Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat zur Verbesserung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Kulturen, insbesondere Hydrokulturen. Bei praktisch allen Kulturen wirkt sich die Verdunstung im Substrat, also an der Oberfläche von Erdkulturen bzw. im kapillaren, körnigen Substrat von Hydrokulturen nachteilig aus. Es ist an sich bekannt, bei Erdkulturen die Verdunstung durch Mulchen herabzusetzen, wobei aber die bisher eingesetzten Mulchmaterialien verschiedene Nachteile aufweisen, bzw. z.B. in Trockengebieten nicht verfügbar sind. Bei Hydrokulturen sind besondere Massnahmen zur Hemmung der Verdunstung durch das Substrat nicht bekannt.
Herkömmliche Hydrokulturen weisen nämlich ein einheitliches Substrat aus gleichartigen Partikeln, vorzugsweise Blähtonpartikeln, auf. Die hohe Kapillarität dieser Partikel erweist sich für das Kultivieren von Pflanzen als sehr vorteilhaft, indem die Partikel Nährlösung aufnehmen, eine gute Stützung der Pflanzen, insbesondere Wurzeln bieten und verhältnismässig leicht sind. Sie sind auch chemisch neutral, strukturstabil und somit sehr pflanzenverträglich.
Diesen Vorteilen für das Kultivieren stehen beachtliche Nachteile gegenüber, besonders wenn die Partikel ausserhalb des Wurzelbereichs z.B. zum Auffüllen der Leerräume zwischen Pflanzengefässen verwendet werden. Infolge der hohen Kapillarität der Substratpartikel nehmen auch die über der Nährlösung liegenden Partikel Feuchtigkeit auf, die an der grossen Oberfläche des über der Nährlösung liegenden Substrats verdunstet. Daraus ergibt sich nicht nur die Notwendigkeit, in verhältnismässig kurzen Intervallen nachgiessen zu müssen, sondern infolge der erheblichen Verdunstung im Substrat über der Nährlösung erfolgt eine Verunreinigung der Partikel, wobei die abgelagerten Stoffe wie Salz, Kalk, usw. teils aus dem Giesswasser stammen können, teils aber auch Nährsalz aus der Nährlösung sind.
Damit ist also auch ein unkontrollierter Verlust an Nährstoffen verbunden, und das Substrat wird nach relativ kurzer Zeit unästhetisch und sollte aus Sicherheitsgründen periodisch ersetzt werden.
Bei konventionellen Kulturen, z.B. Erd-, Sand-, Lava-, Bimsstein- oder Tongranulatkulturen, ist die Verdunstung an der Oberfläche sehr intensiv, dies insbesondere bei Dachgärten und in Trockengebieten.
Ziel der Erfindung ist es, in allen oben erwähnten Fällen vorteilhaft und wirksam den Wasserverlust durch Verdunstung zu beschränken oder praktisch zu verhindern. Dieses Ziel wird mit dem Substrat gemäss Anspruch 1 bzw. durch dessen Anwendung gemäss Anspruch 4 erreicht. Das Substrat kann als verdunstungshemmende Schicht bei praktisch allen Kulturen angewendet werden. Im Falle einer Erdkultur, z.B. in Trockengebieten, kann es als Mulchschicht von beispielsweise 2 bis 5 cm Dicke eingesetzt werden. Da die vorzugsweise mineralischen Partikel des Substrats nicht abgebaut werden wie organischer Mulch, können sie über längere Zeit eingesetzt werden.
Sind die Substratpartikel leichter als das Kultursubstrat bzw. die Erde, wird verhindert, dass sie sich, besonders bei starken Regenfällen, mit dem Kultursubstrat vermischen, und sie können nötigenfalls leicht gesammelt und wiederverwendet werden, da sie an der Oberfläche bleiben. Da somit die Substratschicht stets an der Oberfläche bleibt und sich nicht mit Erde oder dergleichen Kultursubstrat vermischt, bleibt die verdunstungshemmende Wirkung dauernd erhalten.
Im Falle einer Hydrokultur wird gemäss Anspruch 5 vorgegangen. Dadurch, dass über der Nährlösung eine Substratschicht aus Partikeln mit einer wasserabstossenden Oberfläche eingebracht wird, kann die Verdunstung stark eingeschränkt und damit können die oben erwähnten Nachteile entsprechend vermieden bzw. gemildert werden. Die erwähnte Schicht kann dabei nur eine verhältnismässig geringe Dicke von beispielsweise 2 bis 5 cm aufweisen, oder aber praktisch bis zum Spiegel der Nährlösung reichen. Im Extremfall kann auch das ganze Substrat aus wasserabstossenden Partikeln ohne oder mit herabgesetzter Kapillarität bestehen, was immer noch auf die grundsätzliche Bedingung zutrifft, wonach jedenfalls über der Nährlösung mindestens eine Schicht aus Partikeln ohne oder mit herabgesetzter Kapillarität eingebracht ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren gemäss Anspruch 10 zur Herstellung von geeigneten Partikeln ohne oder mit herabgesetzter Kapillarität, bzw. mit wasserabstossender Oberfläche.
