FI60485C - Foerfarande foer jordfri vaextodling med en i slutet system cirkulerande vaextnaeringsloesning - Google Patents

Description

1η Γο, ... KU ULUTUSJULKAISU s r\ Λ O r 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 604 8 5 C Patentti myönnetty 10 02 1002 (*%a tent meddelat ^ y ^ (51) Kv.ik.3/int.ci.3 A 01 G 31/00 // A 01 G 7/06 SUOMI — FINLAND (21) P*Mn«lh*k«mu$ — PatentansAknlnf 762657 (22) H*k*ml*pllyl — Ansöknln|*daf l6.09.76 (23) Alkuptlvi — Gittljhetsd»* 16.09-76 (41) Tullut luikituksi — Bllvlt oftcntllf 18.03-77 _ ' (44) NShtivSktlptnon |t kuul.)ulkalsun pvm. —

Patent· OCh registerstyrelsen ' ' Antökan utlagd och utl.skriften publlcerad 30.10.8l (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus —Baglrd prioritet 17-09.75

Ruotsi-Sverige(SE) 75103Ö5-3 (71)(72) Ernst Horst Severin Sjöstedt, Bolestad Handelsträdgard, S-260 73 Östra Ljungby, Jim Arthur Nissmo, Repslagarevägen 8, S-2U5 00 Staffanstorp, Ruotsi-Sverige(SE) (7M Oy Kolster Ab (5M Menetelmä kasvien maattomaksi viljelemiseksi suljetussa järjes telmässä kiertävällä kasviravintoliuoksella - Förfarande för jordfri växtodling med en i slutet system cirkulerande växtnärings-lösning

Keksintö koskee menetelmää maattomaksi viljelemiseksi suljetussa järjestelmässä kiertävällä kasviravintoliuoksella, jolloin kulutettu kasviravinto korvataan lisäämällä vaihtoehtoisesti jompaa kumpaa kahdesta väkevöidystä perusravintoliuoksesta riippuen kasviravintoliuoksen mitatuista pH- ja johtavuusarvoista.

On tunnettua, että tämän tyyppisessä maattomassa kasvinviljelyssä voidaan saavuttaa hyvä kasvu ja hyvä tuottavuus ylläpitämällä aina tarkasti säädetty ravintotila kiertävässä kasvira-vintoliuoksessa, jolloin raakavettä ja kasviravintoa syötetään sitä mukaa kuin niitä kulutetaan, samalla kun säilytetään ennalta määrätty tasapaino kasviravintoliuoksen sisältämien ravintoaineiden kesken. Väärä tasapaino käy nopeasti ilmi pienempänä tuotoksena tai suorina sairausoireina kasveissa, minkä vuoksi kasvin-ravintoliuoksen ravintotilan säädölle asetetaan suuret vaatimukset. Tämä säätö tapahtuu lisäämällä koostumukseltaan erilaisia, 2 60485 väkevöityjä perusliuoksia ravintoliuoksen mitattujen pH-väkevyy-den ja johtavuuden arvojen mukaisesti.

Erästä maattoman kasvinviljelyn tapaa ja laitetta on kuvattu ruotsalaisessa patentissa 323 255 ja sen lisäyksessä 331 610. Tätä tapaa on käytetty käytännössä jo kauan viljeltäessä tomaatteja kasvihuoneissa, jolloin käytetyllä ravintoliuoksella oli seu-raava koostumus sisältämiensä makroravintoaineiden osalta: N 100; P 15; K 95; Mg 15; S 10; Ca 30. Lisäksi se sisälsi välttämättömät mikroravintoaineet (hivenaineet), kuten rautaa, mangaania, sinkkiä, booria, kuparia, molybdeenia ja kobolttia.

Typpi oli 80 %:sesti nitraattityppeä ja 20 %:sesti ammonium-typpeä. Jonkin ajan kuluttua kasveissa näkyi selviä merkkejä kaliumin puutteesta - keltaiset reunat lehdissä, huono hedelmälaatu ja siksi kaliumin määrä lisättiin 95:stä 123:een, eli arvoon, joka oli huomattavasti patentin mukaisen arvon ulkopuolella. Tällöin pH-arvo laski jonkin ajan jälkeen ja laski sitten edelleen huolimatta lisätystä kaliummäärästä. Kolmen kuukauden jälkeen oltiin saavutettu pH-arvo 3,6 laboratoriotutkimuksen mukaan (pH-arvoa ei säädetty jatkuvasti tässä käytännön kokeessa), kun ihanteellinen pH-arvo on noin 5,5; pH-arvon on joka tapauksessa oltava yli 4. Kasvit kärsivät nyt suhteellisesta veden puutteesta, mistä seurasi suoranaisia sairausoireita.

