<Desc/Clms Page number 1>
"Werkwijze voor het voeden van planten, in het bijzonder bij substraatteelt'.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het voeden van een plant, in het bijzonder bij substraatteelt, waarbij aan een te voeden plant een voedingsstof wordt toegebracht onder de vorm van een waterige oplossing die stikstof, fosfor, zwavel, kalium, calcium en magnesium ionen bevat, waarbij voor het verkrijgen van genoemde voedingsstof wordt uitgegaan van een aantal telkens als geconcentreerde oplossing aanwezig zijnde stoffen, waarbij genoemde voedingsstof wordt gevormd door een samenstelling van die stoffen, in welke samenstelling de concentratie van elk der genoemde ionen voor de te telen plant vooraf bepaald is.
Een dergelijke werkwijze wordt in het bijzonder toegepast bij substraatteelt, waarbij gewassen worden gekweekt op een neutrale substantie die zelf geen natuurlijke voedingsstoffen bevat en die de mogelijkheid biedt de wortels te laten ontwikkelen en capillair water vasthoudt. De voedingsstof wordt in een waterige oplossing bijvoorbeeld door middel van een druppelbevloeiingssysteem, aan de plant toegebracht, en bevat stikstof, fosfor, zwavel, kalium, calcium en magnesium ionen. Voor het verkrijgen van deze voedingsstof wordt uitgegaan van geconcentreerde waterige oplossingen waarin die voedingsstoffen aanwezig zijn. De benodigde hoeveelheden voedingsstoffen worden in zeer lage concentraties aan de plant aangeboden.
Bij de bekende werkwijze wordt er gebruik gemaakt van twee afzonderlijke voorraadvaten in dewelke de tuinder een door hem aangemaakte honderd maal geconcentreerde oplossing van de benodigde voedingsstoffen aanbrengt. De samenstelling van de aan de plant toegebrachte voedingsstof wordt bepaald uitgaande van het te telen gewas en van de kwaliteit van het gebruikte water. Op basis van de aldus bepaalde samenstelling wordt er dan, afhankelijk van het groeistadium waarin de plant zich bevindt, uit elk voorraadvat
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
1 een bepaalde hoeveelheid oplossing gehaald, welke daarna met water wordt verdund en aan de plant toegebracht.
Een nadeel van de bekende werkwijze is dat bij gebruik van een honderd maal geconcentreerde oplossing, de calcium ionen met sommige andere noodzakelijke stoffen neerslag reakties geven.
Verder is er altijd een klein percentage onoplosbare bestanddelen aanwezig wat een vervuiling van de toevoerleiding naar de plant tot gevolg kan hebben en waardoor het risiko bestaat dat de toevoerleiding verstopt geraakt. Verder wordt er voor het aanmaken van de honderd maal geconcentreerde oplossing vaak gebruik gemaakt van vaste stoffen.
Het oplossen daarvan kost veel tijd en energie. Ook is er bij het gebruik van vaste stoffen een vrij omvangrijk assortiment van ten minste tien soorten chemicaliën nodig om alle gewenste voedingsschema's te maken, waardoor de kans op vergissingen aanzienlijk toeneemt.
De uitvinding heeft tot doel een werkwijze voor het voeden van planten te realiseren waarbij er nagenoeg geen onopgeloste stoffen in de voedingsstof aanwezig zijn.
Een werkwijze volgens de uitvinding heeft daardoor het kenmerk dat van elk van deze stoffen telkens een hoeveelheid wordt genomen corresponderend met genoemde voorafbepaalde concentratie van de in die stof aanwezige ionen, welke hoeveelheid naar een houder wordt gebracht in dewelke een neutralisatiereaktie plaats vindt alvorens de aldus gevormde voedingsstof aan de plant wordt toegebracht. Doordat er nu een neutralisatiereaktie plaats vindt alvorens de aldus gevormde voedingsstof aan de plant toe te brengen, zijn er nagenoeg geen onopgeloste stoffen meer aanwezig in de toevoerleiding, waardoor het gevaar voor een eventuele verstopping van de toevoerleiding nagenoeg uitgesloten is.
Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat genoemde stoffen fosforzuur (HPO.), Ammoniumnitraat ( (NH.) NO-), Magnesiumnitraat (Mg (NO.. D, Kaliumhydroxide (KOH), Calciumnitraat (Ca (NO) ), zwavelzuur (H SO.) en salpeterzuur (NO3) zijn.
De natuur is van dien aard dat de benodigde hoeveelheid nitraat dermate hoog is, dat het om economische redenen altijd voordeliger is een aantal positieve ionen niet in de vorm van loog aan te
<Desc/Clms Page number 3>
leveren, maar direkt als nitraat oplossing.
Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat genoemde neutralisatiereaktie plaats vindt in een waterleiding welke als houder fungeert.
Hierdoor vindt de neutralisatiereaktie direkt in de toevoerleiding naar de plant plaats en is tussenlagering niet noodzakelijk.
De uitvinding zal nu nader worden beschreven aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en aan de hand van de tekening waarin de figuur een voorbeeld laat zien van een inrichting voor het uitvoeren van een werkwijze volgens de uitvinding. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot de hieronder beschreven uitvoeringsvoorbeelden en dat meerdere alternatieven binnen de skoop van de uitvinding mogelijk zijn.
Bij substraatteelt worden de voedingselementen voor de te telen plant in een waterige oplossing bij de plant gebracht.
De voedingsstof die aan de plant wordt toegebracht bevat altijd stikstof (N-), fosfor (HPO'), zwavel (SO4), kalium (K), calcium (ci+) en magnesium (Mg +) ionen.
Voor elk plant is een voedingsschema opgesteld waarin de concentratie van elk der genoemde ionen vooraf is bepaald. Deze voedingsschema's zijn bijvoorbeeld door het Tuinbouwproefstation te Naaldwijk (Nederland) opgesteld en ter beschikking van de tuinders gesteld.
Om nu deze voedingsstof samen te stellen wordt uitgegaan van een aantal telkens als geconcentreerde oplossing aanwezig zijnde stoffen. Deze stoffen zijn bijvoorbeeld katiumhydroxide (KOH),
EMI3.1
salpeterzuur (HNOJ, ammoniumnitraat ( (NH.) NO)), calciumnitraat Ca Het KOH bevat K+ ionen terwijl het HNO.. respectievelijk H-PO. en HSO., , PO. welke noodzakelijk ionen zijn voor de voeding van een plant. Immers deze stoffen zijn als volgt te ontbinden :
EMI3.2
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
EMI4.2
Uitgaande van deze stoffen zijn dan de noodzakelijke ionen, zijnde K, N0', ', 4', ', voor het voeden van de plant te verkrijgen.
In een voorraadvat is telkens een geconcentreerde oplossing aanwezig van de desbetreffende stof. Het voorraadvat wordt als reaktievat gebruikt, te weten een neutralisatie reaktie met de komponenten.
Doordat de stoffen nu hetzij als loog hetzij als zuur en in een geconcentreerde oplossing aanwezig zijn, vindt de neutralisatie in verdunde toestand plaats zodat wanneer deze komponenten in een leiding met elkaar gemengd worden er geen neerslag optreedt. De zuren en de logen zijn de meest elementaire mogelijkheden om voedingsstoffen te vormen.
Daar de geconcentreerde oplossing bij de tuinders nog van een dergelijke concentratie is, dat een neutralisatie reaktie kan plaats vinden zonder warmte ontwikkeling, kunnen de voedingsstoffen toch in flexibele concentratie worden samengesteld.
De natuur is echter van dien aard dat de planten voor hun voeding een grote hoeveelheid nitraat (NO3) ionen nodig hebben. Uit economisch oogpunt gezien is het dus voordeliger om met zeer"rijke"nitraat oplossingen te werken, te weten Magnesium als Magnesiumnitraat, Ammonium als Ammoniumnitrat en Calcium als Calciumnitraat. Het feit dat de neutralisatie reaktie dan niet gerealiseerd wordt ten opzichte van NH. , Mg en Ca doet aan het hierboven beschreven principe geen inbreuk.