Vorzugsweise können Partikel verwendet werden, die spezifisch leichter sind als Wasser und folglich in Wasser schwimmen. Es ergibt sich dadurch eine besonders interessante Anwendung des Substrats als Stützmedium für Schnittblumen, indem in ein Gefäss Wasser und Partikel eingefüllt werden, die dann in einer bestimmten Schichtdicke im Wasser schwimmen. Diese Partikelschicht hält eingestellte Pflanzen in der gewünschten aufrechten Lage und wirkt in transparenten Behältern, z.B. Vasen, sehr dekorativ.
Die Erfindung betrifft schliesslich eine Anlage zur Herstellung eines Substrats aus Partikeln ohne oder mit herabgesetzter Kapillarität, bzw. mit wasserabstossender Oberfläche und mit oder ohne Veränderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie einer Färbung gemäss Anspruch 13.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert:
Fig. 1-4 zeigen schematische Querschnitte durch Hydrokulturgefässe mit verschiedenen Varianten von Substrat, bzw. Substratschichtung,
Fig. 5 zeigt einen Vergleich der verbrauchten Giesswassermengen bei verschiedenen Substratschichtungen,
Fig. 6 zeigt einen Teilschnitt eines praktischen Ausführungsbeispiels einer Hydrokultur,
Fig. 7 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Herstellung von Substratpartikeln,
Fig. 8 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Herstellung von Substratpartikeln und
Fig. 9 und 10 zeigen weitere Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemässen Substratpartikel.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Gefäss 1, in dessen Unterteil sich ein herkömmliches Substrat 2 aus Blähtonkugeln befindet. Das Niveau der Nährlösung ist mit 3 bezeichnet. Über dem Substrat 2 ist eine Schicht 4 von Spezialblähton eingebracht, dessen Partikel mit einer weitgehend wasserdichten, hydrophoben Beschichtung versehen sind und somit keine Kapillarität aufweisen. Fig. 2 zeigt zum Vergleich ein Gefäss 1 gleicher Abmessungen, welches in herkömmlicher Weise vollständig mit einem Substrat 2 aus Blähtonkugeln gefüllt ist.
Ein Versuch mit solchen Kleingefässen von 14 cm Durchmesser und mit einer Schicht 4 von 5 cm Dicke ergab, dass bei einem Partikeldurchmesser von 6 bis 10 mm das Gefäss nach Fig. 2 mit herkömmlichem Substrat in Intervallen von 33 Tagen, das Gefäss nach Fig. 1 mit der Schicht 4 aus Spezialblähton bei einem Partikeldurchmesser von 6 bis 10 mm in Intervallen von 102 Tagen gegossen werden musste. Versuche mit Substraten mit Partikeln von 10 bis 20 mm Durchmesser ergaben Giessintervalle von 24 bzw. 102 Tagen. Die Versuche wurden mit unbepflanzten Gefässen durchgeführt, damit nur die Verdunstung von Nährlösung durch das Substrat erfasst wurde. Fig. 3 zeigt eine weitere Versuchsanordnung mit einer Schicht 4 von Spezialblähton ohne Kapillarität von 10 cm Dicke bei einer Partikelgrösse von 10 bis 20 mm.
Es ergab sich dadurch eine wesentliche Verbesserung gegenüber der Anordnung gemäss Fig. 1 mit einer Schicht 4 von 5 cm 20 Dicke. Eine weitere Verbesserung ist gemäss Fig. 4 möglich, in welcher allerdings die Deckschicht 4 nicht dargestellt ist, jedoch ein Verdrängerkörper 5 am Boden des Gefässes. Durch den kombinierten Effekt des erhöhten Nährlösungsvorrates infolge des Verdrängerkörpers 5 und der Abdeckung mit Substrat 4 gemäss Fig. 3 konnte ein zusätzlicher Gewinn von 50 bis 100 Tagen für die Giessintervalle erzielt werden.
