EA027947B1 - Система выращивания растений - Google Patents

Abstract

В изобретении представлена система выращивания растений, в которой устройство ирригации подает воду и/или питательные вещества в субстрат для выращивания растений. Субстрат для выращивания растений содержит плиту (1) из искусственного стекловидного волокна (MMVF) и единственный блок (2) MMVF на первой поверхности плиты MMVF. Плита MMVF содержит дренажное отверстие (3), которое расположено в одном конце поверхности, и устройство ирригации (6) подает воду и/или питательные вещества в субстрат в месте, расположенном на расстоянии от дренажного отверстия, превышающем 50% длины плиты. Это улучшает контроль воды и питательных веществ в плите в целом.

Description

Настоящее изобретение относится к выращиванию растений на искусственных субстратах. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к выращиванию растений на субстратах из минеральной ваты.

Уровень техники

Известно, что растения могут быть выращены на субстратах для выращивания из минеральной ваты. Такие субстраты для выращивания обычно предоставляются в форме сцепленной пробки, блока, плиты или мата/защитного слоя и, как правило, содержат связующий компонент, обычно органический связующий компонент, с целью обеспечения структурной целостности продукта.

Как правило, управление процессом выращивания растения происходит на двух стадиях: первая стадия, управляемая культиватором, на которой растение выращивается из семени; и вторая стадия, управляемая производителем, во время которой растение поддерживается и собирается какой-либо урожай. Например, в случае, когда растение является томатом, культиватор может посадить отдельные семена томата в цилиндрические пробки, имеющие толщину порядка 25-30 мм и радиус около 20-30 мм. После прорастания семени культиватор помещает пробку внутрь кубовидного блока, чтобы обеспечить дальнейший рост корневой системы и растения. Отдельное растение в пределах блока затем выращивается до стадии, когда оно может быть передано от культиватора производителю.

Хотя обычно в каждом блоке представлено только одно растение, также в блоке может быть представлено множество растений. В некоторых примерах единственное растение в блоке разделено на два путем разделения стебля во время ранней фазы роста, в результате чего получают два растения, совместно использующие одну корневую систему. В другом альтернативном варианте множественные растения могут быть совместно пересажены и выращены в пределах одного блока.

Использование отдельной пробки и блока культиватором не является обязательным для всех растений, но было описано, например, в заявке на европейский патент ЕР2111746 как обеспечивающее множество преимуществ. В частности, небольшой размер пробки позволяет осуществлять более регулярную поливку растения на начальной стадии, не насыщая его субстрат.

После того как блоки были получены от культиватора, производитель помещает множество блоков в единственную плиту минеральной ваты с целью формирования системы выращивания растения. Плита минеральной ваты обычно заключена в фольгу или другой непроницаемый для жидкости слой, за исключением отверстий на верхней поверхности для получения блоков с растениями и дренажного отверстия, представленного на нижней поверхности.

Во время последующего роста растения вода и питательные вещества подаются с использованием капельниц, которые доставляют жидкость, содержащую воду и питательные вещества, в систему непосредственно к блокам или к плите. Вода и питательные вещества в блоках и плите собираются корнями растений, и соответственно растения растут. Вода и питательные вещества, которые берутся растением, остаются в системе субстрата или выводятся через дренажное отверстие.

Желательно использовать воду и питательные вещества настолько эффективно, насколько это возможно, во время процесса выращивания. Это необходимо и по причине затрат, и по экологическим причинам. В частности, получение питательных веществ является дорогостоящим, в то время как сточные воды, содержащие такие питательные вещества, трудно утилизировать вследствие законодательства в области окружающей среды. Желание избежать появления таких сточных вод соответствует желанию улучшения условий выращиваний растения и таким образом увеличения урожая и качества плодов, полученных из растений таким способом.

Использование самой минеральной ваты обеспечивает значительные преимущества в этом отношении по сравнению с традиционными основанными на почве способами выращивания, но при этом существует постоянная потребность в дальнейшем улучшении данных характеристик. В частности, существует противоречивая потребность в увеличении производства и уменьшении потребления в процессах выращивания растений. Таким образом, желательным является больший урожай растений, но в то же время необходимо снижение используемого количества воды и/или питательных веществ. При практическом применении существующие способы и/или субстраты для выращивания накладывают ограничения на оба этих аспекта.

Важные качества систем выращивания растений в этом контексте включают удержание ими влаги, донасыщение и распределение воды/питательных веществ. Удержание влаги отражает количество воды, которое может быть сохранено системой, в то время как распределение воды отражает местоположение в пределах плиты воды и питательных веществ. Донасыщение относится к тенденции недавно добавленного жидкого раствора добавляться к уровням воды и питательных веществ в субстрате, а не замещать существующий раствор или проливаться.

Специфические факторы, которые воздействуют на удержание влаги, распределение воды и донасыщение, включают влияние силы тяжести, которая имеет тенденцию направлять воду вниз и, таким образом, к дренажному отверстию, и капиллярные эффекты, которые могут заставить воду перемещаться вверх. На практике плиты обычно представлены на небольшом уклоне, при этом дренажное отверстие расположено на самом низком конце нижней поверхности, что помогает обеспечить, чтобы сила тяжести

- 1 027947 направляла воду к дренажному отверстию. В дополнение к влиянию силы тяжести и капиллярным эффектам, следует рассматривать гидравлическое сопротивление среды, которое дает эффект предотвращения прохождения воды через плиту от капельниц до дренажного отверстия. В целом, если должно быть оптимизировано развитие корня и растения, то необходимо обеспечить, чтобы оптимальные условия имели место в той области субстрата, в которой растут корни.

Как и следовало ожидать, недостаточное удержание влаги приводит к потере воды и, таким образом, к непроизводительному расходу воды через дренажное отверстие. Распределение воды также важно, так как необходимо, чтобы вода в пределах плиты достигала корней растения. Например, если растение было недавно помещено в плиту, то корни протянутся только в верхние области плиты. Таким образом, если большая часть воды утечет к основанию плиты вследствие воздействия силы тяжести, то растение, возможно, не получит достаточно воды и/или питательных веществ. В частности, для того, чтобы обеспечить, что корни растения в верхней области плиты будут получать достаточно воды, производителю может быть необходимо подвести дополнительный объем воды к плите, в результате чего более низкие области будут содержать больше воды, чем требуется, что приведет к большому объему отходов через дренажное отверстие и увеличению стоимости. Чрезмерные уровни воды также могут увеличить риск роста грибков, которые могут повредить растение. Пример сложностей, которые возникают из-за неустойчивости концентрации воды, возникает в результате сезонных изменений. При переходе от лета к осени дни становятся короче, и количество солнечного света, предоставляемое системам выращивания растений, снижается. В результате уровень испарения воды из системы также снижается. Поэтому желательно предоставлять меньше воды системе выращивания растений, поскольку снижается объем испаряющейся воды, который необходимо заменить. Однако так как вода имеет тенденцию течь к основанию плиты, снижение объема воды, предоставляемого системе, имеет риск привести к высыханию вершины плиты. Чтобы избежать этого риска, часто подводится дополнительная не являющаяся необходимой вода, что приводит к непроизводительному расходу. Такие условия, в частности, встречаются зимой и ранней весной, и часто являются особенно тяжелыми, когда растение/блоки первоначально помещаются в плиту. На данном этапе является важным, чтобы вершина плиты была достаточно увлажнена для того, чтобы корни растения могли начать рост в пределах плиты, но это может часто приводить к значительным отходам неиспользованной воды и/или питательных веществ в более низкой части плиты, которые могут, например, быть потеряны через дренажное отверстие.

Другой фактор выращивания растений представляет собой удержание и распределение питательных веществ. Хотя питательные вещества обычно вводятся с водой, они не обязательно будут распределены и удержаны в плите таким же образом, как вода. Питательные вещества обычно включают растворенные соли, содержащие азот, фосфор, калий, кальций, магний и аналогичные элементы. Питательные вещества растворены в воде, и на их движение через плиту влияют такие процессы, как адвекция, рассеивание и диффузия. Адвекция представляет собой движение питательных веществ с потоком воды через плиту, рассеивание представляет собой смешивание питательных веществ, которое происходит, поскольку они перемещаются через сложные пористые структуры в плите, и диффузия относится к случайному движению частиц в пределах плиты и статистической тенденции, которая приводит к снижению градиентов концентраций.

Как и в случае воды, важно, чтобы питательные вещества достигали корней растения. Если питательные вещества плохо распределены, или происходит их потеря из плиты, то лишние питательные вещества могут потребоваться для плиты в целом, чтобы растение получало питательные вещества, которые ему требуются. Конечно, это приводит к непроизводительным расходам питательных веществ.

Другое соображение, которое играет роль в выращивании растений на искусственных субстратах, относится к эффективности обновления питательных веществ. Это относится к тому, приведет ли введение нового раствора питательных веществ к вымыванию существующих питательных веществ из плиты. При некоторых обстоятельствах может быть желательным изменение концентрации питательных веществ в пределах плиты в течение процесса выращивания. Возможность достижения этого будет зависеть от того, могут ли существующие питательные вещества быть эффективно замещены во всей плите или, по меньшей мере, в области плиты, в которой происходит рост корня. Кроме того, в некоторых примерах накопление питательных веществ, если они не были замещены, может достичь уровней, которые могут вызвать обезвоживание или, по меньшей мере, которые являются неидеальными для выращивания растении.

Задачи, идентифицированные выше, имеют отношение, по меньшей мере, частично к специфическим свойствам плиты. Однако дальнейшие сложности и несогласованности возникают вследствие действия самих растений. В частности, корневые системы растения не берут воду и питательные вещества из плиты однородно. Данная сложность особенно сильно выражена, когда в каждой системе выращивания растений представлено множество блоков. Например, различные растения в системе, вероятно, будут развиваться по-разному и иметь различные требования. Это повышает сложность обеспечения правильного содержания воды и питательных веществ для каждого растения.

Одна из попыток улучшения распределения воды и питательных веществ в субстрате описана в заявке на европейский патент ЕР0300536. В этом документе описана система, в которой множественные

- 2 027947 блоки представлены на единственной плите, и капиллярная система используется для приложения постоянного давления всасывания через плиту. Цель этого давления всасывания состоит в том, чтобы затянуть больше воды в области, которые становятся относительно сухими, таким образом, увеличивая однородность распределения воды в плите.

При практическом применении система, описанная в ЕР0300536, имеет множество недостатков. В частности, хотя может иметься некоторое преимущество с точки зрения однородности распределения воды в плите в горизонтальной плоскости, при этом, как было обнаружено, не обеспечивается значительного преимущества с точки зрения вертикального изменения в содержании воды. Кроме того, система ЕР0300536 относительно дорога для реализации.

