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Der Spargelanbau (Asparagus officinalis) beansprucht in Deutschland mit gut einem Fünftel der gesamten Freilandfläche für Gemüse die größte Anbaufläche überhaupt. Die Bundesrepublik steht an der weltweiten Anbaufläche mit 8% und ist mit rund 120.000 Tonnen der größte Spargelerzeuger in Europa. Die Volksrepublik China als den mit Abstand größten Weltproduzenten, weiter folgen Peru, Mexiko, Thailand, Spanien, USA, Italien, Japan und Frankreich. In Peru findet im Freiland eine zweite Jahresernte statt. Günstiges Klima, tiefen sandigen Boden, effektives Bewässerungssystem unterstützen einen verkürzten Vegetationszyklus.
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In Deutschland endet die klassische Spargelsaison am 24. Juni. Bis November erfolgt mit der oberirdischen Laubbildung über die Photosynthese die Restzuckerbildung im Rhizom und ab November das Ernten mit Häckseln des abgestorbenen Laubes. Die Rhizome gehen in Winterruhe, um im März, mit zunehmender Erdtemperatur ihre Sprosse wachsen zu lassen. Um frühzeitig Spargel zu ernten, kommen im Freiland bereits im März schwarz/weiße Abdeckfolien zum Einsatz, die über die schwarzen Seiten mehr Sonnenwärme in die Spargeldämme einbringen und möglichst konstant zu gehalten. Mit zunehmender Tageswärme und Sonneneinstrahlungen kommen die weißen Folienseiten zum Einsatz, die mit Reflexion zu hohen Erddammtemperaturen verhindern, was Stangenwachstum mit minderer Qualität begünstigen. Frühe jahreszeitliche Wärme in die Erddämme wird auch über transparente Tunnelfolien erreicht. Noch früher geht die Spargelernte über die kurzseitige Dammbeheizung durch mobile Wärmeerzeuger vor Ort. Höhere Marktpreise begründen Investitionen, Heizkosten und bei fossilem Energieverbrauch die CO2-Emissionen.
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Neben enormen Material- und Arbeitsaufwand beim Verlegung der Abdeckfolien, Mehraufwand bei der Ernte mit Auf- und Abdecken, mögliche Sturmschäden, besonders bei Tunnelfolien und die starke Abhängigkeit von saisonalen Erntehelfern, wird Spargelanbau im Freiland als wirtschaftlicher Kostenfaktor zunehmend belastend. Die Klimaveränderungen verschärfen negative Ertragssituationen.
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Landwirtschaftlich ist Bodenmüdigkeit ein besonderes Thema im bestehenden Spargelbestand, die primär auf biotische Ursachen, insbesondere Fusarium-Arten, zurückzuführen ist und zunehmend Wurzelschäden, Wachstumsdepression, Welke- und Absterbeerscheinung verursachen. Nach 8-10 jähriger Freilandnutzung sind Spargelfelder, je nach Bodenkonsistenz, für die Wiederaufbereitung erst nach 10 bis 30 Jahre Ruhezeit möglich. Nach dem Umbruch klingt die Bodenmüdigkeit nur langsam ab. Neue Anbauflächen werden erst nach umfangreicher Bodenvorbereitung nutzbar. Zum nachhaltigen Bodenschutz werden bei Freiland die Düngebedarfsermittlungen schriftlich erstellt und haben mit den Bodenproben eine Aufbewahrungspflicht von mindestens sieben Jahren.
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Vorrangiges Erfindungsziel für das Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung erdfreier Bleichspargel, ist der antizyklische Spargelanbau mit vollautomatischer Ernte auf geringem Flächenbedarf und Personaleinsatz. Die Erfindungsaufgabe des neuen Vegetationsverfahrens sieht den ganzjährigen Spargelanbau mit 3- bis 4facher Jahresernte über technologiegesteuerten Vegetationszyklen in Indoor- und Outdoor Plantagen vor, die unabhängig von Bodenqualität, Ortsklima, Witterung und Jahreszeit, auf reduzierter Anbauflächen ein optimiertes Vegetationsmilieu bewerkstelligen.
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Die Erfindungslösung ist der vertikale Spargelanbau über ein erdfreies Aero-Hydroponik Nährstoffkreissystem, der vorzugsweise in spezielle Vegetationsrohre (1) mit beschleunigten und verkürzte Vegetationsphasen durch gezielten Temperatur- und Nähstoffeinsatz während der Wachstum-, Ernte-, Laub- und Ruhephasen für steuerbare Emtezyklen zur mehrfach Jahresernte stattfindet.
