WO2021158148A1 - Способ гидропонного выращивания растений, устройство для осуществления способа и плавающая платформа этого устройства - Google Patents

Способ гидропонного выращивания растений, устройство для осуществления способа и плавающая платформа этого устройства Download PDF

Info

Publication number
WO2021158148A1
WO2021158148A1 PCT/RU2021/050027 RU2021050027W WO2021158148A1 WO 2021158148 A1 WO2021158148 A1 WO 2021158148A1 RU 2021050027 W RU2021050027 W RU 2021050027W WO 2021158148 A1 WO2021158148 A1 WO 2021158148A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
floating platform
nutrient solution
air
root system
vertical plane
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050027
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Николай Иванович ТУРКИН
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАСТОПОНИКА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАСТОПОНИКА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАСТОПОНИКА"
Publication of WO2021158148A1 publication Critical patent/WO2021158148A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02—Special apparatus therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Definitions

  • the group of inventions relates to the field of agriculture and, more specifically, to growing plants in a nutrient medium without soil, i.e. hydroponics.
  • the main problem in hydroponic growing of plants is the provision of oxygen to the part of the root system immersed in the nutrient solution. This is due to the fact that the nutrient solution contains a low (9 mg / l) oxygen concentration, in contrast to air (about 300 mg / l).
  • the roots of plants are constantly immersed in a nutrient solution, which is intensively aerated with a compressor (Textier U. Hydroponics for all. - Paris (France): HydroScope, 2013. - 296 p.).
  • the nutrient solution is in a growing vessel, closed with a lid or a floating platform is located instead of a lid, and plants, for example, in pots with a substrate, are placed either on the cover of a growing vessel or on a floating platform.
  • the roots of the plants remain in the nutrient solution, which allows the plant to remain viable for 24 to 30 hours.
  • the method of deep-sea plant cultivation was chosen (RF Patent N ° 2529314 Method of plant cultivation and floating support device // RF Patent N ° 2529314.2015 / Van Der Knap M.K., Nordam K.S.), including the stages in which at least one floating platform is used, capable of supporting the plants afloat and capable of moving in a vertical plane, create a supply of nutrient solution, place the specified floating platform on the supply of nutrient solution so, so that in the initial floating position, at least the lower part of the root system is located in the nutrient solution and the floating platform is periodically moved in the vertical plane by changing the level of the nutrient solution. Moreover, on a floating platform, whole plants with a substrate for the root system and with pots for the substrate are supported and moved.
  • the plants and pots with the substrate are located on a floating platform, and the floating platform is on top of the growing vessel. Moreover, the bottom of the floating platform is located above the bulk of the plant root system.
  • floating platforms the same analogue is used: Patent US N ° 9,807,950 B2
  • Patent US N ° 9,807,950 B2 in the form of panels, capable of moving, at least in a vertical plane.
  • the floating platform taken by us as a prototype (the same analogue is used: RF patent N ° 2529314) has the shape of a panel, capable of moving, at least in a vertical plane, including at least the bottom part, which is made permeable to the nutrient solution and immersed in the nutrient solution, as well as a float part that allows the floating platform to be in its original position on the surface of the nutrient solution.
  • a common disadvantage of the known methods of hydroponic plant cultivation and devices for their implementation in deep-water culture conditions is the low efficiency of plant cultivation.
  • the reasons for the low efficiency of growing plants are as follows:
  • the floating platform should be voluminous to keep the container with the substrate and plant afloat.
  • the technical problem to be solved by the invention is to increase the efficiency of plant cultivation.
  • the objective of this group of inventions is to create a method for hydroponic growing of plants, a device for implementing the method and a floating platform of this device, which make it possible to increase the efficiency of growing plants in a deep-water culture.
  • the problem is solved by the fact that in the method of growing plants, which includes stages in which at least one floating platform is used, capable of supporting the root system of a plant afloat and capable of moving in a vertical plane, a supply of nutrient solution is created, placed on a supply of nutrient solution, the specified floating platform so that in the initial floating position, at least the lower part of the root system is located in the nutrient solution and the floating platform is periodically moved in the vertical plane, according to the invention, only the lower part of the root system is supported on the floating platform and moved in the vertical plane ...
  • At least the lower part of the root system is immersed in the nutrient solution by 1 - 20 mm, preferably 2 - 5 mm.
  • the floating platform is additionally periodically moved in the vertical plane by 5 - 25 mm, mainly 5 - 10 mm due to the lifting and lowering mechanism.
  • air or nutrient solution is pumped into the floating platform, and the removal of air or nutrient solution from the floating platform occurs spontaneously.
  • air injection into the floating platform is combined with air injection for aeration of the nutrient solution, and the injection of the nutrient solution is combined with irrigation.
  • Maintaining and moving in a vertical plane on a floating platform of a whole plant in a pot of substrate is widely known in deep sea cultivation.
  • only the lower part of the root system is supported and moved in the vertical plane.
