АЭРО-ГИДРОПОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ IN VITRO
AERO-HYDROPONIC PLANT FOR GROWING PLANTS IN VITRO

Изобретение относится к области сельского хозяйства и биотехнологии, в частности, к устройствам для выращивания растений аэрогидропонным способом in vitro. Может найти применение при размножении селеционных образцов ценных культур, а также семенного материала из пробирочных растений в оригинальном семеноводстве клубнеплодных культур, в частности, картофеля.
Из уровня техники известна гидропонная установка для выращивания растений, (патент РФ на изобретение №2229792, МПК A01G 31/02, опубликован 10.06.2004), имеющая лотки-растильни в виде конусообразной емкости, заполненной наполнителем. Внутри емкости размещена труба с мелкими отверстиями для выхода воздуха, газовой смеси и питательной среды. Над трубой размещены экран для равномерного распределения питательной среды и формообразователь с ячейками для размещения в них корневой и/или надземной части растений. Над емкостью размещен колпак над ростовой зоной для регулирования вентиляции и газового питания растений. Недостатком известной установки является невозможность наблюдения процесса формирования корневой системы, в результате чего нельзя применить методы дифференцированного сбора поспевающих семян у клубнеплодных культур.
Известно устройство для гидропонного выращивания сельскохозяйственных культур (патент РФ на изобретение №2289913, МПК A01G 31/02, опубликован 27.12.2006), состоящее из емкости с перфорированными стенками, заполненной субстратом. Внутри емкости проходит канал для подачи жидкости, представляющий собой поливную трубку с водовыпусками. Емкость с перфорированными стенками представляет собой объемное тело в виде одной секции или многосекционной конструкции, состоящей из нескольких секций, соединенных между собой. Перфорированная стенка секции емкости выполнена в виде поверхности куба, параллелепипеда или тела вращения. Недостатком известного устройства является сложность конструкции, а также невозможность наблюдения процесса формирования корневой системы - мониторинга развития корневой системы.
Наиболее близким техническим решением является одноярусная аэропонная установка «Урожай», разработанная группой аэропонных технологий выращивания растений Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии Россельхозакадемии (www.aerogidroponica.ru). Установка содержит каркас в виде сборно-разборной конструкции, собранной из трубчатых вертикальных и продольных элементов. В средней части каркаса находится резервуар для сбора жидкости, через днище которого осуществляется отвод жидкости и подача питающего раствора к соплам, распрыскивающим питательный раствор под давлением посредством насоса. Участки вертикальных элементов выше резервуара используются для крепления освещения, используемого в процесс выращивания. Подача питательного раствора к корням растений осуществляется методом разбрызгивания питательного раствора. Разбрызгивание, отвод из резервуара и его циркуляция обеспечиваются посредством водяного насоса. Устройство основано только на аэропонном способе выращивания при отсутствии постоянной питающей гидропонной системы питания. Недостатком изделия является малый размер рабочей камеры, недостаточный для развития корневой системы клубнеплодных растений.
В предлагаемом изобретении система питания принципиально отличается от существующих способов подготовки питательной смеси и основана на активно-пассивном комбинированном методе подачи питательной смеси сразу тремя независимыми друг от друга питательными системами.
Техническим результатом изобретения является:
- упрощение конструкции и технологического процесса - выращивания растений на установке,
- удешевление технологического процесса вследствие значительного снижения издержек на производство (в частности, за счет сокращения затрат на электроэнергию, применения недорогих материалов и оборудования и значительного снижения всех видов трудоемких работ), что приводит к существенному снижению себестоимости конечной продукции,
- повышение качественных и количественных характеристик выращиваемой продукции,
- возможность мониторинга развития корневой системы - визуальный контроль, что позволяет применить методы дифференцированного сбора поспевающих семян у клубнеплодных культур,
- возможность применения приемов инициации клубнеобразования благодаря внедрению в технологический процесс дифференцированных схем питания и поэтапной уборки урожая,
- предотвращение загрязнения окружающей среды ввиду отсутствия химических обработок почвы, а также несравнимо меньшего использования химических препаратов в процессе вегетации.
