Устройство для выращивания растений на пустынных и неплодородных почвах
DEVICE FOR GROWING PLANTS ON DESERT AND INFERTILE SOILS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности выращиванию растений в автономных устройствах, и может найти применение для создания зеленых зон на пустынных и неплодородных землях.
Из уровня техники известно устройство (RU, патент на изобретение № 2072769, «Мелиоративное обустройство пустынных долин по системе Мамырина», МПК А01G 25/06, от 11.03.1994 г., опубл. 10.02.1997 г.).
Обустройство состоит из открытого полузаглубленного резервуара (контейнера), образованного боковыми стенками-откосами и днищем, выполненными из монолитного железобетона, внутренняя поверхность которых покрыта гидроизоляцией, нижняя часть резервуара заполнена соленой водой и уложенными послойно с образованием обратного фильтра каменными глыбами, валунами и камнями, причем выше максимально допустимого уровня соленой воды, поверх валунов и камней, размещен слой из одноразмерного фракционного гравия, предварительно обработанного горячим битумом для придания поверхности каждой фракции гравия гидрофобных свойств, покрытый сверху слоями гравийно-песчаного фильтра, уложенной в несколько слоев крупноячеистой стеклоткани и слоем обычного песка, в котором расположены трубы для конденсации пара с циркулирующей по ним холодной воды, и средства для подачи влаги к корням растений, выполненные в виде матов из гигроскопического материала с направленными вверх фитилями, а устройство для подогрева соленой воды выполнено в виде расположенных на дне резервуара водогрейных труб или теплоэлектронагревателей, защищенных бетонными блоками и бетонными арками, установленными с зазорами между их торцами для обеспечения свободной циркуляции нагретой соленой воды.
В указанном устройстве не предусмотрено прорастание корней растений в верхний слой почвы, растения, в том числе корневая система, формируются в самом контейнере, что ограничивает эффективность роста, не позволяет выращивать растения различного видового состава и с разными типами корневой системой. Кроме того, устройство имеет сложную конструкцию.
Известно техническое решение (CN, патент на полезную модель № 202206789, «Биологическая органическая плантация», МПК А 01G31/00, опубл. 02.05.2002 г.).
Устройство содержит контейнер, внутренняя поверхность контейнера покрыта антифильтрационной пленкой, а питательный грунт размещен в контейнере на слое керамзита.
Данное техническое решение также обеспечивает выращивание растений при формировании корневой системы в самом контейнере, т.е. без прорастания в верхние слои почвы, что не позволяет выращивать растения с развитой корневой системой
Известен контейнер (CN, полезная модель № 204132063, «Контейнер для посадки в пустынной и неплодородной почве», МПК А01G9/10, опубл. 04.02.2015 г.).
Контейнер выполнен из биоразлагаемого материала и содержит корпус, который состоит из боковых стенок, дна и верхней крышки. Корпус разделен на две полости, верхняя используется для посадки растений и выполнена с перфорацией боковых стенок, а нижняя - для хранения воды. Верхняя крышка выполнена водонепроницаемой для исключения возможности испарения воды.
Недостатком технического решения является то, что в указанном устройстве созданы оптимальные условия для роста растений в объеме контейнера на фазе прорастания и всходов семян, но так как в нижней части контейнера размещена емкость для воды, то фаза начала формирования корневой системы происходит в условиях излишней влаги, что губительно для корневой системы (возникает опасность их загнивания), а прорастание корневой системы в верхний слой почвы замедлено вследствие того, что это возможно только после биоразложения емкости для воды.
Указанное техническое решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога (прототипа), так как оно имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемого устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности роста растений в географических зонах, почвенно-растительный покров в которых формировался в условиях засушливого климата, засоленности почвообразующих пород и высокой минерализации грунтовых вод.
Техническим результатом заявляемого изобретения является оптимизация условий для роста растений в объеме контейнера на фазе набухания и прорастания семян и на начальных фазах формирования корневой системы в пределах контейнера, а также создание возможности для оптимизации условий на фазе формирования корневой системы в прилежащей к дну контейнера зоне верхнего слоя почвы при одновременной защите семян и всходов растений от воздействия повреждающих факторов.
Дополнительными техническими результатами являются:
– обеспечение функционирования данного устройства при отсутствии естественного увлажнения субстрата;
– повышение продолжительности времени сохранения питательного субстрата с семенами растений в увлажненном состоянии;
– уменьшение испарения влаги из питательного субстрата с семенами растений, при воздействии солнечных лучей;
– возможность формирования плантации растений любой заданной формы и размеров.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для выращивания растений на пустынных и неплодородных почвах, выполненным в виде контейнера из биоразлагаемого материала, содержащем боковые стенки с перфорацией, дно и крышку, питательный субстрат с семенами растений, который размещен в контейнере, согласно изобретению на наружных поверхностях боковых стенок и дна контейнера размещено съемное пленочное покрытие, при этом дно контейнера выполнено с перфорацией и на нем размещен слой водоупорного материала, крышка выполнена в виде панелей, поворотно установленных по периметру боковых стенок контейнера и снабженных съемными элементами для фиксации указанных панелей в вертикальном положении.