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Ausgangspunkt des Verfahrens sind vertikale Vegetationsrohre (1), die hydrostatisch mit drucklosem Wasserspeicher (16) über einen hydraulischen Nährstoffkreislauf (1) versorgt werden. Als vorinstallierte Modulreihe auf Profilträgern (E) werden die Vegetationsrohre (1) in Querreihe zu beliebigen Modulstraßen aufgestellt, so dass sie über ihre Anschlußleitungen verschiedene Vegetationszonen (1) bilden können.
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Wasserbedarf während Wachstums-, Ernte-, Laub- und Ruhephase, sowie Systemverluste über Umlaufwasser (27) und Abwasser (9), werden über niveaugesteuerte Frischwasserventile (32) am Wasserspeicher (16) ausgeglichen oder können nach Bedarf den hydrostatischen Druck (31) im Umlaufsystem erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird vorzugsweise der obere Teil des Vegetationsrohres (1) mit wasser- und lichtdichtem Ballon (2) aus flexibler Polyethylenfolie versehen, der volumenfüllend und hydrostatisch auf maximaler Überlänge erntereifer Spargel über den Wasserspeicher (16) eine Erddammhöhe simuliert und lichtdichtes Wachstum von Bleichspargel (Z,Y) bei abnehmender vertikaler Druckbeaufschlagung zulässt.
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Ein weiteres vorteilhaftes Erfindungsmerkmal ist ein Doppelplateau (4) unterhalb des Ballons (2) als Wurzelstockauflage (Z) und Freiraum für austreibende Spargelsprosse (X), die über das trichterförmige Ballonende (2) aufsteigend zur Rohrwand (1) mit anliegender Ballonhülle (2) geleitet werden. So können die Stangentriebe (X) zwischen Rohrinnenwand (1) und Ballonhülle (2) gegen den hydrostatischen Ballondruck über einen verdängten Wachstumskanal bei abnehmenden Gegendruck mit zunehmender Wachstumslänge (X) sich gradlinig nach oben drängen. Ein besonderes Verfahrensmerkmal ist durch niveauesteuerten hydrostatischen Speicherüberdruck (31,32) gegeben, der im Wachstumskanal mit entsprechendem Gegendruck unterschiedliche Spargelmasse (X) erzeugt.
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Mit geregelter Wassertemperatur durch den Wärmetauscher (19), wird Nährstoffwasser über den Ballon (2) und Doppelplateau (4) ins Rhizom (Z) eingespeist, um den Neustart zum Stangenwachstum auszulösen. Im weiteren Phasenverlauf wird die Wurzelraumtemperatur (Y,6) über Tropfwasser (S) geregelt, das mit periodisch zugeschalteter Pumpe (25) den Balloninnendruck (P) erhöht. Es kommt zur Ausdehnung des unteren Ballonanschlusses mit abschließendem Dichtring (5), als flexibles Dichtung- und Sicherheitsventil zum Doppelrohr (3), was zum Druckausgleich (R) führt. Damit fließt temperiertes Nährstoffwasser (W) aus dem Ballon (2) über die Rohroberfläche (3) und Zwischenboden des Doppelplateaus (4) ins Rhizom (Z) weiter abtropfend (S) in den Wurzelmasse (Y,6). Das AbtropfWasser (8) wird über den erhöhten Bodenablauf (9) wärmespeichernd und luftbefeuchtend angestaut, damit ist eine wasser- und luftdurchlässige Wurzelsperre (7) zum oberseitigen Wurzelraum (6) notwendig, was den direkten Wurzelkontakt mit Wurzelfäulnis verhindert.
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Eine vorteilhafte Verfahrenslösung ist ein externes Luftgebläse (10) zur Sauerstoffanreicherung im Wurzelraum (6). Die Gebläseluft über die Abwasserleitung (9) fördert, wobei die eingetauchte Rohreinlaufhöhe in den Abwassertank (11) als hydrostatische Luftsperrschicht (13) den resultierende Gebläseüberdruck (10) kontrolliert und mit aufgenommener Luftfeuchtigkeit über Abwasserleitung (9) und Bodenstauwasser (8), das Wurzelraummilieu (6) mit Sauerstoff und Nährstoffe versorgt.