  • the roots Due to the fact that in the initial position of the floating platform, at least the lower part of the root system is immersed in a thin layer of nutrient solution by 1 - 20 mm, mainly 2 - 5 mm, the roots not only absorb the nutrient solution, but also more efficiently carry out gas exchange with air.
  • placing the lower part of the root system in a thin layer of the nutrient solution facilitates the process of moving them from solution into the air.
  • the floating platform Due to the fact that the floating platform is additionally periodically moved in the vertical plane due to the lifting and lowering mechanism, the roots periodically end up in the air, which improves their gas exchange. Since the floating platform is additionally periodically moved in the vertical plane inside the growing vessel only by 5 - 25 mm, mainly 5 - 10 mm, this does not damage the lower part of the root system as much as possible and does not require additional space in the vertical plane for lifting the roots. ...
  • blowing the nutrient solution with air performs 3 functions: a) aerates the nutrient solution; b) mixes the nutrient solution; c) raises the floating platform above the surface of the nutrient solution for better gas exchange of the lower part of the root system with air.
  • the problem is also solved by the fact that in a device for hydroponic growing of plants containing a growing vessel and at least one floating platform capable of moving in a vertical plane and submerged in the bottom part in a nutrient solution, according to the invention, the growing vessel is closed from above with a lid with one or several holes for securing at least one plant in each hole, and the floating platform is located inside the growing vessel so that at least the bottom of the floating platform is located below the cover and root system of the plant.
  • the device contains a lifting and lowering mechanism for additional movement of the floating platform in the vertical plane.
  • the fixed plant cover has a positive buoyancy.
  • the feature of having a cover on top of the growing vessel with one or more holes for securing at least one plant in each hole, as well as the feature of using a floating platform to keep the plants afloat, are widely known in hydroponic plant cultivation devices. However, in the considered device for hydroponic growing of plants, these features are used together for the first time. Due to the feature that the floating platform is located inside the growing vessel so that at least the bottom of the floating platform is located below the root system of the plant, it becomes possible to maintain the lower part of the root system near the surface of the nutrient solution in a thin layer of nutrient solution, which facilitates gas exchange of the lower parts of the root system.
  • the growing vessel is closed at the top with a lid with one or more holes to secure at least one plant in each hole
  • the weight of the aboveground part of the plant, the weight of the upper part of the root system and the weight of the pot with the substrate (if the latter are used) are kept non-floating platform, and the lid of the growing vessel.
  • the floating platform mainly holds only the lower part of the root system. This makes it possible to reduce the size of the float part of the floating platform.
  • the change in the weight of the aerial part of the plant and the upper part of the roots as it grows and the change in the moisture content of the substrate does not require constant monitoring of the position of the floating platform, since these changes do not affects the floating platform. This simplifies the process of using the device.
  • an unexpected technical effect consisting in a spontaneous or artificial change in the pressure of the root system of plants on the floating platform when changing the amount of nutrient solution in the growing vessel, which allows maintaining a given level of nutrient solution in the floating platform.
  • the device contains a lifting and lowering mechanism for moving the floating platform in a vertical plane
  • the lower part of the root system can be moved above the nutrient solution, which improves gas exchange of the lower part of the root system, or moved deeper into the nutrient solution, which improves the absorption of nutrient solution of the root system.
  • a floating platform having the form of a panel, capable of moving, at least in a vertical plane, including at least a bottom part, which is made permeable to the nutrient solution and immersed in the nutrient solution to a predetermined depth, and a float part allowing the floating platform to be in an initial position on the surface of the nutrient solution, according to the invention, the bottom part of the floating platform is not permeable to the root system, and the surface area of the nutrient solution inside the floating platform, which is in contact with air, is more than 85% of the area, limited by the outer perimeter of the floating platform.
  • the float part is equipped with at least one additional float with a variable carrying capacity, which increases to a predetermined level when air is injected and spontaneously returns to its original state after the air is stopped.
  • an additional float is located below the bottom of the floating platform.
  • the additional float looks like an inverted chattti with an opening for the outlet of incoming air, moreover, when air is pumped into the bowl, the throughput of the opening is 5 to 30 times less than the inlet of air.
  • the floating platform can move freely in the vertical plane, and the lower part of the root system is located at the bottom of the floating platform.
  • the sign of impermeability of the bottom of the floating platform for the root system leads to the location of the lower part of the root systems in a thin nutrient layer near the surface of the nutrient solution, which facilitates gas exchange in the lower part of the root system.
  • the gas exchange between air and nutrient solution is further enhanced due to the fact that the surface area of the nutrient solution inside the floating platform, which is in contact with air, is more than 85% of the area limited by the outer perimeter of the floating platform. This leads to a more intensive gas exchange of the lower part of the root system immersed in the solution, which preserves the active functioning of the root system. This allows you to grow plants for a long time on the supply of nutrient solution.
  • the lifting capacity of the floating platform increases. This allows a wider range of materials to be used for the manufacture of a floating platform.
