СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ ВОДНЫМ И МИНЕРАЛЬНЫМ ПИТАНИЕМ В УСЛОВИЯХ НЕВЕСОМОСТИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PROVIDING PLANTS WITH WATER AND MINERAL NUTRITION UNDER CONDITIONS OF WEIGHTLESSNESS AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к биологии, более точно - к области космической биологии, и может быть использована для культивирования растений в условиях космического полета.
Из предшествующего уровня техники известен способ и устройство для обеспечения растений минеральным питанием в условиях невесомости и устройство для его осуществления [Bingham et al., 2002]. Известный способ и устройство представляют собой следующее. В корневом модуле в виде контейнера с гранулированным инертным наполнителем (почвозаменителем) размещают гранулы медленно действующего удобрения (МДУ). Количество МДУ подбирают исходя из того, чтобы запасенных в гранулах минеральных солей, необходимых для выращивания растений, хватило на запланированный срок вегетации растений. Затем в корневой модуль подают поливную воду, которая смачивает почвозаменитель и находящиеся в нем гранулы МДУ. В смоченных гранулах МДУ начинают растворяться соли, которые затем, благодаря осмотическому давлению и диффузии, постепенно выходят из гранул и распределяются по всему объему субстратного раствора корневого модуля, обеспечивая тем самым минеральным питанием корнеобитаемую зону растений.
Однако этот способ и устройство имеют следующие недостатки:
не регулируется поступление солей в субстратный раствор корнеобитаемой зоны растений из гранул помещенного в почвозаменитель медленно действующего удобрения (МДУ);
после смачивания или начала полива почвозаменителя с помещенным в него МДУ соли, запасенные в МДУ, растворяются и выходят из его гранул примерно в течение первых 10-15 дней, то есть задолго до окончания срока одной вегетации растений салатных культур, длящегося от 26 до 30 дней;
растения салатных культур во второй половине срока вегетации недополучают минеральное питание;
при внесении МДУ в почвозаменитель сразу в том количестве, которое по расчетам в норме должно обеспечить потребности растений на всю вегетацию, в субстратном растворе уже в первые дни образуется избыток концентрации нутриентов, что приводит к занитрачиванию почвы и растительной массы, к угнетению роста растений.
Известны также способ для обеспечения растений минеральным питанием в гидропонных теплицах и устройство для его осуществления [Domingues et al., 2012]. Они основаны на мониторинге и коррекции параметров субстратного раствора в корнеобитаемой зоне растений по двум интегральным показателям - электропроводимости и величине рН раствора. Это возможно за счет того, что в пределах изменений концентраций всех солей, допустимых для условий выращивания растений, электрическая проводимость раствора пропорциональна суммарной концентрации солей. В устройстве для мониторинга электропроводности используется кондуктометрический датчик, а для мониторинга величины pH - pH-метр со специальными электродами.
Этот способ и устройство имеют ряд следующих существенных недостатков:
необходимо постоянно проводить мониторинг и коррекцию величины pH субстратного раствора, для чего дополнительно используется раствор серной кислоты;
работа с серной кислотой в условиях гермообъекта является рискованной/опасной операцией;
обычно используемые в наземных условиях селективные хлор-серебряные электроды измерения pH для работы в космической оранжерее непригодны, необходима разработка электродов, пригодных для работы в условиях невесомости;
для коррекции солевого состава субстратного раствора, которую проводят по результатам постоянного мониторинга его электропроводности, используют два маточных (концентрированных) раствора разных солей, которые надо смешивать в определенной пропорции. Приготовление маточных растворов в условиях невесомости затруднительно, а заменить их заблаговременно приготовленным одним концентратом готового питательного раствора нельзя, так как в нем будут образовываться труднорастворимые соединения, выпадающие в осадок.
Наиболее близким (прототипом) к заявленным является известный способ для обеспечения растений минеральным питанием в условиях невесомости и устройство для его осуществления [Беркович и др., 2005].
Известный способ включает подачу поливной питьевой воды в корневой модуль с иононасыщенным ионитным волокнистым почвозаменителем и обеспечение автокоррекции величины pH получаемого субстратного раствора, а также насыщение его нутриентами, содержащими элементы N, P, K, S, Ca, Mg и Fe в требуемом количестве.
Известное устройство обеспечения растений водным и минеральным питанием в условиях невесомости включает корневой модуль с ионитным волокнистым почвозаменителем "БИОНА-В3" для высаживания семян или рассады и последующего выращивания растений, к которому подключен выход трубопровода подачи поливной воды, с установленным на входе перистальтическим насосом.
Эти способ и устройство имеют существенный недостаток:
иононасыщенный ионитный волокнистый почвозаменитель, "БИОНА-В3", используемый для обеспечения адекватных условий в корнеобитаемой зоне и одновременно для обеспечения запасов нутриентов на расчетный срок работы, имеет относительно низкий удельный ресурс запасов этих нутриентов на единицу массы растительной продукции. Это приводит к необходимости планировать относительно большие по объему и массе запасы почвозаменителя на борту космического аппарата, снижая тем самым эффективность космической оранжереи по критерию приведенной массы [Беркович и др., 2005], то есть снижая экономичность производства растительной продукции.Техническим результатом заявляемого изобретения как в части способа, так и в части у9