Способ аэрации корней растений
METHOD FOR AERATION OF PLANT ROOTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области сельского хозяйства и, конкретнее, к выращиванию растений в питательной среде без почвы, т.е. гидропонике.
Известны способы аэрации корней растений, включающие расположение, по крайней мере, части корней в питательном растворе и периодическое перемещение корней из питательного раствора в воздух (Patent US № 13/192730, 07/28/2011. Hydroponic System // Patent US №20120023821. 02.02.2012 / Kao Chih-Сheng; Патент РФ № 201610937/13, 15.03.2016. Установка для гидропонного выращивания растений // Патент РФ №167134. 2016. Бюл. № 35. / Черников А.М.). Причем, при поднятии корней растений в верхнее положение происходит извлечение корней из питательного раствора и интенсивный газообмен корней, а при опускании корней в нижнее положение происходит погружение корней в питательный раствор.
Наиболее близкий аналог, принятый нами за прототип (Патент РФ № 2020105743, 06.02.2020. Способ гидропонного выращивания растений, устройство для осуществления способа и плавающая платформа этого устройства // Патент РФ №2730648. 2020. Бюл. № 24. / Туркин Н.И. и др.), включает расположение, по крайней мере, части корней в питательном растворе на горизонтальной поддерживающей плоскости для корней и периодическое перемещение корней из питательного раствора в воздух. При этом перемещение поддерживающей плоскости для корней осуществляют в вертикальном направлении.
Недостатки известных способов заключаются в затруднении газообмена корней в фазе нахождения в питательном растворе из-за низкого содержания кислорода в питательном растворе, особенно при повышении температуры и/или большой скученности корней. А также в быстром завядании растений в случае аварии в фазе нахождения корней в воздухе. Это приводит к понижению эффективности выращивания растений.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение технологического совмещения по времени режима поглощения питательного раствора с обогащением корней кислородом.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение эффективности выращивания растений.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание нового способа и устройства для его осуществления, обеспечивающего процесс одновременного поглощения корнями растений питательного раствора и обогащения кислородом корней.
Технический результат достигается тем, что в способе аэрации корней растений, включающем расположение, по крайней мере, части корней в питательном растворе на горизонтальной поддерживающей плоскости для корней и периодическое перемещение корней из питательного раствора в воздух, согласно изобретению, перемещение корней в воздух осуществляют за счет наклона поддерживающей плоскости для корней.
Для повышения эффективности способа перемещение корней из питательного раствора в воздух  осуществляют  до середины поддерживающей плоскости для корней.
Для повышения эффективности способа наклон поддерживающей плоскости для корней осуществляют в продольном и/или поперечном направлении.
Для повышения эффективности способа слой питательного раствора, располагают на 2-20 мм выше поддерживающей плоскости для корней.
Для повышения эффективности способа наклон поддерживающей плоскости для корней за счет нагнетание воздуха в поддерживающую плоскость для корней совмещено  с нагнетанием воздуха для аэрации питательного раствора.
Благодаря тому признаку, что перемещение корней в воздух осуществляют за счет наклона поддерживающей плоскости для корней, это позволяет улучшить газообмен корней. Кроме того для наклона поддерживающей плоскости для корней требуется меньше энергии, чем для полного подъема поддерживающей плоскости для корней. При этом совокупность существенных признаков способа ведет к достижению неочевидных технических эффектов, заключающихся в том, что часть корней каждого растения постоянно находится в питательном растворе, что позволяет сохранять жизнеспособность растений при авариях в любой фазе аэрации и реже аэрировать корни. Таким образом эти признаки совместно с другими признаками позволяют получить заявленный технический результат - повышение эффективности выращивания растений, следовательно, изобретение удовлетворяет условию изобретательского уровня.
Благодаря тому признаку, что перемещение корней из питательного раствора в воздух  осуществляют  до середины поддерживающей плоскости для корней, позволяет чередовать фазу аэрации и фазу погружения в питательный раствор для всех корней, расположенных на поддерживающей поверхности для корней.
Благодаря тому признаку, что наклон поддерживающей плоскости для корней осуществляют в продольном и/или поперечном направлении, позволяет использовать вегетационные сосуды различной длины. При этом если выращивать в одном вегетационном сосуде (например, в виде удлиненного  короба) даже несколько растений, то при наклоне поддерживающей плоскости для корней в поперечном направлении у каждого растения часть корней оказывается в воздухе, а другая часть каждого растений остается в питательном растворе.
Благодаря тому признаку, что питательный раствор, располагают на 2-20 мм выше поддерживающей плоскости для корней, позволяет при авариях аэрировать питательный раствор через соприкосновение с воздухом у поверхности питательного раствора. Кроме того расположение нижней части корневой системы в тонком слое питательного раствора облегчает процесс их перемещения из раствора в воздух.
Благодаря тому признаку, что наклон поддерживающей плоскости для корней за счет нагнетания воздуха в поддерживающую плоскость для корней совмещено  с нагнетанием воздуха для аэрации питательного раствора, экономится энергия для наклона поддерживающей плоскости для корней.