Niiden havaintojen perusteella, jotka tehtiin aikaisemmin tunnetun tavan mukaisessa käytännön kokeessa, ehdotetaan keksinnön mukaisesti menetelmää, jolle on tunnusomaista, että perus-liuoksen lisäys suoritetaan riippuen johtavuusarvon laskusta ennalta määrätyn arvon alapuolelle ja että johtavuuden siten määräämään perusliuoksen lisäykseen valitaan jompi kumpi perusliuoksista riippuen mitatusta pH-arvosta siten, että toista perusliuosta, jonka kautta typpi lisätään nitraatin muodossa, lisätään, kun pH-arvo ravintoliuoksessa alittaa ennalta määrätyn arvon pH-arvon kohottamiseksi kasvien ottaman nitraatin kautta, ja toista perus-liuosta, jonka kautta typpi lisätään ammoniumin muodossa, lisätään, kun ravintoliuoksen pH-arvon on ennalta määrätyn arvon yläpuolella pH-arvon laskemiseksi kasvien ottaman ammoniumin kautta.

Keksinnön selventämiseksi kuvataan seuraavassa sen erästä toteutusmuotoa viitaten oheiseen piirustukseen, jossa 3 60485 kuvio 1 esittää kaaviomaisesti laitosta, jolla toteutetaan keksinnön mukainen menetelmä ja kuvio 2 esittää hieman muunnettua muotoa laitoksesta, jolla toteutetaan keksinnön mukainen menetelmä.

Näytetty laitos sisältää ravintoliuoksen säiliön 10, joka on varustettu ulos kulkevalla johdolla 11 ja nestepumpulla 12, jolla ravintoliuos pumputaan säiliöstä kouruihin 11' tai muovikalvosta tehtyihin, litteisiin putkiin tai letkuihin kasvihounees-sa, jolloin kasvit on "istutettu" näihin kouruihin, putkiin tai letkuihin siten, että niiden juurijärjestelmä sijaitsee enemmän tai vähemmän näiden kautta kiertävässä kasviravintoliuoksessa. Kouruissa, putkissa tai letkuissa ei ole maata, mutta ne voidaan varustaa sopivalla aineella, johon ravintoliuos on imetty. Kouruja käytettäessä on nämä mieluiten peitettävä muovikalvolla 13' tms. suoran haihtumisen vähentämiseksi kouruista. Näin ollen kasvien juurijärjestelmä leviää kouruissa, putkissa tai letkuissa ja kasvit ottavat ravintonsa juurijärjestelmän kautta suoraan ravintoliuoksesta. Kouruista se ravintoliuos, jota taimet eivät ole imeneet itseensä - ravintoliuosta syötetään tietenkin hyvin runsaasti - palaa säiliöön paluujohdon 13 kautta. Säiliöön on liitetty putkijohto 14 raakaveden syöttöä varten, jota säädetään magneettiventtiilien 15 avulla. Väkevöidyn ravintoliuoksen eli perusliuoksen syöttöä varten käytetään johtoa 16, jossa on mag-neettiventtiili 17, johon on kaksi tulotietä, nimittäin magneet-tiventtiilillä 19 varustetun johdon 18 kautta säiliöstä 30 ja magneettiventtiilillä 22 varustetun johdon 21 kautta säiliöstä 23. Magneettiventtiilejä 19 ja 22 ohjaa pH-mittari 24, jonka mit-taussondi 25 on pistetty säiliön 10 ravintoliuokseen, ja magneettiventtiile jä 15 ja 17 ohjataan toisaalta johtavuudenmittarilla 26, jonka mittaussondit 27 on myös pistetty säiliön 10 ravinto-liuokseen ja toisaalta uimurin säätämällä uimurikytkimellä 28 ennalta määrätyn nestetason ylläpitämiseksi säiliössä. Lopuksi säiliö on varustettu ylijuoksuaukolla 29 ja yhdellä tai usemmal-la, revitetyllä putki- tai letkujohdolla 39, jotka ulottuvat pitkin säiliön pohjaa ja jotka on liitetty kompressoriin ilman puhaltamiseksi ravintoliuokseen alhaalta ylöspäin, toisaalta ravintoliuoksen hapettamiseksi ja toisaalta pyörteisyyden aikaan- 4 60485 saamiseksi ja ravintoliuoksen hämmentämiseksi, niin että tämä saa yhdenmukaisen väkevyyden ja koostumuksen. Ilman sijasta voidaan puhaltaa sisään hiilidioksidia, niin että kasvit saavat ottaa tämän juurien kautta, muutoin ne ottavat hiilidioksidia lehtien kautta. Voisi myös ajatella sekä ilman että hiilidioksidin tai näiden seoksen puhaltamista.

