DK148374B - Fremgangsmaade til jordfri planteavl - Google Patents

Description

148374

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til jordfri planteavl med en i et lukket system cirkulerende plantenæringsopløsning i form af en saltopløsning, som i hovedsagen indeholder nitrogen, phosphor, kalium, calcium, magnesium og svovl, hvorved plante-næringsopløsningens pH-værdi og konduktivitetsværdi måles kontinuerligt, og forbrugt plantenæring erstattes ved tilførsel fra to koncentrerede stamnæringsopløsninger af den ovenfor angivne art i afhængighed af de målte pH- og konduktivitetsværdier, således at de nævnte værdier holdes inden for forud fastlagte grænser under planternes optagelse af næring.

2 U8374

Det er kendt, at man ved jordfri planteavl kan opnå god tilvækst og godt udbytte ved stadig at vedligeholde en nøje tilpasset næringstilstand i en cirkulerende plantenæringsopløsning, idet råvand og plantenæring tilføres, efterhånden som de forbruges, under bibeholdelse af en forudbestemt balance mellem de i plante-næringsopløsningen indgående næringsstoffer. En forkert balance vil hurtigt vise sig ved forringet udbytte eller ved direkte sygdomssymptomer hos planterne, hvorfor der stilles store krav til regulering af næringsstoffernes mængde og indbyrdes forhold i plantenæringsopløsningen. Denne regulering sker ved tilsætning af koncentrerede stamopløsninger med forskellige sammensætninger afhængigt af målte værdier af næringsopløsningens pH-værdi og konduktivitet.

En fremgangsmåde og et anlæg til jordfri planteavl, der er beskrevet i det.svenske patentskrift nr. 323 255, er anvendt i praksis i lang tid ved dyrkning af tomater i drivhus. Den anvendte næringsopløsning havde følgende relative sammensætning med hensyn til de indgående makronæringsstoffer: N 100 P 15 K 95

Mg 15 S 10

Ca 30

Desuden indgik i næringsopløsningen nødvendige mikronæringsstoffer (sporelementer), såsom jern, mangan, zink, bor, kobber, mo-lybden og cobalt.

Nitrogenet udgjordes for 80%'s vedkommende af nitrat og for 20%'s vedkommende af ammonium. Efter nogen tid viste planterne tydelige tegn på kaliummangel - gule bladkanter, dårlig kvalitet af frugterne - hvorfor kaliumindholdet øgedes fra 95 til 125, dvs. til en værdi, der lå betydeligt uden for de i patentskriftet anviste 3 UB374 værdier- Derved sank pH-værdien efter nogen tid og fortsatte med at synke trods øget tilsætning af kalium. Efter tre måneder nåedes en pH-værdi på 3,6 ifølge laboratorieanalyse - kontinuerlig pH-regulering foretoges ikke ved dette forsøg - medens den optimale pH-værdi er omkring 5,5, og i hvert fald bør pH-værdien ligge over 4. Planterne kendetegnedes nu af relativ vandmangel med direkte sygdomssymptomer som følge.

Ifølge det svenske patentskrift nr. 331 610, som er et tillæg til det ovennævnte, har man søgt at afhjælpe disse mangler ved at tilføre plantenæringen fra forskellige næringsopløsninger på en sådan måde, at den tilførte plantenærings elementforhold hele tiden holdes konstant lig med de i planterne konstaterede forhold ved optimal næringstilstand, og dyrkningsmediets konduktivitet holdes mellem 20 og 2000 ^uS/cm, fortrinsvis mellem 100 og 1000 yUS/cm, og dets pH-værdi holdes mellem 3 og 8, fortrinsvis mellem 4,5 og 5,5. Som forklaret i beskrivelsen gøres dette ved, at der arbejdes med i det mindste en alkalisk og en sur næringsopløsning, og der tilføres alkalisk (og evt. neutral) næringsopløsning, når pH-værdien synker under en forud fastlagt værdi, og sur (og evt. neutral) næringsopløsning, når konduktiviteten synker under en forud fastlagt værdi. På denne måde fyldes altså op med sur næringsopløsning, når dyrkningsmediets saltindhold bliver for lavt, og der foretages en løbende titrering af pH-værdien med alkalisk næringsopløsning.

