FLEXIBLE CONTAINER FOR HYDROPONIC PLANT GROWING
ГИБКИЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ

Настоящее изобретение относится к области гидропоники. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройствам и способам выращивания растений и/или других организмов в среде на водной основе.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Для здорового роста корням растений необходимы три основных ресурса: воздух, вода и питательные вещества. Пока эти ресурсы имеются, нет необходимости помещать корневую систему в почву. Выращивание растений в минеральном растворе вместо почвы известно как гидропоника.
В таких физически беспочвенных системах обычно обеспечивают размещение растения, а также подачу к его корням питательного раствора (минеральных питательных веществ и воды) и кислорода. Применение такой системы способствует росту за счет способности оптимизировать подачу воды, воздуха и питательных веществ к корням. Другим преимуществом таких систем является возможность большего контроля над патогенами и другими микроорганизмами как в отношении защиты, так и в отношении введения полезных микроорганизмов для содействия симбиозу или нейтралитету.
Систему, в которой используется питательный раствор в жидкой форме, можно лучше контролировать для создания баланса питательных веществ, кислорода и других условий, в результате чего могут быть получены более высокие характеристики роста растений по сравнению с выращиваемыми в почве растениями. Благодаря использованию беспочвенных способов растение может развить плотные и тонкие корневые структуры, что оптимизирует и облегчает транспортировку через ксилему. Более того, добавление надлежащего количества кислорода в питательный раствор или применение раствора в форме аэрозоля предотвращает смерть клеток корня из-за нехватки кислорода, а также предотвращает гниение корней и патогенез, поддерживая иммунные системы корней в здоровом состоянии.
В коммерческих практических применениях основной задачей является максимальное увеличение производства в кратчайшие сроки. Для достижения этой цели были испробованы различные системы, направленные на оптимизацию потребления питательного раствора (как для бытовых, так и коммерческих практических применений), но доступные продукты являются сложными в применении и громоздкими. Некоторые известные системы также характеризуются наличием границы раздела вода/корень, требующей добавления инертного заполнителя, что может привести к увеличению затрат. Другим недостатком известных гидропонных систем является то, что они в достаточной степени не обеспечивают оптимального баланса между воздухом, питательными веществами и водой. Еще одним недостатком известных гидропонных систем является то, что они являются громоздкими, что затрудняет их передвижение и приводит к повышению производственных, складских и транспортных затрат.
Таким образом, целью настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем и создание гидропонной системы, которую проще производить, перевозить и хранить, а также легче применять по сравнению с доступными гидропонными системами. Еще одной целью настоящего изобретения является оптимизация границы раздела вода/корень.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается гибкий контейнер для гидропонного выращивания растений, содержащий:
(i) одно или несколько отверстий для приема растений и/или семян; и
(ii) одно или несколько отверстий для приема источника питательного вещества и/или воды и/или воздуха, при этом указанные отверстия могут быть одинаковыми или отличатся от отверстий из подпункта (i).
Настоящее изобретение также предлагает систему контейнеров согласно настоящему изобретению.
Кроме того, предложен способ выращивания растений в контейнере в соответствии с настоящим изобретением.
Настоящее изобретение также предлагает способ изготовления гибкого контейнера согласно настоящему изобретению.
Кроме того, предложено применение контейнера в соответствии с настоящим изобретением для выращивания растений, изменения конфигурации корней и/или увеличения урожая растений. Также предложено применение контейнера в соответствии с настоящим изобретением для выращивания других организмов.
Кроме того, предложен набор, содержащий:
(i) гибкий контейнер в соответствии с настоящим изобретением; или
(ii) верх контейнера, раскрытый в настоящем документе; и
(iii) питательные вещества и/или источник семян/растений; и необязательно
(iv) инструкцию по применению.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается гибкий контейнер для гидропонного выращивания растений, содержащий:
(i) одно или несколько отверстий для приема растений и/или семян; и
(ii) одно или несколько отверстий для приема источника питательного вещества и/или воды и/или воздуха, при этом указанные отверстия могут быть одинаковыми или отличатся от отверстий из подпункта (i).
Гибкий контейнер согласно настоящему изобретению может характеризоваться мешкообразной формой и может быть по существу закрыт за исключением отверстия(ий) для приема выращиваемых растений и/или семян и источника питательного вещества, воды и воздуха. В таком контейнере мешкообразной формы определение «верхнего» конца и «нижнего» конца зависит скорее от контекста. Однако обычно при упоминании «верха», «верхнего конца», «верхней части» и аналогичных элементов контейнера подразумевается конец, из которого появляются побеги (и предпочтительно также конец, в который вводят растения/семена), а при упоминании «низа», «нижней части» или «основания» и аналогичных элементов контейнера подразумевают конец, ближайший к корням, и обычно конец, противоположный «верху». Контейнер не обязательно должен характеризоваться мешкообразной формой, при этом он может характеризоваться любой конфигурацией, которая позволит удерживать, содержать и выращивать растения в среде на водной основе или беспочвенной среде.
Контейнер или по меньшей мере основной корпус контейнера может быть выполнен из любого по существу гибкого материала с нулевой пористостью или низкой пористостью, способного удерживать жидкое содержимое без какой-либо существенной утечки или потери. К подходящим материалам относятся различные пластмассы или другие полимеры, армированные волокнами полимеры, каучук, композитные материалы, вспененные материалы, многослойные гибкие ламинаты (которые могут быть армированы алюминием), тканые материалы или сочетание любых из вышеперечисленных материалов. Полимер может быть интеллектуальным полимером, способным становиться жестким при контакте с водой и восстанавливать свою гибкость в сухом состоянии, что облегчает перевозку и хранение контейнера. Корпус контейнера может также включать в себя гибкие электронные схемы или другие электронные устройства, такие как датчики, повторители сигналов, RFID-метки и аналогичные элементы. Отражательные слои, интеллектуальные материалы, картинки, графики, штрих коды и аналогичные элементы также могут быть прикреплены к поверхности корпуса контейнера или встроены в него. Кроме того, известно, что выращивание некоторых видов растений может быть несовместимо с определенными типами пластмасс, и поэтому подбор материалов также может быть осуществлен в соответствии с конкретными выращиваемыми видами растений.
