FI68752C - Saett vid jordfri vaextodling - Google Patents

Description

68752 5.

10 15

TAPA MULLATTOMASSA KASVINVILJELYSSÄ - SÄTT VID JORDFRI VÄXT-ODLING

20 Keksintö koskee tapaa mullattomassa kasvinviljelyssä, jolloin ravinneliuosta johdetaan kasvien juurijärjestelmään.

Kaikessa viljelyssä, sen tapahtuessa maassa tai mullassa tavanomaiseen tapaan tai ravinneliuoksessa, joka johdetaan kasvien juurijärjestelmään, kasvit ottavat negatiivisia ioneja 25 (anioneja) pääasiassa sen energian avulla, joka vapautuu juuri-hengityksessä. Koska happea kuluu normaalissa juurihengitykses-sä, korkealla happipitoisuudella maaperän vedessä tai ravinne-liuoksessa on suuri merkitys annettaessa välttämättömiä ravin-neaineita kasveille. Tässä yhteydessä voidaan viitata artikke- 30 liin H. Marschner: Einfluss der Sauerstoff-Versorgung der Wurzeln auf Mineralstoffaufnahme und Pflanzenwachstum, Kali-Briefe, Fachgebiet 2, 2. Folge: 1-17, 1976.

Yhteyttä juurihengityksen ja negatiivisten ionien oton välillä voidaan usein tarkkailla käytännön kasvinviljelyssä.

35 Jos esim. nuorien tomaatintaimien juuret kärsivät hapen puut- 2 68752 teestä seurauksena liian alhaisesta happipitoisuudesta maaperän vedessä vast, ravinneliuoksessa, vaikeutuu juurihengi-tys ja tällöin ionien otto yleensä ja erityisesti nitraatti-ionien otto. Kasvit tulevat keltaisiksi ja osoittavat selviä 5 typpipuutteen oireita.

Mullattomassa kasvinviljelyssä enemmän huomiota on kiinnitetty juurihengityksen merkitykseen kasvien tuotolle. Viljelmän alussa happea on riittävästi nuorille juurille, ja juuri-hengitys toimii tällöin hyvin, mutta vähitellen, kasvien tul-10 lessa vanhemmiksi, tapahtuu juurikuolemaa tietyssä määrin kasvien uudistaessa juuriaan ja vanhojen kuollessa pois. Nämä kuolleet juuret käyttävät tällöin osan ravinneliuoksessa saatavissa olevasta hapesta; koska näiden kuolleiden juurien hajoaminen kuluttaa happea, niin happipitoisuus ravinneliuokses-15 sa, joka on saatavilla aktiivisille juurille, alenee. Tämä alentunut hapen saanti ravinneliuoksesta voi johtaa siihen, että juurihengitys tulee riittämättömäksi, ja tiettyä tendenssiä juurikuolemaan voidaan tällöin havaita aiheuttaen sen, että lisää kuolleita juuria tulee nyt käyttämään lisää happea 20 ravinneliuoksesta.

On myös tunnettua, että juurien ammoniumionien NH^ otto myötävaikuttaa ravinneliuoksen pH-arvon laskuun sillä perusteella, että juuret tällöin luovuttavat vetyioneja H+. Bakteerit ravinneliuoksessa (typpibakteerit) pelkistävät myös ammoniumia 25 nitraatiksi kuluttaen happea seuraavasti: NH3 -> No” -> NO~ 1 2 1. NH* + 3/2 0_ -> NO” + Ho0 + 2H + 4 2 2 2 30 2. N0~ + 1/2 02 NO” 1 ja 2 antavat yhdessä 35 NH* + 2 02 -> NO~ + H20 + 2H + 3 68752

Kuvatut fysiologiset mekanismit aiheuttavat sen, että viljely joutuu noidankehään, jossa happi, joka ravinneliuok-sen kautta johdetaan kasvien juurijärjestelmään, kuluu toisella tapaa kuin mitä on hyödyksi kasvien ravinteiden otolle.

5 Mullattomassa kasvinviljelyssä, hapen lisäämiseksi ravinneliuokseen, ilmaa on aiemmin puhallettu tähän reijitetyn putki- tai letkujohdon kautta ravinneliuoksen varastosäiliössä käyttäen kompressoria. Tätä on kuvattu, esim. ruotsalaisessa kuulutusjulkaisussa 398436. Tällä tavoin aikaansaatu 10 ravinneliuoksen hapen lisäys ei ole kuitenkaan riittävä antamaan tarvittavaa happea.