Det har nu ifølge opfindelsen vist sig, at der kan opnås en nøjagtigere og mere pålidelig regulering af pH-værdien i dyrkningsmediet ved udnyttelse af de modsat rettede pH-ændringer, der opstår, når planterne optager nitrogen i form af henholdsvis nitrat og ammonium.

I overensstemmelse hermed er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte.

Den væsentligste forskel mellem fremgangsmåden ifølge opfindelsen og det som beskrives i SE 331 610 er, at pH-reguleringen ifølge opfindelsen ikke sker ved titrering, men ved at man alternativt 4 148374 tilfører nitrogen i form af nitrat og i form af ammonium for at den nødvendige regulering af pH-værdien i den cirkulerende næ-ringsopløsning skal ske gennem planternes optagelse af nitrogen i den ene eller den anden form.

Ifølge opfindelsen kan man f.eks. arbejde med to sure stamopløs-ninger, men det er ikke et nødvendigt træk. Det afgørende er at pH-reguleringen ikke bestemmes af stamopløsningernes pH-værdi, men af planternes optagelse af henholdsvis nitrat og ammonium.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningerne, hvor fig. 1 skematisk viser et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 2 viser et blokdiagram af en noget ændret udførelse af reguleringssystemet i anlægget i fig. 1.

Det i fig. 1 viste anlæg omfatter en beholder 10 for en næringsopløsning, og som er forsynet med en udgående ledning 11 med en væskepumpe 12, hvormed næringsopløsning pumpes fra beholderen til render 11', eller af plastfolie fremstillede rør eller slanger i et drivhus. Planterne er anbragt i disse render, rør eller slanger, således at en større eller mindre del af deres rodsystem befinder sig i en i renderne cirkulerende plantenæringsop-løsning. Der findes ingen jord i renderne, rørene eller slangerne, men disse kan være forsynet med et egnet materiale, hvori næringsopløsningen er opsuget. Når der anvendes render, kan disse hensigtsmæssigt være dækket med en plastfolie 13' eller lignende for at begrænse den direkte fordampning fra renderne. Planternes rodsystem breder sig ud i renderne, rørene eller slangerne, og planterne tager deres næring via rodsystemet direkte fra næringsopløsningen. Fra renderne vender den næringsopløsning, der ikke opsuges af planterne - opløsningen tilføres selvsagt i stort overskud - tilbage til beholderen gennem en returledning 13. Til beholderen er tilsluttet en rørledning 14 for tilførsel af råvand, 148374 5 og denne tilførsel reguleres ved hjælp af en magnetventil 15.

For tilførsel af koncentreret naeringsopløsning, stamopløsning, findes en ledning 16 med en magnetventil 17, som har to tilløb, nemlig dels gennem en ledning 18, der er forsynet med en magnetventil 19, fra en beholder 20 og dels gennem en ledning 21 med en magnetventil 22 fra en beholder 23. Magnetventilerne 19 og 22 styres af en pH-måler 24, hvis målesonde 25 er neddykket i beholderen 10, medens magnetventilerne 15 og 17 styres dels af en konduktivitetsmåler 26, hvis målesonde 27 ligeledes er neddykket i næringsopløsningen i beholderen 10, og dels af en svømmerreguleret niveauføler 28 til bibeholdelse af et forudbestemt væskeniveau i beholderen. Endelig er beholderen udstyret med et overløb 29 og med en eller flere rør- eller slangeledninger 30, der strækker sig langs beholderens bund og er tilsluttet en kompressor for indblæsning af luft i næringsopløsningen nedefra og opad, dels for at opnå en oxygenering af næringsopløsningen og dels for at fremkalde en turbulens og omrøring af næringsopløsningen, således at denne får en ensartet koncentration og sammensætning. I stedet for luft kan der indblæses carbondioxid, således at planterne vil optage dette gennem rodsystemet. Planternes optagelse af carbondioxid sker i øvrigt gennem bladene. Der vil også kunne indblæses både luft og carbondioxid eller en blanding heraf.