Fig. 5 zeigt eine grafische Darstellung des Wasserverbrauchs während eines Zeitraums von rund 4 Monaten, nämlich während einer Versuchsperiode vom 25. März bis zum 14. Juli. In diesem Zeitraum betrug der Wasserbedarf bei einem herkömmlichen Substrat aus Blähton mit einem Partikeldurchmesser von 10 bis 15 mm und in einem Gefäss von 24 cm Durchmesser und 16 cm Höhe 8,3 l (vorderste, dunkle Säulen). Die mittlere, weisse Säule bezieht sich auf ein entsprechendes Gefäss, welches vollständig mit Spezialblähton, d.h. mit beschichtetem Blähton ohne Kapillarität gefüllt war. Es war nahezu kein Wasserverbrauch feststellbar. Die dritten, punktierten Säulen zeigen den Wasserverbrauch einer Anordnung gemäss Fig. 1 aber mit den oben erwähnten Gefässabmessungen und sonstigen Bedingungen, also mit einer Abdeckung von 5 cm Dikke mit beschichtetem Blähton ohne Kapillarität.
Es zeigt sich, dass vom Gesichtspunkt der Wasserverdunstung eine vollständige Füllung mit beschichtetem Blähton ohne Kapillarität am günstigsten wäre, doch dürfte in der Praxis vor allem aus wirtschaftlichen Gründen die Ausführung gemäss Fig. 1 oder 3 mit einer angemessenen Schichtdicke von Spezialblähton ohne Kapillarität die richtige Lösung sein.
Als vorteilhafter Kompromiss können bei grösseren Hydrokulturen, bei welchen einzelne Kulturgefässe in eine grössere Wanne gestellt sind, die bepflanzten Kulturgefässe gemäss Fig. 1, 3 oder 4 teils mit kapillarem Substrat im Wurzelbereich der Pflanzen und teils mit dem hydrophoben, erfindungsgemässen Spezialsubstrat versehen sein, während in den Zwischenräumen zwischen den Kulturgefässen Spezialsubstrat bis zum Boden oder bis zu einem eventuellen Füllkörper eingefüllt sein kann, um in diesen Zwischenräumen die Verdunstung so gering als möglich zu halten. Generell sollte Spezialblähton in den eigentlichen Kulturgefässen bis höchstens 2/3 bis 3/4 der Gefässhöhe oder bis zum maximalen Niveau der Nährlösung eingebracht werden.
Fig. 6 zeigt ein derartiges grösseres Kulturgefäss 1 im Teilschnitt. In dieser Figur ist nur ein Kulturtopf 1 min , z.B. aus Schaumkunststoff, mit einer Pflanze dargestellt, aber es sind üblicherweise mehrere solche Kulturtöpfe vorhanden, die in je eine Manschette 61 eingestellt sind, so dass sie ausgewechselt werden können, ohne das Substrat zu entfernen. Fig. 6 zeigt ferner einen Wasserstandsanzeiger 62 sowie einen aushebbaren Einsatz 63 in einem Giessschacht 65 mit Deckel 66. Der Einsatz 63 dient dazu, hineingefallene Substratpartikel auszuheben. In Fig. 6 ist der maximale Stand N der Nährlösung eingezeichnet.
Bis zu diesem Niveau links in Fig. 6 bis zur Linie 64-64 ist üblicher, kapillarer Blähton eingefüllt. Über diesem Niveau folgt eine Schicht 4 aus hydrophobem Spezialblähton (zur Hälfte schraffiert) bis zu einem oberen Niveau O, und über diesem Niveau O liegt eine Schicht 4 min aus dekorativem, hydrophobem Blähton (voll schraffiert), z.B. gefärbtem Blähton oder einem anderen dekorativen Material. Die beiden Schichten 4 und 4 min verhindern in der erwähnten Weise weitgehend die Verdunstung von Wasser aus der Nährlösung. Dabei müsste die dekorative Schicht 4 min nicht unbedingt aus hydrophoben Partikeln bestehen, da die Schicht 4 die Verdunstung wirksam einschränkt. In der Mitte, unmittelbar rechts der Linie 64-64 ist angedeutet, dass dekorativer Blähton bis zum Niveau N eingefüllt sein kann. Ganz rechts ist gezeigt, dass dekorativer Blähton bis zum Gefässboden eingefüllt sein kann.
Zur Beschichtung der Partikel kommen verschiedenste Materialien in Frage, vorausgesetzt, dass sie wasserunlöslich, pflanzenverträglich und ästhetisch sind. Die Beschichtung kann beispielsweise mit pflanzenverträglichen Silikonen erfolgen. Die Partikel haben dann im wesentlichen den Aspekt von herkömmlichem Blähton. Zur Erzielung besonderer ästhetischer Effekte können die Partikel, insbesondere Blähton, aber auch mit Wasserlacken oder dergleichen Farben, mit oder ohne Mischung mit Silikon oder anderen Hydrophobiermitteln, beschichtet werden, die im getrockneten Zustand wasserunlöslich werden. Je nach der gewünschten Qualität kann dabei eine Beschichtung ein- oder mehrmals erfolgen.