В соответствии с одним вариантом осуществления контейнер или по меньшей мере его часть могут быть выполнены с возможность надувания (и сдувания). Таким образом, контейнер, выполненный с возможностью надувания, может содержать по меньшей мере одну внутреннюю герметичную камеру. Контейнер или часть контейнера могут быть надуты в различной степени для получения контейнера с регулируемой размером (объемом, высотой и/или шириной).
Гибкая и упругая природа вышеуказанных материалов позволяет контейнеру согласно настоящему изобретению сворачиваться, складываться, сдуваться, сжиматься и подвергаться другим аналогичным манипуляциям для хранения и перевозки, а затем надуваться или иным образом раскрываться, размещаться или собираться для применения. Когда контейнер больше не нужен, он может быть сдут, сложен или свернут для хранения готовым к повторному применению. Преимущественно, благодаря малой массе и компактным размерам гибкого контейнера достигается снижение транспортных затрат.
Более того, контейнер может быть изготовлен из прозрачного, полупрозрачного или непрозрачного материала или из материалов, выбранных для оптимизации селективного поглощения и/или отражения света или определенных длин волн света, причем выбор материалов может быть осуществлен в соответствии с выращиваемыми растениями и/или с учетом любых релевантных сезонных факторов или других факторов окружающей среды. Контейнер может быть выполнен из сочетания вышеупомянутых материалов. Например, верх контейнера может быть прозрачным или полупрозрачным для максимизации доступа света и/или для облегчения визуальной инспекции верхних частей растений пользователем. Аналогично, боковые стороны контейнера могут быть прозрачными для облегчения (визуальной или электронной) инспекции корней растений. Кроме того, внутренние стенки контейнер могут быть пропитаны противомикробными веществами или другими необходимыми препаратами, разработанными для оптимизации выращивания.
В соответствии с одним вариантом осуществления отверстие(я) для приема растений и/или семян может(могут) быть выполнено(ы) в форме одного или нескольких проемов для приема горшков, растений или семян. Отверстие(я) может(могут) быть заранее сформировано(ы) или может(могут) быть выполнено(ы) пользователем путем, например, вырезания отверстия в гибком контейнере. Отверстие(я) также может(могут) содержать повторно закрываемое соединение, используемое для доступа к внутреннему пространству контейнера. Отверстие(я) может(могут) также быть обозначено(ы) перфорациями. Применение перфораций является чрезвычайно преимущественным, поскольку имеется возможность контролировать размер отверстия по мере роста растения, а также охватить множество различных размеров растений и удерживать их на месте, причем вместе с этим минимизируются потери воды из-за испарения или утечки или загрязнение от внешних факторов. Перфорации могут быть заранее изготовлены с подходящим напечатанным на контейнере руководством о том, где выполнять разрыв и как вставлять выращиваемый организм.
В соответствии с другим вариантом осуществления часть контейнера, предпочтительно верхняя часть, содержащая одно или несколько отверстий для приема растений и/или семян, является полностью или частично отсоединяемой. Отсоединяемая часть контейнера (предпочтительно верх контейнера) может содержать крепежные элементы или аналогичные средства для ее присоединения к остальной части контейнера (предпочтительно к основанию контейнера). Крепежный(ые) элемент(ы) может(могут) характеризоваться любой конфигурацией, которая обеспечивает быстрое присоединение отсоединяемой части контейнера к остальной части контейнера и ее отсоединение, и может(могут) включать в себя застежки-молнии, застежки-липучки Velcro, крючки, петельки, зажимы, скобы, кнопки, перекидные застежки, магниты и аналогичные элементы. Преимущественно, съемная часть обеспечивает лучший доступ к внутреннему пространству контейнера, что может способствовать очистке контейнера между применениями и помогает осуществить посадку, сбор урожая и инспекцию (визуальную или электронную) или обработку растений, включая их корни. Отсоединяемая верхняя часть контейнера также может быть предварительно подготовленной и наполненной семенами в соответствующем слое, таком как сетка, марля, войлок или аналогичные материалы. Отсоединяемая часть может также содержать элементы, способствующие прорастанию семян (такие как модуль поддержки организма на основе капиллярного эффекта), может быть выполнена с проемами или из подходящего пористого материала для более крупных организмов или может быть оснащена сенсорными или вспомогательными элементами.
