<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Luft-Wasser-Kultur, in der Pflanzen in einem Kul- turmedium, das in zumindest einem Pflanzungsbecken im oberen Abschnitt eines Pflanzungsgefässes angeordnet ist, aufgenommen werden. Weiters betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung.
Üblicherweise werden Pflanzen im Boden mit Hilfe der Energien der Umgebung, nämlich Sonnenlicht, Wasser, Luft und Nährstoffen, gezogen. Auf diese Weise dient der Boden bzw. die Erde als Basis für die Aufnahme und Abgabe derartiger Energien, als Behälter zur Bevorratung und geregelten Abgabe der Nährstoffe und als Stutzmedium für die Pflanzen. Die Struktur des Bodens hängt von der Art des Bodens, seiner Bearbeitung und in komplizierter Weise vom Klima ab. Daher muss Boden in aufwendiger Technik, nämlich Kultivation, Bewässerung, Ackern, Düngung u. dgl., behandelt werden, je nachdem, um welche Pflanzen es sich handelt, in welchem Stadium des Wachstums sich diese befinden und je nach den Umweltbedingungen.
Da jedoch das Wachstum von Pflanzen in erster Linie vom Zustand und von der Art des Bodens abhängt, ist es sehr schwierig, optimale Bedingungen zu gewährleisten.
Feldfrüchte oder-pflanzen, für welche das erfindungsgemässe Verfahren in Frage kommt, unterliegen bei Aufzucht in einer Bodenkultur den folgenden Nachteilen :
1. Bodenfeuchtigkeit :
Das im Boden enthaltene Wasser umfasst Adhäsionswasser, Wasser in Kapillaren und Grundwasser, wovon Feldpflanzen physiologisch in erster Linie das in den Kapillaren enthaltene Wasser zur Verfügung steht, da Adhäsionswasser nicht verfügbar ist und Grundwasser eine Überfeuchte zur Folge hat und das Wachstum der Pflanzen beeinträchtigt. Das Verhältnis von in Kapillaren enthaltenem Wasser und der Bodenporosität hängt sehr von den Umweltbedingungen ab, so dass das Wurzelsystem einer Pflanze überschüssiger oder zu geringer Feuchtigkeit ausgesetzt ist.
Der Boden ist meistens nicht in der Lage, einer bestimmten Pflanze optimale Feuchtigkeitsbedingungen in jedem Stadium des Wachstums zur Verfügung zu stellen. Es ergibt sich also, das das im
EMI1.1
2. Sauerstoffgehalt des Erdbodens :
Der Gehalt der Komponenten von Luft in Bodenhohlräumen hängt sehr von der Art des Bodens, der Art der Bearbeitung, dem Wassergehalt, den Mikroorganismen im Boden und dem Wurzelsystem der Pflanze ab. Das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlendioxyd in der Luft und im Boden, das in naher Beziehung zum Wachstum der Wurzeln steht, ist nachfolgend in Form einer Tabelle zusammengefasst.
EMI1.2
<tb>
<tb>
N <SEP> O2 <SEP> Ar <SEP> CO2 <SEP> Andere
<tb> Atmosphärische <SEP> Luft <SEP> (%) <SEP> 78,1 <SEP> 20,9 <SEP> 0,9 <SEP> 0,03 <SEP> 0,07
<tb> Luft <SEP> im <SEP> Erdboden <SEP> (%) <SEP> - <SEP> 10-15 <SEP> - <SEP> 0,2-0,5 <SEP> -
<tb>
EMI1.3
<Desc/Clms Page number 2>
stehenden Raum verkleinert und die Umweltbedingungen physikalisch verschlechtert, so dass die Funktion und Aktivität der Wurzeln sowie ihre Fähigkeit, Wasser und Nährstoffe aufzunehmen, beeinträchtigt wird.