Fig. 7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anlage zum chargenweisen Beschichten von Partikeln. Diese Anlage eignet sich insbesondere zur Beschichtung mit Wasserlack. Die Anlage weist einen kippbaren Mischbehälter 6 auf, in welchen unbeschichtete Substratpartikel, insbesondere Blähtonpartikel aus einem Behälter 7 über ein Dosier- und Transportsystem 8 chargenweise zugeführt werden können. Aus einem Behälter 9 kann der Wasserlack über eine Dosierpumpe 10 und eine Düse 11 als Sprühstrahl oder Regen zugeführt werden, während die Partikel in der Mischtrommel dauernd umgerührt und damit gleichmässig beschichtet werden. Nach einer bestimmten Behandlungszeit, die davon abhängen kann, ob man glatte oder matte Oberflächen erzielen will, werden die benetzten, beschichteten Partikel einem Bandtrockner 12 zugeführt, welchem aus einem Heizregister 13 Warmluft zugeführt wird.
Mittels eines Gebläses 14 wird die Trockenluft angesaugt und wegbefördert. Die vorgetrockneten Partikel gelangen dann in einen Lagerbehälter 15, welcher mittels eines Ventilators 16 zum Nachtrocknen dauernd belüftet werden kann. Über eine Dosier- und Förderanlage 17 können die Partikel dann portionenweise abgepackt werden.
Die Benetzung bzw. Beschichtung der Partikel kann auch im Tauchverfahren erfolgen, wobei die Partikel möglichst kurzzeitig in ein relativ dünnflüssiges Mittel getaucht werden. Dabei ist es angezeigt, sowohl die Partikel als auch das Beschichtungsmittel vorzuwärmen, bzw. die Restwärme der Partikel zu nutzen, damit die nachträgliche Trocknung rasch erfolgt und wenig zusätzliche Energie erfordert.
Fig. 8 zeigt eine ähnliche Anlage, in welcher entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in Fig. 7. Anstelle der chargenweise arbeitenden Mischtrommel 6 gemäss Fig. 7 ist eine geneigte Mischtrommel 18 zur kontinuierlichen Beschichtung der Partikel vorgesehen. Aus dieser Mischtrommel austretendes, überflüssiges Beschichtungsmittel gelangt über ein Filter 19 und eine Umwälzpumpe 20 zurück in ein Mischgefäss 21, aus welchem Beschichtungsmittel, z.B. lösungsmittelfreie Farben und Lacke über eine weitere Umwälzpumpe 22 zu den Sprühdüsen 23 in der Mischtrommel 18 gelangt. Gemäss Fig. 8 ist zusätzlich in den Belüftungskreislauf des Lagerbehälters 15 ein Entfeuchtungsaggregat 24 eingeschaltet. Diese Anlage eignet sich u.a. insbesondere zur Beschichtung mit Wasserlack oder anderen Hydrophobiermitteln, z.B. Silikon, eventuell auch mit Wirkstoffen aller Art.
In den Fig. 7 und 8 ist ein Vorratsbehälter 7 für Substratpartikel vorgesehen. Es ist jedoch von besonderem Vorteil, die Beschichtung der Partikel unmittelbar an deren Herstellung anzuschliessen. Bezogen auf Blähton heisst dies, dass unmittelbar nach dem Brennen die Blähtonpartikel bei einer Resttemperatur von 40 DEG C bis 80 DEG C sogleich mit dem Beschichtungsmittel behandelt und anschliessend unter Ausnutzung ihrer Restwärme getrocknet werden. Damit kann der Aufwand für die Trocknung der Partikel erheblich gesenkt werden.
Wie erwähnt, ergibt sich durch die erfindungsgemässe Beschichtung der Substratpartikel die Möglichkeit, mit Hilfe der Partikel besondere ästhetische Effekte zu erzielen. Es können also insbesondere verschiedenfarbige und/oder verschieden geformte Partikel verwendet werden. Fig. 9 zeigt eine Möglichkeit der Anwendung verschiedenfarbiger Partikel in einem durchsichtigen Glasgefäss 1. Wie in dieser Figur angedeutet, können übereinander Schichten verschiedenartiger Partikel verwendet werden, um dem Gefäss einen besonderen ästhetischen Charakter zu verleihen. Es ist jedoch auch möglich, die Partikel zu reinen Dekorationszwecken einzusetzen, indem ein doppelwandiges Gefäss verwendet wird. In den Zwischenraum zwischen dem Innengefäss und dem Aussengefäss können entsprechende verschiedenartige oder gleichartige Partikel eingefüllt werden, um einem bestimmten Effekt zu erzielen.