Ifølge opfindelsen arbejder anlægget med to koncentrerede stam-næringsopløsninger, der indeholdes i beholderen 20 henholdsvis i beholderen 23. Disse stamopløsninger har begge hensigtsmæssigt en pH-værdi på omkring 5,8 og reagerer således begge surt. De to stamopløsninger har følgende relative sammensætning:

Beholder 20 Beholder 25 N 100 100 P 15 15 K 123 123

Ca 32 74

Mg 20 20 6 148374

Nitrogenet kan i stamopløsningen i beholderen 20 foreligge i form af en blanding af 80% CaiNO^)^ ol3 20% NH^NO^, medens nitrogenet i stamopløsningen i beholderen 23 kan bestå alene af CaiNOg^· Dette forklarer forskellen i calciumindholdet i de to opløsninger. Et calciumindhold, der er højere end det, planterne kan optage, kan uden videre accepteres, idet planterne ikke optager mere calcium, end de behøver, og overskuddet er, som gjorte forsøg viser, uskadeligt for planterne. Kaliumindholdet er, som det vil ses, højt og betydelig højere end det, der foreskrives i det svenske patentskrift nr. 323 255, hvor kaliumindholdet er begrænset til 40-100% af nitrogenmængden.

Når planterne optager CaCNO^^ fra næringsopløsningen, afgiver planternes rødder OH og HCO^, der begge virker basiske, hvorfor denne afgivelse fra planterne medfører en forøgelse af pH-værdien.

Når planterne optager NH^NO^, afgiver planternes rødder derimod H+-ion, hvilket medfører, at næringsopløsningens pH-værdi formindskes. Ved målingen af pH-værdien ved hjælp af måleren 24 styres de to magnetventiler 19 og 22 på en sådan måde, at ventilen 19 er åben for forbindelse gennem ledningen 18 fra beholderen 20 til magnetventilen 17, når pH-værdien ligger over en forud fastlagt værdi, som er den ønskede pH-værdi i næringsopløsningen i beholderen 10, medens magnetventilen 22 derimod er åben i afhængighed af pH-måleren 24, når pH-værdien i næringsopløsningen i beholderen 10. ligger under den nævnte forudbestemte værdi, til opretholdelse af forbindelse mellem beholderen 23 og magnetventilen 17. Forbindelsen enten fra beholderen 20 eller fra beholderen 23 er således altid åben til magnetventilen 17, men tilførsel af koncentreret næringsopløsning fra den ene eller den anden af disse to beholdere styres ikke af pH-værdien i næringsopløsningen i beholderen 10, men af denne opløsnings konduktivitet. pH-værdien bestemmer således, fra hvilken beholder'den i afhængighed af konduktivitetsværdien iværksatte tilførsel af stamopløsning skal ske. Når opløsningen i beholderen 10 bliver fattig på de indgående næringssalte, synker konduktiviteten, hvilket måles ved hjælp af konduktivitetsmåleren 26, der åbner magnetventilen 17 ved en forudbestemt værdi for tilførsel af næringsopløsning til beholderen. Hvis på den anden side koncentrationen af næringsstoffer i opløsningen bliver for høj, hvilket ikke er utænkeligt, 7 148374 hvis fordampningen fra renderne eller planterne er stor, vil konduktivitetsmåleren ved en vis lavere værdi af den målte konduktivitet åbne magnetventilen 15 for tilførsel af råvand til beholderen, således at næringsopløsningen i denne fortyndes. Med råvandet kan den nødvendige mængde svovl tilføres. Eventuelt overskud flyder bort gennem overløbet 29. Tilførsel af råvand sker også i afhængighed af den svømmerregulerede niveauføler 28, når væskeniveauet i beholderen 10 synker til under en bestemt værdi, således at beholderen altid vil bibeholde et bestemt væskeniveau. Hvis ved påfyldning i afhængighed af niveauføleren koncentrationen af næringsstofferne i opløsningen forrykkes, vil genoprettelse af den korrekte koncentration ske i afhængighed af konduktivitetsmåleren, hvorved forekommende pH-værdier, der måles ved hjælp af pH-måleren, bestemmer, om der skal ske tilførsel af stamopløsning fra beholderen 20 eller fra beholderen 23.