Keksinnön mukaisesti laitos saa toimia kahdella väkevöi-dyllä perusravintoliuoksella, jotka säilytetään vastaavasti säiliöissä 20 ja 23. Näiden molempien perusliuosten sopiva pH-arvo on noin 5,8, joten molemmat ovat happamia. Seuraavassa ilmoitetaan molempien perusliuosten suhteellinen koostumus:

Astia 20 Astia 23 N 100 100 P 15 15 K 123 123

Ca 32 74

Mg 20 20

Astian 20 perusliuoksessa typpi voi olla seos, jossa on 80 % CalNO^^ ja 20 % NH^NO^, ja astian 23 perusliuoksessa typpi voi olla pelkästään Ca(N0-j)2· Tämä selittää kahden liuoksen kalsiumpitoisuuden välisen eron. Kalsiumpitoisuus, joka on suurempi kuin minkä kasvi voi ottaa itseensä, on ilman muuta hyväksyttävä, koska kasvi ei ota enempää kalsiumia kuin se tarvitsee. Tehdyt kokeet osoittavat, että ylimäärä ei vahingoita kasveja. Kuten nähdään, on kaliumpitoisuus suuri ja huomattavasti suurempi kuin on suositeltu ruotsalaisessa patentissa 323 255, jossa kaliumpitoisuus on rajoitettu 40...100 %:iin typpipitoisuudesta.

Kun kasvit ottavat ravintoliuoksesta CafNO^^/ luovuttavat kasvien juuret OH- ja HCO^-, jotka molemmat vaikuttavat emäksisestä, mikä vaikuttaa pH-arvoa nostavasti. Kun kasvit ottavat NH^NO^, antavat kasvien juuret sitä vastoin pois H-ionin, mikä aiheuttaa ravintoliuoksen pH-arvon alenemisen. Ottamalla selville pH-arvo mittarin 24 avulla ohjataan nyt molempia magneettiventtii-lejä 19 ja 22 niin, että venttiili 19 on avoin muodostaen yhteyden johdon 18 kautta astiasta 20 magneettiventtiiliin 17, kun pH-arvo ylittää ennaltamäärätyn arvon, joka on säiliössä 10 olevan ravintoliuoksen pH-väkevyyden tavoitearvo, kun taas magneettiventtiili 5 60485 21 on avoin pH-mittarista 24 riippuen, kun säiliön 10 ravinto-liuoksen pH-arvo on alhaisempi kuin mainittu, ennaltamäärätty arvo, muodostaen yhteyden astian 23 ja magneettiventtiilin 17 välillä. Jompikumpi yhteys joko astiasta 20 tai astiasta 23 on siis aina avoin magneettiventtiiliin 17, mutta väkevöidyn ravintoliuoksen syöttöä jommastakummasta astiasta ei ohjaa säiliön 10 ravintoliuoksen pH-arvo, vaan sitä ohjaa tämän liuoksen johtavuus; pH-arvo määrää siis sen, mistä astiasta johtavuusarvon mukaan aloitetun perusliuoksen syötön on tapahduttava. Kun säiliössä 10 olevan liuoksen sisältämien ravintosuolojen määrä pienenee, laskee johtavuus, mikä havaitaan johtavuudenmittarilla 25, joka avaa magneettiventtiilin 15 ennaltamäärätyllä arvolla ravinto-liuoksen syöttämiseksi säiliöön. Jos sitä vastoin ravintoaineiden väkevyys ravintoliuoksessa muodostuu liian suureksi, mikä ei ole mahdotonta siinä tapauksessa, että haihtuminen kouruista tai kasveista on suuri, niin havaitun johtavuuden tietyllä, alemmalla arvolla johtavuudenmittari avaa magneettiventtiilin 15 raakaveden syöttämiseksi säiliöön ja siten tässä olevan ravintoliuoksen laimentamiseksi. Raakaveden mukana voidaan syöttää tarpeellinen rik-kimäärä. Mahdollinen liika määrä valuu pois ylijuoksuaukon 29 kautta. Raakaveden syöttö tapahtuu myöskin uimurin säätämästä uimurikytkimestä 28 riippuen, kun nesteen taso säiliössä 10 laskee tietyn arvon alle, niin että säiliössä ylläpidetään aina nesteen tietty korkeus. Jos uimurikytkimestä riippuvaisen täytön yhteydessä ravintoaineiden väkevyys liuoksessa tulee häirityksi, tapahtuu oikean väkevyyden palautus johtavuuden mittarista riippuvaisesti, jolloin pH-mittarin mittaama pH-arvo määrää sen, käytetäänkö astian 20 tai astian 23 perusliuosta lisäyksessä.