Im Innengefäss kann das erfindungsgemässe Hydrokultursubstrat mit einem unteren Anteil von herkömmlichem Blähton und einer Deckschicht aus Spezialblähton ohne Kapillarität eingebracht werden.
Fig. 10 zeigt eine Farbauswahlscheibe für verschiedenste Anwendungsbereiche, wobei z.B. in einem grossen Hydrokulturgefäss 1 mit verhältnismässig geringem Pflanzenwuchs und grosser Oberfläche die sichtbare Oberfläche mit verschiedenartigen, beispielsweise verschiedenfarbigen Segmenten aus Spezialpartikeln ohne Kapillarität beschichtet wird. Damit werden zugleich der erfindungsgemässe technische Effekt und ein ästhetischer Effekt erzielt.
Die erfindungsgemässe Lösung eignet sich nicht nur zur Neubepflanzung von Hydrokulturgefässen, sondern insbesondere auch zur Umrüstung bestehender Hydrokulturen. Dabei wird das Substrat aus den Gefässen oben bis auf die gewünschte Tiefe ausgeräumt und durch Spezialsubstrat ohne Kapillarität ersetzt. Befindet sich das alte Substrat noch in gutem Zustand, kann es für neue Hydrokulturanlagen wiederverwendet werden. Es ergeben sich dabei die gleichen Vorteile wie bei Neubepflanzungen. Zu den oben bereits erwähnten Vorteilen kommt dazu, dass das Substrat im oberen Bereich des Gefässes trocken bleibt und somit keinen Nährboden für Bakterien, Pilze und dergleichen Schädlinge bietet. Es besteht auch weniger die Tendenz, dass sich Staub am feuchten Substrat ansetzt. Da ein erheblicher Teil des Substrats trocken bleibt, werden die Gefässe insgesamt leichter.
Die Schicht 4 von nichtkapillarem Substrat muss nicht an der Oberfläche liegen und sichtbar sein. Wenn es erwünscht ist, eine Hydrokultur mit dem üblichen Aspekt zu erstellen, kann die Schicht 4 mit einer Schicht aus herkömmlichem Substrat abgedeckt werden.
Das erfindungsgemässe Substrat hat gemäss Obenstehendem primär den Zweck, die Wasserverdunstung in Kulturen, insbesondere Hydrokulturen, zu hemmen. Die Beschichtung der Partikel kann aber auch weitere Vorteile bieten. Es ist z.B. möglich, Partikel aus einem kostengünstigen aber chemisch und/oder physikalisch nicht sehr geeigneten Material zu verwenden. Durch die Beschichtung mit einem hydrophoben und dichten Mittel wird ein direkter Kontakt zwischen dem ungeeigneten Material und den Pflanzen bzw. der Nährlösung vermieden und es können daher nachteilige Einflüsse des Substrats vermieden werden. Das Substrat wirkt auch als vorteilhafter Isolator, z.B. wenn es zum Abdecken von Dachbepflanzungen dient. Es verbessert die Nährstoffdynamik, indem die Schwankungen in der Nährstoffkonzentration gemildert werden.
Wie erwähnt, können die Partikel des hydrophoben Spezialsubstrats in Form und/oder Farbe so gestaltet sein, dass sie sich von üblichen Substratpartikeln, z.B. unbehandelten Blähtonpartikeln, eindeutig unterscheiden. Diese Massnahme dient nicht nur ästhetischen Zwecken, sondern erlaubt eine klare Unterscheidung zwischen herkömmlichem und erfindungsgemässem, hydrophobem Substrat, derart, dass bei der Anwendung Verwechslungen vermieden werden. Die Kennzeichnung des hydrophoben Spezialsubstrats kann aber auch auf andere Weise geschehen, indem nur einzelne Partikel des Substrats kennzeichnend gestaltet, z.B. gefärbt, sind.
The present invention relates to a substrate for improving the physical and chemical properties of cultures, in particular hydroponics. With practically all cultures, evaporation in the substrate, i.e. on the surface of earth cultures or in the capillary, granular substrate of hydroponics, has a disadvantageous effect. It is known per se to reduce evaporation by mulching in earth cultures, but the mulch materials used hitherto have various disadvantages, or e.g. are not available in dry areas. In hydroponics, special measures to inhibit evaporation through the substrate are not known.