Несмотря на эти попытки, существует постоянная потребность в улучшении распределения и удержания воды и питательных веществ в плите с целью обеспечения повышенной эффективности производительности и эффективности затрат в способах выращивания растений и, таким образом, предоставления более экологичного способа выращивания. Существующие методики часто приводят к потере и/или переизбытку воды и/или питательных веществ вследствие сложностей в контролировании распределения и удержания питательного раствора в плите таким образом, чтобы удовлетворить требования по выращиванию растений.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения представлена система выращивания растений, содержащая субстрат для выращивания растений, содержащий плиту ММУЕ и единственный блок ММУЕ на первой поверхности плиты ММУЕ;

устройство ирригации для подачи воды и/или питательных веществ в субстрат для выращивания растений, при этом плита ММУЕ содержит дренажное отверстие, подготовленное для обеспечения возможности выхода жидкости из плиты ММУЕ, при этом дренажное отверстие располагается в области первого конца плиты и размещено на расстоянии от первой поверхности, и при этом устройство ирригации подготовлено для подачи воды и питательных веществ в субстрат в положении подачи, расположенном на расстоянии, составляющем более чем 50% длины плиты, от первого конца, и при этом блок представлен в положении подачи или между положением подачи и первым концом плиты.

Настоящее изобретение предоставляет систему, в которой один и только один блок поддерживается плитой. Это позволяет осуществлять строгий контроль характеристик воды и питательных веществ в субстрате, обеспечивая повышенную эффективность использования этих материалов. Кроме того, поскольку устройство ирригации смещено от центра плиты в сторону от дренажного отверстия, повышается длина пути воды и питательных веществ через плиту. Было обнаружено, в частности, что это может обеспечить повышение эффективности обновления питательных веществ. Другими словами, повышается способность воды и питательных веществ, подаваемых устройством ирригации, замещать существующую воду и питательные веществ. Это может помочь культиватору, например, в снижении или повышении концентрации питательных веществ в плите.

При применении настоящего изобретения вся плита в целом более или менее промывается новой водой и раствором питательных веществ при необходимости. В результате раствор, ранее находившийся в плите, замещается быстро и таким образом, что в плите поддерживается хорошее распределение воды и питательных веществ. Соответственно растение и его корневая система могут очень быстро получить новый раствор воды и питательных веществ. В этом заключается отличие от предшествующих систем, в которых существенная часть нового раствора пролилась бы из плиты, при этом оставляя сохранившуюся часть старого раствора.

Искусственные стекловидные волокна (ММУЕ) по настоящему изобретению могут представлять собой стекловолокно, минеральную вату или огнеупорные керамические волокна. В предпочтительных вариантах осуществления ММУЕ представляют собой минеральную вату.

Предпочтительно устройство ирригации подготовлено для подачи воды и/или питательных веществ в субстрат в месте, расположенном на расстоянии, составляющем более чем 60% длины плиты, от первого конца. Более предпочтительно устройство ирригации подготовлено для подачи воды и/или питательных веществ в субстрат в месте, расположенном на расстоянии в диапазоне от 60 до 80% длины плиты от первого конца, предпочтительно в диапазоне от 65 до 70%.

Положение подачи предпочтительно совпадает с центром блока. Кроме того, положение подачи предпочтительно располагается на блоке. Таким образом, вода и/или питательные вещества подаются непосредственно в блок, в результате достигая растения в пределах блока настолько быстро, насколько это возможно. Кроме того, поскольку блок имеет поперечную протяженность, он распространяет воду/или питательные вещества, подаваемые устройством питания, в поперечном направлении до того, как они достигнут плиты. Это помогает обеспечить однородное распределение в пределах плиты.

Предпочтительно дренажное отверстие расположено на первом конце плиты. Дренажное отверстие

- 3 027947 может, например, быть расположено на второй поверхности напротив первой поверхности или на третьей поверхности, смежной с первой поверхностью, или и на второй, и на третьей указанных поверхностях.

В предпочтительных вариантах осуществления длина плиты находится в диапазоне от 200 до 800 мм, более предпочтительно от 250 до 600 мм. Кроме того, плита может иметь объем в диапазоне от 3 до 20 л. Предпочтительно плита имеет объем от 5 до 15 л, более предпочтительно от 5 до 11 л и в особенно предпочтительном варианте осуществления плита имеет объем от 6 до 8 л. Такой относительно небольшой объем позволяет четко контролировать уровни воды и питательных веществ, при этом он не настолько мал, чтобы препятствовать желаемому росту корня.

В предпочтительных вариантах осуществления устройство ирригации приспособлено для подачи воды и/или питательных веществ в субстрат и/или блок и расположено в положении по меньшей мере 10%, более предпочтительно по меньшей мере 20% от второго конца субстрата, противоположного первому концу.

Предпочтительно дренажное отверстие расположено на второй поверхности субстрата, противоположной первой поверхности, или смежно с такой второй поверхностью. Соответственно вода и питательные вещества, подаваемые устройством ирригации, предпочтительно проходят через всю или, по существу, всю высоту плиты до того, как они выйдут через дренажное отверстие. Это дополнительно повышает эффективность обновления питательных веществ. Например, дренажное отверстие может быть расположено на первом конце плиты. Дренажное отверстие может быть, например, расположено в углу второй поверхности, противоположном первой поверхности, и третьей поверхности, смежной с первой поверхностью.

В предпочтительных вариантах осуществления блок расположен смежно с устройством ирригации. Таким образом, вода и питательные вещества доставляют непосредственно в окрестность корней, корневой системы и растения. Это может помочь в обеспечении того, чтобы растение получало воду и питательные вещества в необходимых концентрациях, когда они требуются.

В предпочтительных вариантах осуществления субстрат содержит гидрофильную связывающую систему и/или связывающую систему, содержащую органический связующий компонент, выбранный из не содержащих формальдегид связующих компонентов. Связывающая система может содержать связующий компонент и смачивающее вещество, или может содержать только один связующий компонент. Посредством обеспечения того, что связывающая система является гидрофильной, свойства удержания воды для плиты могут быть улучшены относительно связывающих систем, которые являются негидрофильными или гидрофобными.

Предпочтительно связующий компонент содержит продукт реакции соединения многоосновной карбоновой кислоты и многоатомного спирта и/или соединения амина предпочтительно в смеси с соединением сахара и/или фенолом. Более предпочтительно связующий компонент представляет собой продукт реакции многоосновной карбоновой кислоты или ее ангидрида, амина, предпочтительно алифатического аминоспирта, и сахара, предпочтительно редуцирующего сахара. Было обнаружено, что эти связующие компоненты, обеспечивают особенно выгодные свойства в плитах ММУТ.

Смачивающее вещество предпочтительно содержит ионное поверхностно-активное вещество, распределенное в одном или обоих указанных слоях. Предпочтительно поверхностно-активное вещество представляет собой анионное поверхностно-активное вещество, предпочтительно сульфонатное поверхностно-активное вещество, предпочтительно соль линейной алкилбензолсульфокислоты (ЬЛВБ). Было обнаружено, что эти предпочтительные смачивающие вещества обеспечивали благоприятные воздействия, в частности, улучшая гидрофильность связывающей системы.

Предпочтительно субстрат дополнительно содержит непроницаемое для жидкости покрытие, окружающее блок ММУТ, при этом дренажное отверстие сформировано первым отверстием в указанном покрытии, и блок ММУТ входит в контакт с плитой ММУТ через второе отверстие в указанном покрытии. Непроницаемое для жидкости покрытие не оказывает влияния на направление жидкости через плиту в сторону дренажного отверстия и, более того, ограничивает испарение жидкостей из плиты в атмосферу.

Предпочтительно плита ММУТ содержит первый слой ММУТ в пограничном контакте со вторым слоем ММУТ, при этом первый слой имеет большую плотность, чем второй слой. Было обнаружено, что предоставление различных плотностей увеличивало контроль над распределением воды и питательных веществ в субстрате. Предпочтительно плита ММУТ содержит первый слой ММУТ в пограничном контакте со вторым слоем ММУТ, при этом первый слой имеет большую плотность, чем второй слой. Было обнаружено, что предоставление различных плотностей увеличивало контроль над распределением воды и питательных веществ в субстрате. В предпочтительных вариантах осуществления первый слой ММУТ имеет плотность в диапазоне от 40 до 90 кг/м³, и второй слой ММУТ имеет плотность в диапазоне от 35 до 85 кг/м³. Более предпочтительно плотность первого слоя находится в диапазоне от 50 до 80 кг/м³ и/или плотность второго слоя находится в диапазоне от 45 до 75 кг/м³. В особенно предпочтительном варианте осуществления плотность первого слоя составляет 70 кг/м³ и плотность второго слоя составляет 50 кг/м³. Было обнаружено, что эти плотности обеспечивают хорошие свойства для выращивания растений, включая удержание воды и питательных веществ.

Плотность второго слоя меньше, чем плотность первого слоя. Предпочтительно плотность второго

- 4 027947 слоя составляет по меньшей мере на 5 кг/м³ меньше, чем плотность первого слоя, более предпочтительно по меньшей мере на 10 кг/м³ и наиболее предпочтительно меньше приблизительно на 20 кг/м³. Такая разница между плотностями слоев способствует обеспечению того, чтобы вода и питательные вещества должным образом распределялись в плите, и, в частности, может помочь избежать нахождения чрезмерной доли воды и/или питательных веществ во втором слое.

В предпочтительных вариантах осуществления толщина первого слоя меньше, чем толщина второго слоя. Предпочтительно толщина первого слоя составляет, по меньшей мере, половину толщины второго слоя. Эти соотношения, как было обнаружено, помогают в поддержании предпочтительного распределения воды и питательных веществ в плите.

В предпочтительных вариантах осуществления преобладающая ориентация волокон первых и вторых слоев является горизонтальной. В этом контексте горизонтальная означает параллельная пограничному контакту между первым и вторым слоями. В других предпочтительных вариантах осуществления преобладающая ориентация волокон одного или обоих из первого и второго слоев является вертикальной (то есть перпендикулярной пограничному контакту). Например, в особенно предпочтительном варианте осуществления, преобладающая ориентация волокон первого слоя является вертикальной, в то время как преобладающая ориентация волокон второго слоя является горизонтальной. Ориентации волокон могут оказывать влияние на скорость потока жидкости через плиту. Например, горизонтальные ориентации волокон могут снижать скорость потока жидкости через плиту и, следовательно, оказывать благоприятное воздействие на количество пролитой жидкости.

Блок ΜΜΥΡ предпочтительно представлен в контакте с первым слоем. Кроме того, при использовании первый слой, предпочтительно находится выше второго слоя. Кроме того, вода и питательные вещества предпочтительно подаются в блок или в первый слой. Таким образом, вода и питательные вещества могут быть получены в первом, более плотном слое. Как было обнаружено, это способствует хорошему удержанию влаги и хорошим свойствам распределения.