In de praktijk wordt er uitgegaan van zeven grondstoffen waarin de voedingsstoffen in oplossing aanwezig zijn. Deze zeven
EMI4.3
gondsstoffen zijn in drie groepen te verdelen :
EMI4.4
L ZUREN :-Satpeterzuur [H+ - [2H''+ )
<Desc/Clms Page number 5>
HNO-FosforzuurH3PO4 [H++H2PO4-](Fosacid)
EMI5.1
Z BASEN KOH [K+ + OH-] (Kalibase) 3. Neutrale oplossingen : - [Ca + 2NO3] (Calnit) :-Kal-MagnesiumnitraatMg(NO3)2 [Mg+ + 2NO3-] (Magnesit) -Ammoniumnitraat ((NH4)NO3)
EMI5.2
[NH4 + (Ammonit) nIn tabel t zijn al deze grondstoffen opgenomen.
Voor elk van deze grondstoffen is aangegeven het gehalte (in 96) in een waterige oplossing, het kristallisatiepunt, de voedingsstoffen in gew. % en in mol/kg. Voor de zuren en basen is tevens de zuur/base inbreng gegeven.
De concentratie van zuren en basen zijn dusdanig vastgesteld dat bij ieder willekeurig voedingsschema een evenwicht bestaat tussen de zuur (H+) en base (OH-) inbreng in mmol/l in de uiteindelijkevoedingsvloeistof.
De essentie van de werkwijze volgens de uitvinding is dat er in het bevloeiingssysteem geen overmaat van H+ of OHionen aanwezig zijn, waardoor er dus een neutralisatiereaktie heeft plaatsgevonden.
De genoemde grondstoffen zijn om een aantal hieronder gegeven redenen gekozen.
Salpeterzuur, fosforzuur, zwavelzuur en kaliumhydroxide : - deze stoffen zijn chemisch zuivere produkten, bevatten slechts minimale hoeveelheden verontreinigingen
EMI5.3
- stoffen bevatten geen onoplosbare deeltjes, geven dus geen verstoppingen van het bevloeiingssysteem - deze stoffen bevatten enkelvoudige voedingsstoffen, geven meer mogelijkheden om tot juiste samenstelling van voedingsschema's te komen - de gehaltes aan voedingsstoffen zijn zo hoog mogelijk, zonder afbreuk te doen aan het neutralisatieprincipe
<Desc/Clms Page number 6>
- ook bij lage temperaturen zullen deze stoffen vloeibaar en helder blijven (kristallisatiepunt beneden OOC).
Calciumnitraat, magnesiumnitraat en ammoniumnitraat oplossingen : Dit zijn neutrale oplossingen, bevatten geen H of OH ionen, en hebben dus geen invloed op het neutralisatie principe van de uitvinding. De oplossingen zijn helder en vrij van onoplosbare deeltjes, en bevatten slechts geringe hoeveelheden verontreinigingen.
De keuze als nitraatoplossingen heeft verschillende achtergronden : - de nitraatbehoefte van planten is groot - de oplosbaarheid van nitraatzouten is zeer hoog - de concentratie werkzame stof is hoog.
In de figuur zijn zeven voorraadvaten 1 t/m 7 weergegeven. Elk voorraadvat is door middel van een respectievelijke kraan 8 t/m 14 verbonden met een leiding 15 waarop de waterleiding middels een kraan 16 is aangesloten en welk naar de te voeden planten loopt.
De kranen zijn of met de hand te bedienen of door middel van een computer in wiens geheugen stuurprogramma's voor het voeden van één of meer planten zijn op te slagen. De waterleiding 15 voert naar een serie druppelaars 17 die boven of in het substraat 19 gelegen zijn waar de plant 18 wordt geteelt.
Het is ook mogelijk wanneer bij de tuinders reeds de twee voorraadvaten (bekende methode) aanwezig zijn, om deze voorraadvaten met geconcentreerde oplossing van de hierboven genoemde stoffen te bevoorraden.
Uitgaande van deze stoffen kan men nu voor elke plant de voor die plant geschikte voedingsstof bereiden. De tabellen 11 en lil illustreren een voedingschema voor aardbeien in recirculeren water, respectievelijk anemoon in steenwol. In de bovenste rij van elk tabel zijn de ionen opgenoemd en in de eerste kolom de verschillende basisstoffen. De tweede rij dient om de waarden (in molli) van de ionenconcentraties voor de desbetreffende plant weer te geven.