Um diese Nachteile von Erdkulturen, bei denen man nicht in der Lage ist, bestimmte Wachstumsbedin- . gunge genau einzuhalten, zu vermeiden, erscheinen erdlose Kulturen vorteilhaft. Jedoch haben die bisher vorgeschlagenen Wasser-, Sand- und Kieselkulturen keine besonders guten Ergebnisse im Vergleich mit Erdkulturen geliefert, da diese Verfahren mit erdlosen Medien der Umgebung des Wurzelsystems nicht ausreichend Rechnung tragen, sondern nur auf einer Nährlösung und dem wenigen im Wasser gelösten Sauerstoff beruhen, so dass sie den für das Wachstum der Pflanze erforderlichen Sauerstoff nicht in genügender Menge zur Verfügung stellen. Darüber hinaus wird meistens die für das Wurzelsystem physiologisch optimale Temperatur nicht eingehalten.
Während in der Atmosphäre etwa 21% (210000 TpM) Sauerstoff enthalten sind, liegt der Gehalt von im Wasser gelöstem Sauerstoff bei nur etwa 8, 84 TpM, was offensichtlich für die Atmung der Pflanze zu gering ist.
Bei der in der brit. Patentschrift Nr. 741. 493 beschriebenen Hydrokultur befinden sich die Wurzeln der Pflanzen in einer Kiesschichte, die unmittelbar auf dem wasserundurchlässigen Boden eines Pflanzungsbeckens aufliegt. Auf diese Weise sind die Wurzeln der Pflanzen ständig im Bereich des Kies angeordnet.
DieNährlösung wird ständig zugeführt und bildet eine über den Boden strömende Schicht, die kontinuierlich über ein Überlaufrohr in ein Sammelgefäss für Nährlösung zurückgeführt wird.
Nachteilig ist, dass bei der bekannten Hydrokultur das Wurzelsystem wegen der durch den Kies gebildeten Kapillaren ständig im nassen Zustand ist, auch wenn gerade keine Nährlösung zugeführt wird, so dass das Wurzelsystem wegen der Kiesschicht nicht der Luft ausgesetzt werden kann.
Die österr. Patentschrift Nr. 275951 beschreibt eine Hydrokultur, bei der das Kulturmedium in einem Pflanzungskessel angeordnet ist. Von einer Pumpe wird Nährlösung über eine Zuleitung zugeführt und über ein Überlaufrohr wieder abgezogen. Wenn der Flüssigkeitsspiegel im Pflanzungsgefäss einen bestimmten Pegelstand erreicht hat und die Pumpe abgeschaltet wird, strömt die gesamte Nährlösung über die Zuleitungsrohre w ieder in den Tank zurück. Nachteilig bei dieser Arbeitsweise ist, dass kaum eine Horizontalströmung der Nährlösung im Pflanzungsgefäss erreicht wird. Die über die Zuleitungen am Boden des Pflanzungsgefässes zuströmende Flüssigkeit wird lediglich ohne Vermischung die bereits im Pflanzungsgefäss befindliche Nährlösungsschichte anheben, so dass keine günstige Wirkung auf die Wurzeln ausgeübt wird.
Zusammenfassend ist also festzuhalten, dass die herkömmlichen Verfahren der Bodenkultur, Wasserkultur u. dgl. die optimalen Bedingungen für das Wurzelsystem auf Grundlage der Natur des Wurzelsystems der jeweiligen Pflanze, der Beziehung zwischen dem Atmungsmechanismus der Wurzel und den Bedingungen unter dem Boden und der Aktivität des Wurzelsystems nicht gewährleisten können.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht daher darin, künstlich für das Wachstum von Pflanzen bestens ge- eignete und natürlich nicht erzielbare Bedingungen zu schaffen und aufrecht zu erhalten, und die Wurzelaktivität einer Pflanze zu erhöhen, so dass eine erhöhte Ausbeute in verbesserter Qualität erzielt wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Flüssigkeitsstand einer durch den unteren Abschnitt des Pflan- zungsgefässes strömenden Nährlösung gehoben und gesenkt wird, indem man Nährlösung in das Pflanzungsgefäss einleitet und über ein Überlaufrohr mit unter dem höchsten Pegelstand angeordnetem, verstellbarem Ausströmschlitz wieder abzieht, wobei ein Teil der Pflanzenwurzeln nass eine bestimmte Zeit lang der Luft ausgesetzt wird, dass die Nährlösung in Abhängigkeit des sich in der Nährlösung befindlichen Wurzelanteiles ständig umgewälzt wird und dass der in das Pflanzungsgefäss eingeleiteten Nährlösung Luft zugemischt wird, so dass mehr Sauerstoff in der Nährlösung gelöst ist.