В предпочтительных вариантах осуществления блок имеет объем в диапазоне 50-5000 мл и/или плотность каждого блока находится диапазоне 30-150 кг/м³. Эти размеры и плотности, как было обнаружено, были эффективными при использовании в системах выращивания растений.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут ниже описаны в отношении сопутствующих чертежей, среди которых:

фиг. 1 иллюстрирует плиту, применяемую для выращивания растений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 иллюстрирует систему для выращивания растений, содержащую блок вместе с плитой с фиг.

1;

фиг. 3 иллюстрирует блок фиг. 2 вместе с пробкой и растением;

фиг. 4 иллюстрирует устройство ирригации, расположенное рядом с системой для выращивания растений с фиг. 2;

фиг. 5 иллюстрирует местоположение детекторов воды и питательных веществ в системе выращивания растений с фиг. 2;

на фиг. 6 схематично показана система контроля выращивания растений, содержащая множество систем выращивания растений с фиг. 2;

фиг. 7А иллюстрирует изменение желаемого уровня воды в плите в обычной стратегии поливки; фиг. 7В иллюстрирует изменение желаемого уровня воды в плите в стратегии поливки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 8А иллюстрирует объем воды и раствора питательных веществ, прилагаемый к множеству из девяти систем выращивания растений ежедневно в течение новой стратегии поливки в соответствии с настоящим изобретением и обычной стратегии поливки;

фиг. 8В иллюстрирует накопленную ежедневную утечку из множества девяти систем выращивания растений в течение новой стратегии поливки в соответствии с настоящим изобретением и обычной стратегии поливки;

фиг. 8С иллюстрирует число ежедневных процедур капельного орошения и объем воды и раствора питательных веществ, прилагаемый в течение каждой процедуры капельного орошения, для новой стратегии поливки в соответствии с настоящим изобретением и обычной стратегии поливки;

на фиг. 8Ό представлена таблица, подводящая итог результатов с фиг. 8А-8С;

фиг. 9 иллюстрирует достигнутый уровень содержания воды в субстрате для выращивания растений по долгосрочному исследованию;

фиг. 10А иллюстрирует систему для выращивания растений предшествующего уровня техники; фиг. 10В иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления системы для выращивания растений в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 11 показано изменение измеренного содержания воды и электропроводности для предпочтительного варианта осуществления с фиг. 10В и предшествующего уровня техники с фиг. 10А в соответствии как с предпочтительными, так и с обычными стратегиями поливки;

- 5 027947 на фиг. 12 показано сравнение достигнутого урожая красного плода для предпочтительного варианта осуществления с фиг. 10В и технологии предшествующего уровня техники с фиг. 10А для предпочтительных и для обычных стратегий поливки;

фиг. 13А иллюстрирует общую выработку продукции по долгосрочному исследованию для первого и второго предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения и для субстрата для выращивания растений по предшествующему уровню техники;

фиг. 13В иллюстрирует результаты, показанные на фиг. 13А, с использованием выработки продукции субстрата для выращивания растений по предшествующему уровню техники в качестве базового значения;

фиг. 14 сравнивает скорость изменения уровня ЕС плиты для предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения и подхода предшествующего уровня техники, когда раствор, имеющий уровень ЕС, отличный от уровня, первоначально присутствующего в плите, вводится посредством поливки;

фиг. 15А иллюстрирует уровень ЕС в различных точках плиты, когда блок расположен в направлении дренажного отверстия;

фиг. 15В иллюстрирует уровень ЕС в различных точках плиты, когда блок расположен в другую сторону от дренажного отверстия.

Подробное описание

Обратимся к фиг. 1; показана плита 1 минеральной ваты, имеющая первый слой с первой плотностью, расположенная выше второго слоя со второй плотностью. Плита 1 имеет объем 6,8 л, хотя в более общем случае объем может находиться в диапазоне от 3 до 20 л, более предпочтительно в диапазоне от 5 до 15 л и наиболее предпочтительно в диапазоне от 5 до 11 л. Некоторые варианты осуществления включают плиту с объемом в диапазоне от 6 до 8 л. В других вариантах осуществления объем может находиться, например, в диапазоне от 3 до 15 л или от 3 до 10 л. Альтернативный предпочтительный вариант осуществления включает плита, имеющая объем 9 л.

Высота 1ι плиты 1 на фиг. 1 составляет 100 мм, хотя в более общем случае она может составлять от 75 до 150 мм и более предпочтительно от 85 до 125 мм. Ширина \ν плиты 1 составляет 150 мм, хотя в более общем случае она может находиться, например, в диапазоне от 100 до 300 мм. Длина 1 плиты 1 составляет 450 мм, хотя это значение также может изменяться, и может, например, находиться в диапазоне от 200 до 800 мм или предпочтительно в диапазоне от 250 до 600 мм. Особенно предпочтительный вариант осуществления включает плита 1, имеющая высоту 1ι. равную 100 мм, ширину \ν, равную 150 мм, и длину 1, равную 600 мм.

В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, первый слой имеет высоту а, равную 40 мм, и плотность 70 кг/м³, в то время как второй слой имеет высоту Ь, равную 60 мм, и плотность 50 кг/м³. Снова, в других предпочтительных вариантах осуществления могут быть выбраны отличающиеся значения этих параметров. Например, высота первого слоя может находиться в диапазоне от 25 мм до 50 мм, в то время как высота нижнего слоя может находиться в диапазоне от 50 до 100 мм. Аналогично, плотность верхнего слоя предпочтительно находится в диапазоне от 40 до 90 кг/м³, более предпочтительно от 50 до 80 кг/м³, в то время как плотность нижнего слоя предпочтительно находится в диапазоне от 35 до 85 кг/м³, более предпочтительно от 45 до 75 кг/м³.

Как показано в варианте осуществления, приведенном на фиг. 1, предпочтительно, чтобы высота нижнего слоя была больше, чем высота верхнего слоя. Например, отношения между высотами верхних и нижних слоев могут составлять 1:(1-3) или предпочтительно 1:(1,2-2,5). Более предпочтительно это отношение составляет 1:(1,2-1,8).

Использование двух отличающихся плотностей в плите предпочтительного варианта осуществления вместе с его относительно небольшим размером, как было обнаружено, способствовало удержанию воды и питательных веществ и также обеспечивало их, по существу, однородное распределение по всей плите.

Это можно видеть, например, в приведенной ниже таблице. Таблица иллюстрирует реакцию различных плит, имеющих размеры 450х150х 100 мм и содержащих два слоя различной плотности, как описано выше. Плита 1 из столбца А имеет верхний слой с высотой 30 мм и нижний слой с высотой 70 мм; плита 1 из столбца В имеет верхний слой с высотой 40 мм и нижний слой с высотой 60 мм; и плита 1 из столбца С имеет верхний и нижний слой, каждый из которых имеет высоту 50 мм.

- 6 027947

	Столбец А	Столбец В	Столбец С
Однородность распределения воды внутри (%)	13	9	8
Время отклика на	5,0->3,2->2,5	5,0->2,9->2,7	5,0->3,3>2,7
изменение электропроводности	->2,1	->2,1	->2,3
Эффективность поливки (%)	100	100	100

Были проанализированы различные свойства каждой плиты, включая однородность содержания воды (однородность уровня АС) и отклик на внесение изменения ЕС (время отклика ЕС). Было обнаружено, что плиты из столбцов А и В продемонстрировали улучшение времени отклика ЕС, в то время как для однородности АС наблюдалось улучшение для плит из столбцов В и С. Учитывая желательность строгого контроля содержания питательных веществ (то есть улучшенное время отклика ЕС) и однородности АС, плита из столбца В считалась оптимальной для показанных примеров. Отношение высот верхнего и нижнего слоя, равное 1:1,5, показанное в этой плите, попадает в предпочтительный диапазон 1:(1,2-1,8).

Время отклика ЕС в таблице измерено следующим образом. Сначала плиты были насыщены 60%ным содержанием воды при ЕС, равной 5. Затем плиты поливаются пошагово 264 мл раствора с ЕС, равной 2, на каждом шаге в плите. ЕС в пределах плиты измерялась после 0, 9, 17 и 32 шагов. Соответственно в случае столбца А, например, результаты следующие: 0 шагов применялось - ЕС=5; 9 шагов применялось - ЕС=3,2; 17 шагов применялось - ЕС=2,5 и 32 шага применялось - ЕС=2,1.

Обратимся теперь к фиг. 2; плита 1 показана с блоком 2, установленным на ее верхней поверхности. Плита 1 дополнительно содержит непроницаемое для жидкости покрытие вокруг минеральной ваты, при этом покрытие имеет два отверстия. Во-первых, имеется отверстие на верхней поверхности для обеспечения возможности контакта между минеральной ватой плиты 1 и блоком 2. Во-вторых, имеется отверстие на более низкой поверхности, которое выполняет функцию дренажного отверстия 3.

Как можно видеть на фиг. 2, плита 1 связана только с одним блоком 2, содержащим растения. Таким образом, окружающая среда растения или растений в единственном блоке 2 может управляться непосредственно с большей эффективностью. В этом заключается отличие от предшествующих систем, в которых множество блоков 2 представлено в каждой плите 1. В частности, это позволяет избежать нежелательного взаимного влияния между растениями из различных блоков 2 и возникающую в результате несогласованность в подаче воды и питательных веществ для таких растений.

С учетом того, что блок 2 представлен на верхней поверхности плиты 1, дренажное отверстие 3 представлено на краю нижней поверхности плиты 1 или смежно с ним. Положение блока 2, измеренное от его центральной точки, предпочтительно смещено от положения дренажного отверстия 3 на расстояние х вдоль длинной стороны плиты 1. Расстояние х предпочтительно составляет более 50% длины 1 плиты 1, более предпочтительно более 60% этой длины и может составлять более 70% этой длины, хотя в наиболее предпочтительном случае оно составляет от 65 до 70%. В особенно предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, блок 2 смещен от положения дренажного отверстия 3 приблизительно на 66,7% длины плиты. Конкретно, длина 1 плиты 1 составляет 450 мм, в то время как блок 2 помещен на расстоянии 300 мм от конца плиты 1, на которой расположено дренажное отверстие 3. Посредством увеличения расстояния между блоком 2 и дренажным отверстием 3, увеличивается длина пути раствора, содержащего воду и питательные вещества, и поданного в блок или смежно с ним. Это, как было обнаружено, обеспечивает выгоду с точки эффективности обновления питательных веществ в плите 1.

