочка) с растением в вегетационном лотке. Подача питательного раствора 10 в каналы вегетационного лотка 1 осуществляется путем поочередного включения капельных линий 9, что обеспечивает одновременное поступление питательного раствора к части корневой системы растений, расположенной в одном из каналов вегетационного лотка, и кислорода к другой части корневой системы растений, расположенной в другом канале того же лотка. При следующем цикле полива питательный раствор поступает в другой канал, а часть корневой системы, находящаяся в первом канале, получает возможность потребления кислорода из воздуха.
Пример по второму варианту исполнения (фиг. 4) отличается тем, что вегетационный лоток вместо крышки накрывается светонепроницаемой пленкой 11, которая фиксируется на краях лотка с помощью специальных фиксаторов 12. Емкости (кубики, горшочки) 7 с растениями устанавливаются в вегетационный лоток через отверстия или разрезы 14 в покровной пленке, которые делаются в центральной рамке фиксатора и имеют размер емкости (кубика, горшочка) с растением.
Расстояние по вертикали от средней части вегетационного лотка, на которую устанавливается емкость (кубик, горшочек) с растением, до верха фиксатора на 1,0-1,5 см меньше высоты емкости (кубика, горшочка), что обеспечивает надежную фиксацию емкости (кубика, горшочка) с растением в вегетационном лотке. Таким образом, фиксаторы выполняют двойную функцию: фиксируют как покровную пленку, так и емкости (кубики, горшочки) с растениями. По длине вегетационного лотка фиксаторы могут размещаться с изменяемым шагом, обеспечивая изменение плотности посадки растений. Подача питательного раствора 10 в каналы вегетационного лотка 1 осуществляется путем поочередного включения капельных линий 9, что обеспечивает одновременное поступление питательного раствора к части корневой системы растений, расположенной в одном из каналов вегетационного лотка, и кислорода к другой части корневой системы растений, расположенной в другом канале того же лотка. При следующем цикле полива питательный раствор поступает в другой канал, а часть корневой системы, находящаяся в первом канале, получает возможность потребления кислорода из воздуха.
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено не только в условиях промышленного производства, но и кустарным способом. Изобретение позволяет выращивать растения с любой длиной вегетационного периода за счет обеспечения технологического совмещения по времени режима водного питания с кислородным обогащением корневой системы выращиваемого растения.