Tuntien edellä esitetty, keksinnön tarkoituksena on luoda optimiolosuhteet kasveille mullattomassa kasvinviljelyssä ravinneliuoksen annon yhteydessä huomioiden kasvien 15 juurihengitys ja ravinnonotto ja lisätä tällä kasvien tuottoa.

Tässä tarkoituksessa keksinnön mukaan ehdotetaan patenttivaatimuksessa 1 määriteltyä tapaa, ja keksinnön selventämiseksi erästä sen sovellutusta kuvataan lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 20 kuva 1 on kaaviokuva esittäen laitteistoa kasvien vilje lemiseksi mullattomasti, järjestetty soveltamaan keksinnön mukaista tapaa, kuva 2 on diagrammi, joka esittää liuenneen hapen pitoisuutta ravinneliuoksessa, ja 25 kuva 3 on diagrammi, joka esittää ilman happikaasun vast, puhtaan happikaasun liukoisuutta veteen.

Kuvassa 1 näkyy viljelyalusta 10, johon kuuluu kouru 11, johon kasvit on "istutettu", jolloin kasveja pitää paikallaan juurimöykky vuorivillasta tai vastaavasta inaktiivisesta 30 substraatista, ja niiden juurijärjestelmä on kannen, läpinäkymättömän muovikannen tai sen tapaisen peittämänä, joka suojaa juurijärjestelmää valolta. Kouruun 11 johdetaan ravinneliuos kohdassa 12, ja tämä ravinneliuos juoksee kourun kautta, johon kasvien juurijärjestelmä on levinneenä, johdettavaksi pois 35 kourusta kohdassa 13, josta ravinneliuos voi mennä viemäriin 4 68752 tai voidaan johtaa uudelleen kouruun kohdassa 12 kierrättämällä sitä suljetussa järjestelmässä.

Esillä olevassa tapauksessa oletetaan, että sellainen suljettu järjestelmä on järjestetty, ja kourusta 11 lähtevä 5 ravinneliuos johdetaan varastoliuoksen varastosäiliöön 14.

Tästä ravinneliuos imetään pumpun 15 avulla johdettavaksi hiekkasuotimen 16 kautta hapetuslaitteeseen 17, johon tässä kuuluu astia 18 käsittäen sisäänmenon 19 ravinneliuosta varten yläosassa. Tämä sisäänmeno johtaa astian sisäänmenokammioon 10 20, joka on erotettu astian muusta sisäosasta reijitetyn poi- kittaisseinämän 21 avulla, jossa on suuri joukko aukkoja halkaisijaltaan 4 mm. Poikittaisseinämän tai ritilän 21 alapuolelle on järjestetty injektioaukko 22 hapen johtamiseksi happipullosta 23 ja aivan astian pohjalle on järjestetty poh-15 jalta pois johtava ulosmeno 24. Hapetuslaitteeseen ravinne-liuokseen johdetaan kaasumaista pääasiassa puhdasta happea ja liuotetaan tähän. Ulosmenosta johdetaan hapetuslaitteessa hapella rikastettu ravinneliuos venttiiliin 25 johdettavaksi etukäteen määrätyssä määrin viljelyalastaan 10 ja toisaalta.

20 palautukseen säiliöön 14.

Kuvattu suljettu kierrätysjärjestelmä ravinneliuosta varten käsittää luonnollisesti myös venttiileitä sekä erilaisia ohivirtaus- ja haaraputkia tavanomaiseen tapaan, mutta näitä yksityiskohtia ei ole tässä esitetty. Ravinneliuoksen 25 kokoomusta ja happamuutta voidaan säädellä ruotsalaisessa kuulutusjulkaisussa 398436 mullattoman kasvinviljelyn yhteydessä kuvattuun tapaan.