Блок 2 и плита 1 предпочтительно сформированы из одного и того же или аналогичного материала. Таким образом, представленное ниже описание в отношении материала плиты 1 может также быть применено к блоку 2. В частности, блок 2 может содержать каменную вату и связующие компоненты и/или смачивающие вещества, описанные ниже. В предпочтительном варианте осуществления блок 2 имеет объем 1200 мл. В более общем случае блок может иметь объем в диапазоне от 50 до 5000 мл, более предпочтительно от 100 до 3500 мл, более предпочтительно от 250 до 2500 мл и наиболее предпочтительно от 100 до 2000 мл. Полный объем комбинации плиты 1 и блока 2 предпочтительно находится в диапазоне от 6 до 13 л.

Размеры блока могут выбираться в зависимости от растения, которое будет выращиваться. Например, предпочтительная длина и ширина блока для растений перца или огурца составляет 10 см. Для растений томата длина увеличивается до 15 см. Высота блоков предпочтительно находится в диапазоне от 7 до 12 см и более предпочтительно в диапазоне от 8 до 10 см.

Следовательно, предпочтительные размеры для перца и огурца изменяются от 10x10x7 см до

- 7 027947

10x10x12 см и более предпочтительно от 10x10x8 см до 10x10x10 см. Таким образом, с точки зрения объема предпочтительный диапазон составляет от 0,7 до 1,2 л, более предпочтительно от 0,8 до 1 л для растений перца и огурца. Для растений томата предпочтительные размеры изменяются от 10x15x7 см до 10x15x12 см и более предпочтительно от 10x15x8 см до 10x15x10 см. Таким образом, с точки зрения объема предпочтительный диапазон составляет от 1,05 до 1,8 л, более предпочтительно от 1,2 до 1,5 л для растений томата. Общий диапазон объемов для этих культур, таким образом, предпочтительно составляет от 0,7 до 1,8 л и более предпочтительно от 0,8 до 1,5 л.

Плотность блока 2 предпочтительно находится в диапазоне от 30 до 150 кг/м³, более предпочтительно в диапазоне от 40 до 120 кг/м³ и наиболее предпочтительно в диапазоне от 50 до 100 кг/м³. Высота блока 2 предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 160 мм, более предпочтительно в диапазоне от 60 до 125 мм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 80 до 100 мм. Длина и ширина блока 2 могут независимо изменяться в диапазоне от 50 до 250 мм, предпочтительно в диапазоне от 60 до 200 мм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 70 до 150 мм. Эти размеры и плотности, как было обнаружено, были эффективными при использовании в системах выращивания растений.

Фиг. 3 иллюстрирует растение 5 в положении в пределах пробки 4, расположенной в пределах блока 2, такого как показан на фиг. 2. Как и блок 2, пробка 4 обычно сформирована из минеральной ваты со связующим компонентом и/или смачивающим веществом, как описано ниже в контексте плиты 1. Пробка 4 предпочтительно является цилиндрической с диаметром от 20 до 50 мм, предпочтительно от 20 до 40 мм, и высотой от 20 до 50 мм, предпочтительно от 25 до 35 мм.

Каждый блок 2 в предпочтительном варианте осуществления может содержать единственное растение 5. Однако, возможно, чтобы множество растений 5 было представлено для каждого блока 2, посредством предоставления множества пробок 4, каждая из которых содержит единственное растение 5, или предоставления множества растений в единственной пробке 4. В других предпочтительных вариантах осуществления единственное растение разделяется на два посредством разделения стебля растения на ранней стадии роста.

В некоторых вариантах осуществления не представлена пробка 4, и семя размещается непосредственно в углублении в блоке, из которого впоследствии растет растение 5. Примером растения, для которого применяется этот подход, является огурец.

Предпочтительно растение 5 является плодовым или овощным растением, таким как растение томата и т.п. В других предпочтительных вариантах осуществления растение представляет собой огурец, баклажан или сладкий перец. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут увеличить урожай плодов или овощей для растения и могут также увеличить качество таких плодов или овощей.

Как упомянуто выше, плита 1 представляет собой плиту минеральной ваты. Используемые минеральные волокна могут представлять собой любые искусственные стекловидные волокна (ΜΜΥΡ), такие как стекловолокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковая вата, каменная вата и другие, но обычно являются волокнами каменной ваты. Каменная вата обычно имеет содержание окиси железа, составляющее по меньшей мере 3% и содержание щелочно-земельных металлов (окиси кальция и окиси магния) от 10 до 40%, наряду с другими обычными окисными компонентами минеральной ваты. Такими компонентами являются кремнезем; оксид алюминия; щелочные металлы (окись натрия и окись калия), которые обычно присутствуют в низком количестве; и может также включать двуокись титана и другие незначительные окиси. В общем случае продукт может быть сформирован из любых типов искусственного стекловидного волокна, которые обычно известны в области производства субстратов роста.

Минеральная вата обычно связана связующей системой, которая содержит композицию связующего компонента и, дополнительно, смачивающее вещество. В предпочтительном варианте осуществления плита содержит минеральную вату, связанную композицией связующего компонента, которая, до отверждения, содержит: а) сахарный компонент и Ь) продукт реакции компонента многоосновной карбоновой кислоты и компонента алифатического аминоспирта, при этом связывающая композиция до отверждения содержит по меньшей мере 42 вес.% сахарного компонента на основании общего веса (сухое вещество) связующих компонентов.

Данная композиция включается в минеральную вату, которая должна использоваться в плите 1, и затем отверждается; таким образом, в плите, показанной на фиг. 1, композиция была отверждена и таким образом, компоненты будут реагировать. Таким образом, плита содержит отвержденный связующий компонент, полученный посредством отверждения определенной связывающей композиции, содержащей компоненты (а) и (Ь), при этом компоненты связывающей композиции, обсуждаемые ниже, относятся к композиции до отверждения.

Сахарный компонент (а), используемый в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно выбирается из сахарозы и редуцирующих сахаров, или смесей указанного.

Редуцирующим сахаром является любой сахар, который в растворе имеет альдегидную или кетонную группу, которая позволяет сахару действовать как восстановитель. В соответствии с настоящим изобретением, редуцирующие сахара могут присутствовать в необработанной связывающей композиции

- 8 027947 сами по себе или в составе углеводного соединения, которое производит один или более редуцирующих Сахаров в месте использования при тепловых условиях отверждения. Сахар или углеводное соединение может быть моносахаридом в своей альдозной или кетозной форме, дисахаридом, триозой, тетрозой, пентозой, гексозой или гептозой; или ди-, олиго- или полисахаридом; или комбинацией указанного. Конкретными примерами являются глюкоза (то есть декстроза), гидролизаты крахмала, такие как кукурузный сироп, арабиноза, ксилоза, рибоза, галактоза, манноза, фруктоза, мальтоза, лактоза и инвертированный сахар.

Изделие (Ь), по существу, содержит продукт реакции компонента многоосновной карбоновой кислоты и компонента алифатического аминоспирта.

Предпочтительно компонент алифатического аминоспирта выбирается из диэтаноламина, триэтаноламина, диизопропаноламина, триизопропаноламина, метилдиэтаноламина, этилдиэтаноламина, нбутилдиэтаноламина, метилдиизопропаноламина, этил-изопропаноламина, этилдиизопропаноламина, 3амино-1,2- пропандиола, 2-амино-1,3-пропандиола и трис-(гидроксиметил)аминометана. Наиболее предпочтительным компонентом алифатического аминоспирта является диэтаноламин.

В связывающей композиции, которая используется в продуктах изобретения, предпочтительным является наличие продукта реакции (Ь). Однако на практике некоторое количество не вступившего в реакцию компонента алифатического аминоспирта также присутствует в неотвержденной связывающей композиции.

Компонент многоосновной карбоновой кислоты обычно выбирается из двухосновной, трехосновной, четырехосновной и пятиосновной многоосновных карбоновых кислот, и их ангидридов, солей и комбинаций указанного.

Предпочтительные компоненты многоосновной карбоновой кислоты, используемые как исходные материалы для того, чтобы реагировать с другими связующими компонентами, являются карбоновыми ангидридами.

В связывающей композиции, которая используется в продуктах изобретения, предпочтительным является наличие продукта реакции (Ь). Однако на практике некоторое количество не вступившего в реакцию компонента многоосновной карбоновой кислоты также присутствует в неотвержденной связывающей композиции.

В целях улучшения растворимости и разводимости в воде связующего компонента, может быть добавлено основание до получения значения рН, составляющего около 8, предпочтительно рН, составляющего около 5-8 и более предпочтительно рН, составляющего около 6. Кроме того, добавление основания приведет, по меньшей мере, к частичной нейтрализации не прореагировавших кислот и сопутствующему снижению коррозийной активности. Обычно основание будет добавляться в количестве, достаточном, чтобы достигнуть желаемой растворимости или разводимости в воде. Основание предпочтительно выбирается из летучих оснований, которые испаряются при температуре отверждения или при более низкой температуре, и, следовательно, не будут влиять на отверждение. Конкретные примеры подходящих оснований включают аммиак (ΝΗ₃) и органические амины, такие как диэтаноламин (ΌΕΑ) и триэтаноламин (ΤΕΑ). Основание предпочтительно добавляется к реакционной смеси после того, как реакция между алифатическим аминоспиртом и карбоновым ангидридом была активно остановлена путем добавления воды.

Альтернативная связывающая композиция может быть основана на фурановой смоле. Такая фурановая связывающая композиция описана в европейском патенте ΕΡ0849987. Фурановая связывающая композиция не содержит формальдегидов и является гидрофильной, таким образом, обеспечивая специфические преимущества в контексте настоящего изобретения.

Хотя в предпочтительных вариантах осуществления изобретения используется связующий компонент без формальдегидов, также при необходимости могут использоваться связывающие системы, содержащие фенол-формальдегид (РР) или, в частности, фенол-мочевину-формальдегид (РИР), с декстрозой или без нее. Такие системы могут содержать связующие компоненты с ультранизким содержанием формальдегида (ИЬР).

Как упомянуто выше, связывающая система предпочтительно содержит смачивающее вещество. Оно может представлять собой неионогенное поверхностно-активное вещество, но предпочтительно смачивающее вещество представляет собой ионное поверхностно-активное вещество. При использовании связующего компонента, описанного выше, смачивающее вещество не является существенным для обеспечения гидрофильной связывающей системы. Соответственно необходимые свойства удержания влаги и повторного насыщения могут быть достигнуты без смачивающего вещества. Однако использование смачивающего вещества является предпочтительным, поскольку было обнаружено, что оно увеличивает скорость насыщения плиты.

Предпочтительно смачивающее вещество представляет собой анионное поверхностно-активное вещество. Подходящие анионные поверхностно-активные вещества включают соли (включая, например, соли натрия, калия, аммония и замещенные соли аммония, такие как соли моно-, ди- и триэтаноламина) анионного сульфата, сульфонатные, карбоксилатные и саркозинатные поверхностно-активные вещества. Другие анионные поверхностно-активные вещества включают изетионаты, такие как ацилизетионаты, Ν- 9 027947 ацилтаураты, амины жирных кислот метилтаурида, алкил сукцинаты и сульфосукцинаты, диэфиры сульфосукцинатов и Ν-ацилсаркозинаты. Предпочтительными являются анионные сернокислые поверхностно-активные вещества и анионные сульфонатные поверхностно-активные вещества, анионные карбоксилатные поверхностно-активные вещества и поверхностно-активные вещества анионного мыла.