Наличие съемного пленочного покрытия на наружных поверхностях боковых стенок и дна контейнера создает условия для возникновения в объеме контейнера (при увлажнении питательного субстрата) парникового эффекта на начальных фазах вегетации, обеспечивая, тем самым, оптимальные для указанных фаз характеристики питательного субстрата (повышенная влажность, равномерный нагрев субстрата), что способствует ускорению процессов прорастания семян, появлению всходов, а также ростовых процессов корней. Съемное пленочное покрытие одновременно является упаковкой при транспортировке устройства к месту эксплуатации для обеспечения сохранности помещенных в контейнер компонентов, которое снимают с контейнера после прорастания растений для исключения загрязнения окружающей среды.
Размещение внутри контейнера на дне слоя водоупорного материала, контактирующего с нижней поверхностью питательного субстрата, приводит к тому, что рабочая среда контейнера представляет собой два последовательно расположенных по вертикали слоя твердого грунта разного механического состава, контактирующие между собой, каждый из которых является оптимальным для соответствующей фазы развития корневой системы в пределах контейнера.
Размещение на внутренней поверхности дна контейнера слоя водоупорного материала в сочетании с перфорацией дна обеспечивает возможность беспрепятственного прорастания корней через перфорированное дно в верхний слой почвы и создает оптимальные условия на фазе формирования корневой системы в указанном слое почвы за счет наличия влаги, которая задерживается на водоупорном слое дна контейнера и затем, постепенно стекая, увлажняет и деминерализует верхний слой почвы.
Выполнение крышки контейнера в виде панелей, поворотно установленных по периметру боковых стенок контейнера, с возможностью их фиксации в вертикальном положении посредством съемных элементов, позволяет защитить всходы растений от воздействия таких повреждающих факторов, как, например, сильный ветер, солнце и т.п., минимизируя, тем самым, вероятность повреждения растений в процессе их роста вплоть до формирования корневой системы в верхнем слое почвы.
В частном случае выполнения изобретения, съемные элементы выполнены с возможностью соединения с приспособлением для полива.
В частном случае выполнения изобретения  устройство дополнительно содержит приспособление для полива.
Выполнение съемных элементов с возможностью соединения с приспособлением для полива субстрата и дополнительное снабжение заявленного устройства указанным приспособлением позволяет обеспечить функционирование данного устройства в условиях отсутствия естественного увлажнения субстрата.
В частном случае выполнения изобретения устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, один контейнер с питательным субстратом и семенами растений, связанный с первым контейнером посредством разъемного соединения, что обеспечивает возможность формирования плантации растений любой заданной формы и размеров.
В частном случае выполнения изобретения в качестве семян используют семена растений одного и/или различного видового состава, что позволяет сформировать плантацию растений, состоящую из, например, лесных, фруктовых, травяных, кустарниковых и других видов растений или их сочетаний.
В частном случае выполнения изобретения на верхней поверхности питательного субстрата с семенами растений размещен слой мульчирующего материала, что способствует сохранению влаги в питательном субстрате с семенами растений в течение продолжительного времени и дополнительно усиливает оптимальные условия для роста растений.
В частном случае выполнения изобретения на верхней поверхности питательного субстрата с семенами растений размещен слой теплоизолирующего материала, что позволяет исключить перегрев питательного субстрата при воздействии солнечных лучей, и тем самым, уменьшить испарения влаги из питательного субстрата с семенами растений, т.е. увеличить продолжительность времени сохранения субстрата с семенами растений в увлажненном состоянии, что дополнительно усиливает оптимальные условия для роста растений.
В частном случае выполнения изобретения на верхней поверхности питательного субстрата с семенами растений последовательно размещены слои мульчирующего и теплоизолирующего материала, что способствует сохранению влаги, увеличению продолжительности времени сохранения питательного субстрата с семенами растений в увлажненном состоянии при одновременном исключении перегрева питательного субстрата при воздействии солнечных лучей и, тем самым, уменьшении испарения влаги из указанного субстрата, т.е. дополнительно усиливает оптимальные условия для роста растений.
В частном случае выполнения изобретения в качестве водоупорного материала использована сухая порошковая глина, которая при увлажнении приобретает водоупорные свойства, задерживает на некоторое время воду на своей поверхности, что обеспечивает оптимальную увлажненность питательного субстрата с семенами растений  на начальной фазе формирования корневой системы растений, которая протекает в объеме контейнера (вплоть до достижения корневой системой дна контейнера) и на фазе формирования корневой системы в верхнем слое почвы, за счет наличия влаги, которая задерживается на водоупорном слое дна контейнера, а затем постепенно проникает через водоупорный слой в указанный слой почвы, увлажняет и деминерализует ее, что дополнительно усиливает оптимальные условия роста растений.