Kuvassa 2 vaaka-akseli esittää ravinneliuoksen lämpötilaa/^ ja pystyakseli ravinneliuokseen liotetun hapen määrää/ 30 ppm. Vaakasuora viiva A esittää kriittistä rajaa ravinneliuoksen happipitoisuudelle, jonka keksinnön mukaan on todettu olevan noin 4,5 ppm liuennutta happea. Tämän arvon alapuolella tulee juurihengitys riittämättömäksi. Käyrät B ja C kuvaavat alempaa vast, ylempää rajaa kokeellisesti mitatuille happipi-35 toisuuden arvoille tavanomaisen mullattoman kasvinviljelyn 5 68752 yhteydessä, jolloin ainoa hapetus tapahtuu puhaltamalla ilmaa säiliöön yllä kuvattuun tapaan. Käyrä D esittää korkeinta mahdollista happipitoisuuden arvoa, kyllästysarvoa, ilma-puhalluksen yhteydessä.

5 Kuten ilmenee kuvasta 2, ravinneliuoksen kyky pitää happea liuenneena on kääntäen verrannollinen ravinneliuoksen lämpötilaan. Lämpiminä kesäpäivinä voi kierrätettävä ravin-neliuos nopeasti kohota lämpötilaan 26 ä 29°C, ja kuvasta 2 ilmenee, että ravinneliuos voi tällä lämpötilatasolla pitää 10 liuenneena korkeintaan noin 5,5 ppm happea.

Sen vuoksi keksinnön mukaisessa tavassa on erityinen piirre, että lienneen hapen määrä ravinneliuoksessa estetään alittamasta mainittua kriittistä rajaa, ja tässä tarkoituksessa on laitteisto varustettu elimillä liuenneen hapen 15 pitoisuuden havainnoimiseksi ravinneliuoksessa, joka johdetaan kouruun 11, ja happipitoisuuden säätämiseksi kasveille soveliaaseen arvoon.

Näihin elimiin kuuluu tunnetun tyyppinen mittakenno 26 ohituksessa ulosmenosta 24 säiliöön 14 mittaamaan happipitoi-20 suutta ravinneliuoksessa, joka lähtee hapetuslaitteesta 17 johdettavaksi viljelyalustaan 10. Mittakenno 26 on liitetty indikaattori- tai säätölaitteeseen 27, joka indikoi mitattua happipitoisuutta ja on varustettu elimillä happipitoisuuden pitoarvon asettamiseksi. Indikaattori- ja ohjainlaite 27 25 on kytketty solanoidiventtiiliin 28 happikaasupullosta 23 hapetuslaitteeseen 27 johdettavan hapen säätämiseksi, jolloin tämä venttiili avataan sykäyksittäin riippuen hapetuslaitteesta tulevan ravinneliuoksen oloarvosta tämän arvon pitämiseksi etukäteen asetetun pitoarvon mukaisena; poikkeama oloarvon 30 ja pitoarvon välillä aiheuttaa lisääntyneen sykäystiheyden solenoidiventtiilin 28 avautumisessa.

Sen ansiosta, että hapen johtaminen ravinneliuokseen tapahtuu käyttäen hapetuslaitetta 17, joka sisältää uutuuden mullattomassa kasvinviljelyssä ja perustuu sen perusmerkityk-35 sen oivaltamiseen, joka hapen johtamisella kasvien juurijärjes- < 68752 telmään on kasvien kasvulle ja tuotolle, voidaan suurempi, säädetty määrä happea - huomattavasti suurempi määrä kuin mitä aiemmin on tullut kyseeseen - johtaa kierrätettävään ravinneliuokseen liuotettuna happena. Happipitoisuus ravin-5 neliuoksessa tulee luonnollisesti laskemaan ravinneliuoksen kulkiessa kourun 11 kautta, mutta riippumatta suuremmasta tai pienemmästä kourun 11 kautta tapahtuvan läpikulun aikana käytettävän liuotetun hapen määrästä tai ravinneliuoksen korkeammasta tai matalammasta lämpötilasta, aiheuttaa kuvat-10 tu hapetusjärjestelmä sen, että liuotetun hapen pitoisuus ravinneliuoksessa juurijärjestelmässä pysyy arvossa, joka on riittävästi kriittisen arvon 4,5 ppm yläpuolella happi-rikkaan miljöön muodostamiseksi kasvien juurille, joka on välttämätön ioninvaihdolle ja juurihengitykselle, ja tällöin 15 kasvien ravinnonotto voi tapahtua suotuisimmalla tavalla.