Особенно предпочтительными являются анионные сульфонатные поверхностно-активные вещества, такие как линейные или разветвленные алкилбензолсульфонаты, алкилэфирные сульфонаты, первичные или вторичные сульфонаты алкилена, сульфонаты олефина, сульфированные многоосновные карбоновые кислоты, алкилсульфонаты глицерина, жирные сульфонаты ацилглицерина, жирные сульфонаты олеилглицерина и смеси указанного.

Наиболее предпочтительным анионным поверхностно-активным веществом является линейный алкилбензолсульфонат, в котором алкильная цепь содержит от 5 до 20 атомов углерода. Соли натрия и калия являются предпочтительными. Данный тип поверхностно-активного вещества обеспечивает особенно полезные свойства распределения воды для субстратов роста с относительно большой высотой, и также обеспечивает превосходные свойства повторного насыщения и не приводит к проблемам вспенивания в поливной воде. Обычные неионогенные поверхностно-активные вещества позволяют субстрату роста поднимать воду, но их способность удержания воды, распределение воды по высоте и свойства переувлажнения являются не настолько хорошими, как для типа поверхностно-активного вещества, предпочтенного в изобретении.

Предпочтительно длина алкильной цепи находится в диапазоне от 8 до 16, более предпочтительно по меньшей мере 90% цепей находятся в диапазоне от 10 до 13 и более предпочтительно по меньшей мере 90 вес.% находятся в диапазоне от 10 до 12.

Предпочтительно смачивающее вещество содержит линейный алкилбензолсульфонат, и в этом случае продукт предпочтительно получают посредством способа, в котором многоатомный спирт (такой как моноэтиленгликоль) включается со смачивающим веществом в продукт минеральных волокон. Весовое соотношение линейного алкилбензолсульфоната и моноэтиленгликоля (или другого многоатомного спирта, например пропиленгликоля или триметилолпропана) предпочтительно составляет от 0,3:1 до 3,75:1, предпочтительно от 1:1 до 2:1. Многоатомный спирт обычно испаряется во время последующей обработки и отверждения, и, таким образом, обычно только следовые количества, если таковые вообще имеются, присутствуют в конечном продукте.

Альтернативно, ионное поверхностно-активное вещество может быть катионным или цвиттерионным. Примеры катионных поверхностно-активных веществ включают поверхностно-активные вещества четверичного аммония. Они могут, например, быть отобраны из группы от моно С6 до моно С16, предпочтительно от С6 до С10 Ν-алкил или алкениламмониевых поверхностно-активных веществ, при этом остающиеся положения N замещаются такими группами, как метил, оксиэтил и гидроксипропил.

Подходящие цвиттер-ионные поверхностно-активные вещества включают производные вторичных и третичных аминов, производные гетероциклических вторичных и третичных аминов, или производные четверичного аммония, четверичного фосфония или третичных сульфониевых соединений. Бетаиновые и султаиновые поверхностно-активные вещества являются примерами цвиттер-ионных поверхностноактивных веществ.

Предпочтительно количество (по весу) ионного поверхностно-активного вещества по отношению к весу связующего компонента (сухое вещество), находится в диапазоне от 0,01 до 5%, предпочтительно от 0,1 до 4%.

Ионное поверхностно-активное вещество присутствует в продукте из минеральных волокон в количестве, составляющем предпочтительно от 0,01 до 3 вес.% по отношению к продукту минерального волокна, более предпочтительно от 0,05 до 1%, в частности от 0,1 до 0,8%.

Связывающие композиции, используемые в соответствии с настоящим изобретением, могут дополнительно содержать одну или более добавок обычного связующего компонента. Они включают, например, катализаторы отверждения, такие как, например, β-гидроксиалкиламиды; свободную кислоту и солевые формы фосфорной кислоты, фосфорноватистой кислоты и фосфиновой кислоты. Другие сильные кислоты, такие как борная кислота, серная кислота, азотная кислота и р-толуолсульфокислота также могут использоваться, отдельно или в комбинации с указанными выше кислотами, в частности с фосфорной кислотой, фосфорноватистой кислотой или фосфиновой кислотой. Другие подходящие добавки связующего компонента включают аммиак; кремнийорганические аппреты, такие как γаминопропилтриэтоксисилан; тепловые стабилизаторы; УФ-стабилизаторы; пластификаторы; вспомогательные вещества против высвобождения; соединители; наполнители и разбавители, такие как глина, силикаты и гидроокись магния; пигменты, такие как двуокись титана; огнезащитные продукты; антикоррозийные добавки, такие как тиомочевина, мочевина; пеногасители; антиоксиданты; и другие.

Эти добавки связующего компонента и адъюванты могут использоваться в обычных количествах, обычно не превышающих 20% веса твердых частиц связующего компонента. Количество катализатора отверждения в связывающей композиции обычно составляет от 0,05 до 5% по отношению к твердым частицам.

- 10 027947

После применения к минеральным волокнам водная связывающая композиция обычно имеет сухой остаток от 1 до 20 вес.% и рН, составляющий 5 или более.

Используемые минеральные волокна могут быть любыми искусственными стекловидными волокнами (ΜΜΥΡ), такими как стекловолокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковая вата, каменная вата и другие, но обычно являются волокнами каменной ваты. Каменная вата обычно имеет содержание окиси железа, составляющее по меньшей мере 3% и содержание щелочно-земельных металлов (окиси кальция и окиси магния) от 10 до 40%, наряду с другими обычными окисными компонентами минеральной ваты. Такими компонентами являются кремнезем; оксид алюминия; щелочные металлы (окись натрия и окись калия), которые обычно присутствуют в низком количестве; и может также включать двуокись титана и другие незначительные окиси. В общем случае продукт может быть сформирован из любых типов искусственного стекловидного волокна, которые обычно известны в области производства субстратов роста.

Потери при прокаливании (ЬО1) плиты являются мерой количества органического материала, такого как присутствующие связующий компонент и смачивающее вещество. ЬО1 сухого образца могут быть измерены с использованием раздела 16 из В82972, 1989 (способ 1). ЬО1 составляют предпочтительно по меньшей мере 2,5%, предпочтительно до 5,3%, особенно предпочтительно 3-4%. В частности, самые предпочтительные ЬО1 составляют 3,5%. Предпочтительные ЬО1 для плиты обеспечивают хорошую прочность, но со связующим компонентом, описанным выше, на рост растения не оказывается отрицательного влияния вне зависимости от более высокого уровня связующего компонента.

Более высокие ЬО1 означают, что продукт является более прочным. Это означает меньшую вероятность повреждения во время использования, особенно во время автоматизированной обработки, например, в пункте распространения. Еще одно преимущество более высокого содержания связующего компонента состоит в том, что более гладкое ложе для семени/высевное отверстие может быть сформировано на субстратах для выращивания, таких как пробки и блоки, которые обычно поставляются с высевным отверстием. Более гладкое высевное отверстие означает большую вероятность того, что семя вырастет из идеального положения в ложе для семени/высевном отверстии. Кроме того, менее вероятно, что семя, выскочит из желаемой области и/или будет захвачено другой частью минерального волоконного продукта. Точное позиционирование семян приводит к большей однородности получающегося в результате урожая, что является выгодным для культиватора.

Диаметр волокон в пределах плиты 1 предпочтительно находится в диапазоне от 2 до 10 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 3 до 8 мкм и особенно предпочтительно в диапазоне от 4 до 7 мкм. Эти значения могут применяться к диаметру волокон в блоке 2 и/или к пробке 4.

В предпочтительном варианте осуществления преобладающая ориентация волокон первых и вторых слоев плиты 1 является горизонтальной ориентацией. Было обнаружено, что это снижает вертикальную неоднородность в распределении воды. В этом контексте горизонтальный означает параллельный пограничному контакту между первым и вторым слоями. Альтернативные волоконные ориентации могут использоваться в первых и/или вторых слоях в других вариантах осуществления.

На фиг. 4 показана система выращивания растений, содержащая плиту 1, блок 2 и пробку 4 с фиг. 13 и устройство ирригации. Устройство 6 ирригации подготовлено для подачи раствора воды и питательных веществ в систему, или непосредственно к блоку или к плите. В предпочтительном варианте осуществления устройство ирригации подготовлено для подачи воды и/или питательного раствора непосредственно к блоку 2. Так как блок расположен далеко от дренажного отверстия 3 (как описано выше в отношении фиг. 2), раствор от устройства ирригации должен пройти более 50% расстояния вдоль плиты 1 прежде, чем он достигнет дренажного отверстия 3. В других предпочтительных вариантах осуществления устройство ирригации может подавать воду и раствор питательных веществ непосредственно в плиту 1, но оно предпочтительно подготовлено для того, чтобы осуществлять подачу в область, смежную с блоком, или в дальнюю сторону блока 2 относительно дренажного отверстия 3.

Было обнаружено, что увеличенное расстояние между устройством 6 ирригации (то есть точкой, в которой вода и раствор питательных веществ подаются в систему) и дренажным отверстием 3 улучшает эффективность обновления питательных веществ в системе. Это означает, что при подаче раствора с применением устройства 6 ирригации не происходит его потеря через дренажное отверстие 3, но вместо этого он заменяет существующую жидкость в системе. Соответственно обновляется весь объем плиты 1, а не только его ограниченная часть.

Устройство 6 ирригации может быть соединено с отдельными резервуарами для питательных веществ и воды и может управляться с целью выбора адекватных соотношений питательных веществ и воды. Альтернативно, может быть представлен единственный объединенный резервуар для питательных веществ и воды с тем, чтобы устройство ирригации подавало в систему жидкость, имеющую то же самое соотношение воды и питательных веществ, что и в резервуаре.

Управление устройством ирригации предпочтительно осуществляется с применением системы управления. Система управления может управлять устройствами ирригации, подающими питательные вещества и воду к множеству систем выращивания растений, каждая из которых содержит плита 1, в который помещен содержащий растение блок 2. Системой управления можно управлять на основе полу- 11 027947 ченных уровней воды, питательных веществ и/или температуры в одной или более плитах. Местоположения детекторов 7, применяемых для обнаружения этих уровней в одном из вариантов осуществления, проиллюстрированы на фиг. 5. Детекторы 7 могут иметь известный тип, и будут обычно содержать корпусную часть вместе с одним или более, обычно тремя, зондами которые протягиваются из корпуса в плиту. Зонды обычно сделаны из нержавеющей стали или другого проводящего материала, и применяются для измерения уровней содержания воды и/или электропроводности (ЕС) путем анализа температуры, сопротивления и/или емкости субстрата. Уровень ЕС может использоваться для выведения уровня питательных веществ в пределах раствора в плите 1, поскольку он отражает содержание ионов в этом растворе.