Таким образом, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается отсоединяемая часть контейнера (предпочтительно отсоединяемый верх), предпочтительно содержащая одно или несколько отверстий для приема растений и/или семян, а также содержащая один или несколько крепежных элементов или аналогичных средств, причем верхняя часть контейнера предпочтительно наполнена семенами.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления контейнер согласно настоящему изобретению может быть использован совместно с колпаком или аналогичным элементом, при этом предпочтительно колпак может быть прикреплен к контейнеру для создания по существу герметичной среды, создавая тем самым эффект микросреды или миниатюрной теплицы.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления внутреннее пространство контейнера содержит один или несколько слоев, которые предпочтительно параллельны отверстию(ям) для приема растений/семян. Слои предпочтительно выполнены из инертного материала или имеют нейтральное рН. Различные слои могут служить одинаковым или различным функциям, таким как описаны далее в настоящем документе. Различные внутренние слои предпочтительно являются отдельными слоями, т.е. они не находятся в непосредственном контакте или соединении друг с другом. Внутренний(ие) слой(и) может(могут) быть съемным(и) и/или может(могут) быть встроен(ы) во внутреннее пространство контейнера. В случае съемного слоя могут иметься подходящие крепежные элементы для прикрепления слоя во внутреннем пространстве контейнера. Крепежные элементы могут быть выполнены в форме застежек-молний, застежек-липучек Velcro, крючков, петелек, зажимов, скоб, кнопок, перекидных застежек, тросов, магнитов и аналогичных элементов, так что слой(и) может(могут) быть отсоединен(ы) от контейнера для вставки организмов, удаления организмов, осмотра внутреннего пространства контейнера, перенастройки использования гибкого контейнера или другого.
Один такой внутренний слой может быть пористым слоем с низкой плотностью, выполненным для максимизации аэрации. К подходящим пористым материалам относятся любые из следующего: минеральная вата, перлит, вермикулит, пемза, гравий, песок, глиняные гранулы, наполнитель Growstones, кокосовые волокна, рисовая шелуха, древесное волокно и аналогичные материалы. Состав пористых слоев также может способствовать оптимизации поглощения воды и питательных веществ за счет капиллярных механизмов. Для того чтобы максимально увеличить аэрацию, пористый слой может быть расположен в непосредственной близости с аэратором и предпочтительно над верхней частью аэратора. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления пористый слой закреплен на основании внутреннего пространства контейнера или возле него. Преимущественно, пористый слой помогает создать небольшие пузырьки (с диаметром порядка приблизительно 0,5 мм, 1,0 мм, 1,5 мм, 2,0 мм, 2,5 мм, 3,0 мм, 3,5 мм, 4,0 мм, 4,5 мм или 5,0 мм или более), при этом было обнаружено, что такие пузырьки оптимизируют доставку и поглощение кислорода корнями растений. Помимо максимизации аэрации, внутренние пористые слои также могут способствовать равномерному распределению по контейнеру питательных веществ, очищающего раствора и т.п.
Дополнительно или альтернативно, внутренний слой может быть выполнен таким образом, чтобы действовать в качестве каркаса для удерживания на месте корней и/или побегов растений. Предпочтительно, такой слой является пористым и, следовательно, может действовать в качестве каркаса, а также способствовать рассеиванию кислорода и питательных веществ по контейнеру. Такой пористый слой может быть размещен, в свою очередь, по существу горизонтально и расположен таким образом, чтобы позволить корням растения прорастать через, т.е. пересекать, пористый слой, причем побеги растений растут по существу выше пористого слоя (и ближе к верху контейнера), а корни растений растут по существу ниже пористого слоя (и ближе к основанию контейнера). Подходящие пористые материалы могут быть такими же, как описанные выше материалы.
Дополнительно или альтернативно, внутреннее пространство может содержать пористый слой для удерживания семян (и, в конечном счете, рассады) на месте и в распределенном состоянии. Такой пористый слой предпочтительно расположен вблизи отверстия контейнера и может быть встроен в верхнюю часть контейнера. Подходящий пористый слой для удерживания семян может быть выполнен в форме сетки, марли, войлока или т.п., при это он может быть необязательно пропитан факторами роста для обеспечения прорастания и/или придания гидрофильных свойств.
Слои не обязательно должны быть параллельными отверстию(ям) для приема растений/семян, при этом они могут быть расположены в различных местах и/или характеризоваться различной конфигурацией. Например, они могут быть в форме элементов, таких как колонна, каркас или аналогичные структуры, при условии, что эти элементы могут способствовать рассеиванию кислорода, питательных веществ, очищающего раствора и аналогичных веществ по контейнеру, и/или действовать в качестве опоры для корней и/или побегов, и/или удерживать семена в распределенном состоянии.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предложен контейнер, раскрытый в настоящем документе, причем внутреннее пространство контейнера содержит один или несколько (предпочтительно пористых) слоев и/или элементов, чтобы способствовать рассеиванию кислорода, питательных веществ, очищающего раствора и аналогичных средств по контейнеру, действовать в качестве опоры для корней и/или побегов и/или удерживать семена предпочтительно в распределенном состоянии.
В соответствии с одним вариантом осуществления контейнер по меньшей мере с двумя внутренними слоями (или элементами) является предпочтительным. Предпочтительно, по меньшей мере один слой или элемент является пористым и способствует распределению воды, воздуха, питательных веществ и аналогичных средств по контейнеру, при этом другой слой или элемент (который также предпочтительно является пористым) действует в качестве каркаса для удерживания растений на месте. Наличие по меньшей мере двух пористых слоев или элементов с низкой плотностью является предпочтительным для максимизации распределения воды, воздуха, питательных веществ и аналогичных средств по контейнеру. Кроме того, применение нескольких пористых слоев или элементов может помочь в создании и поддержании небольших воздушных пузырьков/зазоров в течение длительного периода.
Дополнительное преимущество пористого(ых) слоя(ев) и/или элементов заключается в том, что питательный раствор способен достигать корней растения посредством механизма распыления/разбрызгивания, обусловленного наличием лопающихся пузырьков, которые образуются за счет аэрации с использованием питаемого воздухом пористого материала. Таким образом, корни являются постоянно влажными и имеют доступ к воздуху. Это обеспечивает превосходную границу раздела между корнями, воздухом и питательным раствором за счет увеличения доступного кислорода для всего растения, а также отделения воды от системы стебля и листьев растения.