Conventional hydroponics have a uniform substrate made of similar particles, preferably expanded clay particles. The high capillarity of these particles proves to be very advantageous for the cultivation of plants in that the particles absorb nutrient solution, provide good support for the plants, in particular roots, and are relatively light. They are also chemically neutral, structurally stable and therefore very plant-friendly.
These advantages for cultivation are offset by considerable disadvantages, especially if the particles outside the root area e.g. be used to fill the empty spaces between plant containers. As a result of the high capillarity of the substrate particles, the particles lying above the nutrient solution also absorb moisture, which evaporates on the large surface of the substrate lying above the nutrient solution. This not only results in the need to replenish at relatively short intervals, but due to the considerable evaporation in the substrate above the nutrient solution, the particles become contaminated, whereby the deposited substances such as salt, lime, etc. can partly come from the irrigation water, but some are also nutrient salt from the nutrient solution.
This also involves an uncontrolled loss of nutrients, and the substrate becomes unaesthetic after a relatively short time and should be replaced periodically for safety reasons.
In conventional crops, e.g. Earth, sand, lava, pumice or clay granulate cultures, the evaporation on the surface is very intense, especially in roof gardens and in dry areas.
The aim of the invention is to advantageously or effectively limit or practically prevent water loss through evaporation in all of the cases mentioned above. This goal is achieved with the substrate according to claim 1 or by its application according to claim 4. The substrate can be used as an evaporation-inhibiting layer in practically all cultures. In the case of an earth culture, e.g. in dry areas, it can be used as a mulch layer, for example 2 to 5 cm thick. Since the preferably mineral particles of the substrate are not broken down like organic mulch, they can be used over a long period of time.
If the substrate particles are lighter than the culture substrate or the earth, they are prevented from mixing with the culture substrate, especially in heavy rainfall, and they can easily be collected and reused if necessary, since they remain on the surface. Since the substrate layer thus always remains on the surface and does not mix with soil or the like culture substrate, the evaporation-inhibiting effect is permanently retained.
In the case of a hydroponic process, the procedure is as claimed in claim 5. The fact that a substrate layer made of particles with a water-repellent surface is introduced above the nutrient solution means that the evaporation can be greatly restricted and the disadvantages mentioned above can be avoided or alleviated accordingly. The layer mentioned can only have a relatively small thickness of, for example, 2 to 5 cm, or can practically reach the level of the nutrient solution. In extreme cases, the entire substrate can also consist of water-repellent particles with no or with reduced capillarity, which still applies to the basic condition that at least one layer of particles with no or with reduced capillarity is introduced above the nutrient solution.
The invention also relates to a method according to claim 10 for the production of suitable particles without or with reduced capillarity or with a water-repellent surface.
Particles which are specifically lighter than water and consequently float in water can preferably be used. This results in a particularly interesting application of the substrate as a support medium for cut flowers, in that water and particles are filled into a vessel, which then float in the water in a certain layer thickness. This layer of particles keeps plants in the correct upright position and works in transparent containers, e.g. Vases, very decorative.
Finally, the invention relates to a plant for producing a substrate from particles without or with reduced capillarity, or with a water-repellent surface and with or without changing the chemical and physical properties, and a color according to claim 13.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing:
1-4 show schematic cross sections through hydroculture vessels with different variants of substrate or substrate stratification,
5 shows a comparison of the amounts of irrigation water used with different substrate layers,
6 shows a partial section of a practical embodiment of a hydroponics,
7 schematically shows a first exemplary embodiment of a system for producing substrate particles,
8 schematically shows a second exemplary embodiment of a system for producing substrate particles and
9 and 10 show further possible uses of the substrate particles according to the invention.
Fig. 1 shows schematically a vessel 1, in the lower part of which there is a conventional substrate 2 made of expanded clay balls. The level of the nutrient solution is labeled 3. A layer 4 of special expanded clay is introduced over the substrate 2, the particles of which are provided with a largely waterproof, hydrophobic coating and thus have no capillarity. For comparison, FIG. 2 shows a vessel 1 of the same dimensions, which is conventionally completely filled with a substrate 2 made of expanded clay spheres.