Сущность изобретения заключается в том, что аэро-гидропонная установка для выращивания растений содержит каркас сборно-разборной конструкции, имеющий верхнюю и нижнюю рамы, аэрогидропонный бокс, расположенный в средней части каркаса, независимые друг от друга аэрозольную, аэропонную и гидропонную питательные системы, размещенные внутри аэрогидропонного бокса, рассадопосадочную панель, расположенную в верхней части аэрогидропонного бокса и состоящую из последовательно соединенных пластиковой решетки, черной светонепроницаемой пленки и фольгированного пенофола, сеть для фиксации растений, расположенную над рассадопосадочной панелью, осветительную установку, прикрепленную на верхней раме каркаса, систему фильтрации и ультрафиолетовой очистки и водяной насос, прикрепленные на нижней раме каркаса, ролики, прикрепленные к каркасу для придания мобильности. Аэрозольная питательная система является активной и основной формой питания и включает в себя воздушные трубки и водяные трубки, расположенные перпендикулярно с возможностью обеспечения смешения воздушного потока и потока жидкости соответственно, с образованием аэрозольной взвеси, и сепараторы, расположенные напротив воздушных трубок непосредственно за областью смешения воздушного потока и потока жидкости, выполненные с возможностью обеспечения внекорневой обработки растений в процессе вегетации. Аэропонная питательная система является активной и дополнительной формой питания и включает в себя трубки основной аэропонной системы, к которым через водяной насос подсоединена система фильтрации и ультрафиолетовой очистки, с форсунками основной аэропонной системы, трубопровод вспомогательной аэропонной системы, закрепленный на верхней раме каркаса, с форсунками вспомогательной аэропонной системы, выполненные с возможностью обеспечения внекорневой обработки растений в процессе вегетации, и распределительный кран, расположенный в аэрогидропонном боксе и выполненный с возможностью направления питательного раствора через форсунки вспомогательной аэропонной системы. Гидропонная питательная система является пассивной формой питания и включает в себя гидрорезервуар с питательным раствором, встроенный в аэрогидропонный бокс и расположенный с возможностью обеспечения постоянного контакта нижней части корней растений с питательным раствором, и лифт-платформу, смонтированную внутри аэрогидропонного бокса, выполненную с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и имеющую отверстия и углубления в виде ячеек для удержания питательного раствора.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг. 1 показаны внешние части аэро-гидропонной установки для выращивания растений in vitro, где 1 - каркас, 2 - сеть для фиксации растений, 3 - рама верхняя, 4 - осветительная установка, 5 - трубопровод вспомогательной аэропонной системы, 6 - форсунки вспомогательной аэропонной системы, 7 - рассадопосадочная панель, 8 - система фильтрации и ультрафиолетовой (УФ) очистки, 9 - водяной насос, 10 - аэрогидропонный бокс, 11 - ролики.
На фиг. 2 показаны внутренние части аэро-гидропонной установки для выращивания растений in vitro, где: 12 - гирорезервуар с питательной жидкостью (гидропонная система питания), 13 - труба перепускная, 14 - трубки аэрозольной системы питания, 15 - трубки основной аэропонной системы, 16 - форсунки основной аэропонной системы, 17 - лифт-платформа (гидролифт), 18 - распределительный кран.
На фиг. 3 показаны конструктивные элементы аэрозольной системы питания, где: 19 - водяная трубка, 20 - воздушная трубка, 21 - сепаратор.
На фиг. 4 показаны конструктивные элементы пассивной системы питания (лифт-платформа), где: 22 - передвижной механизм, 23 - стержень, 24 - тросик, 25 - колесики, 26 - ячейки лифт-платформы, 27 - рукоятка.
На фиг. 5 показаны конструктивные элементы рассадопосадочной крышки, где: 28 - пластиковая решетка, 29 - черная светонепроницаемая пленка, 30 - фольгированный пенофол толщиной 10 мм.
На фиг. 6 показана фиксация растений картофеля на аэрогидропонной установке, сорт Жуковский ранний (ВНИИКХ).
На фиг.7 показано развитие корневой системы и усиленное столонообразование на растениях картофеля, сорт Жуковский ранний (ВНИИКХ).
На фиг. 8 и фиг. 9 показано культивирование растений аэрогидропонным способом на аэрогидропонной установке (ВНИИКХ).
На фиг. 10 и фиг. 11 показано развитие миниклубней картофеля, сорт Жуковский ранний.
На фиг. 12 показана структура урожая миниклубней, собираемых на аэрогидропонной установке, сорт Жуковский ранний (ВНИИКХ).