Wenn Wasser in das Pflanzungsgefäss eingebracht wird, wird Luft in das Wasser eingeblasen, so dass die Menge in Wasser gelösten Sauerstoffs erhöht wird. Dadurch, dass die Nährlösung bezüglich der unter Wasser befindlichen Teile des Wurzelsystems ständig umgewälzt wird, ist gewährleistet, dass die vom Wurzelsystem aufzunehmende Menge an Sauerstoff eingestellt bzw. geregelt werden kann. Im Falle stillstehender Nährlösung würde der Sauerstoffgehalt im Bereich der Wurzel durch die ständige Absorption durch die Wurzeln vermindert, während die Wurzel bei bewegter Nährlösung, dadurch, dass die nötige Konzentration von Sauerstoff im Bereich der Wurzel ständig aufrecht erhalten wird, eine grössere Menge an Sauerstoff absorbieren kann. Darüber hinaus nehmen die Wurzeln, wenn sie nass der Luft ausgesetzt werden, viel Sauerstoff auf.
Bei der Erfindung ist also das optimale Verhältnis von Wasser zu Luft, wie es für das Wurzelsystem benötigt ist, bezüglich der Menge und Zeit dadurch gegeben, dass die Wurzel eine bestimmte Zeit lang in der Nährlösung und eine bestimmte Zeit lang an der Luft ist. Im einzelnen wird die Zeit, während der sich die Wurzel an der Luft befindet, und der Anteil des Wurzelsystems, das an der Luft ist, dadurch geregelt, dass das Intervall des Nährlösungszuflusses und der Flüssigkeitsstand gesteuert wird, um so für die Pflanze optimale Umweltbedingungen für die Aufnahme von Sauerstoff je nach der besonderen Pflanzenart und dem Wachstumsstadium zu gewährleisten. Die Nährlösung wird ständig umgewälzt, um die Leistungsfähigkeit des in der Nährlösung befindlichen Teils der Wurzeln zur Aufnahme von Sauerstoff, Wasser und Nährstoffen zu steigern.
Der Umstand, dass die Nährlösung mit einer bestimmten Temperatur als Kulturmedium verwendet wird, erlaubt es, das Wurzelsystem beständig bei der physiologisch optimalen Temperatur zu halten, so dass dessen physiologische
<Desc/Clms Page number 3>
Aktivität gefördert und gesteuert wird.
Die Änderungen des Flüssigkeitsstandes der Nährlösung und das Strömen der Nährlösung fördern die Atmung der Wurzel, die für das Leben der Pflanze unumgänglich notwendig ist. Auf diese Weise wird ein lebhaftes
Wachstum und Widerstandsfähigkeit gegen ungünstige Umwelteinflüsse erzielt und eine hohe Ausbeute mit guter Qualität erreicht. Da es möglich ist, optimale Untergrundbedingungen für eine Pflanze durch Einstellung des Flüssigkeitsstandes der Nährlösung je nach der Pflanzenart und dem Wachstumsstadium vorzusehen, ist es unwahrscheinlich, dass die wachsende Pflanze Schäden erleidet, so dass das Ziehen von Pflanzen im industri- ellen Massstab ohne aufwendige Technik und Erfahrung in einfacher-Weise möglich ist.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren gezogenen Pflanzen besitzen keine Atmungsschäden, zeigen einen ausgezeichneten Stoffwechsel und eine lebhafte Assimilation, so dass die Pflanzen auch bei schwachem
Sonnenlicht gezogen werden können. Die hohe Aktivität der Wurzeln ergibt dazu gesunde Pflanzen, die eine hohe Widerstandskraft gegen Krankheiten besitzen.
