УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ

Полезная модель относится к области агротехники, более конкретно, к устройствам для выращивания растений с использованием интеллектуальной системы полива «ИСП» и может найти применение при разведении и выращивании цветов, саженцев кустарниковых, плодовых и других культурных растений в условиях тепличного хозяйства и закрытых помещений.
Известно устройство для нижнего полива комнатных растений, содержащее открытую емкость для воды и установленный в ней горшок для размещения грунта и корневой системы растения, снабженный отверстиями в донной части (см. П.Вильямс. Иллюстрированная энциклопедия комнатных растений. Пер. с англ., изд. «Книжный клуб», Харьков, 2006 г., с.180).
Недостатком такого устройства является постоянное присутствие воды в блюдце и в нижней части горшка, которая за счет капиллярных свойств грунта поступает в избыточном количестве в область корневой системы растения. Одновременно происходит уменьшение доступа воздуха к корням, что может привести к их загниванию и гибели растения.
Известно устройство для верхнего капельного полива комнатных растений, содержащее емкость для воды, установленную на подставке выше уровня емкости для размещения грунта с корневой системой растения (см. Чолчева П.И., Чортанова СВ., Ангелова В.И. и др. Книга для каждого дня и каждого дома. Перевод с болгарского языка, издание третье, Государственное издательство «Техника», София, Болгария, с.54).
Особенностью такого устройства является конструкция емкости для воды, в нижней части которой имеется узкое отверстие для капающей в грунт воды, а в верхней - отверстие для наливания воды, закрытое пробкой с пористой вставкой. Пористость вставки обеспечивает необходимое поступление воздуха в указанную емкость и отток воды в виде капель к корневой системе растения. Недостатками известного устройства являются сравнительно малый объем емкости для воды и необходимость использовании дополнительной подставки для размещения емкости с водой над емкостью с растением.
Известно устройство для выращивания комнатных растений, содержащее первую емкость для воды, вторую емкость для размещения грунта с корневой системой растения и средства для капиллярной подачи воды из первой емкости во вторую (см. М. Ромакин. Дождик по заказу. Журнал «Идеи Вашего дома», №8, 2001 г., сайт фирмы UNIFLEX ).
Особенностью известного устройства является наличие, по крайней мере, одного шланга, который соединяет находящиеся на расстоянии друг от друга емкость для воды и пористое тело в виде конуса, размещенного в верхней части второй емкости для капиллярной подачи воды в грунт.
К недостаткам данного устройства следует отнести возможность травматического повреждения корней растения при заглублении в грунт одного или нескольких пористых тел, обладающих сравнительно большими размерами по сечению и высоте. Кроме того, пористый материал конуса со временем забивается частицами грунта, что снижает его водопроницаемость. Кроме того, установка дополнительной емкости для размещения запаса воды и шлангов вне емкости с растением требует дополнительного места и портит внешний вид устройства.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для выращивания растений, содержащее центральную емкость с внутренней обечайкой для размещения грунта и корневой системы растения, кольцевую емкость с наружной обечайкой для заполнения водой и средства для капиллярного увлажнения грунта (см. патент РФ №66657, опубл. 27.09.2007, бюл. №27 - прототип).
Известное устройство предназначено, преимущественно, для внутрипочвенного полива комнатных растений, в частности, цветов. Особенностью устройства является то, что емкости для грунта и воды размещены в едином корпусе, а средства для капиллярного увлажнения грунта выполнены в виде каналов, заполненных волокнистым или пористым материалом и соединяющих нижнюю часть емкости для воды с верхней частью емкости для размещения грунта. При этом днище емкости для размещения грунта снабжено отверстиями для аэрации корневой системы растения.
К недостаткам известного устройства следует отнести сложность изготовления, эксплуатации и профилактической очистки монолитного корпуса, состоящего из двух неразъемных обечаек, образующих емкости для грунта и воды, а также сравнительно низкий уровень воздушной аэрации корневой системой растения, в том числе, и в случае использования гравийной засыпки под слоем грунта. Эффективность аэрации в этом случае снижается со временем из-за заполнения промежутков между гравийными компонентами мелкими частицами грунта.