На фиг. 13 показан аэрогидропонный блок, собранный из нескольких аэрогидропонный модульных устройств.
Принцип питания растений в аэрогидропонном модуле основан на активно-пассивной форме подачи питательной смеси к корням растений и заключается в комбинации трех питательных систем, работающих независимо друг от друга.
К активной питающей системе относятся детали аэрозольной и аэропонной систем, которые включаются периодически согласно выставленным режимам времени. Обе системы функционируют независимо друг от друга. Аэрозольная система является основной формой питания, в то время как аэропонная система выполняет роль дополнительного или же подстраховывающего питания в случае аварии аэрозольной системы.
Пассивное питание осуществляется гидропонной системой, обеспечивающей питание корней растений практически постоянно, без задействования каких-либо узлов, деталей и электрооборудования. Узлы и детали гидропонной системы представлены встроенным резервуаром аэрогидропонного бокса и лифт-платформой, смонтированной внутри бокса, которая обеспечивает молодые растущие растения постоянным питанием до их полного развития. Все питательные системы размещены внутри камеры аэрогидропонного бокса и в комплексе представляют собой автономный полуавтоматический биокультивационный модуль для культивирования растений в течение всего вегетационного периода с возможностью ведения визуального контроля и мониторинга корневой системы и проведения дифференцированного сбора семян клубнеплодных растений, достигающих определенного размера по мере их роста и развития.
Аэро-гидропонная установка для выращивания растений (клубнеплодных культур) содержит каркас 1 сборно-разборной конструкции, в средней части которого расположен аэрогидропонный бокс 10. Внутри аэрогидропонного бокса 10 размещены узлы и детали активно-пассивной питающей системы, состоящей из аэрозольной, аэропонной и гидропонной систем питания, которые выполнены с возможностью питания растений питательной жидкостью. Питательная жидкость находится в гидрорезервуаре 12, размещенном непосредственно внутри аэрогидропонного бокса 10 и являющимся компонентом пассивного питания. Гидрорезервуар 12 расположен таким образом, чтобы обеспечивать постоянный контакт нижней части корней растений с периодически рециркулируемым питательным раствором.
В верхней части аэрогидропонного бокса 10 расположена рассадопосадочная панель 7, состоящая из пластиковой решетки 28, поверх которой настелена черная светонепроницаемая пленка 29, которая, в свою очередь, накрыта фольгированным пенофолом 30 фольгой кверху. Над рассадопосадочной панелью 7 расположена сеть для фиксации растений 2. Под рассадопосадочной панелью 7 расположены трубки основной аэропонной системы 15, форсунки основной аэропонной системы 16, труба перепускная 13 и трубки аэрозольной системы питания 14. Элементами аэрозольной системы питания являются воздушные трубки 20, водяные трубки 19 и сепараторы 21. Воздушные трубки 20 и водяные трубки 19 расположены перпендикулярно друг другу с возможностью обеспечения смешения воздушного потока, поступающего из воздушного сопла каждой воздушной трубки 20, и потока жидкости, поступающей из каждой водяной трубки 19, с образованием аэрозольной взвеси. Сепараторы 21 расположены напротив воздушных сопел воздушных трубок 20 непосредственно за областью смешения воздушного потока и потока жидкости.
Пассивная питающая система, расположенная в аэрогидропонном боксе 10, состоит из лифт-платформы 17, выполненной с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Лифт-платформа 17 выполнена с отверстиями и углублениями в виде ячеек 26. Передвижной механизм 22 лифт-платформы 17 состоит из горизонтального стержня 23, закрепленного вдоль центральной оси под рассадопосадочной крышкой 7. К стержню 23 крепятся тросики 24, продетые через колесики 25. Тросики 24 прицеплены к лифт-платформе 17 и удерживают ее в горизонтальной плоскости. Рукоятка 27 выполнена с возможностью обеспечения крутящего момента стержню 23.
В верхней части каркаса 1 расположена верхняя рама 3, в нижней части - нижняя рама. На верхней раме 3 прикреплены детали освещения - осветительная установка 4, а также узлы аэрогидропонной системы - трубопровод вспомогательной аэропонной системы 5 с форсунками 6 вспомогательной аэропонной системы. Узлы аэрогидропонной системы выполнены с возможностью обеспечения внекорневой обработки растений в процессе вегетации. К нижней раме каркаса 1 прикреплены узлы и детали систем обеззараживания и очистки питательного раствора - система фильтрации и УФ-очистки 8, а также водяной насос 9. Система фильтрации и УФ-очистки 8 через водяной насос 9 присоединена к трубам аэропонной системы 15, на которых расположены форсунки 16. Распределительный кран 18, расположенный в аэрогидропонном боксе 10, и выполнен с возможностью направления питательного раствора через форсунки 6.