Tämän happipitoisuuden ylläpitämiseksi on välttämätöntä, että ravinneliuos, jota johdetaan kouruun 11, omaa huomattavasti korkeamman liuotetun hapen pitoisuuden kuin se, jota voidaan johtaa yksinomaan ilmapuhalluksella. Tässä yhteydessä 20 viitatan kuvaan 3, joka esittää happikaasun liukoisuutta veteen, jolloin vaaka-akseli esittää veden lämpötilaa/°C ja pystyakseli esittää liuotetun hapen määrää/ppm. Käyrä E esittää ilman happikaasun (20,9 % C^) liukoisuutta ja käyrä F puhtaan hapen (100 % O^) liukoisuutta.

25 Se, kuinka suuri happipitoisuuden tulee olla ulosmenossa 24 hapetuslaitteesta 17, riippuu siitä, mikä happipitoisuus on kohdassa 13, jossa happipitoisuus ei saa olla alempi kuin 4,5 ppm. Happipitoisuus kohdassa 13 riippuu monista tekijöistä, esim. ravinneliuoksen lämpötilasta, kasvien juuriaktiviteetista, 30 kasvilajista, viljelyalustan 10 pituudesta, orgaanisen aineen pitoisuudesta ravinneliuoksen sekä ammoniumtypen määrästä ravinneliuoksessa. Ravinneliuokselle, joka lähtee hapetuslaitteesta 17, voidaan esim. lämpötilassa 20°C antaa liuotetun hapen pitoisuus, joka on niin korkea kuin 44 ppm. Myös tässä 35 happipitoisuus vaihtelee luonnollisesti kääntäen verrannolli- 7 68752 sesti ravinneliuoksen lämpötilaan. Kasvien juurijärjestelmän lisääntyvän hapen puutteesta aiheutuva kasvien lisääntyvän hajoamisen noidankehä voidaan tällöin rikkoa tuotannon eduksi.

Hiekkasuotimella 16 on tarkoituksena erottaa partikkelit, 5 jotka seuraavat alustasta 10 lähtevän ravinneliuoksen mukana. Esiintyvät orgaaniset partikkelit, jotka tarttuvat suotimeen, hajoavat nopeammin ravinneliuoksen korkeammassa happipitoisuudessa. Näihin orgaanisiin partikkeleihin sidotut ravinne-aineet palautuvat tällöin järjestelmään.

10 Luonnollisesti hapen lisäyksellä aikaansaadaan myös ravinneliuokseen kuuluvan raakaveden jo alusta lähtien liian alhaisen happipitoisuuden kompensointi.

Kuvattu hapetuslaite on osoittaunut edulliseksi ko. tarkoituksessa’, mutta myös on mahdollista käyttää toisenlaista 15 hapetuslaitetta. Olennaista on, että happea johdetaan ravinne- liuokseen paineenalaisena ja että hapelle annetaan aikaa voimakkaan sekoituksen aikana liueta ravinneliuokseen.

20

Claims (4)

8 68752

1. Tapa mullattomassa kasvinviljelyssä, jolloin kasvien juurijärjestelmään johdetaan ravintoliuosta, tunnettu 5 siitä, että ravintoliuos, ennen johtamista juurijärjestelmään, pumpataan hapetuslaitteen (17) kautta ja jaetaan täällä hienoksi pääasiassa puhtaasta hapesta muodostuvassa ilmakehässä siten, että kuljetettaessa se hapetuslaitteesta juurijärjes-telmään siinä on liuenneen hapen pitoisuus, joka on vähintään 10. ppm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että liuenneen hapen pitoisuutta havainnoidaan hapetus-laitteen (17) jälkeen ja hapen lisäystä hapetuslaitteeseen säädetään riippuen havainnoidusta happipitoisuudesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tapa, tun nettu siitä, että ravinneliuosta kierrätetään suljetussa järjestelmässä käsittäen ravinneliuoksen varastosäiliön (14), jolloin juurijärjestelmästä poistuva ravinneliuos johdetaan varastosäiliöön ja pumpataan sieltä hapetuslaitteeseen (17).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että ravinneliuos johdetaan hapetuslaitteeseen (17) mekaanisen suotimen (16) kautta. 25