Решаемой задачей является создание сравнительно простого в использовании устройства для эффективного выращивания различных видов культурных растений и саженцев. Такое устройство должно обеспечивать длительное капиллярное увлажнение грунта в автоматическом режиме при одновременном повышении эффективности аэрации корневой системы указанных растений со стороны нижних слоев грунта. Дополнительно решается задача упрощения конструкции устройства за счет снижения затрат на изготовление, в частности, методом прессования или экструзии отдельных его частей или заготовок в виде обечаек, имеющих форму тел вращения.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для выращивания растений, содержащем центральную емкость с внутренней обечайкой для размещения грунта и корневой системы растения, кольцевую емкость с наружной обечайкой для заполнения водой и средства для капиллярного увлажнения грунта, согласно полезной модели, нижние части внутренней и наружной обечаек образуют стыковочный узел, выполненный с возможностью расстыковки обечаек в направлении оси устройства, причем стыковочный узел снабжен элементами герметизации и фиксации обечаек, на внешней поверхности внутренней обечайки расположен, по крайней мере, один водораспределительный канал для капиллярного увлажнения грунта, а в нижней части внутренней обечайки размещен, по крайней мере, один воздухораспределительный патрубок, установленный параллельно оси устройства и снабженный отверстиями для воздушной аэрации нижних слоев грунта.
Кроме того, стыковочный узел может быть выполнен по схеме фланцевого или винтового соединения.
Кроме того, внутренняя и наружная обечайки устройства могут быть выполнены в форме тел вращения из полимерных материалов, керамики или металла.
Кроме того, наружная обечайка' может быть выполнена из прозрачного материала или снабжена, по крайней мере, одной вставкой из прозрачного материала для определения уровня воды в кольцевой емкости.
Кроме того, наружная обечайка может быть снабжена элементами художественно-декоративного оформления.
Предложенная полезная модель позволяет решить задачу создания сравнительно простого в изготовлении и эффективного устройства для выращивания различных видов культурных растений в автоматическом режиме при оптимальной степени увлажнения и аэрации грунта в течение неконтролируемого периода от нескольких дней до одного или двух месяцев. Подобную систему полива при выращивании культурных растений можно отнести к одной из разновидностей интеллектуальной системы полива «ИСП»., При этом обеспечивается удобство эксплуатации устройства, сокращается время на его обслуживание, в том числе, при профилактической очистке и пересадке растений в вегетативный период.
Одновременно уменьшается площадь, необходимая для размещения устройства и возникают новые возможности для совершенствования его дизайна. Выполнение нижних частей внутренней и наружной обечаек в виде стыковочного узла фланцевого или винтового типа позволяет быстро собрать устройство к началу эксплуатации и столь же быстро расстыковать обечайки, смещая их в направлении оси устройства. Герметизацию обечаек в области стыковочного узла обеспечивают прокладки для радиального или торцевого уплотнения, а капиллярное увлажнение и аэрацию грунта - каналы, заполненные волокнистым материалом и воздухораспределительные патрубки.
Для изготовления внутренней и. наружной обечаек в форме тел вращения целесообразно использовать, полимерные материалы, а в некоторых случаях керамику или металл, например, нержавеющую сталь. Наружная обечайка может быть выполнена из прозрачного материала (стекло, оргстекло) для определения уровня воды в кольцевой емкости, а также снабжена художественно-декоративными элементами, улучшающими дизайн, форму и вид изделия.
На фиг.1, 2 дано сечение двух вариантов выполнения устройства для выращивания растений, на фиг.3, 4, 5 представлено сечение различных видов стыковочного узла.
Устройство, (фиг.1) содержит центральную емкость 1 с внутренней обечайкой 2 для размещения грунта 3 и корневой системы 4 растения и кольцевую емкость 5 с наружной обечайкой 6 для заполнения водой 7. Нижние части внутренней и наружной обечаек 2, 6 образуют стыковочный узел 8, выполненный с возможностью расстыковки обечаек 2, 6 в направлении оси устройства. При этом стыковочный узел 8 снабжен, по крайней мере, одной кольцевой герметизирующей прокладкой 9.
На внешней поверхности внутренней обечайки 2 показаны два водораспределительных канала 10 в виде полимерных трубок, заполненных волокнистым материалом 11 для капиллярного увлажнения грунта 3. В нижней части внутренней обечайки 2 в зоне стыковочного узла 8 размещены пять воздухораспределительных патрубков 12 (видно 3 патрубка), установленных параллельно оси устройства и снабженных отверстиями 13 для воздушной аэрации нижних и вышележащих слоев грунта 3. В данном случае внутренняя и наружная обечайки 2, 6 выполнены в форме тел вращения, а стыковочный узел выполнен по схеме фланцевого соединения. На фиг.1 поз 14 обозначен верхний узел соединения обечаек 2, 6 и поз.15 обозначена заливная горловина.
Устройство (фиг.2) содержит измененные по форме внутреннюю и наружную обечайки 2, 6, что позволяет уменьшить не используемую верхнюю часть кольцевой емкости 5 для заполнения водой.