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Die autonome Spargelernte geschieht über mobile Portalerntebrücken mit lasergesteuerten Ernteauslegerarmen (A), die oberhalb der Vegetationsrohre (1) quer zur Modulstraße angeordnet sind. Mit hydrostatischer Entleerung des Ballons auf ein vertikales oder radiales Restvolumen (2a) über das Doppelrohr (3) durch Umschalten des 3-Wegeventils (27) ins Abwasser (28,9,11) mit Pumpe (12) in den Wasserspeicher (15, 16), wird der Ernteraum unbehindert bis Rhizomnähe (Z) für lasergesteuerte Erntewerkzeug (A,B,C,D) frei. Es erfolgt über Kameras die Ermittlung erntereifer Spargelstangen (X) mit Wachstumslänge und Schnittpostion am Rohrwandumfang.
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Der lasergesteuerte Ernteauslegerarm (A) mit Wandschutzschwert (C) taucht in den Ernteraum ein und saugt die ausgewählte Spargelstange mit Vakuumhalter (B) von der Rohrwand ab, so dass mit der horizontal schwenkbare Wasserstrahldüse (D) ein Stangenabschnitt erfolgen kann. Die angesaugte Spargelstange (X) wird mit Ernteauslegerarm (A) aus dem Ernteraum befördert und nach Sortierung über Länge und Gewicht außerhalb in Behältnisse ablegt.
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Für die verkürzte Indorr-Laubphase und nach Bedarf im Outdorrbereich, kommen neben LED-Licht gezielt CO2 Gas während der Photosynthese zum Einsatz. Dazu werden in vorteilhafter weise die LED Beleuchtung (30) in transparenten Schutzrohren, die zwischen den Vegetationsrohren (1) in vertikaler Rohraufnahme (29) versenkbar und zwischengelagert sind und zur oberirdischen Photosynthese hochgefahren zum Einsatz und stehen seitlich mit kurzen Lichtwegen parallel im Laub. Entstehende LED-Wärme wird über offene Rohrenden kaminartig nach oben entsorgt, so dass die Oberflächen zum Laub nach langer Beleuchtungszeit relativ kühl bleiben. Das gezielt eingebrachte CO2-Gas (31) übers Laubdach bei der Photosynthese für intensive Laubreife, erfolgt über die vertikale Rohraufnahme (29) durch das LED-Schutzrohr (30) mit verteilender Unterstützung der LED-Abwärmethermik.
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Ein weitere Vorteilsvariante wird über den hydrostatischen Ballondruck (2) wirksam, der die Laubaustriebe an der Rohrinnenwand in Schnittposition hält, um über mobile Portalbrücken mit autonomen Schneidwerkzeugen oberhalb der Rohrenden den Laubschnitt längs zur Modulstraße auszuführen. Das stehende Schnittgut wird seitlich abgeräumt und in einem Häcksler verarbeitet. Die verbleibenden Aststummeln oberhalb des Rhizoms (Z), werden nach Entleerung des Ballons (2a) für die lasergesteuerte Ernteauslegerarme (A,B) mit Wandschutzschwert (C) und Wasserstrahlschnitt (D) im Ernteraum zugänglich. Abschließend nimmt der Ballon (2) mit hydrostatischer Wasserbefüllung seine lichtdichte Position ein.
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Nach der Laubernte wird das Rhizom (Z) mit heruntergekühlter Nährstoffkreis (19) in eine verkürzte Ruhephase mit eingeschränkter Nährstoffversorgung versetzt, bis ein temperierter gezielter Nährstoffimpuls ins Rhizom das Sprossenwachstum anregt und thermisch die unterschiedlichen Vegetationsphasen bei angepasster Nährstoffversorgung steuert.
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Vorrangiges Erfindungsziel ist ein schnelles, antizyklisches Stangenwachstum erdfreier Bleichspargel bei geringer Produktionsfläche und Personalbedarf mit autonomen Anbau und vollautomatischer Ernte. Im durchschnittlichen Freilandanbau werden pro Hektar etwa 15.000 Spargelpflanzen eingesetzt, die nach dreijähriger Pflege am Boden und Pflanzen und danach bei gutem Erntewetter eine saisonale Spargelernte von rund 5.000kg erwarten lässt. Mit dem vertikalen Vegetationsverfahren lassen sich die 15.000 Spargelpflanzen auf 200m2 Standfläche reduzieren, was den Flächenbedarf auf 2% senkt. Nach bereits 3-4 Vegetationszyklen sind erdfreie Spargelpflanzen erntebereit, so dass bei gleichem Spargelertrag wie in Freiland, bereits im 2. Jahr mit 3fach Jahresernte 15.000 kg Spargelertrag ermöglicht.