В системах предшествующего уровня техники детекторы 7 помещаются в верхнюю поверхность плиты 1, при этом зонды протягиваются вертикально через плиту. Этот подход предназначен для предоставления измерения, которое отражает суммарное содержание воды или питательных веществ, через вертикальный разрез плиты 1. Однако на практике такие зонды обычно возвращают результаты, на которые оказывают диспропорциональное влияние условия в одной или более областях плиты 1, например, в верхней части плиты. Одна из причин, по которой может возникнуть такая несоразмерность, состоит в изменении уровня ЕС в плите 1, которое явным образом воздействует на измеряемые электрические свойства, такие как сопротивления и/или емкость, по которым, например, вычисляется содержание воды.

Дальнейшие сложности возникают в подходах предшествующего уровня техники из-за количества блоков 2, обычно помещаемых в плиту 1. Часто трудно найти положения на плите 1, которые были бы функционально эквивалентными для каждого блока 2, особенно учитывая внутреннюю асимметрию в системе, вызванную размещением дренажного отверстия 3 в одном конце плиты 1.

В настоящем изобретении преодолены эти сложности. В частности, на фиг. 5 показано, что детекторы 7 расположены на стороне плиты 1 (то есть корпусная часть детектора 7 расположена напротив вертикальной поверхности плиты и зонды протягиваются горизонтально). Этот подход становится возможным вследствие улучшенных распределений содержания воды и ЕС в пределах плиты 1. Поскольку они являются, по существу, однородными в плите 1 из предпочтительного варианта осуществления, то горизонтальное протяжение зондов обеспечивает точные измерения.

Действительно, хотя плита 1 на фиг. 5 проиллюстрирована со множеством детекторов 7, они присутствуют не во всех предпочтительных вариантах осуществления. Множество детекторов 7, показанных на фиг. 5, позволяет измерять распределение содержания воды и распределение ЕС, и использовалось для анализа характеристик плиты 1 с получением результатов, таких как результаты, детализированные ниже. Однако было экспериментально обнаружено, что может требоваться только единственный детектор 7. Этот детектор 7 предпочтительно содержит горизонтально протягивающиеся зонды, расположенные со смещением от блока в направлении дренажного отверстия 3. В частности, в предпочтительном варианте осуществления детектор 7 расположен на расстоянии 200 мм от дренажного отверстия 3 и 100 мм от блока 2. Положения блока 2 и детектора 7 в этом контексте измерены от их центральных точек.

Детекторы 7 используются для контроля уровней воды и/или питательных веществ, поданных в плиту 1, с применением системы управления, которая проиллюстрирована на фиг. 6. Как можно видеть на этом чертеже, детекторы 7 наблюдают данные в плите 1, и сообщают их через сеть 8 блоку управления 9. Блок управления затем приводит в действие устройства 6 ирригации (капельницы) по сети 8, чтобы подать воду и питательные вещества в плиту 1. Блок 9 управления может быть запрограммирован на желаемую стратегию поливки (как более подробно обсуждается ниже) и может автоматически обеспечивать, чтобы поливка проводилась таким образом, чтобы соответствовать желаемым уровням воды или питательных веществ в плите 1. Таким образом, достигается автоматический контроль процесса поливки с целью обеспечения желаемого результата.

Как правило, каждая система управления будет содержать большое количество плит 1. Детекторы 7 могут быть помещены в каждую плиту 1, или детекторы могут быть помещены в выбранные плиты 1 для обеспечения репрезентативных результатов. Детекторы 7 неподвижно установлены на плиты 1 с тем, чтобы они могли выдавать результаты блоку 9 управления через равные интервалы времени. Например, детекторы могут выдавать результаты с интервалом в одну минуту, пять минут или через другой подходящий интервал времени. Это позволяет осуществлять постоянное отслеживание плит 1 в пределах системы с тем, чтобы они могли быть соответствующим образом политы.

Управление устройствами 6 ирригации системы осуществляется с целью применения выбранной стратегии поливки. Эта стратегия включает множество различных фаз, спроектированных для направления растений через генеративный и вегетативный рост. Как известно в технике, генеративный рост относится к типу роста, при котором поддерживается производство цветов/плодов, в то время как во время вегетативного роста растение производит более высокую долю листьев и других зеленых элементов. Генеративный рост поддерживается, когда растение имеет относительную нехватку воды и/или питательных веществ, в то время как вегетативный рост поддерживается обильной подачей воды и/или питательных веществ.

Вегетативный рост производит большее увеличение полной биомассы растения, в то время как генеративный рост увеличивает пропорцию роста, которая способствует производству плодов или цветов.

- 12 027947

Известно, что ранее использовались преимущества различных типов роста путем применения стратегий поливки, таких как показанные на фиг. 7А. В соответствии со стратегией поливки, субстрат для выращивания растений орошается каждый день в попытке достигнуть желаемого уровня содержания воды. Содержание воды в субстрате измеряется как процент от содержания воды в субстрате, когда субстрат полностью насыщен. Таким образом, значение 0% представляет сухой субстрат, в то время как значение 100% представляет полностью насыщенный субстрат.

На фиг. 7А показано изменение данного желаемого содержания воды в субстрате в течение годового цикла. По оси Υ отложено содержание воды как уровня насыщения, в то время как на оси X показано время, измеренное в неделях. Это время измеряется от момента, когда блок 2 был помещен в плиту 1. Помимо желаемого содержания воды, фиг. 7А также показывает типичный диапазон достигнутого содержания воды в субстратах. Этот диапазон относительно широк вследствие недостаточности контроля условий в субстрате, доступного с применением систем предшествующего уровня техники.

Сначала, до размещения блока 2 в плите 1, плита 1 обычно насыщается или почти насыщается водой. Это помогает гарантировать, что когда блок 2 первоначально помещается в плиту 1, поддерживается рост корней в плите 1. В этот момент, однако, производитель стремится обеспечить, чтобы растение 5 выдало плод как можно скорее. Чтобы достигнуть этого, производитель стремится передавать генеративный импульс (то есть импульс для инициирования генеративного роста). Это выполняется в течение первого периода стратегии поливки путем снижения желаемого содержания воды до минимального уровня прежде, чем увеличить его снова. Принцип заключается в том, что снижение содержания воды будет способствовать генеративному росту растения и, таким образом, цветению растения, ведущему к образованию плода в самое раннее доступное время.

Таким образом, на фиг. 7А можно заметить, что во время генеративного импульса в данной стратегии поливки предшествующего уровня техники желаемый уровень содержания воды в субстрате понижается приблизительно от 95 до 45%. Такое значительное снижение частично необходимо вследствие широкого диапазона достигнутого содержания воды, который можно заметить по тому, что даже после спада до 45% для желаемого содержания воды, достигнутый диапазон простирается приблизительно от 40 до приблизительно 55%. Таким образом, считалось необходимым для достижения необходимого генеративного импульса для всех растений, чтобы стратегия поливки включала снижение желаемого содержания воды на величину, показанную на фиг. 7А.

После того как генеративный импульс был применен, производитель хочет возвратить растение к стабильной фазе преимущественно вегетативного роста, чтобы получить листья и структуру растения, которая поддержит растущий теперь плод. Таким образом, к концу первого периода стратегии поливки желаемое содержание воды увеличивается. Желаемый уровень содержания воды увеличивается, пока он не достигает стабильного значения, на котором он поддерживается, по существу, постоянным в течение второго периода стратегии поливки.

Во второй период поддерживается более вегетативный рост вследствие более высокого содержания воды в субстрате. Постоянный уровень выбран со значением приблизительно 80% с целью обеспечения правильного отклонения в сторону вегетативного роста.

Второй период приблизительно соответствует летнему сезону, в течение которого относительно большое количество солнечного излучения заставляет растения увеличить скорость испарения. Соответственно относительно высокий процент воды должен быть предоставлен растениям. Следует понимать, что хотя рост может направляться к вегетативному росту в течение этого периода больше, чем в другие периоды, плод продолжает расти, хотя скорость управляется этим направлением. При изменении времени года на осень и затем на зиму интенсивность испарения снижается. В результате больше нет необходимости поддерживать то же самое содержание воды в субстрате. Кроме того, на данном этапе существует потребность в поддержании дальнейшего роста плода до того, как растение достигнет конца цикла. По обеим этим причинам стратегия поливки может включать третий период, в котором снижается уровень содержания воды. Скорость снижения является относительно постепенной.

Снижение содержания воды в течение третьего периода поддерживает генеративный рост растения и, таким образом, расширяет сезон, во время которого полезный плод может быть получен из растения.

Таким образом, обычная стратегия поливки с фиг. 7А пытается направлять растение между состояниями генеративного и вегетативного роста, чтобы увеличить урожай плодов, получаемых из растения. Однако было обнаружено, что такое направление имеет только ограниченный практический эффект или полезность. Кроме того, имеется сложность перехода между различными уровнями содержания воды в интервале времени, который был бы предпочтительным. Например, увеличение уровня содержания воды от минимального уровня в течение первого периода до постоянного уровня второго периода является длительным. Если предпринимается попытка более быстрого увеличения этого уровня путем подачи большего объема воды, то было обнаружено, что уровень воды, пролитой из растения, становится чрезмерным и создает проблемы. Кроме того, из-за широкого диапазона достигнутых уровней содержания воды, имеется сложность в точном направлении растения к предпочтительному уровню генеративного или вегетативного роста.

Для сравнения, стратегия поливки, применяемая в соответствии с предпочтительным вариантом

- 13 027947 осуществления настоящего изобретения, показана на фиг. 7В. Было неожиданно обнаружено, что в контексте субстрата для выращивания растений, содержащего плиту и только один блок, как описано выше, параметры стратегии поливки могут быть значительно изменены, при этом все еще обеспечивая достижение необходимых генеративных и вегетативных эффектов. Как будет продемонстрировано ниже, это обеспечивает улучшенный урожай для растения, в то же самое время позволяя избежать излишнего использования ресурсов, таких как вода и/или питательные вещества.

Предпочтительная стратегия поливки, показанная на фиг. 7В, включает первый, второй и третий периоды, описанные выше. Однако имеются существенные различия в значениях, которые используются для управления стратегией поливки в течение этих периодов. В частности, различие между желаемым содержанием воды в минимальной точке в течение первого периода и постоянным уровнем в течение второго периода значительно сокращено. Такое различие между данными двумя уровнями в стратегии, показанной на фиг. 7В, составляет 15% по сравнению с различием 35% в стратегии с фиг. 7А. Как правило, является предпочтительным, чтобы различие составляло менее чем 25%, более предпочтительно менее чем 20%.