Da die Wurzeln sehr gut in der Lage sind, Wasser zu absorbieren, geben die Blätter mehr Wasserdampf ab, so dass bei erhöhter Temperatur die Pflanze besser in der Lage ist, die Temperatur zu regeln und somit weniger empfänglich für Schäden wegen zu hoher Temperaturen ist.
Da die Wurzeln weiter bei einer geeigneten Temperatur gehalten werden können, wird die Pflanze kaum
Schäden durch kalte Umgebungsluft erleiden.
Der Umstand, dass die Wurzeln über einen längeren Zeitraum aktiv gehalten werden können, ermöglicht es, Früchte in kontinuierlicher Kultivation über einen langen Zeitraum zu erhalten. Die Kontrolle der Unter- grundbedingungen gemäss dieser Erfindung ermöglicht es auch, das vegetative und reproduktive Wachstum zu steuern.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die oben genannten Aufgabenleicht erfüllt werden können. Zur Erfüllung dieser Aufgaben ist es von Bedeutung, dass das Wurzelsystem einer bestimmten Pflanze den dieser Pflanze entsprechenden Bedingungen bezüglich Wasser- zuLuft-Verhältnis ausgesetzt wird.
Erfindungsgemäss kennzeichnet sich die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch zumindest ein Pflanzungsbecken mit einem Kulturmedium zum Stützen der Pflanzen, das im oberen Abschnitt eines Pflanzungsgefässes vorgesehen ist, dessen unterer Abschnitt von einer Nährlösung durchströmt wird, ein Überlaufrohr mit Einrichtungen zur Begrenzung des höhsten Flüssigkeitsstandes im Pflanzungsgefäss, einen verstellbaren Schlitz im Überlaufrohr zur Einstellung des niedrigsten Flüssigkeitsstandes, einen Behälter zur Bevorratung von Nährlösung und zur Aufnahme der aus dem Pflanzungsgefäss über eine Ableitung abströmenden Nährlösung, Einrichtungen zum Zuführen von Nährlösung aus dem Behälter in das Pflanzungsgefäss während bestimmter Zeiten mit einem Zeitgeber und durch einen Luftzumischer, mit dem der zuströmenden Nährlösung Luft zugemischt wird.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass Einrichtungen zum Konstanthalten der Temperatur der Nährlösung im Behälter vorgesehen sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der in den Zeichnungen teils schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt : Fig. 1 im Schnitt eine Kulturanlage in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 im Schnitt und vergrösserten Massstab den Flüssigkeitsstandregler aus Fig. l, Fig. 3 in schaubildlicher Darstellung ein Detail des Flüssigkeitsstandreglers gemäss Fig. 2, Fig. 4 im Schnitt eine Nährlösungszuführdilse mit Luftzumischer, Fig. 5 in schaubildlicher Darstellung eine Einzelheit der Luftzuführdüse aus Fig. 4, Fig. 6 in schaubildlicher Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Kulturanlage zum Ziehen von Blattgemüse, Fig. 7a und 7b in Drauf- bzw.
Seitenansicht Pflanzungsgefässe und Fig. 8 in schaubildlicher Darstellung eine dritte Ausführungsform einer Kulturanlage zum Ziehen von Fruchtgemüse.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sitzt in einem Pflanzungsgefäss-i-ein Pflanzungsbecken - 5-, in dem sich ein Kulturmedium-4-, wie beispielsweise Kies, Urethanschaumod. dgl., befindet, in
EMI3.1
21-mitrohres-21-einen nach oben offenen Schlitz-27-. Im Schlitz -27-- ist ein oberer Schieber-22a-wasserdicht verschiebbar aufgenommen. Unterhalb des Schiebers -22a- sitzt im Schlitz --27-- ein weiterer Schieber --22b--. Die Länge L1 des Schlitzes --27-- über dem oberen Ende des unteren Schiebers-22b-ent- spricht dem Unterschied des höchstens Flüssigkeitsstandes H1 und dem niedrigsten Flüssigkeitsstand Hz.
Der
<Desc/Clms Page number 4>
Schieber --22b-- kann gegen Schieber mit verschiedener Länge zum Einstellen eines beliebigen unteren Flüssigkeitsstandes ausgetauscht werden.