Хотя добавление питательного раствора, воздуха и/или воды создает направленное вовне давление, которое будет обеспечивать определенную степень поддержки для контейнера, может требоваться дополнительная механическая опора. Таким образом, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения контейнер содержит внутреннюю и/или внешнюю опорную конструкцию для усиления своей структуры во время использования или может быть использован совместно с ними.
Опора может представлять одно целое с контейнером или может быть выполнена отдельно от него. Например, опора, которая является отдельной от гибкого контейнера, может быть введена в качестве дополнительной опоры для контейнера или определенных частей контейнера, когда в такой опоре есть необходимость. С другой стороны, встроенная опора будет образовывать часть контейнера, формируя некоторый тип эндоскелета и/или экзоскелета.
Предпочтительно, опора выполнена в форме по меньшей мере одной опорной камеры или выступа. Опорная(ые) камера(ы) или выступ может(могут) быть выполнены из материала с низкой плотностью, что предпочтительно позволит камере плавать на поверхности питательного раствора, поддерживая контейнер. Опора, камера, опорная камера или выступ (которые используются в настоящем документе взаимозаменяемо) могут быть заполнены газом, жидкостью или твердым веществом для обеспечения механической опоры и конструкции. Опорная(ые) камера(ы) предпочтительно заполнена(ы) воздухом и по существу непроницаема(ы) для жидкостей и другого содержимого контейнера. Опорная(ые) камера(ы) может(могут) быть надувной(ыми) и может(могут) надуваться отдельно от гибкого контейнера или надуваться одновременно с ним, в результате чего надувание контейнера также вызывает надувание опорной(ых) камеры(камер). Контейнер или его части (такие как опорная(ые) камера(ы), аэраторы и аналогичные элементы) могут содержать (встроенные) модули для выпуска газа для обеспечения быстрого надувания или аэрации. Предпочтительно, опорная камера выполнена таким образом, чтобы отрицательно не влиять на компактность контейнера, при этом контейнер сохраняет возможность сворачиваться, складываться и т.п., а также храниться и быстро разворачиваться для последующего применения.
Опорная(ые) камера(ы) может(могут) быть расположена(ы) горизонтально, вертикально и/или диагонально, или указанные камеры могут быть выполнены в форме спирали, винта, гармошки или любой другой формы, которая обеспечивает поддержку контейнера во время использования. Например, опорная(ые) камера(ы) (которая(которые) может(могут) быть внутренней(ими) и/или внешней(ими)) может(могут) быть в форме или включать в себя пояс, окружающий периметр контейнера, или может(могут) быть в форме или включать в себя одну или несколько вертикальных колонн, перегородок или аналогичных средств, проходящих от верха и низа контейнера (и прикрепленных или прикрепляемых к ним). В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления опорные камеры выполнены в форме или включают в себя две (внутренние или внешние) параллельные направляющие или трубки, которые расположены с противоположных сторон контейнера и которые могут быть выполнены как одной целое с контейнером или отдельно от него.
Опорная(ые) камера(ы) предпочтительно позволяет(ют) поддерживать относительно постоянное внутреннее расстояние. Например, диаметр и другие размеры выступа могут задавать расстояние между питательным раствором и поддерживающим пористым материалом.
Кроме того, различные части внутри контейнера (опорная(ые) камера(ы), слои, элементы и аналогичные средства) могут быть предусмотрены и встроены по мере необходимости, чтобы способствовать перемещению газа и жидкости за счет эффекта Вентури, ультразвукового распыления или иным образом.
Преимущественно, корпус контейнера и опорные элементы (камеры/выступы) могут быть выполнены из одинакового материала. Однако различные части контейнера могут быть выполнены более гидрофобными или гидрофильными, что зависит от предъявляемых требований.
В соответствии с альтернативным вариант осуществления настоящего изобретения внешняя опора может быть в форме внешней рамы, предпочтительно изготовленной из подходящего пластмассового материала или металла.
Источники питательного вещества, воды и кислорода предпочтительно встроены в контейнер согласно настоящему изобретению. Термины «воздух», «кислород», «аэрозоль», «аэрация» используются в настоящем документе взаимозаменяемо для ссылки на подачу кислорода к выращиваемым растениям. Оборудование и методики подачи кислорода хорошо известны специалистам в данной области техники. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления контейнер (предпочтительно основание) содержит аэратор (предпочтительно встроенный аэратор), который содержит небольшую заполненную воздухом камеру, питаемую пневматическим источником или источником для подачи смеси жидкости и воздуха, и который может быть сконфигурирован для подачи воздуха и/или воды и/или питательных вещество внутри контейнера или по меньшей мере его части. Кроме того, предусмотрено выпускное отверстие для слива, которое может представлять собой впускное отверстие для приема воды/питательного раствора/других жидкостей или может быть отдельным элементом. Впускное/выпускное отверстие может быть обеспечено за счет готовых соединений или проемов в контейнере. Кроме того, могут быть присутствовать клапан или клапаны для надувания контейнера и/или любых опорных камер.
Необязательно и в зависимости от предполагаемого применения, контейнер может содержать одно или несколько внешних и/или внутренних устройств, таких как крючки, петельки, застежки-липучки Velcro, электронные схемы, повторители сигналов, колеса, ролики, приспособления, помогающие держаться на воде, или другие механические и/или электронные вспомогательные приспособления, которые способствуют подвешиванию, фиксации, складированию, способности плавать, размещению, транспортировке, перестановке, повороту, программированию или соединению множества контейнеров согласно настоящему изобретению.