Водораспределительные каналы 10 здесь выполнены в виде полимерных трубок, изогнутых по форме внутренней обечайки 2 и заполненных волокнистым материалом 11. В нижней части внутренней обечайки 2 в зоне стыковочного узла 8 размещен один воздухораспределительный патрубок 12 большего диаметра, установленный по оси устройства и снабженный отверстиями 13 для воздушной аэрации грунта.
Стыковочный узел (фиг.3) выполнен по схеме фланцевого соединения и содержит резиновую герметизирующую прокладку 16 Г-образного сечения для торцевого и радиального уплотнения. Фланцами соединения служат кольцевые части внутренней и наружной обечаек 2, 6. На внутренней части стыковочного узла 8 со стороны наружной обечайки 6 имеется фиксирующий буртик 17, а со стороны внутренней обечайки 2 - упругий зацеп 18.
Стыковочный узел (фиг.4) также выполнен по схеме фланцевого соединения и содержит две кольцевые резиновые герметизирующие прокладки 19 круглого сечения для радиального уплотнения. На внутренней части стыковочного узла 8 со стороны наружной обечайки 6 также имеется фиксирующий буртик, а со стороны внутренней обечайки 2 - упругий зацеп 18.
Стыковочный узел (фиг.5) выполнен по схеме винтового соединения и содержит одну кольцевую резиновую герметизирующую прокладку 20 прямоугольного сечения для торцевого уплотнения. На внутренней части стыковочного узла 8 кольцевые части 21 и 22, соответственно, внутренней и наружной обечаек 2, 6 снабжены резьбой для уплотнения и фиксации указанных обечаек в рабочем положении.
Здесь следует отметить, что часть стыковочного узла 8, принадлежащая внутренней обечайке 2 и выполненная в виде ее днища для крепления на ней воздухораспределительных патрубков 12, а также часть стыковочного узла 8, принадлежащая наружной обечайке 6, могут быть изготовлены как при формировании указанных обечаек, так и независимо от них с последующим присоединением к нижней части обечаек 2, 6.
В качестве материалов для изготовления внутренней обечайки 2 должны использоваться не прозрачные, прочные, легкие, коррозионно-стойкие и легко поддающиеся механической обработке материалы. Из полимерных материалов можно применить полипропилен ПП 1035, пластик АБС, полистирол УПМ-508 и др. Нет принципиальных препятствий для изготовления внутренней обечайки 2 из обожженной керамики, фарфора или тонкостенной нержавеющей стали.
Для изготовления наружной обечайки.6 можно также использовать прозрачные материалы - стекло или оргстекло. При этом правильный выбор материала для наружной обечайки 6 достаточно важен, поскольку она несет основную художественно-декоративную функцию для решения задач улучшения дизайна изделия. В качестве материалов для изготовления водораспределительных каналов 10 и воздухораспределительных патрубков 12 для воздушной аэрации, в частности, целесообразно использовать указанные полимерные материалы или отрезки силиконовых трубок. При этом водораспределительные каналы 10 могут быть заполнены пучками льняных волокон или другим волокнистым или пористым материалом. В отдельных случаях водораспределительные - каналы могут состоять только из пучков волокнистых материалов без использования наружных трубок.
Количество водораспределительных каналов 10 в устройстве может варьироваться в диапазоне от двух до семи, а число воздухораспределительных патрубков 12 для воздушной аэрации грунта - от одного до восьми. Некоторые из патрубков 12 могут иметь длину в пределах 0,3-1 от толщины слоя грунта 3. Объем центральной емкости 1 для размещения грунта может составлять до 5 л., при этом объем кольцевой полости для роды может приближаться к 3 л. Для указанных параметров устройства длительность автоматического капиллярного увлажнения грунта может составлять, в зависимости от типа растения и внешних условий, до 1-2 месяцев.
Устройство для выращивания растений функционирует следующим образом.
Предварительно из полипропилена ПП 1035 изготавливают части данного устройства: наружную и внутреннюю обечайки 6, 2. Заранее подготовленные водораспределительные каналы 10 из силиконовых трубок (заполнены пучками льняных волокон 11) в количестве 4 шт. закрепляют, например, хомутами (не показаны) на внешней поверхности обечайки 2. При этом выступающие концы пучков волокон 11 должны быть заправлены в отверстия в верхней части внутренней обечайки 2. В нижнюю часть обечайки 2 вклеивают 5 воздухораспределительных патрубков 12, снабженных отверстиями 13. Патрубки 12 имеют диаметр. 5-10 мм и длину до 10 см, а каналы 10 имеют диаметр 5-7 мм и длину около 70% от высоты устройства, что примерно соответствует глубине слоя воды в кольцевой емкости 5.