Каркас 1 снабжен роликами 11 для придания мобильности установке.
Аэро-гидропонная установка для выращивания растений работает следующим образом.
Перед началом работы в гидрорезервуар 12 вливается питательный раствор в необходимом объеме. Микрорастения высаживаются на рассадопосадочную панель 7. Основное аэрозольное питание корней растений осуществляется следующим образом. К воздушным трубкам 20 по воздушному шлангу подается сжатый воздух. Воздушный поток, проходя под давлением через воздушное сопло воздушной трубки 20, выходит из нее с большой скоростью, создавая разрежение над водяной трубкой 19, вследствие чего жидкость поднимается по водяным трубкам и смешиваясь с поступающим с большой скоростью воздухом дробится на мелкие капли. Далее жидкость в мелкодисперсном состоянии уносится потоком воздуха и, ударяясь о сепаратор 21, разбивается на еще более мелкие части, превращаясь в аэрозольную взвесь, насыщенную питательными веществами и кислородом воздуха. Взвесь в таком физическом состоянии становится оптимально доступной для питания с уникальными качественными характеристиками. Включение и выключение системы регулируется таймером.
Аэропонная система питания включается через более длительные промежутки времени и также служит для опрыскивания корней и для заполнения ячеек 26 лифт-платформы 17 питательной жидкостью. После включения водяного насоса 9 жидкость, проходя через систему фильтрации и УФ-очистки 8, подается в трубы аэропонной системы 15 и через форсунки 16 распрыскивается на корни растений. В случае обработки листовой поверхности открывается распределительный кран 18 и питательный раствор распрыскивается на листовую поверхность через форсунки 6. Гидрорезервуар 12 является компонентом пассивного питания и обеспечивает постоянный контакт нижней части корней растений с периодически рециркулируемым питательным раствором.
Камера аэрогидропонного бокса 10 оборудована специальным гидролифтом, представляющим из себя передвижную лифт-платформу 17 с отверстиями и углублениями в виде ячеек 26 для удержания жидкости. В ячейках 26 всегда содержится питательная жидкость, поступающая во время работы аэропонной системы. Передвижной механизм 22 гидролифта 17 состоит из горизонтального стержня 23, закрепленного вдоль центральной оси под рассадопосадочной панелью 7. К стержню 23 крепятся тросики 24, продетые через колесики 25. Тросики 24 цепляются к лифт-платформе 17 и удерживают ее в горизонтальной плоскости. При прокручивании рукоятки 27 крутящий момент передается на стержень 23, вследствие чего тросики 24 распускаются, и лифт-платформа 17 плавно опускается. Лифт-платформа 17 опускается вниз с таким расчетом, чтобы нижняя часть растущих корней всегда располагалась в ячейках 26 лифт-платформы 17. Через 3 недели, когда корни становятся достаточно длинными и начинают достигать жидкости в гидрорезервуаре, лифт-платформа 17 опускается до крайнего нижнего положения и уже до конца вегетации служит заграждающим барьером, предупреждающим попадание клубней в жидкость на дне гидрорезервуара 12. Основная задача лифт-платформы 17 заключается в исключении возможной гибели при аварийном и долговременном отключении энергосистем на этапе начального роста молодых растений, до тех пор, пока в процесс развития не включится пассивная система питания. Гидролифт, благодаря жидкости в ячейках, осуществляет дополнительную пассивную подпитку молодых растений и защищает молодые корни от пересыхания. Вторая задача гидролифта - это предотвращение попадания отросших миниклубней в жидкость, предупреждая тем самым их возможное задыхание в растворе.