Hvis væskeniveauet i beholderen 10 skulle synke så langt, at konduktivitetsmålerens sonder 27 frilægges, ville dette bevirke, at der måltes uendelig stor modstand, hvilket er ækvivalent med ordre til påfyldning af næringsopløsning fra·beholderen 20 eller 23. Dette vil kunne indtræffe, hvis der opstår lækage i cirkulationssystemet, eller hvis råvandtilførselen afbrydes. Hvis en koncentreret næringsopløsning cirkuleres til planterne, vil dette kunne blive katastrofalt og bevirke en fuldstændig ødelæggelse af planterne. For at undgå risiko herfor er niveauføleren 28 indrettet således, at den ved et endnu lavere niveau end det, hvorved påfyldning af råvand begynder, vil bevirke lukning af magnetventilen 17, selv om konduktivitetsmåleren beordrer dennes åbning. Styresignalet fra niveauføleren til magnetventilen 17 har således forrang for styresignalet fra konduktivitetsmåleren 24 og lukker ventilen 17, således at der ikke tilføres beholderen 10 yderligere koncentreret næringsopløsning.

Når planterne optager CaiNO^^ fra næringsopløsningen, vil som allerede nævnt pH-værdien i opløsningen stige, hvorved der sker påfyldning af koncentreret næringsopløsning fra beholderen 20, når koncentrationen i opløsningen er sunket tilstrækkelig til, 148374 8 at påfyldningen skal ske; og hvis pH-værdien skulle synke som følge af formindskelse af nitrogenindholdet på grund af planternes optagelse af NH^NO^ vil der ved signal fra konduktivitetsmåleren i stedet ske påfyldning fra beholderen 23. Eventuelt forekommende calciumoverskud er som foran nævnt på ingen måde skadeligt for planterne.

I de anvendte næringsopløsninger skal også indgå sporstoffer eller sporelementer. Jern er et sådant stof, men det kan ikke som i kendte næringsopløsninger for jordfri planteavl tilføres i form af nitrat, da jernet i så fald vil blive udskilt af næringsopløsningen, og planterne derfor vil komme til at mangle jern. I stedet må jernet tilføres som et chelat af jern. Tilsvarende gælder mangan, der må tilføres som et chelat af mangan.

Konduktiviteten af næringsopløsningen i beholderen 10 bør ligge på mellem 1400 og 4000 ^uS/cm og fortrinsvis mellem 1600 og 1800 yuS/cm. pH-værdien bør ligge mellem 5,7 og 6,5 og bør fortrinsvis ligge på 5>8 med en variation på Φ 0,1.

Ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen i praksis har det vist sig, at der opnås god tilvækst og et rigeligt udbytte, i mange tilfælde mere end tre gange, hv-?d der opnås ved sædvanlig planteavl med anvendelse af jord. Reguleringen ved anvendelse af de to stamopløsninger i beholderne 20 og 25 har vist sig at være mindre følsom end regulering ved anvendelse af en basisk og en sur samt en tredie, sur eller neutral opløsning som foreslået i det svenske patentskrift nr. 331 610. Anlægget forsyner planterne med næring i det omfang, der kræves for deres vækst og frugtsætning, uden risiko for sådanne afvigelser i balancen i næringsopløsningen, at der opstår næringsmangel i den ene eller den anden henseende, som ville kunne skade planterne midlertidigt eller varigt. Systemet kan automatiseres fuldtud og kan, som det fremgår af foranstående, have indbygget sikkerhed mod, at udeblivelse af råvandtilførsel vil kunne medføre en farlig koncentration i nærings oplø sningen.

148374 9

Blokdiagrammet i fig. 2 belyser en ændret udførelse af reguleringssystemet i anlægget i fig. 1.