Несмотря на это меньшее различие, было обнаружено, что достаточно сильный генеративный импульс может быть передан растениям, вследствие использования системы с единственным блоком в комбинации с плитой адекватного размера, как описано выше. Как можно заметить на фиг. 7В, это позволяет отклонению фактически достигнутого уровня воды от желаемого уровня воды быть значительно меньшим, чем имело место ранее.

Небольшое изменение в желаемом уровне содержания воды, требуемое для генеративного импульса и последующего стабильного роста в течение второго периода, предоставляет множество преимуществ. В частности, время, требующееся для перехода между в основном генеративным и в основном вегетативным ростом, сильно сокращается, позволяя производителю получить плод значительно раньше в течение сезона. Это отражено в том факте, что второй период постоянного уровня воды начинается приблизительно на 15 неделе в стратегии, показанной на фиг. 7А, тогда как тот же самый период роста начинается около 10 недели в стратегии с фиг. 7В. В результате обеспечивается значительное преимущество для производителя, который может получить плод ранее, а именно, во время года, в которое он является относительно дорогостоящим.

Фиг. 7А и 7В показывают изменение в течение года желаемого уровня содержания воды. Однако следует понимать, что также существуют ежедневные изменения в уровне содержания воды в соответствии с моментом времени, в который выполняется поливка, и с уровнем испарения в растении (на который будет влиять число часов солнечного сияния и другие критерии). Следовательно, следует понимать, что желаемое содержание воды, указанное выше в отношении стратегий поливки, представляет собой желаемое содержание воды после поливки каждый день. Таким образом, когда растениям подается вода, это делается в попытке достигнуть желаемого содержания воды, как указано выше.

В примере с фиг. 7В минимальный желаемый уровень содержания воды в течение первого периода составляет приблизительно 60%, в то время как постоянный желаемый уровень содержания воды во втором периоде составляет приблизительно 70%. В более общем случае, является предпочтительным, чтобы минимальный уровень составлял по меньшей мере 50% и более предпочтительно по меньшей мере 60%. Точно так же, постоянный уровень составляет предпочтительно менее чем 80% и в особенно предпочтительных вариантах осуществления находится в диапазоне от 73 до 78%.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что конкретные значения и длины интервалов времени, задаваемые в течение стратегии с фиг. 7В, могут быть различными, оставаясь в соответствии с настоящим изобретением. Например, изменения могут быть выполнены на основании выращиваемых растений или климатических условий. Однако особенностью предпочтительных стратегий поливки является то, что направление между генеративными и вегетативными состояниями может быть достигнуто посредством относительно небольших изменений в желаемом содержании воды.

Различие между стратегиями поливки с фиг. 7А и 7В может быть дополнительно показано в отношении фиг. 8Α-8Ό. Эти данные показывают результаты испытания, проведенного между 17 августа 2011 г. и 1 ноября 2011 г., в котором сравнение было сделано между стратегией поливки согласно предпочтительному варианту осуществления, такому как вариант осуществления с фиг. 7В, и обычной стратегией поливки, такой как показана на фиг. 7А. Каждый тип стратегии был применен к множеству из девяти систем выращивания растений, каждая из которых содержала одну плиту и один содержавший растения блок, как описано выше, и результаты сравнивались. Каждое множество систем выращивания растений совместно использовало единственный сток для получения сливаемой жидкости из их дренажных отверстий. Значения, показанные на фиг. 8Α-8Ό, представляют второй период стратегии, в течение которого желаемое содержание воды поддерживалось относительно постоянным.

На фиг. 8А показан ежедневный объем воды и раствора питательных веществ, прилагаемый к множеству из девяти систем выращивания растений в обеих стратегиях поливки. Как можно заметить на фиг. 8А, средний выход (определенный как объем воды и раствора питательных веществ, предоставленный на один сток в сутки), значительно ниже для предпочтительной стратегии с фиг. 7В, чем для обычной стратегии фиг. 7А. На фиг. 8В показана ежедневная утечка жидкости через дренажное отвер- 14 027947 стие для девяти систем выращивания растений, связанных со стоком. Снова, в среднем эта утечка значительно ниже для предпочтительной стратегии поливки, чем для обычной стратегии поливки.

Вода и раствор питательных веществ выдавались каждой системе выращивания растений во множестве дискретных процедур капельного орошения ежедневно. Фиг. 8С иллюстрирует число процедур капельного орошения и объем жидкости в каждой процедуре в течение каждого дня в двух стратегиях поливки. Значения этих параметров настраиваются через процесс поливки в зависимости от таких факторов, как климатические условия, уровни утечки и измерения роста растения. При заданной зависимости от климата, специфическая стратегия, показанная в примере с фиг. 8С, отражает переход от лета к осени в течение периода, в котором проводилось испытание. В частности, при снижении уровня солнечного света и средней температуры, требуемое количество воды и раствора питательных веществ также снижалось. Если бы период поливки покрывал, например, переход от зимы к весне, то можно было бы обнаружить другую тенденцию в объеме жидкости, предоставляемой системам выращивания растений.

Фиг. 8Ό подводит итог для результатов, показанных на фиг. 8А-8С. В частности, средний выход, утечка и усвоение даны в литрах для множества систем выращивания растений для каждой из стратегий поливки. Кроме того, процент выхода, который получен растениями (то есть эффективность усвоения) и процент, который потерян (то есть утечка) показаны для каждой стратегии поливки. Мы можем видеть по этим числам, что эффективность усвоения значительно увеличилась при применении предпочтительной стратегии. Кроме того, абсолютная утечка так же, как процент утечки, существенно снизились при применении предпочтительной стратегии. Следовательно, предпочтительная стратегия существенно снизила непроизводительные расходы. Кроме того, меньшее абсолютное усвоение, которое имеет место при применении предпочтительной стратегии, снижает энергетические затраты на испарение и также повышает применимость стратегии в закрытых оранжерейных системах.

Достигнутое изменение содержания воды в плите 1 с применением системы для выращивания растений согласно предпочтительному варианту осуществления было также измерено в еще одном исследовании в течение более длинного временного интервала. Результаты проиллюстрированы на фиг. 9. На фиг. 9 можно заметить, что минимальное содержание воды, составляющее приблизительно 60%, было достигнуто приблизительно через 5 недель с начала исследования. Это минимальное содержание воды, как было обнаружено, обеспечило необходимый генеративный импульс, и уровень содержания воды был впоследствии повышен до приблизительно 70% и оставался в этой области до последующего постепенного снижения, происходившего позже в этом году. Это 10%-ное различие между минимальным и постоянным уровнями, как было обнаружено, обеспечило необходимое направление для растения, и на основании испытания стало понятно, что различие, составляющее 15% или менее, обеспечивает значительные преимущества.

Далее, на фиг. 10 демонстрируются преимущества настоящего изобретения. В частности, было выполнено сравнение системы для выращивания растений, изготовленной в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, и системы для выращивания растений предшествующего уровня техники. Фиг. 10В иллюстрирует вариант осуществления настоящего изобретения, используемый для этого сравнения, в то время как фиг. 10А иллюстрирует систему для выращивания растений согласно предшествующему уровню техники, используемую для сравнения. Системы для выращивания растений применялись для выращивания растений томата. Как можно видеть на чертежах, каждая система содержала единственное дренажное отверстие в одном конце плиты. Система предшествующего уровня техники содержит три отдельных блока, помещенных в верхнюю поверхность плиты, тогда как вариант осуществления изобретения содержит только один блок.

Плита в предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 10В, имеет размеры 450x150x100 мм (длинахширинахвысота), в то время как блок имеет размеры 100x100x65 мм (длинах ширинах высота). Блок расположен на расстоянии 300 мм вдоль плиты от дренажного отверстия (измерено от центра блока), и устройство ирригации представлено для подачи воды и раствора питательных веществ блоку на дальней стороне блока относительно дренажного отверстия.

Плита по предшествующему уровню техники, показанная на фиг. 10А, имеет размеры 1330x195x75 мм (длинаxширинаxвысота), в то время как блоки имеют размеры 100x100x65 мм (длинаxширинаxвысота). Блоки расположены в положениях на расстоянии от 150 до 200 мм, от 650 до 700 мм и от 1100 до 1150 мм вдоль плиты от дренажного отверстия (измерено от центра блока), и устройства ирригации представлены для подачи воды и раствора питательных веществ блокам на дальней стороне блоков относительно дренажного отверстия.

Идентичные новые и обычные стратегии поливки были применены к блокам систем выращивания растений с фиг. 10А и 10В, и были измерены различные характеристики систем. В частности, были измерены содержание воды ЮС) и удельная электропроводность (ЕС), а также распределение этих свойств.

Было обнаружено, что однородность как содержания воды, так и электропроводности улучшается в предпочтительном варианте осуществления по сравнению с технологией предшествующего уровня техники. Например, на фиг. 11 показано изменение измеренного содержания воды и электропроводности

- 15 027947 для предпочтительного варианта осуществления и технологии предшествующего уровня техники в соответствии с предпочтительными и обычными стратегиями поливки. Изменение измерено между верхним слоем и более низким слоем плиты. Как для содержания воды, так и для электропроводности, в соответствии с обеими стратегиями поливки, изменение снижалось при применении предпочтительного варианта осуществления. Используемые значения являются средними изменениями, показанными во время испытания. Сниженное изменение при применении предпочтительного варианта осуществления показывает повышение однородности в пределах плиты.

Сниженное изменение содержания воды имеет конкретное влияние на рост корня. Поскольку предыдущие подходы обычно обеспечивали большее увлажнение нижней области плиты 1, рост корня обычно поддерживался в направлении основания плиты 1. При использовании плиты 1 согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, было обнаружено, что значительно более высокая пропорция роста корня происходит в верхней части плиты. В результате получается более здоровое растение, которым можно, кроме того, точнее управлять, поскольку новая поливка (например, изменение содержания воды или ЕС) достигает корневой зоны быстрее, поскольку она происходит ближе к самому устройству ирригации.

Улучшенное удержание воды, распределение воды и распределение электропроводности (питательных веществ) приводят к улучшению условий роста для растений, растущих в системах выращивания растений. В конечном счете, это приводит к улучшенному урожаю, как проиллюстрировано на фиг.

12.

На фиг. 12 урожай растений красных томатов, достигнутый в предпочтительных вариантах осуществления, показан с точки зрения количества и веса. Значения нормализованы таким образом, что урожай по технологии предшествующего уровня техники дает значение 100. Урожай представлен независимо для среднего по стратегиям поливки и для предпочтительных и обычных стратегий поливки. Как можно видеть, при всех условиях урожай предпочтительного варианта осуществления превосходит урожай предшествующей технологии. Кроме того, следует отметить, что предпочтительный вариант осуществления предлагает специфические преимущества для предпочтительной стратегии, и с точки зрения веса плода и/или произведенных цветов.