Растения высаживаются на рассадопосадочную панель 7, которая состоит из пластиковой решетки 28 с ячейками 30x30 мм. Поверх сетки настелена черная светонепроницаемая пленка 29 для ограничения доступа света в корневую камеру. Пленка накрывается фольгированным пенофолом 30 толщиной 10 мм фольгой кверху с целью увеличения отражающих свойств посадочной поверхности и улучшения освещенности нижних ярусов растений. Пенофол в силу упругих, но мягких качеств вспененного пенополипропилена, является надежным средством для фиксации нежных молодых растений и не препятствует их росту в процессе развития. Тем самым отпадает необходимость изготовления специальных фиксирующих устройств и приспособлений, предупреждающие проваливание растений внутрь камеры. Такая посадочная панель позволяет высаживать растения с любой схемой посадки и ограничивается только площадью самой панели.
Предлагаемое устройство способствует повышению качественных и количественных характеристик получаемого материала, расширяет возможности проведения визуального контроля и мониторинга корневой системы, позволяет применять приемы инициации клубнеобразования благодаря возможности внедрения в технологический процесс дифференцированных схем питания и уборки урожая, что в конечном счете ведет к значительному снижению издержек на производство отражающихся на существенном снижении себестоимости конечной продукции.
Для испытания способа в производственных целях была разработана аэро-гидропонная установка, на которой изучали рост и развитие растений картофеля по сорту Жуковский ранний. Испытания проводили на опытной площадке ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства имени А.Г. Лорха» (ВНИИКХ) в естественных условиях окружающей среды при естественном освещении и в лабораторном помещении при искусственном освещении с регулируемыми условиями окружающей среды.
Процесс выращивания оригинальных семян на устройстве начинается с высадки пробирочных микрорастений непосредственно сразу на биотехнологический модуль, не требуя какого-либо предварительного подращивания и адаптации микрорастений к новым условиям.
Перед высадкой в модуль растения тщательно отмываются от остатков агаризованной среды и выдерживаются на установке в течение трех дней на чистой водопроводной воде с уровнем кислотно-щелочного баланса (рН), доведенным до 6,0-6,5. После 3 дней адаптации к новым условиям, растения переводят на постоянное питание на питательных смесях с определенным составом питательных веществ.
Соотношение количества питательных элементов первой питательной среды способствует скорейшему формированию хорошо развитой корневой системы и получению максимального количества столонов. Начальная фаза развития играет ключевую роль в последующем процессе выращивания миниклубней и напрямую влияет на количественные показатели полученного урожая.
Особое внимание на этом этапе уделяется соотношению питательных веществ в питательной среде, их концентрации, рН, электропроводности (ЕС), а также режиму питания.
Для реализации предлагаемого аэрогидропонного способа выращивания на изобретенных биотехнологических модулях разработаны специальные питательные растворы (ВНИИКХ), применяемые по дифференцированной схеме на разных этапах развития. На первом этапе развития функции питательного раствора направлены на максимальное развитие корневой и листостебельной частей растений и инициации образования большого количества столонов, позволяющих увеличить потенциальную урожайность и количество миниклубней картофеля. При выращивании в искусственных условиях период освещения на первом этапе составляет 16 часов при температуре 21-23°С днем и 18-20°С ночью. К началу второй фазы корневая система набирает достаточно хорошее развитие, достигает контакта с жидкостью в гидрорезервуаре и, помимо питания через активную (аэропонную) систему, подключается процесс полноценного питания растений через пассивную (гидропонную) систему. При подрастании растений до 15-20 см проводят специальные мероприятия по углублению растений внутрь камеры. Для этого нижние листья обрываются и растения просовывают вглубь на величину 1-2 междоузлий. Эта операция является принципиально важным пунктом изобретения и технологически схожа с операцией окучивания в полевой культуре, проводимой в целях увеличения корневой системы и получения большего количества столонов. Важность этой операции для аэрогидропонных установок состоит в том, чтобы в будущем предотвратить растения от возможного повреждения от самоудушения, так как в процессе развития на границе корневой и надкорневой частей растения велика вероятность образования клубней, которые, увеличиваясь в размере, могут привести к сдавливанию стеблей в районе ячейки. Процесс углубления повторяют до 2 раз в зависимости от скорости роста и сортовых особенностей.
Для удержания разрастающихся растений в прямостоячем состоянии, через каждые 15 см подрастания стеблей к стойкам устройства крепят сетку, которую сплетают из шпагата таким образом, чтобы каждое растение проходило сквозь свою ячейку (фиг. 6).