Подготовленную к сборке обечайку 2 вставляют по оси внутрь обечайки 6 так, чтобы совместились их нижние части в области стыковочного узла 8 (фиг.1). При этом стыковочный узел 8 по одному из вариантов исполнения (схемы фланцевого соединения фиг.3, 4) предварительно снабжают резиновыми прокладками 16 или 19. При полном совмещения деталей стыковочного узла 8 и взаимного совмещения кромок обечаек 2, 6 в верхнем узле 14 осуществляется надежная герметизация кольцевой емкости 5 для воды и защелкивание упругого зацепа 18 на фиксирующем буртике 17. В случае выполнения стыковочного узла 8 в предложенном устройстве по схеме винтового соединения (фиг.5) уплотнение за счет прокладки 20 и фиксация обечаек 2, 6 обеспечиваются за счет свинчивания кольцевых частей 21 и 22.
После этого центральную емкость 1 заполняют грунтом 3 и размещают в нем корневую часть 4 выращиваемого растения. Затем через горловину 15 в кольцевую емкость 5 заливают до заданного уровня необходимый запас воды 7 для капиллярного увлажнения грунта 3. Капиллярная подача воды к корневой системе 4 растения осуществляется на высоту до 30 см автоматически за счет, так называемой, сосущей силы грунта и капиллярных сил в волокнистом материале 11 водораспределительных каналов 10.
Указанные водораспределительные каналы в данных условиях не подвержены процессу кальматации или засорения частицами грунта в течение всего времени выращивания растения. Одновременно через отверстия 13 в воздухораспределительных патрубках 12 осуществляется воздушная аэрация грунта 3 и корневой системы 4 выращиваемого растения по высоте указанной части грунта 3. Испытания устройства показали, что типичный расход воды для комнатных растений с небольшой корневой системой составляет несколько десятков мл/сутки, при этом не происходит переувлажнения грунта, в том числе, вследствие его эффективной воздушной аэрации через отверстия 13 в патрубках 12. Функционирование устройства, выполненного в соответствии с фиг.2, осуществляется аналогично, за исключением того, в устройстве используется один воздухораспределительный патрубок 12, который имеет значительный диаметр и большее количество отверстий 13.
Водный режим корнеобитаемого слоя грунта тесно связан с воздушным режимом, так изменение пределов влажности почвы приводит к изменению в ней объема свободных пор, воздухопроницаемости и состава почвенного воздуха. Примерно 60-70% производимого почвой углекислого газа приходится на деятельность микроорганизмов, остальное на деятельность корней растений, при этом кислород в почву в основном поступает из атмосферы. В предложенном устройстве газообмен между грунтом и атмосферой происходит не только диффузионным, но и конвективным путем через воздухораспределительные патрубки: Обмен газами интенсифицируется, в том числе, при уменьшении влажности поверхностного корнеобитаемого слоя грунта, при изменении атмосферного давления и температуры воздуха.
Со временем, по мере иссушения грунта, связанного с физическим испарением и транспирацией влаги растением, автоматически увеличивается сосущая сила грунта. При этом корнеобитаемый слой грунта оказывается в меру увлажненным, обеспечивая эффективное внутрипочвенное капиллярное орошение корневой системы растения. Размеры емкости для воды в устройстве определяются видом растения, мощностью его корневой системы, потребным количеством грунта, климатическими характеристиками окружающего воздуха, длительностью автоматического полива, а также транспортирующими свойствами водораспределительных каналов и воздухораспределительных патрубков данного устройства.
Внутрипочвенный полив растений в предложенном устройстве осуществляется в автоматическом режиме с учетом влияния указанных внешних и внутренних факторов при одновременной аэрации корневой системы со стороны аэрируемых нижних слоев грунта, что благоприятно сказывается на выращивании самых требовательных растений. Выращивание растений в условиях использования описанной интеллектуальной системы полива «ИСП» может найти применение при разведении и выращивании цветов, саженцев кустарниковых, плодовых и других культурных растений в условиях тепличного хозяйства и закрытых помещений.
К упомянутым преимуществам предложенного устройства следует добавить также и то, что его функционирование рассчитано на весь период роста и развития растения вплоть до следующей пересадки. Испытания предложенного устройства, проведенные в РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, показали высокие надежность, работоспособность и эффективность устройства при выращивании культурных растений различного вида.