Однако преимущества предпочтительного варианта осуществления не ограничены улучшенным урожаем. Возможность использовать в своих интересах предпочтительную стратегию роста также снижает количество воды и питательных веществ, которые должны быть предоставлены системе выращивания растений. Кроме того, повышенное удержание воды означает, что меньше этой жидкости теряется через дренажное отверстие. Расходы снижаются с точки зрения водоснабжения и снабжения питательными веществами и с точки зрения затрат на обработку, требуемых для экологически чистой утилизации или повторного использования сливаемой жидкости. Таким образом, подход, используемый в предпочтительном варианте осуществления, объединяет улучшенный урожай с более низкими затратами. Это достигнуто за счет выявления того, что строгий контроль условий отдельных растений может быть реализован в предпочтительных системах выращивания растения, описанных в настоящем описании.

В дополнение к преимуществам, относящимся к улучшенному удержанию воды, распределению воды и распределению питательных веществ, настоящее изобретение также обеспечивает преимущества с точки зрения эффективности обновления питательных веществ. Эффективность обновления питательных веществ отражает скорость, с которой старые питательные вещества в субстрате могут быть замещены новыми питательными веществами, предоставленными субстрату в растворе. Является предпочтительным, чтобы питательные вещества могли быть обновлены таким образом настолько эффективно, насколько это возможно.

Преимущества настоящего изобретения также наблюдались во время дальнейшего исследования, упомянутого выше в отношении фиг. 9. Приблизительно в течение года для двух предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения применялись стратегии поливки приблизительно в соответствии с показанным на фиг. 9. Первый предпочтительный вариант осуществления содержал предпочтительную гидрофильную связывающую систему без формальдегидов, как описано выше, в то время как второй предпочтительный вариант осуществления использовал альтернативную связывающую систему. Результаты сравнивались с результатами системы для выращивания растений предшествующего уровня техники, такой как показана выше на фиг. 10А. Желаемая стратегия поливки, применяемая к системе предшествующего уровня техники, была такой же, хотя сложность контроля точного содержания воды в этой системе привела к небольшому изменению в измеренном содержании воды в течение периода исследования.

Фиг. 13А и 13В иллюстрируют результаты этого исследования с точки зрения общей достигнутой продукции плодов. На фиг. 13А показана суммарная продукция всех трех систем выращивания растений, и ее развитие в течение периода исследования. На фиг. 13А сплошной линией показаны результаты для системы для выращивания растений по первому предпочтительному варианту осуществления, называемому примером А, использующему предпочтительный связующий компонент, как описано выше, в то время как пунктирной линией показаны результаты для второго предпочтительного варианта осуществления, называемого примером В. Наконец, точечной линией показана продукция, достигнутая с приме- 16 027947 нением системы предшествующего уровня техники, называемой примером С. Фиг. 13В еще больше подчеркивает различия между различными системами, показывая различия для первого предпочтительного варианта осуществления (сплошная линия - пример А) и второго предпочтительного варианта осуществления (пунктирная линия пример В) по сравнению с системой предшествующего уровня техники.

На фиг. 13А и 13В можно заметить, что производительность предпочтительных вариантов осуществления была значительно улучшена по сравнению с производительностью системы предшествующего уровня техники. Кроме того, также очевидны преимущества улучшенной связывающей системы первого предпочтительного варианта осуществления. За 47 недель суммарная продукция на единицу площади для первого предпочтительного варианта осуществления составила 63,5 кг/м², для второго предпочтительного варианта осуществления составила 62,2 кг/м², и для системы предшествующего уровня техники составила 58,0 кг/м².

На фиг. 14 показаны преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения по сравнению с субстратом предшествующего уровня техники (как показано выше на фиг. 10А и 10В) с точки зрения улучшения эффективности обновления питательных веществ. В этом испытании каждой плите первоначально предоставлялся раствор питательных веществ, имеющий ЕС, равную 5. Как только ЕС, равная 5, была установлена в субстрате, субстрат орошался раствором, имеющим ЕС, равную 2. Можно понять, что если раствор в пределах субстрата замещается новым раствором с ЕС, равной 2, то ЕС самого субстрата будет также склоняться к значению 2. Чем больше скорость, с которой это происходит, тем более эффективным является обновление питательных веществ в пределах раствора.

Как можно видеть на фиг. 14, предпочтительный вариант осуществления с фиг. 10В обеспечивает более быстрое изменение ЕС, чем подход предшествующего уровня техники с фиг. 10А. Это демонстрирует улучшенную эффективность обновления питательных веществ в предпочтительном варианте осуществления.

Повышение эффективности обновления питательных веществ предоставляет множество преимуществ. В частности, можно избежать нежелательного накопления питательных веществ в областях субстрата, и уровень питательных веществ может строго контролироваться согласно требованиям для растения.

Дальнейшие преимущества с точки зрения контроля уровней ЕС могут быть реализованы через предпочтительное размещение блока 2 на плите 1. Доказательство этого можно видеть на фиг. 15А и 15В. На каждом чертеже измерения ЕС были проведены на множестве расстояний от дренажного отверстия в одном конце плиты 1 и на множестве высот.

На фиг. 15А блок 2 был помещен в 20 см от дренажного отверстия на блоке длины 50 см. Измерения были проведены на высотах 5,0, 3,75, 2,5 и 1,25 см от основания блока 1. Для каждого расстояния от дренажного отверстия, измерения проиллюстрированы для каждой из этих высот в направлении слева направо на фиг. 15А от самого высокого до самого низкого положения.

На фиг. 15В блок 2 был помещен на расстоянии 25-30 см от дренажного отверстия на блоке длиной 40 см. Измерения были проведены на высотах 6,8, 5,1, 3,4 и 1,7 см от основания блока 1. Для каждого расстояния от дренажного отверстия, измерения проиллюстрированы для каждой из этих высот в направлении слева направо на фиг. 15В от самого высокого до самого низкого положения.

Изменение в уровнях ЕС, как было обнаружено, было значительно больше в примерах, показанных на фиг. 15А, чем в примерах, показанных на фиг. 15В. В частности, стандартное отклонение ЕС, как было обнаружено, составляло приблизительно 0,73 в примере фиг. 15А по сравнению со значительно меньшим стандартным отклонением 0,37 для фиг. 15В. Чертежи иллюстрируют улучшенную однородность как для различных высот, так и для различных расстояний от дренажного отверстия для примера с фиг. 15В, в котором блок помещен на расстоянии, составляющем более 50% длины блока, от дренажного отверстия.

Изменения и модификации вариантов осуществления, описанных выше, будут очевидны квалифицированному специалисту в данной области техники. Такие изменения и модификации могут включать эквивалентные и другие характеристики, которые уже известны и которые могут использоваться вместо, или в дополнение к характеристикам, описанным в настоящем описании.

Характеристики, которые описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, могут быть представлены в комбинации в одном варианте осуществления. И наоборот, характеристики, которые описаны в контексте одного варианта осуществления, могут также быть представлены отдельно или в любой подходящей подкомбинации.

Следует отметить, что термин содержащий не исключает другие элементы или шаги, единственное число не исключает множественного, единственная характеристика может выполнять функции нескольких характеристик, указанных в формуле изобретения, и условные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем формулы изобретения. Также следует отметить, что чертежи не обязательно приведены в масштабе; вместо этого акцент сделан на иллюстрации принципов настоящего изобретения.

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система выращивания растений, содержащая субстрат для выращивания растений, содержащий плиту из искусственных стекловидных волокон (ΜΜΥΡ) и единственный блок ΜΜΥΡ на первой поверхности плиты ΜΜΥΡ;

   устройство ирригации для подачи воды и/или питательных веществ в субстрат для выращивания растений, при этом плита ΜΜΥΡ содержит дренажное отверстие, выполненное с возможностью обеспечения выхода текучей среды из плиты ΜΜΥΡ, при этом дренажное отверстие расположено в области первого конца плиты и размещено на расстоянии от первой поверхности, и при этом устройство ирригации выполнено с возможностью подачи воды и питательных веществ в субстрат в положении подачи, расположенном на расстоянии, составляющем более чем 50% длины плиты, от первого конца, и при этом блок обеспечен в положении подачи или между положением подачи и первым концом плиты.
2. 2. Система выращивания растений по п.1, в которой устройство ирригации выполнено с возможностью подачи воды и/или питательных веществ в субстрат в месте, расположенном на расстоянии, составляющем более чем 60% длины плиты, от первого конца.
3. 3. Система выращивания растений по п.2, в которой устройство ирригации выполнено с возможностью подачи воды и/или питательных веществ в субстрат в месте, расположенном на расстоянии в диапазоне от 60 до 80% длины плиты от первого конца, предпочтительно в диапазоне от 65 до 70%.
4. 4. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой длина плиты находится в диапазоне от 200 до 800 мм.
5. 5. Система выращивания растений по пп.1-3, в которой устройство ирригации выполнено с возможностью подачи воды и/или питательных веществ в субстрат в месте, расположенном на расстоянии по меньшей мере 10 см от второго конца субстрата напротив первого конца.
6. 6. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой дренажное отверстие расположено на второй поверхности субстрата, или смежно с ней, напротив первой поверхности.
7. 7. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой положение подачи расположено на блоке.
8. 8. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой плита ΜΜΥΡ содержит гидрофильную связывающую систему.
9. 9. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой плита ΜΜΥΡ содержит связывающую систему, содержащую органический связующий компонент, выбранный из связующих компонентов, не содержащих формальдегидов.
10. 10. Система выращивания растений по п.9, в которой связующий компонент представляет собой продукт реакции многоосновной карбоновой кислоты или ее ангидрида, амина, предпочтительно алифатического аминоспирта, и сахара, предпочтительно редуцирующего сахара.
11. 11. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащая непроницаемое для жидкости покрытие, окружающее плиту ΜΜΥΡ, при этом дренажное отверстие сформировано первым отверстием в указанном покрытии, и блок ΜΜΥΡ входит в контакт с плитой ΜΜΥΡ через второе отверстие в указанном покрытии.
12. 12. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой плита ΜΜΥΡ содержит первый слой ΜΜΥΡ в контакте со вторым слоем ΜΜΥΡ, при этом первый слой имеет большую плотность, чем второй слой.
13. 13. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой каждый блок имеет объем в диапазоне 50-5000 мл, предпочтительно от 700 до 1800 мл.
14. 14. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой каждый блок имеет высоту от 7 до 12 см, предпочтительно от 8 до 10 см.
15. 15. Система выращивания растений по любому из предшествующих пунктов, в которой каждый блок имеет плотность в диапазоне 30-150 кг/м³.