По достижении полного развития кустов получается до 4-5 поддерживающих ярусов, кусты находятся в прямостоячем состоянии и не разваливаются. В течение периода развития проводятся наблюдения и визуальный контроль растений на наличие каких-либо признаков возможного угнетения растений. В фазу бутонизации-цветения проводят обязательный анализ на скрытую (латентную) зараженность вирусными болезнями по листовым пробам методом иммуноферментного анализа (ИФА).
К началу фазы бутонизации-цветения, на 45-55 день (в зависимости от сортовых особенностей), развиваются достаточно мощные растения, корневая система образует большое количество столонов и наблюдаются первые признаки клубнеобразования (фиг. 7).
После первой фазы развития наступает очередь мероприятий второго этапа, направленных исключительно на инициацию процессов клубнеобразования. Питательная среда обедняется в азотном отношении, меняется состав и соотношение питательных элементов друг к другу и режим подачи питания. В искусственных условиях выращивания, наряду с обеднением раствора, прилагают усилия к понижению температуры окружающей среды по возможности до 14-16°С в ночное время в течение 10-12 дней и режим освещения переводят на 14 часов. Все мероприятия направлены на создание «шоковых» ситуации с целью активизации продуктивных качеств растений для получения большего количества потомства. Создавая искусственные условия дефицита питания, активизируются процессы воспроизводства будущих поколений, инициируется процесс клубнеобразования и создаются условия для перехода растения в следующую фазу развития - плодоношение.
По завершении фазы перехода к плодоношению питательный раствор полностью сменяется на третий питательный раствор с составом питательных веществ, отвечающих наиболее полному питанию для плодоношения или клубнеобразования. Третий питательный раствор характерен увеличенным содержанием основных питательных веществ, способствующих активному формированию клубней, скорейшему их созреванию и увеличению длительности вегетации с целью увеличения продуктивности растений.
На третьем питательном растворе растения культивируются до конца вегетации продолжительностью до 12 недель в зависимости от сортовых особенностей, позволяя за это время провести до 10-12 сборов урожая. В искусственных условиях выращивания режим освещения переводят на 12 часов.
При наступлении фазы плодоношения наступает время проведения очень важных мероприятий по сбору урожая, направленных на увеличение количества получаемых миниклубней. Сбор проходит в несколько этапов по мере развития миниклубней. Уборку проводят дифференцированно в несколько этапов, через каждую неделю, в течение трех месяцев. Еженедельная схема уборки наиболее оптимальна, так как частичное удаление более крупных клубней инициирует скорое дозревание более мелких оставшихся и провоцирует новое клубнеобразование. Это одно из очень важных мероприятий, дающих преимущество перед традиционным способом выращивания семян картофеля в горшечной культуре, для получения большего количества миниклубней с одного растения. На фиг. 10 и фиг. 11 показано развитие миниклубней картофеля, сорт Жуковский ранний.
Продолжительность вегетации растений составляет до 150 дней, в течение которого установка позволяет получить более 50 шт. миниклубней с одного растения. Собранные миниклубни в целях профилактики промывают слабым раствором марганцовки или 0,1% раствором гипохлорита натрия или кальция с последующим полосканием водой. Далее проводятся мероприятия по сушке и озеленению, после чего клубни подготавливают к длительному хранению, при температуре 3-4 градуса.
На основании проведенных исследований на опытном образце изделия были получены результаты, подтверждающие высокую производительность в заявленном способе.
Установлено, что при выращивании предлагаемым способом в естественных условиях окружающей среды можно в несколько раз сократить затраты на электроэнергию и практически исключить все виды трудоемких работ, сопутствующих в горшечной культуре, увеличив при этом в несколько раз количественные показатели урожая с сопоставимыми качественными характеристиками.
Ниже приведены примеры конкретного осуществления работы устройства.
Исследования проводились на культуре картофеля по сорту Жуковский ранний, (фиг. 8, 9). Модуль располагался на открытой площадке, пробирочные микрорастения высаживались сразу на модуль. Вегетация длилась в течение 105 дней с 15 июня по 31 сентября.
Из 60 высаженных на модуль микрорастений было получено около 3,5 тыс.стандартных миниклубней разной фракции размером от 23 мм и выше. Структура урожая миниклубней показана на фиг.12. Результаты выращивания миниклубней на аэрогидропонной установке в ВНИИКХ, сорт Жуковский ранний, приведены в таблице 1.