Fig. 4 zeigt einen Krümmer-31-mit einem Schenkel --31a-- mit grossem Durchmesser, der mit der Zuflussleitung --10-- verbunden ist und einen Innendurchmesser hat, der grösser ist als der Innendurchmesser des andern Schenkels-31b-, der mit einer Düse --33-- verbunden ist. Der Schenkel-31b-mit kleinerem
EMI4.1
-31- aJs--34b--, die sich von der Nabe --34a-- radial weg erstrecken und über den Umfang gleichmässig verteilt angeordnet sind. Die Leitflügel --34b-- verjüngen sich keilartig nach oben und nach unten. In der in Fig. 5 ge-
EMI4.2
oberen Leitflügeln --34b-- versetzt sind. Der Leitkörper kann auch einfacher aufgebaut sein. Beispielsweise können vier radiale Leitflügel über den Umfang gleichmässig verteilt vorgesehen sein.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, die in erster Linie zum Ziehen von Blattgemüsen geeignet ist.
Die Pflanzungsbecken -5-, in denen das Kulturmedium-4-aufgenommen ist, besitzen eine Bodenplatte und Seitenwände, in denen viele Öffnungen --42--, wie dies in Fig. 7a angedeutet ist, vorgesehen sind, so dass
EMI4.3
<Desc/Clms Page number 5>
Falls ein erhöhter Durchsatz an Nährlösung durch das Pflanzungsgefäss --1-- gewünscht wird, kann am Beginn des Förderns eine grössere Menge Nährlösung zugeführt werden, der dann ein Fördern mit vermindertem Durchsatz folgt, wobei der Schlitz -27- weiter geöffnet werden kann, um die Durchflussgeschwindigkeit zu steigern.
EMI5.1
Pumpe-14-pumpt- zu einem Heizer oder Küchler-15-, in dem die für die Kultur der Pflanzen entsprechende Temperatur der Nährlösung eingestellt wird, und über ein Rohr-17-wieder zurück in den Behälter-7-.
In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse von Versuchen mit verschiedenen Flüssigkeitsständen und Abflusszeiten zusammengefasst.
EMI5.2
<tb>
<tb>
Paradeiser <SEP> Gurken
<tb> Höchster <SEP> Flüssigkeitsstand <SEP> (cm) <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP>
<tb> Niederster <SEP> Flüssigkeitsstand <SEP> (cm) <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP>
<tb> Abströmzeit <SEP> (min) <SEP> 30 <SEP> 80 <SEP> 80 <SEP> 30
<tb> Zeit <SEP> zwischen <SEP> dem <SEP> Zuführen <SEP> von
<tb> Nährlösung <SEP> (min) <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> 120
<tb> Zeit, <SEP> während <SEP> der <SEP> sich <SEP> ein <SEP> Teil
<tb> der <SEP> Wurzeln <SEP> an <SEP> Luft <SEP> befindet <SEP> (min) <SEP> 90 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 90
<tb> Ausbeute <SEP> je <SEP> Pflanze <SEP> (kp) <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 40 <SEP> 16
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zum Betrieb einer Luft-Wasser-Kultur, in der Pflanzen in einem Kulturmedium, das in zumindest einem Pflanzungsbecken im oberen Abschnitt eines Pflanzungsgefässes angeordnet ist, aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstand einer durch den unteren Abschnitt des Pflanzungsgefässes strömenden Nährlösung gehoben und gesenkt wird, indem man Nährlösung in das Pflanzungsgefäss einleitet und über ein Überlaufrohr mit unter dem höchsten Pegelstand angeordnetem, verstellbarem Ausströmschlitz wieder abzieht, wobei ein Teil der Pflanzenwurzeln nass eine bestimmte Zeit lang der Luft ausgesetzt wird, dass die Nährlösung in Abhängigkeit des sich in der Nährlösung befindlichen Wurzelanteiles ständig umgewälzt wird und dass der in das Pflanzungsgefäss eingeleiteten Nährlösung Luft zugemischt wird,
so dass mehr Sauerstoff in der Nährlösung gelöst ist.