В частном случае выполнения изобретения в качестве водоупорного материала использован гидрофобизированный песок, приобретающий за счет пропитки гидрофобизаторами водоупорные свойства, что создает оптимальную увлажненность на начальной фазе формирования корневой системы растений, которая протекает в объеме контейнера (вплоть до достижения корневой системой дна контейнера) и на фазе формирования корневой системы в верхнем слое почвы, за счет наличия влаги, которая задерживается на водоупорном слое дна контейнера, а затем постепенно проникает через водоупорный слой в указанный слой почвы, увлажняет и деминерализует ее, т.е. дополнительно усиливает оптимальные условия роста растений.
В частном случае выполнения изобретения в качестве мульчирующего использован органический материал, например кора, стружка, сено, листья, хвоя и другие природные материалы, что позволяет поддерживать питательный субстрат в увлажненном состоянии, способствует сохранению влаги в питательном субстрате с семенами растений в течение продолжительного времени и дополнительно усиливает оптимальные условия роста растений.
В частном случае выполнения изобретения в качестве мульчирующего использован неорганический материал, например нетканый материал, мульчирующая пленка, что позволяет поддерживать питательный субстрат в увлажненном состоянии, способствует сохранению влаги в питательном субстрате с семенами растений в течение продолжительного времени, что дополнительно усиливает оптимальные условия  роста растений.
В частном случае выполнения изобретения, в качестве теплоизолирующего материала использован керамзит, обладающий теплоизоляционными свойствами, который позволяет исключить перегрев питательного субстрата при воздействие солнечных лучей, и тем самым, уменьшить испарение влаги из питательного субстрата с семенами растений, т.е. дополнительно увеличить продолжительность времени сохранения субстрата с семенами растений в увлажненном состоянии, что дополнительно усиливает оптимальные условия для роста растений.
Заявителем проведен патентно-информационный поиск по данной теме, в результате которого не выявлено технических решений с заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень». Данное техническое решение может найти применение при создании устройств для выращивания плантации растений на пустынных и неплодородных почвах, что позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 дан общий вид устройства в изометрии в упаковке пленочным покрытием;
- на фиг.2 – общий вид  устройства в изометрии с вырезом передней четверти на фиг. 1;
- на фиг. 3 – общий вид устройства, содержащего несколько контейнеров в изометрии.
Устройство для выращивания растений на пустынных и неплодородных почвах содержит контейнер 1 с боковыми стенками 2, перфорированным дном 3 и крышку, в виде панелей 4, которые поворотно установлены по периметру боковых стенок 2 контейнера 1. Панели 4 имеют возможность фиксации в вертикальном положении посредством съемных элементов 5. На перфорированном дне 3 размещен слой водоупорного материала 6, поверх которого размещен питательный субстрат 7 с семенами растений. Контейнер 1 содержит съемное пленочное покрытие 8. На верхней поверхности питательного субстрата 7 с семенами растений, размещены слой мульчирующего материала 9 и/ или теплоизолирующего материала 10.
Устройство функционирует следующим образом.
Контейнер 1 с боковыми стенками 2, крышкой в виде поворотных панелей 4, с размещенным в нем водоупорным слоем 6 и питательным субстратом 7 и с семенами растений упаковывают пленочным покрытием 8. Контейнер 1 устанавливают на поверхности почвы в зоне предполагаемого выращивания растений. Освобождают от пленочного покрытия 8 панели 4, которые приводят в вертикальное положение и фиксируют съемными элементами 5. Увлажняют питательный субстрат 7. Пленочное покрытие 8 удаляют на начальной фазе формирования корневой системы, чтобы оно не препятствовало формированию корневой системы в верхних слоях почвы и не загрязняло окружающую среду. Избыток влаги через водоупорный слой 6 проникает не только в верхний, но и в глубинный слой почвы, увлажняет и деминерализует пространство под контейнером, что создает оптимальные условия, в том числе для эффективного роста взрослых растений. Вертикально установленные панели 4 предохраняют всходы растений от повреждающих факторов (ветра, солнечной радиации). При отсутствии естественной влаги может быть использовано приспособление для полива, например, форсунки, связанные с автономным источником влаги, которые устанавливают на съемных элемента 5, фиксирующих панели 4 в вертикальном положении (на фиг. не показано).
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить оптимизацию условий для роста растений в объеме контейнера на фазе набухания и прорастания семян и на начальных фазах формирования корневой системы в пределах контейнера, а также создать возможность для оптимизации условий на фазе формирования корневой системы в прилежащей к дну контейнера зоне верхнего слоя почвы при одновременной защите семян и всходов растений от воздействия повреждающих факторов в течение всего указанного периода, а также обеспечить функционирование устройства при отсутствии естественного увлажнения питательного субстрата, повысить продолжительность времени сохранения питательного субстрата с семенами растений в увлажненном состоянии, исключить перегрев питательного субстрата при воздействии солнечных лучей и, тем самым, уменьшить испарение влаги из питательного субстрата с семенами растений, а также обеспечить возможность формирования плантации растений любой заданной формы и размеров.