2
При общем выходе в расчете с 1 м полезной площади 1520 шт. миниклубней, среднее количество полученных с одного растения стандартных миниклубней составило 57 шт.
Выход миниклубней оптимального размера от 20 до 30 мм в диаметре составлял более 75%. Клубни более крупной фракции (>30 мм) составили около 7%. Фракция клубней от 15 до 20 мм составляла около 9%. Фракция мелких клубней (от 10 до 15 мм) не превышала 7%. В процессе уборки, а особенно при завершении вегетации, при сборе попадалось большое количество миниклубней размером менее 10 мм, но эти миниклубни в расчет не брали и их количество не учитывалось. Количественный выход различных по величине фракций миниклубней сортов Жуковский ранний в аэрогидропонной культуре (вегетация с 15.06 по 31.09, длительность 105 дней) приведен в таблице 2.
При среднем количестве полученных миниклубней в расчете на 1 растение 57 штук, более 82% составили клубни оптимальной фракции для высадки в открытый грунт и 18% клубни более мелкой фракции, которые можно высаживать в условиях защищенного грунта.
За 105 дней эксплуатации установки для производства 3467 шт. миниклубней расход электроэнергии составил 10,7 КВт. Эффективность использования аэрогидропонного метода в естественных условиях освещения, сорт Жуковский ранний, приведена в таблице 3.
В денежном эквиваленте (по ценам 2016 года), материальные затраты на производство миниклубней в количестве 3467 шт. составили около 5856 руб., из них около 56 рублей за электричество, примерно 1000 рублей на минеральное питание и химические препараты, 4800 рублей на приобретение посадочного материала. Энергозатраты на получение 1 миниклубня составили 3,08 ватт. Проведенное сравнение результатов выращивания миниклубней в искусственных условиях с комбинированным освещением с применением натриевых ламп ДНАТ-400 и светодиодных светильников показало, что в себестоимости одного миниклубня при искусственном освещении затраты на электроэнергию составляли от 6 до 9 рублей, в зависимости от типа применяемого осветительного оборудования.
Проведенные исследования позволяют утверждать, что предлагаемое изобретение позволяет значительно увеличить выход миниклубней в расчете на одно растение за счет применения аэрогидропонного способа выращивания на установках с активно-пассивной системой питания, позволяющих применить дифференцированные схемы питания и поэтапной уборки урожая.
Способ позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды ввиду отсутствия химических обработок почвы, а также несравнимо меньшего использования химических препаратов в процессе вегетации. Получаемая продукция конкурентоспособна по качеству получаемых миниклубней и выигрывает в ценовом отношении.
Изобретение в силу простоты конструкции и применения недорогих материалов и оборудования, а также минимальных энергозатрат, способствует значительному снижению издержек на производство и существенному снижению себестоимости продукции, не теряя в качестве и потребительских характеристиках семян.
Основные конструктивные параметры и эксплуатационные показатели аэрогидропонного устройства для выращивания миниклубней картофеля в ВНИИКХ приведены в таблице 4.
Аэро-гидропонное устройство сконструировано с таким расчетом, чтобы он мог функционировать как в единственном экземпляре, так и в группе из нескольких модулей, соединенных в один комплексный блок.
Аэро-гидропонная система и сама конструкция изобретения собраны из быстросъемных соединений, что позволяет подсоединить модули друг с другом в любом количестве (фиг. 13), образуя комплексный блок. Комплексный блок может функционировать от одного более мощного энергоблока, позволяя снизить расходы при использовании одного энергооборудования по сравнению с использованием энергооборудования на каждом аэрогидропонном устройстве.
При производстве семенного материала до 30-50 тыс. шт. для собственных нужд хозяйства, целесообразно использовать комплексный вариант эксплуатации аэрогидропонных блоков в защищенных тепличных условиях.
Таким образом, изобретением обеспечивается упрощение конструкции и технологического процесса, удешевление технологического процесса вследствие значительного снижения издержек на производство, что приводит к существенному снижению себестоимости конечной продукции, повышение качественных и количественных характеристик выращиваемой продукции, возможность мониторинга развития корневой системы, возможность применения приемов инициации клубнеобразования благодаря внедрению в технологический процесс дифференцированных схем питания и поэтапной уборки урожая, предотвращение загрязнения окружающей среды ввиду отсутствия химических обработок почвы, а также несравнимо меньшего использования химических препаратов в процессе вегетации.