An experiment with such small vessels of 14 cm in diameter and with a layer 4 of 5 cm in thickness showed that, with a particle diameter of 6 to 10 mm, the vessel according to FIG. 2 with conventional substrate at intervals of 33 days, the vessel according to FIG. 1 with layer 4 of special expanded clay with a particle diameter of 6 to 10 mm had to be cast at intervals of 102 days. Experiments with substrates with particles with a diameter of 10 to 20 mm resulted in casting intervals of 24 or 102 days. The experiments were carried out with unplanted vessels so that only the evaporation of nutrient solution through the substrate was recorded. 3 shows a further experimental arrangement with a layer 4 of special expanded clay without capillarity of 10 cm thickness with a particle size of 10 to 20 mm.
This resulted in a significant improvement over the arrangement according to FIG. 1 with a layer 4 of 5 cm 20 thickness. A further improvement is possible according to FIG. 4, in which, however, the cover layer 4 is not shown, but a displacer 5 at the bottom of the vessel. The combined effect of the increased supply of nutrient solution as a result of the displacer 5 and the covering with substrate 4 according to FIG. 3 made it possible to achieve an additional gain of 50 to 100 days for the pouring intervals.
FIG. 5 shows a graphic representation of the water consumption over a period of around 4 months, namely during an experimental period from March 25 to July 14. During this period, the water requirement for a conventional expanded clay substrate with a particle diameter of 10 to 15 mm and in a vessel with a diameter of 24 cm and 16 cm was 8.3 l (foremost, dark columns). The middle, white column refers to a corresponding vessel, which is completely covered with special expanded clay, i.e. was filled with expanded expanded clay without capillarity. There was almost no water consumption. The third, dotted columns show the water consumption of an arrangement according to FIG. 1 but with the vessel dimensions and other conditions mentioned above, ie with a cover of 5 cm thick with coated expanded clay without capillarity.
It turns out that from the point of view of water evaporation, a complete filling with coated expanded clay without capillarity would be the cheapest, but in practice the version according to Fig. 1 or 3 with an appropriate layer thickness of special expanded clay without capillarity should be the right solution, especially for economic reasons be.
As an advantageous compromise, in the case of larger hydroponics, in which individual culture vessels are placed in a larger tub, the planted culture vessels according to FIGS. 1, 3 or 4 can be provided partly with a capillary substrate in the root area of the plants and partly with the hydrophobic special substrate according to the invention in the gaps between the culture vessels special substrate can be filled to the bottom or to a possible filler in order to keep the evaporation as low as possible in these gaps. In general, special expanded clay should be introduced in the actual culture vessels up to a maximum of 2/3 to 3/4 of the vessel height or up to the maximum level of the nutrient solution.
Fig. 6 shows such a larger culture vessel 1 in partial section. In this figure, only one culture pot is 1 min, e.g. made of foam plastic, shown with a plant, but there are usually several such culture pots, each set in a sleeve 61, so that they can be replaced without removing the substrate. 6 also shows a water level indicator 62 and an insert 63 which can be lifted out in a pouring chute 65 with a cover 66. The insert 63 serves to lift out substrate particles which have fallen into it. The maximum level N of the nutrient solution is shown in FIG. 6.
Up to this level on the left in FIG. 6 up to line 64-64, common, capillary expanded clay is filled. Above this level there is a layer 4 of special hydrophobic expanded clay (half hatched) up to an upper level O, and above this level O there is a layer 4 of decorative, hydrophobic expanded clay (fully hatched), e.g. colored expanded clay or other decorative material. The two layers 4 and 4 minutes largely prevent the evaporation of water from the nutrient solution in the manner mentioned. The decorative layer would not necessarily have to consist of hydrophobic particles for 4 minutes, since layer 4 effectively limits evaporation. In the middle, immediately to the right of line 64-64, it is indicated that decorative expanded clay can be filled in down to level N. On the far right it is shown that decorative expanded clay can be filled in right up to the bottom of the vessel.
A wide variety of materials can be used to coat the particles, provided that they are water-insoluble, plant-friendly and aesthetic. The coating can be carried out, for example, with plant-compatible silicones. The particles then essentially have the aspect of conventional expanded clay. To achieve special aesthetic effects, the particles, in particular expanded clay, but also with water-based paints or similar paints, with or without a mixture with silicone or other hydrophobizing agents, can be coated, which become water-insoluble in the dried state. Depending on the desired quality, a coating can be carried out one or more times.
7 shows a first exemplary embodiment of a system for batch-wise coating of particles. This system is particularly suitable for coating with water-based paint. The system has a tiltable mixing container 6, into which uncoated substrate particles, in particular expanded clay particles, can be fed in batches from a container 7 via a metering and transport system 8. The water-based paint can be supplied from a container 9 via a metering pump 10 and a nozzle 11 as a spray jet or rain, while the particles in the mixing drum are constantly stirred and thus coated uniformly. After a certain treatment time, which can depend on whether one wants to achieve smooth or matt surfaces, the wetted, coated particles are fed to a belt dryer 12, which is supplied with hot air from a heating register 13.