Zo is er bijvoorbeeld voor aardbeien in recirculeren water 10 moot/1 NO)'1, 25 mmol/1 H2P04'1, 125 mmolli 504'0, 5 mmol/l NH4'5, 25 molli K, 2,75 mmoijl Ca en 1, 25 mmolli Mg aan ionenconcentratie noodzakelijk.
Deze waarden zijn op zichzelf bekend en worden door de tuindersschappen ter beschikking van de tuinders gesteld. De laatste twee kolommen
<Desc/Clms Page number 7>
geven de OH respectievelijk de H+ ionen weer.
Met behulp van de in de tabel gegeven matrix kunnen nu eenvoudigweg de concentraties van de verschillende stoffen berekend worden. Bij het voorbeeld van aardbeien in recirculerend water zijn de hierboven gegeven ionenconcentraties in de tweede rij van de tabel
EMI7.1
II weergegeven. Om de neutralisatie reaktie te realiseren moeten de concentraties zijn. De kunnen alleen afkomstig zijn van KOH. Aangezien er voor aardbeien een concentratie van 5,25 mmol/l aan K+ ionen moet zijn zal er dus ook 5,25 mmol/l aan OH ionen concentraties zijn. Dit getal wordt in het desbetreffende vak ingeschreven. Daar er 5,25 mmol/t aan OH ionen is, is er ook 5,25 mmol/l aan H+ ionen nodig voor evenwicht (neutralisatie principe).
De H.., PO ionen kunnen alleen door het fosacid geleverd worden, zodanig dat er dus 1,25 mol/1 fosforzuur moet worden genomen.
Dit geeft dan 1,25 mmol H ionen per liter. Een zelfde redenering
EMI7.2
geldt voor de SO.respectievelijkNH.,CaenMg die ionenalleen van het zwavelzuur respectievelijk ammoniumnitraat, calciumnitraat en magnesiumnitraat afkomstig zijn. In de matrix worden de concentraties dus op hun respectievelijke plaatsen ingeschreven.
Nu moet de hoeveelheid nitraat nog worden bepaald.
Hiertoe wordt als volgt te werk gegaan. Aangezien er 2NO} ionen zijn voor één Ca ion bij Calciumnitraat en er 2,75 mmol/l aan calciumnitraat noodzakelijk is voor de Ca concentratie moet er nog 2 x 2,75
EMI7.3
= 5 mmolli worden genomen voor de bijdrage aan I mmol/l Calciumnitraat geeft opgelost in water 1 mmol/l Ca en 2 mol/1 Nitraat. Analoog zijn er 2N03 voor één Mg ion. Nodig is t, 125 mmoll en dat geeft dan 2 nitraat. Bij Pmroniumnitraat is er één N03 voor één NH. ion zodanig dat er 0, 5 mmolli wordt toegevoegd. Dit alles geeft nu al 5, 25 + 2, 25 + 0, 5 = 8, 25 moll1 concentratie aan N03 ionen.. Dit is echter nog niet genoeg aangezien aardbeien 10 mmol/l hebben. De resterende hoeveelheid, zijnde 10-8, 25 = 1, 75 mmol/l moet dus van het salpeterzuur komen.
Al deze waarden zijn in de NO3 kolom van tabel 11 weergegeven.
<Desc/Clms Page number 8>
Er kan nu nagegaan worden of deze matrix klopt.
Hiertoe worden de laatste twee kolommen gebruikt. Zoals reeds vermeld komen de 5,25 mmol/1 aan OH- ionen alleen van de kaliumhydroxide zodanig dat dit getal zonder meer kan worden ingevuld. De H+ ionen zijn afkomstig van het zwavelzuur, het salpeterzuur en het fosforzuur. Zwavelzuur geeft 2 x 1, 125 = 2, 25 mol/1, salpeterzuur geeft 1, 75 mmol/i en fosforzuur geeft 1, 25 mmol/l zoals reeds werd bepaald. Deze drie getallen opgeteld levert : 2, 25 +1, 75-1, 25 = 5, 23 mmo)/l. zijnde de vereiste concentratie aan H+ ionen.