Преимущественно, множество контейнеров согласно настоящему изобретению можно использовать на производственной линии выращивания, в результате чего один или несколько контейнеров (или партии контейнеров) могут быть автоматически или вручную перемещены по теплице или парнику к различным рабочим местам или в различные части теплицы или парника для посева, пересадки, выращивания, цветения, плодоношения, сбора урожая и очистки или любого другого процесса, выполняемого над выращиваемым растением или самим контейнером.
Контейнер согласно настоящему изобретению также может быть изготовлен с относительно меньшими затратами по сравнению с затратами на производство стандартной гидропонной установки, которая является по своей природе довольно громоздкой, жесткой и тяжелой. Контейнер может быть собран, например, по меньшей мере из двух по существу наложенных друг на друга листов из вышеуказанных материалов, и герметично соединен по краям для создания по существу закрытого мешкообразного контейнера. Листы могут быть скреплены и герметично соединены по краям при помощи сварки, клея или путем использования любого другого подходящего оборудования или методик для создания по существу водонепроницаемой и/или воздухонепроницаемой оболочки для удерживания жидкостей и/или воздуха в случае необходимости. Камеры могут быть получены аналогичным образом. Контейнер и камеры могут быть изготовлены с использованием любого стандартного способа, такого как экструзия пластмассы, совместная экструзия, экструзия с раздувом пленки или любая подходящая технология изготовления мягких изделий.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ изготовления по существу гибкого контейнера для гидропоники, предусматривающий:
(i) предоставление наличия по меньшей мере двух листов из по существу гибкого материала с нулевой или низкой пористостью;
(ii) наложение листов; и
(iii) герметичное соединение листов для создания по существу закрытого мешкообразного контейнера;
(iv) выполнение одного или нескольких отверстий.
Одно или несколько выполненных отверстий пригодны для приема растений/семян, источника питательного вещества, воды и кислорода, слоев или элементов и/или клапана для надувания. Отверстия могут быть в форме перфораций, готовых соединений или проемов в контейнере. Отверстие(я) может(могут) быть подготовлено(ы) для соединения с любым стандартным аэратором и источником воды.
Контейнер согласно настоящему изобретению может быть использован для культивирования множества различных растений (а также водорослей), включая однодольные и двудольные растения. Чрезвычайно предпочтительны обычные тепличные растения и овощи, а также другие коммерчески важные культуры, такие как баклажаны, мелколистные салаты, огурцы, яблоко дракона (питахайя), пряные травы, салат-латук, перец (паприка), руккола, шпинат, клубника и помидоры. Контейнер согласно настоящему изобретению также может быть использован для выращивания фактически любого растения до момента сбора урожая или по меньшей мере до стадии роста, когда оно может быть пересажено в поле. Применение такой двойной системы, объединяющей гидропонику и стандартное выращивание в полевых условиях, также может дать молодым растениям хорошее начало в отношении развития корневой системы, предотвращения болезней и аналогичных преимуществ и может способствовать увеличению общей урожайности растений. Контейнер согласно настоящему изобретению может также преимущественно использоваться для транспортировки готовых к сбору урожая растений in situ, что сводит к минимуму количество отходов, особенно в случае скоропортящейся растительной продукции.
Контейнер согласно настоящему изобретению также может быть использован для культивирования множества различных видов, которые не относятся к растениям, например любых животных, обычно культивируемых путем выращивания в водной среде, таких как рыба, ракообразные, моллюски, водные растения и аналогичные организмы. Таким образом, предлагается использование контейнера, раскрытого в настоящем документе, для выращивания в водной среде. Любая ссылка в настоящем документе на контейнер для гидропоники также рассматривается в качестве ссылки на контейнер, пригодный для аквапоники.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается система контейнеров, содержащая множество контейнеров согласно настоящему изобретению, причем необязательно один или несколько из контейнеров соединены физически и/или электронно. Система контейнеров может быть расположена на движущейся ленте или может быть стационарной. Система контейнеров может быть расположена вертикально, чтобы максимально увеличить использование пространства, например, в условиях теплицы или парника. Контейнеры необязательно могут перемещаться вручную или могут быть запрограммированы для перемещения в ответ на определенные заранее заданные условия, например, для сбора урожая, обработки, контроля, пополнения питательных веществ, оптимизации условий освещения и т.п.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ гидропонного выращивания растений в контейнере в соответствии с настоящим изобретением, при этом указанный способ предусматривает стадии:
a) введение растений и/или семян в контейнер или верх контейнера, раскрытые в настоящем документе, и подачу в контейнер воды, кислорода и питательных веществ для поддержания роста;
b) мониторинг растений и/или условий в контейнере; необязательно
c) регулировку контейнера и/или его внутреннего содержания для оптимизации роста растений.
Введение растений или семян в контейнер может быть выполнено путем использования отсоединяемого верха контейнера, раскрытого в настоящем документе, предпочтительно верха, который заранее засеян. Затем верх контейнера будет прикреплен к основанию контейнера при помощи подходящих крепежных элементов или подобного. После введения источника воды, питательного вещества и воздуха растения готовы к росту.
Мониторинг растения может осуществляться при помощи визуальной инспекции, или изображения растений могут быть получены и подвергнуты цифровому анализу на предмет развития (прорастания, цветения, размера и аналогичных показателей) или на предмет заболевания или недостатков и т.п. Мониторинг условий в контейнере также может осуществляться либо вручную, либо автоматически для обеспечения оптимального баланса воздуха, воды и питательных веществ и для проверки наличия каких-либо нежелательных веществ. После осуществления мониторинга растения и/или содержимое контейнера могут быть дополнительно подвержены обработке или коррекции по мере необходимости.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается применение контейнера в соответствии с настоящим изобретением для выращивания растений и/или других организмов. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления контейнер используют для изменения конфигурации корней растений. Благодаря беспочвенной среде растение может развить плотные и/или тонкие корневые структуры, которые иначе не могли бы быть получены из-за физических характеристик почвы и из-за наличия переносимых почвой организмов, которые могут питать корни растений. Измененная конфигурация корней, полученная путем использования контейнера согласно настоящему изобретению, может позволить растениям более эффективно поглощать питательные вещества в своей среде, что, в свою очередь, может способствовать более быстрому росту растений и/или увеличению урожая растений.