Заявляемое изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет описано ниже более подробно со ссылкой на примерный вариант выполнения, иллюстрированный на чертежах, где:
Фиг. 1 показывает поперечный разрез вегетационного сосуда с плавающей платформой устройства для аэрации корней растений;
Фиг. 2 показана продувка воздухом устройства для аэрации корней растений.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ
На фиг. 1 показан поперечный разрез вегетационного сосуда с плавающей платформой устройства для аэрации корней растений, содержащее вегетационный сосуд 1 с крышкой 2, которая имеет отверстие 3 для горшочка 4 с субстратом 5. В горшочке 4 находится растение 6 с корнями 7. При выращивании одного растения 6 длина и ширина вегетационного сосуда 1 могут быть близкими, а при выращивании нескольких растений вегетационный сосуд 1 может быть в виде вытянутого в длину короба. В средней части вегетационного сосуда 1 находится поддерживающая плоскость для корней 8 в виде плавающей платформы  с поплавком 9. При этом поддерживающая плоскость для корней может быть выполнена из ПВХ (поливинилхлорида) или другого листового полимерного материала толщиной от 0,1 до 3 мм. Возможно изготовить плавающую платформу из гибкого преимущественно полимерного материала, способного компактно упаковываться, а также вновь принимать рабочую форму при надуве.
В данном примере поплавок 9 из двух полос в виде вытянутых параллелепипедов  с поперечным сечением 10×10 мм состоит из твердого вспененного инертного материала, например, экструдированного пенополистирола. Однако поплавок 9 можно изготавливать из другого материала, а также из комбинации различных материалов. Плавающая платформа расположена с зазором 2-4 мм от боковых стенок вегетационного сосуда 1. Снизу плавающей платформы 8 находится 2 изолированных отсека 10 и 11. Каждый отсек снабжен полыми трубками 12 и 13 для выхода воздуха. Причем при выращивании в одном вегетационном сосуде 1 нескольких растений 6 изолированные отсеки 10 и 11 располагаются вдоль поддерживающей плоскости для корней 8 (например, плавающей платформы), а при выращивании одного растения изолированные отсеки 10 и 11 могут располагаться как в продольном так и в поперечном направлении. Благодаря этому, при наклоне поддерживающей плоскости для корней 8 и перемещению одной части корней 7 в воздух, другая часть корней 7 каждого растения 6 остается в питательном растворе 14.
В нижней части вегетационного сосуда 1 имеется полимерная трубка (не показана на фигуре) для подачи/слива питательного раствора 14. Около дна вегетационного сосуда 1 имеются полимерные трубки 15 и 16 для подачи воздуха от компрессора.
При этом донная часть и/или боковые стенки  плавающей платформы 8 имеют отверстия для поступления/слива питательного раствора 14, но не проницаемые для корней 7. Для этого отверстия могут быть покрыты инертным материалом (не показано на фиг. 1), например, нетканным иглопробивным геотекстилем. В частных случаях торцевые стенки плавающей платформы 8 могут иметь крупные отверстия, проницаемые для корней.
Устройство работает следующим образом. В отверстие 3 крышки 2 вегетационного сосуда 1 закрепляется растение 6 с корнями 7 с помощью горшочка 4 с субстратом 5 или другим известным способом, а плавающую платформу 8 располагают внутри вегетационного сосуда 1 ниже крышки 2. Питательный раствор 14 заливают через полимерную трубку для подачи/слива (не показана на фигуре) питательного раствора 14 так, чтобы, по крайней мере, нижняя часть корней 7 находилась в питательном растворе 14. Если на ранних стадиях выращивания корни 7 еще не сформировались (например, при выращивании растений 6 из семян), то питательный раствор 14 заливают так, чтобы смачивалась нижняя часть субстрата 5, а после появления корней 7 уровень питательного раствора 14 понижают.
В частном случае наклон поддерживающей плоскости 8 для корней производят за счет чередования подачи воздуха в отсеки 10 и 11. Это позволяет также дополнительно перемешивать и аэрировать питательный раствор 14.  В частных случаях возможно осуществлять наклон поддерживающей плоскости 8 для корней и другими известными способами.
При подаче воздуха (фиг. 2a) через полимерную трубку 16 воздух попадает в отсек 11. Из отсека 11 воздух свободно выходит через трубку 12, но медленнее (из-за маленького внутреннего диаметра трубки 12), чем заходит через трубку 16. В результате этого происходит наклон плавающей платформы 8 вправо. При этом корни 7, расположенные над отсеком 11 оказываются в воздухе и происходит интенсивный газообмен корней 7 с воздухом. При отключении компрессора воздух из отсека 11 самопроизвольно выходил через постоянно открытую трубку 12. При этом плавающая платформа 8 возвращалась в горизонтальное положение на 15-30 мин. Затем (фиг. 2b) воздух подается через полимерную трубку 15 и попадает в отсек 10 в результате этого происходит наклон плавающей платформы 8 влево. При этом корни 7, расположенные над отсеком 10 оказываются в воздухе. При отключении компрессора воздух из отсека 10 самопроизвольно выходил через постоянно открытую трубку 13. Направление движения воздуха показано стрелками. При этом плавающая платформа 8 возвращалась в горизонтальное положение. После этого цикл повторялся.