Jos nesteen pinta säiliössä 10 laskisi niin alhaiseksi, että johtavuudenmittarin mittaussondit 27 paljastuisivat, niin tämä merkitsisi, että johtavuudenmittari aistii äärettömän vastuksen, mikä vastaa ravintoliuoksen täyttökäskyä astiasta 20 tai 23. Tämä voisi tapahtua, mikäli kierrätysjärjestelmässä syntyy vuoto tai jos raakaveden syöttö keskeytyy. Jos kasveille kierrätetään väkevöity ravintoliuos, voisi tämä olla tuhoisaa ja voisi pilata kaikki kasvit. Tämän vaaran poistamiseksi on uimurikytkin 28 suunniteltu siten, että se vielä alemmalla tasolla kuin se, jolla raa- 6 60485 kaveden lisäys alkaa, saa aikaan magneettiventtiilin 17 sulkemisen, siitä riippumatta vaikka johtavuudenmittari käskisi avata tämän. Uimurikytkimestä magneettiventtiiliin 17 kulkeva ohjaussignaali voittaa siis johtavuudenmittarista 24 tulevan ohjaussignaalin ja sulkee venttiilin 17, niin että väkevöityä ravintoliuosta ei tule enää syötetyksi säiliöön.

Kun kasvit ottavat itseensä CafNO^^ ravintoliuoksesta, niin liuoksen pH-arvo kohoaa, kuten mainittiin, jolloin väkevöidyn ravintoliuoksen lisäys tapahtuu astiasta 20, kun liuoksen väkevyys on laskenut niin paljon, että lisäyksen on tapahduttava ja mikäli pH-arvo laskisi sen seurauksena, että typpipitoisuus pienenee siksi, että kasvit ottavat itseensä NH^NO^, niin johta-vuudenmittarin antaessa lisäyskäskyn tapahtuu sen sijaan lisäys astiasta 23. Kuten mainittiin, ei mahdollinen kalsiumylimäärä ole mitenkään vahingoksi kasveille.

Käytettävissä ravintoliuoksissa on myös oltava hivenaineita. Rauta on eräs tällainen hivenaine, mutta päinvastoin kuin tunnetuissa, maattomassa kasvinviljelyssä käytettävissä ravintoliuoksissa se ei voi olla nitraattia, koska rauta tässä tapauksessa tulisi saostetuksi ravintoliuokseen ja kasvit joutuisivat kärsimään raudan puutteesta. Rauta on sen sijaan lisättävä rautakelaa-tin muodossa. Sama koskee mangaania, joka on lisättävä mangaani-kelaattina.

Säiliössä 10 olevan ravintoliuoksen johtavuuden on oltava alueella 1400...4000^uS/cm ja mieluiten alueella 1600...1800^uS/cm. pH-arvon on oltava alueella 5,7...6,5, mieluiten 5,8 + 0,1.

Keksinnön mukaisen tavan käytännön toteutuksessa on saavutettu kasvien hyvä kasvu ja suuri tuottavuus, monissa tapauksissa jopa kolminkertainen verrattuna tavalliseen viljelyyn maata käyttäen. On osoittautunut, että säätö astioiden 20 ja 23 kahta pe-rusliuosta käyttämällä on vähemmän herkkä kuin säätö, jossa käytetään emäksistä ja hapanta sekä kolmatta, hapanta tai neutraalia liuosta, kuten on ehdotettu aikaisemmin ruotsalaisessa patentissa 331 610. Laitos antaa taimille kasviravintoa tarpeen mukaan niiden kasvua ja hedelmien kasvua varten ilman vaaraa sellaisista häiriöistä kasviravintoliuoksen tasapainossa, että muodostuisi ravinnon puute jossakin suhteessa, joka vahingoittaisi kasveja 7 60485 tilapäisesti tai pysyvästi. Järjestelmä on kokonaisuudessaan automatisoitavissa ja kuten kuvattu toteutusmuoto näytti, siinä voi olla sisäänrakennettu suoja sitä vaaraa vastaan, että raakaveden keskeytynyt syöttö aiheuttaisi vaarallista väkevyyttä ravintoliuoksessa .