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Das industrialisierte vertikale Indoor/Outdoor Farming in Spargelanbau, fördert schnelles Wachstum bei hohem Stangengewicht mit schonenden Energie-, Wasser- und Nährstoffressourcen. Vorzugsweise über Zugabe natürlicher Aromen und/oder Lebensmittelfarbstoffe, können nach Verbraucherbedarf neue Spargelsorten entwickelt werden. Klimaveränderung mit Qualitätsverluste mit hohlen Stangen, Öffnen der Kopfschuppen, Keulenbildung, aufgeplatzte Köpfe Berostung oder Ausschussernte mit Schädlingsbefall, Trockenheit etc., können weitgehend verhindert werden. Nach Pflegeaufbau im Freiland und durchschnittlich 6-8 Jahre Emtejahre, beträgt der Lebenszyklus der Spargelpflanze ca. 10 Jahre. Die dynamische Spargelproduktion mit 3 bis 4facher Jahrersernte, verkürzt das Nutzungsalter der erdfreien Spargelpflanze wesentlich, so dass nach 2 bis 3 Erntejahren, der Lebenszyklus der Spargelpflanze auf 4 Jahre begrenzt ist. Für die auf langjährige Nutzung ausgelegten Vegetationrohren aus UV-stabilisiertem Kunststoff ohne Weichmacheranteile, kommen kontrollierte Nährstoffkreisläufe ohne Pestizide zum Einsatz. Geschädigte Pflanzen in den Rohren sind frühzeitig isoliert und können mit den Rohren ohne Systemeinschränkung ausgetauscht werden.
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Optimales Indoor Pflanzenmilieu:
- ➢ Vertikale Vegetationsrohre reduzieren die Spargelanbaufläche
- ➢ Lichtdichter hydrostatische Platzhalterballon simuliert Erddamm für Bleichspargel
- ➢ Isoliertes Pflanzmilieu ohne Pestizide
- ➢ Keine Boden- und Grundwasserbelastung
- ➢ Verkürzte Vegetationsphasen über Temperatur- und Nährstoffsteuerung
- ➢ Gesteuerte Rhizomtemperaturen bei Wachstums-, Ernte-, Laub- und Ruhephase
- ➢ Schonende Ressourcenverbrauch über dosierte Nährstoffkreise
- ➢ Wiederaufbereitete Wasser-, Mineralien- und Nährstoffeinsatz
- ➢ Sauerstoffversorgung im Wurzelraum
- ➢ Laufend kontrollierte Stangenwachstum mit Lasererfassung
- ➢ Vollautomatische Erntevollautomat mit Wasserschnitt und Klassenvorsortierung
- ➢ Saubere erdfreie Spargelernte ohne nachträgliche Wasserreinigung
- ➢ Intensive Photosynthese mit CO2-Gas über vertikales LED Licht
- ➢ Autonomer Laubschnitt mit Häckslerentsorgung über Erntevollautomat
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein vorteilhaftes Funktionsschema zur Steuerung der Wachstums-, Ernte-, Laub- und Ruhephasen von Bleichspargel im Vegetationsrohr (1) über einen Platzhalterballon (2), der als Substitution eines sandhaltigen Erddammes im hydrostatische Verbund (16, 25, 26,-27, 3, 9, 12, 15, 32) mit thermisch geregelten Wasserkreislauf (19, 20) unter Zugabe von Nährstoffe (20) bei Belüftung des Wurzelraums (6) durch ein Gebläse (10) steht und vorzugsweise Photosynthese mit ausfahrbarem LED-Licht (30) parallel zur oberirdischen Laubentwicklung über Rohrfassung (29) mit CO2 Gasanschluss (31).
- 2 zeigt ein bevorzugtes Vegetationsrohr (1) in Wachstumsmodus auf Modulträger (E), mit licht- und wasserdichtem, vertikal expandierenden Platzhalterballon durch hydrostatischer Wasserbefüllung (26) über Doppelrohr (3) mit Dichtungsring (5), Doppelplateau (4) für Rhizom, Wurzelsperre (7), Stauwasser (8) mit Überlauf in Abflussleitung (9, 10) und Gebläseluft (Q) in den Wurzelraum (6).