По мере роста растения питательный раствор 14 поглощался корнями 7 и плавающая платформа 8 самопроизвольно опускалась ниже. При этом нижняя часть корней 8 опускалась вслед за плавающей платформой 7 и поэтому нижняя часть корней 7 оставалась в питательном растворе 14. Соответственно при добавлении питательного раствора 14 в вегетационный сосуд 1, плавающая платформа 8 поднималась вверх вместе с нижней частью корней 7. Питательный раствор 14 добавляли в вегетационный сосуд 1 по мере его расходования помощью полимерной трубки для подачи/слива (не показана на фиг. 2) питательного раствора 14. При этом количество питательного раствора 14 в вегетационном сосуде 1 должно быть достаточным для поглощения корнями 7 до следующего добавления питательного раствора 14. Через 2-3 недели в питательный раствор 14 добавляли израсходованные питательные вещества или заменяли на новый. После сбора урожая вегетационный сосуд 1 и плавающую платформа 8 промывали и использовали повторно.
Пример конкретного выполнения
Для выращивания салата латука листового в качестве вегетационного сосуда 1 использовали короб из поливинилхлорида (ПВХ) с прямоугольным сечением 80×60 мм и длиной 200 мм (фиг. 1). Плавающая платформа 8 выполнена из ПВХ длиной на 10 мм и шириной на 5 мм меньше внутреннего пространства короба 1. Снизу плавающей платформы 8 находились 2 изолированных друг от друга отсека 10 и 11 в виде перевернутых прямоугольных полимерных контейнеров высотой 10 мм и шириной равной ширине плавающей платформы 8. Поплавковая часть 9 плавающей платформы 8 выполнена из экструдированного пенополистирола в виде 2-х полос размером 10×10×190 мм. Поплавковая часть 9 укреплялась внутри плавающей платформы 8 выше дна плавающей платформы так, чтобы в рабочем положении дно плавающей платформы 8 было погружено в питательный раствор 14 на 4-5 мм. Каждый изолированный отсек 10 и 11 с наружной стороны снабжался полыми трубками 12 и 13 с внутренним диаметром 1,5 мм для свободного выхода воздуха из отсеков. В нижней части вегетационного сосуда 1 устанавливалась полимерная трубка для подачи/слива питательного раствора 14. Около дна вегетационного сосуда 1 под отсеками 12 и 13 располагались полимерные трубки 15 и 16 для подачи воздуха.
Семена салата помещали в горшочки 4 с небольшим количеством кокосового субстрата 5. После появления корней горшочки 4 с растениями 5 вставляли в отверстие 3 в крышке 2 вегетационного сосуда 1. При этом нижняя часть корней 7 располагалась на дне плавающей платформы 8. По мере роста растений питательный раствор поглощался корнями 7 и плавающая платформа 8 опускалась ниже. При этом нижняя часть корней 7 следовала за плавающей платформой 8. При добавлении питательного раствора 14 плавающая платформа 8 поднималась вверх вместе с нижней частью корней 7 за счет грузоподъемности поплавка 9.
Наклон плавающей платформы 8 осуществляли в поперечном направлении. Для этого поток воздуха через трубку 16 от компрессора направляли сначала в отсек 11. Воздух заполнял отсек 11 и приподнимал левый край плавающей платформы 8. Заполнение отсека 11 воздухом происходило несмотря на то, что трубка 12 была постоянно открыта, поскольку из-за малого диаметра трубки 12 через нее выходило меньше воздуха, чем поступало от компрессора. После прекращения работы компрессора воздух выходил из отсека 11 и платформа 8 возвращалась в исходное горизонтальное положение. Через 20 мин компрессор начинал подавать воздух в отсек 10 через трубку 15 и происходил подъем правого края плавающей платформы 8. После прекращения работы компрессора воздух выходил из отсека 10 через трубку 13 и плавающая платформа 8 возвращалась в горизонтальное положение. Далее цикл повторялся.
Первый полив через трубку осуществляли через 7-10 дней после посадки, а последний полив - за 3-4 дня до сбора урожая. После сбора урожая вегетационный сосуд 1 и плавающую платформу 8 промывали и использовали повторно.
Использование при гидропонном выращивании растений в условиях глубоководной культуры заявляемого способа позволяет повысить эффективность выращивания растений, что выражается в следующем:
1. При подъеме части корней в воздух другая часть корней каждого растения находится в питательном растворе. Это обеспечивает технологическое совмещение по времени режима поглощения питательного раствора с обогащением корней кислородом. При этом часть корней, находящаяся в питательном растворе, лучше смачивается питательным раствором.
2. Жизнеспособность растений при авариях (отключение электричества или поломка компрессора) сохраняется при любых фазах аэрации корней.
3. Аэрация проводится реже.
4. Меньше энергии тратится для поднятия поддерживающей плоскости для корней.