Johtavuudenmittari 26, joka saa signaalit mittaussondeil-taan 27, jotka voivat olla hapetettuja platina-elektrodeja, ja joka mieluiten on varustettu termistorilla lämpötilan tasausta varten, on liitetty vahvistimeen 31, jolla voidaan säätää johtavuuden tavoitearvon säiliön 10 ravintoliuosta varten. Se on lisäksi liitetty vahvistimeen 32, joka on liitetty hälytyslaitteeseen 33, joka antaa hälytysmerkin johtavuuden saavuttaessa ennal-tamäärätyn, korkeimman arvon, ja vahvistimeen 34, joka on myös liitetty hälytyslaitteeseen 33 hälytysmerkin antamiseksi johtavuuden saavuttaessa ennaltamäärätyn, alimman arvon. Vahvistin 31 on suunniteltu antamaan käynnistys- ja vast, pysäytyssignaalin sen mukaisesti, esiintyykö johtavuuden vaihtelua säädetystä tavoite-arvosta aikalaitteeseen 35, joka on liitetty pH-mittariin 24. Tämä saa signaalin mittaussondilta 25.

Kuvion 1 magneettiventtiilit 17, 19 ja 22 on tässä tapauksessa korvattu kahdella pumpulla 36 ja 37, jotka on suunniteltu pumppuamaan perusravintoliuosta astiasta 20 ja vast, astiasta 23 säiliöön 10, ja näistä pumpuista toinen käynnistetään, niin että se toimii tiettynä aikavälinä riippuen mitatusta johtavuudesta aikalaitteen 35 kautta. Mitattu pH-arvo määrää kumpi pumppu käynnistetään ja pH-mittari 24 valitsee pumpun.

Uimurikytkyeitä on kaksi 28a ja 28b, joista kytkin 28a on liitetty magneettiventtiiliin 15 sulkeakseen tämän, kun taso on korkein säiliössä 10. Magneettiventtiiliin 15 on myös liitetty vahvistin 32 magneettiventtiilin avaamiseksi silloin, kun johtavuus on saavuttanut ennaltamäärätyn, korkeimman arvon. Uimurikyt-kin 28b on liitetty magneettiventtiiliin 15 tämän avaamiseksi, kun nesteen pinta on ennaltamäärätyllä, alimmalla korkeudella säiliössä 10, ja se on liitetty lisäksi aikalaitteeseen 35 pysäyt-tääkseen samalla käynnissä olevan pumpun 36, 37.

Toiminta on siis periaatteessa sama kuin on kuvattu kuvion 1 yhteydessä.

8 60485

Aikalaite 35 on suunniteltu säätämään ko. pumpun 36 ja vast. 37 toiminnan siten, että pumppu pidetään käynnissä 5...20 sekunnin aikavälien aikana ja näiden välillä se saa olla toimimatta 1...10 minuutin aikana. Aikalaite on varustettu välineillä näiden aikavälien säätämiseksi, jotka sovitetaan järjestelmän koko nestetilavuuden mukaan.

Claims (8)

1. Menetelmä kasvien maattomaksi viljelemiseksi suljetussa järjestelmässä kiertävällä kasviravintoliuoksella, jolloin kulutettu kasviravinto korvataan lisäämällä vaihtoehtoisesti jompaa kumpaa kahdesta väkevöidystä perusravintoliuoksesta riippuen kasviravintoliuoksen mitatuista pH- ja johtavuusarvois-ta, tunnettu siitä, että perusliuoksen lisäys suoritetaan riippuen johtavuusarvon laskusta ennalta määrätyn arvon alapuolelle ja että johtavuuden siten määräämään perusliuoksen lisäykseen valitaan jompi kumpi perusliuoksista riippuen mitatusta pil-arvosta siten, että toista perus liuos ta, jonka kautta typpi lisätään nitraatin muodossa, lisätään, kun pH-arvo ravintoliuoksessa alittaa ennalta määrätyn arvon pH-arvon kohottamiseksi kasvien ottaman nitraatin kautta, ja toista perus liuosta, jonka kautta typpi lisätään ammoniumin muodossa, lisätään, kun ravintoliuoksen pH-arvo on ennalta määrätyn arvon yläpuolella pH-arvon laskemiseksi kasvien ottaman ammoniumin kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kaliumpitoisuus kasviravintoliuoksessa pidetään 100...150 %:ssa, edullisesti noin 125 %:ssa kasviravinto-liuoksen typpipitoisuudesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että molemmat perusliuokset ovat happamia .

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1...3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että typpi lisätään toisen perusliuoksen avulla joka on nitraatin ja ammoniumin seos.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että seos sisältää noin 80 % nitraattia lopun muodostuessa ammoniumista.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nitraatti muodostuu pääosin kal-siumnitraatista.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1...6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasviravintoliuokseen puhalletaan ilmaa.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1...7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasviravintoliuokseen puhalletaan hiilidioksidia.