Ter illustratie is nog tabel III gegeven waarin een analoge berekening is gegeven voor Anemoon in steenwol. Ook uit tabel 11 is te zien hoe eenvoudigweg met behulp van de matrix de verschillende concentraties kunnen worden bepaald.
Om het aantal mmol/i van het produkt om te rekenen naar het aantal kg in de honderd maal geconcentreerde voorraadoplossingen wanneer er met de bekende twee voorraadvaten wordt gewerkt, kan de volgende formule worden gehanteerd :
EMI8.1
0, 1 x K x m x--= L waarin K = het aantal mmol/l van het produkt m = de molecuul massa van het produkt
EMI8.2
L = het gewichtspercentage van het produkt In tabel nis nodig 1, 25 moll1 H dat is omgerekend 100 0, 1 x 1, x 98 x- = 20, 76 kg fosforzuur 59 % per 1000 1 voorraad- 59 oplossing.
Op gelijke wijze worden de overige hoeveelheden bepaald en toegevoegd aan de twee voorraadvaten.
Uitgaande van deze hierboven genoemde zeven stoffen kan er dus een voedingsstof voor om het even welke te telen plant worden samengesteld. Met dit beperkt aantal kan er bovendien nog een voedingsschema worden gemaakt dat flexibel in de tijd is, immers de ionenconcentratie in de voedingsstof kan variëren en kan derhalve aangepast worden aan het groeistadium van de plant. Aangezien elke willekeurige ionenconcentratie te verkrijgen is door gebruik te maken van de werkwijze volgens de uitvinding is het dus eveneens mogelijk voor een bepaalde plant deze concentratie in de tijd te laten variëren.
<Desc/Clms Page number 9>
De gebruikte stoffen zijn bij deze eenvoudige zuren en logen in zeer zuivere oplossingen aanwezig (99 % zuiverheid), waardoor de zuiverheid van de voedingsstof die naar de plant gaat zeer hoog is. Verder heeft het gebruik van zeven grondstoffen het voordeel dat het produktenpakket beperkt blijft.
Aangezien alle deze stoffen in water worden opgelost en aangezien de ionenconcentratie van het water van plaats tot plaats verschilt is het gebruikelijk de uiteindelijke concentratie van de voedinsstoffen in het water op de gebruikelijke wijze te controleren. In functie van de gemeten waarden is het dan mogelijk om eventuele correcties aan de concentratie aan te brengen.
<Desc/Clms Page number 10>
TABEL @
EMI10.1
<tb>
<tb> PRODUKT <SEP> GEHALTE <SEP> % <SEP> KRISTALLISA- <SEP> VOEDINGSSTOFFEN <SEP> VOEDINGSSTOFFEN <SEP> ZURR/BASE
<tb> TIEPUNT <SEP> IN <SEP> GEW. <SEP> % <SEP> IN <SEP> MOL/kg <SEP> INBRENG
<tb> Salpeterzuur <SEP> 38-33 C <SEP> N <SEP> (nitraat) <SEP> 8.4 <SEP> 6 <SEP> mol/kg <SEP> N03 <SEP> 6 <SEP> mol/kg <SEP> H
<tb> Zwavelzuur <SEP> 59 <SEP> - <SEP> 380C <SEP> 503 <SEP> 48,1 <SEP> 6 <SEP> mol/kg <SEP> SO. <SEP> 12 <SEP> mol/kg <SEP> H
<tb> Fosforzuur <SEP> 59 <SEP> -18 C <SEP> P2O5 <SEP> 45, <SEP> 7 <SEP> 6 <SEP> mol/kg <SEP> H2PO <SEP> 6 <SEP> mol/kg <SEP> H
<tb> Kaliumhydroxide <SEP> 33 <SEP> -50 C <SEP> K2O <SEP> 27,9 <SEP> 6 <SEP> mol/kg <SEP> K <SEP> 6 <SEP> mol/kg <SEP> OH
<tb> Calciumnitraat <SEP> 52 <SEP> + <SEP> 4 C <SEP> N <SEP> (nitraat) <SEP> 8,8 <SEP> 3,2 <SEP> mol/kg <SEP> Ca
<tb> Ca.