Преимущественно, контейнер согласно настоящему изобретению не только позволяет снизить производственные и транспортные затраты, но также позволяет снизить трудозатраты и эксплуатационные расходы за счет простоты использования и сокращения времени, необходимого для посева, посадки, пересадки, выращивания, сбора урожая и очистки.
Краткое описание фигур
Далее настоящее изобретение будет описано лишь в качестве примера и со ссылками на прилагаемые иллюстративные фигуры, где:
На фиг. 1 представлено изометрическое изображение гибкого контейнера согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 представлено послойное изометрическое изображение контейнера.
На фиг. 3 представлен разрез контейнера во время использования.
На фиг. 4 представлено изометрическое изображение в разрезе контейнера.
На фиг. 5 представлен разрез дополнительного варианта осуществления контейнера согласно настоящему изобретению.
На фиг. 6 представлен разрез дополнительного варианта осуществления контейнера согласно настоящему изобретению.
На фиг. 7 представлено схематическое изображение множества контейнеров согласно настоящему изобретению на движущейся ленте.
На фиг. 8 представлен разрез контейнера согласно настоящему изобретению с колпаком.
На фиг. 9 представлено изометрическое изображение дополнительного варианта осуществления гибкого контейнера согласно настоящему изобретению.
На фиг. 10 представлен вид сбоку контейнера, показанного на фиг. 9.
На фиг. 11 представлен разрез контейнера, показанного на фиг. 9 и 10.
На фиг. 12 представлен разрез контейнера, показанного на фиг. 9 и 10, с увеличенным видом камер или выступов.
На фиг. 13 представлен вид сбоку более крупного контейнера согласно настоящему изобретению с множеством аэраторов.
На фиг. 14 представлен процесс от начала до стадии сбора урожая.
Как описано выше, на фиг. 1 представлен гибкий контейнер 2 для гидропонного выращивания растений, который выполнен из гибкого материала с нулевой пористостью. Верхний конец контейнера содержит отверстия в форме группы перфораций 1, чтобы облегчить введение растения и/или семени в контейнер. Семена могут быть равномерно рассеяны по пористому слою (не показан), который расположен достаточно близко к отверстию для максимального доступа к воздуху и свету. Позицией 4 обозначен крепежный элемент, который позволяет выполнять открытие контейнера, а также полное или частично отсоединение верхней части контейнера. Также показан клапан 3 для слива питательного вещества/воды, который совместно с питающим клапаном 5 может быть использован путем открытия или закрытия для контроля уровня или количества воды или питательного раствора.
На фиг. 2 представлено внутреннее пространство контейнера, в котором показана встроенная аэрационная система 7, которая присоединена к внутреннему основанию контейнера 2, питаемого при помощи клапана 6 для впуска воздуха или воздуха/жидкости, и которая сформирована из многослойного или литого перфорированного слоя 8 для осуществления аэрации. Кроме того, показан слой 9 пористого материала и опорный слой (камера) 10.
На фиг. 3 и фиг. 4 представлен слой 9 пористого материала, который поддерживает растения, обеспечивая при этом поток воды и воздуха между аэрированным питательным жидким слоем 11 и верхом оболочки, который соединен с опорным слоем (камерой) 10, в результате чего уровень жидкой фазы поддерживается в воздушном зазоре 13, который характеризуется наличием аэропонной туманообразной среды за счет образования 12 пузырьков газа в процессе аэрации.
На фиг. 5 и фиг. 6 представлен альтернативный вариант осуществления гибкой гидропонной системы, в которой контейнер не требует заполнения водой и в которой растения могут выращиваться на пористом слое 9 увеличенного размера. Питающий клапан 5 (не показан) питает пористый слой 14 для распределения жидкости и воздуха, который разработан путем подбора водного потенциала и материала для распределения жидкости в пористые слои 9 на основании определенного уровня водного потенциала или другого критерия. Капиллярный эффект позволяет пористому материалу поглощать воду, при этом поверхность наполнителя с высокой площадью также может быть использована для поглощения, удержания и распределения питательного вещества, воды и воздуха. Кроме того, показаны перфорации 1, предназначенные для введения растений.
На фиг. 7 представлена система, содержащая группу контейнеров 2, расположенных на конвейерной ленте, которая может быть закреплена на стенке или расположена горизонтально. Контейнеры перемещаются под воздействием механического усилия 18, что позволяет организовать выращивание и сбор урожая. Семена 15 или саженцы 16 могут быть добавлены в контейнеры через перфорации 1 (не показаны) или через отверстие, сформированное любым другим способом. Рост вызывают/стимулируют при помощи слоя 14 для распределения (не показан) в сочетании с источником 17 света, который может быть натуральным и/или искусственным.
На фиг. 8 показан вид в разрезе контейнера 2, соединенного с гибким прозрачным непористым материалом 19 (показанным в виде колпака, при этом он может иметь любую другую подходящую форму), в результате чего формируется герметизированная местная окружающая среда, которая способствует развитию биологической жизни. Кроме того, на фигуре показан клапан 20 давления, который контролирует давление герметизированной местной окружающей среды или вызывает ее разгерметизацию. Питательный раствор вводится через питающий клапан 6, также показана встроенная аэрационная система 7, которая соединена с внутренним основанием контейнера 2, питаемого при помощи клапана 6 для впуска воздуха или воздуха/жидкости. Кроме того, показан слой 9 пористого материала и опорный слой (камера) 10.