Konduktivitetsmåleren 26, som modtager signaler fra målesonderne 27, der kan udgøres af oxiderede platinelektroderog som hensigtsmæssigt er forsynet med en termistor til temperaturkompensering er tilsluttet en forstærker 31, hvori den ønskede værdi af konduktiviteten af næringsopløsningen i beholderen 10 kan indstilles. Den er også tilsluttet en forstærker 32, der er tilsluttet et alarmapparat 33 til afgivelse af et alarmsignal ved en forudbestemt højeste konduktivitetsværdi, og til en forstærker 34, der ligeledes er tilsluttet alarmapparatet 33, til afgivelse af et signal ved en forudbestemt laveste konduktivitetsværdi. Forstærkeren 31 er indrettet til at afgive start- og stopsignal ved forekommende afvigelser i konduktiviteten fra den indstillede ønskede værdi til en timer 35, der er tilsluttet pH-måleren 24, der modtager signal fra målesonden 25.

Magnetventilerne 17, 19 og 22 ifølge fig. 1 er i dette tilfælde erstattet med to pumper 36 og 37, der er indrettet til at pumpe stamnæringsopløsning fra beholderen 20 respektive beholderen 23 til beholderen 10, og en af disse pumper startes via timeren 35 for at være igang et vist tidsinterval i afhængighed af den målte konduktivitet. Hvilken pumpe der startes, afhænger af den målte pH-værdi og vælges af pH-måleren 24.

Der findes to niveaufølere 28a og 28b, hvoraf den ene 28a er tilsluttet magnetventilen 15 for at lukke denne ved et bestemt maksimalt niveau i beholderen 10. Til magnetventilen 15 er også sluttet forstærkeren 32 til at åbne magnetventilen, når konduktiviteten har nået en fastsat højeste værdi. Niveauføleren 28b er tilsluttet magnetventilen 15 for at åbne denne ved et forudbestemt laveste væskeniveau i beholderen 10 og er endvidere tilsluttet timeren 35 for samtidig dermed at standse den af pumperne 36 og 37, der er igang.

Funktionen er således i princippet den samme som beskrevet i forbindelse med fig. 1.

Claims (2)

14837/( ίο Timeren 35 er indrettet til at regulere driften af den aktuelle pumpe 36 respektive 37 på en sådan måde, at denne holdes igang i tidsintervaller på 5 - 10 sekunder og til mellem disse intervaller at stå stille i 1 - 10 minutter. Timeren har organer til manuel indstilling af disse intervaller, som afpasses efter systemets totale væskevolumen. Patentkrav :

1. Fremgangsmåde til jordfri planteavl med en i et lukket system cirkulerende plantenæringsopløsning i form af en saltopløsning, som i hovedsagen indeholder nitrogen, phosphor, kalium, calcium, magnesium og svovl, hvorved plantenærings-opløsningens pH-værdi og konduktivitetsværdi måles kontinuerligt, og forbrugt plantenæring erstattes ved tilførsel fra to koncentrerede stamnæringsopløsninger af den ovenfor angivne art i afhængighed af de målte pH- og konduktivitetsværdier således, at de nævnte værdier holdes inden for forud fastlagte grænser under planternes optagelse af næring, kendetegnet ved, at den ene eller den anden af stamnæringsopløsningerne, hvoraf den ene indeholder nitrogen i form af nitrat, og den anden indeholder nitrogen i form af ammonium, tilføres automatisk, når den kontinuerligt målte konduktivitetsværdi synker under en forud fastlagt værdi, idet valget af, hvilken af de to stamnæringsopløsninger som derved skal tilføres, sker automatisk i afhængighed af den kontinuerligt målte pH-værdi på den måde, at den førstnævnte stamnæringsopløsning automatisk tilføres, når den aktuelle pH-værdi i plantenæringsopløsningen ligger under en forud fastlagt værdi, til forøgelse af pH-værdien gennem planternes optagelse af nitrat, og den nævnte anden stamnæringsopløsning automatisk tilføres, når den aktuelle pH-værdi i plantenæringsopløsningen ligger over den forud fastlagte værdi, til sænkning af pH-værdien gennem planternes optagelse af ammonium, hvorhO'S kaliumindholdet i plantenæringsopløsningen holdes på 100-150 % af nitrogenindholdet i plantenæringsopløsningen.