- 3 zeigt ein nach 2 im Erntemodus mit vertikal entleerten Platzhalterballon (2a) über den hydrostatischen Nährstoffkreis (27, 28, 9. 11, 12, 15, 16), mit Wurzelstock (Z Y) und Stangenaustrieb (X) bei freiem Zugang erntereifer Spargel (X) vorzugsweise mit lasergesteuerten Ernteauslegerarme (A) über Vakuumansaugung (B) mit Wandschutzschwert (C) zum Wasserstrahlschneiden (D).
- 4 zeigt nach 2 ein Vegetationsrohr (1) im Wachstumsmodus, jedoch mit radial expandierenden Platzhalterballon (2) über gelochtes Ballonstandrohr (3a)
- 5 zeigt nach 4 ein Vegetationsrohr (1) im Erntemodus mit gelochtem Ballonstandrohr (3a) und radial entleerten Ballon (2a) über hydrostatischen Nährstoffkreis (3, 27, 28, 9. 11, 12, 15, 16) mit Wasserstrahlschneiden (D) erntereifer Spargel (X), vorzugsweise über lasergesteuerten Ernteauslegerarm (A) mit Vakuumhalter (B) für Wandschutzschwert (C).
- 6 zeigt nach 4 im Detail das bevorzugte Vegetationsrohr (1) bei Pumpendruckerhöhung (P,V) über Doppelrohr (3) in den Ballon (2) mit Expansion des unteren Ballonabschluss (R) mit Öffnen der Dichtfläche (5) zum Doppelrohr (3) bei Druckentlastung mit Ablauf von Nährstoffwasser (W) über Doppelplateau (4) ins Rhizom mit Tropfbewässerung (S) in den Wurzelraum.
- 7 zeigt nach 2 und 4 das bevorzugte Vegetationsrohr (1) auf Modulträger (E) mit luft- und wasserdurchlässige Wurzelsperre (7), erhöhter Bodenablauf (9) zum Anstauen des abtropfenden Nährstoffwassers (8) und Lufteinleitung (Q) über Gebläse (10) in den Wurzelraum (6).
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Vegetationsrohr
- 2.
- Ballon gefüllt / 2a. Ballon entleert
- 3.
- Doppelrohr / 3a Ballonstandrohr
- 4.
- Doppelplateau
- 5.
- Ballonringdichtung
- 6.
- Wurzelraum
- 7.
- Wurzelsperre
- 8.
- Nährstoffstauwasser
- 9.
- Überlauf Stauwasser
- 10.
- Luftgebläse
- 11.
- Abwassersammeltank
- 12.
- Hebepumpe
- 13.
- Siphonsperrschicht
- 14.
- Rückschlagventil
- 15.
- Zuleitung Nährstoffwasserspeicher
- 16.
- Nährstoffwasserspeicher
- 17.
- Hydrostatischer Speicherabgang
- 18.
- Wasserfilter / UV-Bestrahlung
- 19.
- Umlaufpumpe
- 20.
- Wasserwärmetauscher
- 21.3-
- Weg Umschaltventil Bypass
- 22.
- Dosierstrecke Mineralien / Vitaminen
- 23.
- Nährstoffkontrolle
- 24.
- Wasserkreis Bypass
- 25.
- Steigleitung Nährstoffwasserspeicher
- 26.
- Ballonpumpe
- 27.3-
- Weg Umschaltventil Füllen/Entleeren
- 28.
- Ablauf Ballonentleerung
- 29.
- vertikale Rohrfassung
- 30.
- LED Licht Photosynthese
- 31.
- CO2 Gasanschluss
- 32.
- Hydrostatischer Ballondruck
- 33.
- Variabler Überdruck
- 34.
- Wasserventil
- A >
- Ernteauslegerarm
- B >
- Vakuumsaughalter
- C >
- Wandschutzschwert
- D >
- Wasserstrahlschnitt
- E >
- Modulprofil
- P >
- Ballonüberdruck
- Q >
- Luftfeuchte
- R >
- Überdruckabgang
- S >
- Tropfwasser
- V >
- Zirkulation Ballonwasser
- W >
- Nährstoffwasser
- X >
- Spargelspross
- Y >
- Wurzelsystem
- Z >
- Rhizom