На фиг. 9, 10, 11, 12 и 13 представлен вариант осуществления настоящего изобретения, содержащий опорные элементы или камеры 10 в форме двух параллельных направляющих. На фигурах растения введены через перфорации или проемы 1, альтернативно семена могут быть предварительно посеяны на слой 9 пористого материала. Питательный раствор вводят через питающий клапан 6, и воздух вводят через встроенный аэратор 7, который аэрирует питательный жидкий слой 11. Воздушный зазор 13 создается между верхней поверхностью питательного жидкого слоя 11 и слоем 9 пористого материала. В воздушном зазоре 13 питательный раствор из питательного жидкого слоя 11 способен достигать корней растений посредством механизма распыления/разбрызгивания, обусловленного наличием лопающихся пузырьков, которые образуются воздухом, подаваемым аэратором 7, и всплывают на поверхность слоя 11. Таким образом, корни являются постоянно влажными и имеют доступ к воздуху, что обеспечивает превосходную границу раздела между корнями, воздухом и питательным раствором за счет увеличения доступного кислорода для всего растения, а также отделения воды от системы стебля и листьев растения. На фиг. 12 представлен увеличенный вид камер 10, демонстрирующий крепежный элемент 4 (застежку-молнию или т.п.) для отделения верхней части контейнера. На фиг. 13 представлен более крупный контейнер с несколькими аэраторами 7. Кроме того, на фиг. 11 и 13 показан клапан 21 для надувания.
На фиг. 14 показан процесс, начинающийся на стадии (1) со свернутого контейнера в соответствии с настоящим изобретением, который разворачивают для надувания на стадии (2). Затем на стадии (3) показан контейнер в надутом состоянии, готовый для подключения источника воздуха, питательного вещества и воды. Далее на стадии (4) показан контейнер, готовый для введения растений или семян через перфорации в верхней части контейнера, и на стадии (5) показаны растения, растущие в контейнере, и расположение корней, при этом растения готовы для сбора урожая. После сбора урожая контейнер может быть очищен и сдут, а затем свернут или сложен для подготовки к хранению и повторному использованию при необходимости.
Пункты
Далее настоящее изобретение будет более подробно описано со ссылками на последующие пункты, где
1. Гибкий гидропонная система, содержащая в сочетании:
гибкий контейнер, окружающий камеру для добавления питательного раствора, аэрозоля или воды, причем указанная камера выполнена из материала с нулевой или низкой пористостью, такого как полимер, каучук, композит или тканый материал, при этом добавление воды или питательного раствора также создает направленное вовне давление, оказывающее определенную степень поддержки; и
встроенную аэрационную систему, расположенную внутри указанного контейнера на поверхности основания камеры, при этом указанная аэрационная система содержит небольшую заполненную воздухом камеру, питаемую пневматическим источником или источником для подачи смеси жидкости и воздуха, и адаптирована для обеспечения аэрации питательного раствора или воды внутри указанного гидропонного контейнера и/или подачи смеси жидкости и воздуха в указанный раствор или воду; и
опорную оболочку, расположенную внутри и проходящую по краю указанного гибкого контейнера, при этом указанная оболочка предназначена для размещения газа, жидкости или твердого материала, чтобы обеспечить поддержку и создать структуру указанной системы посредством способности плавать по воде или питательному раствору за счет низкой плотности или посредством механической опоры; и
при этом пористый материал присоединен внутри указанного гибкого контейнера, причем размеры и расположение материала обеспечивают его присоединение в непосредственной близости с указанной опорной оболочкой, так что за счет способности плавать на поверхности или механической опоры создается воздушный зазор над водой или питательным раствором в указанном гибком контейнере, при этом способность плавать за счет низкой плотности поддерживает заданный уровень при всех уровнях воды и питательного раствора указанного гибкого контейнера.
2. Гибкий контейнер в соответствии с п. 1, в котором гибкая оболочка сформирована из склеенных или сваренных слоев листового материала.
3. Гибкий контейнер в соответствии с пунктом 1 или пунктом 2, в котором указанная гибкая оболочка поддерживается дополнительным внешним слоем присоединяемого материала, который обеспечивает механическую опору посредством подвешивания, крепления, захвата или другим образом.
4. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором указанная оболочка изготавливается таким образом, что указанная внутренняя опорная оболочка представляет собой форму, проходящую горизонтально по краю, обеспечивая поддержку всей указанной гибкой оболочки, или с другими конфигурациями внутренних опорных схем, такими как параллельные трубы или аналогичные элементы.
5. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором указанная оболочка изготавливается таким образом, что указанная внутренняя опорная оболочка представляет собой непрерывную спираль, винтовую форму или другую форму, так что при вставке опорного материала гибкий контейнер может быть вытянут или сжат в продольном направлении, что обеспечивает компактное хранение и быстрое развертывание.
6. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором указанная оболочка изготавливается из множества слоев материала, так что средний слой действует в качестве канала для воды, воздуха, питательного раствора или смеси, которые распределяются через поры во второй слой заполнителя из пористого материала с низкой плотностью, так что небольшие воздушные зазоры поддерживаются по всему указанному слою заполнителя помимо воды или питательного раствора за счет поглощающей способности материала или капиллярных механизмов, и поверхностный слой из материала с нулевой пористостью с необязательно прикрепленной оболочкой опорной камеры поддерживает герметичность системы.
7. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, при этом указанный гибкий контейнер может быть свернут или подвергнут механическим манипуляциям посредством опорной системы, так что возможно перемещение вдоль производственной линии выращивания, при этом выполняется посев, пересадка, выращивание, цветение, плодоношение, сбор урожая и очистка.
8. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором указанная гибкая оболочка сформирована из соединенных слоев композитного материала, такого как армированный волокнами полимер, или включений гибких электронных схем и устройств, отражательных слоев, слоев интеллектуальных материалов, картинок и графических слоев или других слоев.
9. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором функции забора и слива питательных веществ в форме жидкости или аэрозоля обеспечиваются посредством готовых соединений, проемов, портов, резьбовых отверстий, крепежных отверстий или других средств, которые способствуют введению.
10. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором указанная гибкая оболочка характеризуется наличием дополнительного слоя из гидрофобного или гидрофильного материала, который находится внутри указанного гидропонного контейнер, в результате чего может быть настроено влагопоглощение или другие связанные со способностью пропускать воду характеристики.
11. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором указанная гибкая оболочка характеризуется наличием готовых перфораций, выполненных на верхней части оболочки, которые обеспечивают направленный разрыв и задание направлений для вставки растений, форм жизни или другого.
12. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, где указанная гибкая оболочка характеризуется наличием повторно герметизируемого соединения, которое позволяет получить доступ к внутреннему пространству контейнера, или конкретные части контейнера можно удалить и повторно присоединить.
13. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором указанная гибкая оболочка сформирована из интеллектуального полимера, который становится неэластичным и жестким при контакте с водой, при этом выгода достигается за счет гибкости во время транспортировки, установки и разборки, а также конструкционной прочности в течение активной фазы, когда присутствует вода.
14. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором добавление прозрачного или полупрозрачного материала к верху контейнера создает защищенную среду для выращивания, внутри которой могут расти растения, при этом указанный материал может характеризоваться наличием опорной полости для обеспечения механической конструкции.
15. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, где большая полость позволяет указанной системе плавать на поверхности воды как с внутренней системой выращивания внутри контейнера, так и с закрытой локальной средой над контейнером, чтобы поддерживать среду для выращивания.
16. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, где обеспечивается выращивание в водной среде, например, выращивание креветок, рыбы или другого, причем материал может быть прозрачным, полупрозрачным или непрозрачным в зависимости от того, что выращивается - водоросли или фитопланктон, и свет является полезным для выращиваемых видов.
17. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, где пористый опорный материал прикреплен к корпусу гибкого контейнера при помощи крепления, такого как застежка-молния, крючок и петелька, кнопка, скоба, трос или другие средства, так что пористый опорный материал может быть полностью отделен от гибкого контейнера для ввода организмов, удаления организмов, осмотра внутреннего пространства гибкого контейнера, перенастройки использования гибкого контейнера или других операций.
18. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, где микроорганизмы могут выращиваться внутри контейнера для изоляции частиц или молекул потока отходов.
19. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, где питательный раствор нагнетают через встроенный аэратор таким образом, чтобы обеспечивалась фертигация под низким давлением или образовывалась водяная пыль или другое.
20. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором встроенные каналы для теплопереноса подсоединены для обеспечения введения твердого, жидкого или газообразного теплоносителя и хладоносителя, которые могут рециркулировать и которые могут вводиться для управления нагреванием и охлаждением в указанной системе.
21. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором путем пропускания троса, каната или другого удлиненного материала через внутреннюю опорную камеру обеспечивается поддержка гибкого контейнера.
22. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором наличие введенных или встроенных светоиспускающих модулей вблизи пространства для выращивания способствует росту организмов или обеспечивает функциональные характеристики, такие как управление ростом, освещение для обеспечения видимости и эстетических свойств или другое.
23. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, в котором встроены дополнительные модули для выпуска газа, чтобы способствовать быстрому надуванию опорных модулей, введению аэрации или другой цели.
24. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, где встроенные части способствуют перемещению газа и жидкости за счет эффекта Вентури, ультразвукового распыления или иным образом.
25. Гибкий контейнер в соответствии с любым предшествующим пунктом, где экономия пространства может быть обеспечена при помощи вертикального подвешивания или иным способом.
Предпочтительные признаки дополнительных аспектов настоящего изобретения могут быть описаны выше в сочетании с первым аспектом.
По всему описанию и формуле изобретения слова «содержит» и «включает в себя» и их варианты, например «содержащий» и «содержать», означают «включает в себя, кроме прочего», и они не предназначены для исключения других фрагментов, дополнительных частей, компонентов, целых чисел или стадий.
По всему описанию и формуле изобретения единственное число охватывает множественное число, если из контекста явным образом не следует противоположное. В частности, в случае использования единственного числа, следует понимать, что множественное число не исключается и подразумевается в дополнении к единственному числу, если из контекста явным образом не следует противоположное.
Другие примеры настоящего изобретения будут очевидны из последующего примера. В сущности говоря, настоящее изобретение относится к любому новому признаку или любому новому сочетанию признаков, раскрытых в этом документе (включая прилагаемую формулу изобретения и фигуры). Следует понимать, что признаки, целые числа, характеристики, соединения, химические фрагменты или группы, описанные в связи с конкретным аспектом, вариантом осуществления или примером настоящего изобретения, могут быть применены к любому другому аспекту, варианту осуществления или примеру, которые описаны в настоящем документе, кроме случаев, когда они являются несовместимыми.
Более того, если прямо не указано иное, любой признак, раскрытый в настоящем документе, может быть заменен альтернативным признаком, служащим для этой же или аналогичной цели.