The dry air is drawn in and transported away by means of a blower 14. The pre-dried particles then enter a storage container 15 which can be continuously ventilated by means of a fan 16 for drying. The particles can then be packaged in portions via a metering and conveying system 17.
The wetting or coating of the particles can also take place in the immersion process, the particles being immersed in a relatively low viscosity agent for as short a time as possible. It is advisable to preheat both the particles and the coating agent, or to use the residual heat of the particles so that the subsequent drying takes place quickly and requires little additional energy.
FIG. 8 shows a similar system, in which corresponding parts are identified in the same way as in FIG. 7. Instead of the batch-wise mixing drum 6 according to FIG. 7, an inclined mixing drum 18 is provided for the continuous coating of the particles. Excess coating agent emerging from this mixing drum passes back through a filter 19 and a circulation pump 20 into a mixing vessel 21, from which coating agent, e.g. solvent-free paints and varnishes reaches the spray nozzles 23 in the mixing drum 18 via a further circulation pump 22. According to FIG. 8, a dehumidification unit 24 is additionally switched on in the ventilation circuit of the storage container 15. This system is suitable for especially for coating with water-based paint or other hydrophobizing agents, e.g. Silicone, possibly with all kinds of active ingredients.
7 and 8, a storage container 7 for substrate particles is provided. However, it is particularly advantageous to connect the coating of the particles directly to their production. Based on expanded clay, this means that immediately after firing, the expanded clay particles are immediately treated with the coating agent at a residual temperature of 40 ° C. to 80 ° C. and then dried using their residual heat. This can significantly reduce the effort required to dry the particles.
As mentioned, the coating of the substrate particles according to the invention results in the possibility of using the particles to achieve special aesthetic effects. In particular, differently colored and / or differently shaped particles can thus be used. 9 shows a possibility of using differently colored particles in a transparent glass vessel 1. As indicated in this figure, layers of different types of particles can be used one above the other in order to give the vessel a special aesthetic character. However, it is also possible to use the particles for purely decorative purposes by using a double-walled vessel. Corresponding different or similar particles can be filled into the space between the inner vessel and the outer vessel in order to achieve a certain effect.
The hydroculture substrate according to the invention can be introduced into the inner vessel with a lower proportion of conventional expanded clay and a covering layer made of special expanded clay without capillarity.
Fig. 10 shows a color selection disc for a wide variety of applications, e.g. in a large hydroculture vessel 1 with relatively little plant growth and a large surface area, the visible surface is coated with different, for example differently colored, segments made of special particles without capillarity. The technical effect according to the invention and an aesthetic effect are thus achieved at the same time.
The solution according to the invention is not only suitable for replanting hydroponic vessels, but in particular also for retrofitting existing hydroponics. The substrate is removed from the top of the vessels to the desired depth and replaced by a special substrate without capillarity. If the old substrate is still in good condition, it can be reused for new hydroponic plants. The advantages are the same as with new plantings. In addition to the advantages mentioned above, there is also the fact that the substrate remains dry in the upper region of the vessel and thus does not provide a breeding ground for bacteria, fungi and the like pests. There is also less tendency for dust to accumulate on the moist substrate. Since a significant part of the substrate remains dry, the vessels become lighter overall.
The layer 4 of non-capillary substrate does not have to lie on the surface and be visible. If it is desired to create a hydroponic with the usual aspect, the layer 4 can be covered with a layer of conventional substrate.
According to the above, the substrate according to the invention has the primary purpose of inhibiting water evaporation in cultures, in particular hydroponics. Coating the particles can also offer other advantages. It is e.g. possible to use particles made of an inexpensive but chemically and / or physically not very suitable material. By coating with a hydrophobic and dense agent, direct contact between the unsuitable material and the plants or the nutrient solution is avoided and disadvantageous influences of the substrate can therefore be avoided. The substrate also acts as an advantageous insulator, e.g. if it serves to cover roof plantings. It improves nutrient dynamics by alleviating the fluctuations in the nutrient concentration.
As mentioned, the particles of the special hydrophobic substrate can be shaped and / or colored in such a way that they differ from conventional substrate particles, e.g. untreated expanded clay particles, clearly differentiate. This measure not only serves aesthetic purposes, but also allows a clear distinction between conventional and inventive, hydrophobic substrate, in such a way that confusion is avoided during use. However, the marking of the hydrophobic special substrate can also be done in a different way by designing only individual particles of the substrate, e.g. colored, are.