<SEP> O <SEP> 17,7 <SEP> 6,4 <SEP> mol/kg <SEP> NO3
<tb> Magnesiumnitraat <SEP> 37 <SEP> - <SEP> 14 C <SEP> N <SEP> (nitraat) <SEP> 7 <SEP> 5 <SEP> mol/kg <SEP> NO3
<tb> MgO <SEP> 10 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> mol/kg <SEP> Mg
<tb> Ammoniumnitraat <SEP> 52 <SEP> + <SEP> 2 C <SEP> N <SEP> (nitraat) <SEP> 9 <SEP> 6,2 <SEP> mol/kg <SEP> NH4
<tb> N <SEP> (ammoniak) <SEP> 9 <SEP> 6,2 <SEP> mol/kg <SEP> Nô) <SEP> - <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 11>
TABEL 11
EMI11.1
<tb>
<tb> GEWAS <SEP> :
<SEP> Aardbei <SEP> in <SEP> recirculerend <SEP> water
<tb> NO3 <SEP> H2PO4 <SEP> SO4 <SEP> NH4 <SEP> K <SEP> Ca <SEP> Mg <SEP> OH- <SEP> H+
<tb> TE <SEP> BEREKENEN <SEP> SAMENSTELLING <SEP> mmol/ltr
<tb> MESTSTOF <SEP> mmol/ <SEP> 10 <SEP> 1,25 <SEP> 1,125 <SEP> 0,5 <SEP> 5,25 <SEP> 2,75 <SEP> 1,125 <SEP> 5,25 <SEP> 5,25
<tb> ltr
<tb> FOSACID
<tb> H+ <SEP> + <SEP> H2PO4- <SEP> 1,25 <SEP> 1,25
<tb> SALACID <SEP> 1,75 <SEP> 1,75
<tb> H+ <SEP> + <SEP> NO3AMMONIT <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> (NH+4 <SEP> + <SEP> NO3-)
<tb> MAGNESIT
<tb> (Mg+ <SEP> + <SEP> 2NO3) <SEP> 2,25 <SEP> 1,125
<tb> KALIBASE
<tb> (K+ <SEP> + <SEP> OH+) <SEP> 5,25 <SEP> 5,25
<tb> CALNIT
<tb> (Ca2+ <SEP> + <SEP> 2NO3-) <SEP> 5,5 <SEP> 2,75
<tb> SULFACID
<tb> (2H+ <SEP> + <SEP> SO42-) <SEP> 1,125 <SEP> 2,25
<tb>
<Desc/Clms Page number 12>
TABEL III
EMI12.1
<tb>
<tb> GEWAS <SEP> :
<SEP> Anemoon <SEP> in <SEP> steenwol
<tb> NO3 <SEP> H2PO4 <SEP> SO4 <SEP> NHY4 <SEP> K <SEP> Ca <SEP> Mg <SEP> OH- <SEP> H+
<tb> TE <SEP> BEREKENEN <SEP> SAMENSTELLING <SEP> mmol/ltr
<tb> MESTSTOF <SEP> mmol/ <SEP> 13,0 <SEP> 1,5 <SEP> 1,25 <SEP> 0,5 <SEP> 6,5 <SEP> 4,0 <SEP> 1 <SEP> 6,5 <SEP> 6,5
<tb> ltr
<tb> FOSACID
<tb> H+ <SEP> + <SEP> H2PO4- <SEP> 1,5 <SEP> 1,5
<tb> SALACID <SEP> 2,5 <SEP> 2,5
<tb> H+ <SEP> + <SEP> NO3AMMONIT <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> (NH4+ <SEP> + <SEP> NO3-)
<tb> MAGNESIT
<tb> (Mg+ <SEP> + <SEP> 2NO3-) <SEP> 2 <SEP> 1
<tb> KALIBASE
<tb> (K+ <SEP> + <SEP> OH-) <SEP> 6,5 <SEP> 6,5
<tb> CALNIT
<tb> (Ca2+ <SEP> + <SEP> 2NO3-) <SEP> 8 <SEP> 4,0
<tb> SULFACID
<tb> (2H+ <SEP> + <SEP> SO42-) <SEP> 1,25 <SEP> 2,5
<tb>