  • the total area of contact of the nutrient solution and air becomes more than 175% (85% + 90%) of the area limited by the outer perimeter of the floating platform, which enhances their gas exchange.
  • the float part is equipped with at least one additional float with variable load capacity, which increases with air injection, it becomes possible to periodically move the lower part of the root system from the nutrient solution into the air for better gas exchange, and the spontaneous return of the floating platform to its original floating state after the cessation of air injection makes it possible to maintain the viability of plants even in the event of an accident.
  • the additional float looks like an inverted bowl with an opening for the outlet of incoming air, moreover, the speed of air injection into the additional float is 5 - 30 times higher than the air throughput through the opening.
  • the speed of air injection into the additional float is 5 - 30 times higher than the air throughput through the opening.
  • the throughput of the hole is less than 5 times compared to the air intake leads to a noticeable air consumption, and the use of a hole that is too narrow (with a throughput 30 times less than the air intake) can increase the likelihood of clogging the hole.
  • the main one from the point of view of the problem to be solved is the method of hydroponic cultivation of plants, and other inventions are specially designed for the implementation of the main invention.
  • inventions are so interconnected that they form a single inventive concept, i.e. there is a respect for the unity of invention.
  • Fig. 1 shows a sectional view of a floating platform growing vessel
  • Fig. 2 shows a diagram of a cylindrical growing vessel in which the plant is strengthened with a foam cork
  • Fig. 3 shows a variant of the device in which the growing vessel is made in the form of an elongated box
  • Fig. 4 shows a variant of the device in which a common floating platform is used for the cultivation of several plants
  • Fig. 5 shows a variant of the device in which the growing vessel is made in the form of an inverted truncated cone
  • Fig. 6 schematically shows the operation of the floating platform device during periodic flooding of the root system
  • Fig. 7 shows a variant of the device for aeroponic growing of plants with a floating platform
  • Fig. 8 shows a sectional view of a growing vessel with a floating platform, below the bottom, on which an additional float is located;
  • Fig. 9 schematically shows the operation of a variant of the device with an additional float located below the bottom of the floating platform
  • Fig. 10 shows options for connecting a floating platform with an additional float located below the bottom of the floating platform
  • Fig. 11 schematically shows the operation of a variant of the floating platform device when adding nutrient solution by airlift
  • Fig. 12 schematically shows the operation of the device with an additional float, the interior of which is isolated from the nutrient solution.
  • Fig. 1 shows a device for hydroponic cultivation of plants containing a growing vessel 1 with a lid 2, which has an opening 3 for a pot 4 with a substrate 5 and a plant 6.
  • a floating platform 7 In the middle of the growing vessel 1 there is a floating platform 7, which is located with a gap of 1 - 2 mm from side walls of the growing vessel 1 for free movement in the vertical plane.
  • the floating platform 7 has a bottom part 8 with a bottom 9 and a float part 10.
  • the bottom part 8 of the floating platform 7 has holes 11 for inflow / drainage of nutrient solution 12, but impermeable to the root system 13.
  • the holes 11 can be covered with an inert material (not shown in fig. 1), such as nonwoven needle-punched geotextile.
  • the float part 10 in this example consists of a solid foam inert material, for example, extruded polystyrene foam.
  • the float part 10 can be made from other material, as well as a combination of different materials.
  • a compressor not shown in fig. 1
  • a tube 15 for supplying or draining the nutrient solution 12.
  • the device works as follows. In the hole 3 of the cover 2 of the growing vessel 1, the plant 6 is fixed with the help of the pot 4 with the substrate 5 or in another known way, and the floating platform 7 is placed inside the growing vessel 1 below the cover 2. Due to this, the floating platform 7 supports only the lower part of the root system 13, and the upper part of the root system 13, the green part of the plant 6 with the pot 4 and the substrate 5 are held by the lid 2 of the growing vessel 1. This makes it possible to reduce the size of the float part 10 of the floating platform 7, which reduces the consumption of material for the manufacture of the float part 10. The float part 10 makes the floating part floatable platform 7 and protects it from side rolls.
  • a nutrient solution 12 is poured into the growing vessel 1 so that the lower part of the root system 13 is in the nutrient solution 12.
  • the nutrient solution 12 enters the floating platform 7 through the holes 11.
  • the inner surface of the bottom 9 of the floating platform 7 is immersed in the nutrient solution 12 by 1 - 20 mm, mainly 2 - 5 mm. Therefore, the lower part of the root system 13 is in a thin layer of nutrient solution 12, which facilitates gas exchange of the lower part of the root system 13 with air.
  • the contact area of air and the nutrient solution 12 is at least 85% of the area limited by the outer perimeter of the floating platform 7. This allows for a long time to maintain viability and functional activity plants 6 without aeration.
  • the periodic blowing of air through the tube 14 helps to mix the nutrient solution 12 in a growing vessel 1. Therefore, it is preferable for mixing and additional aeration of the nutrient solution 12 periodically (1 to 3 times a day for 2 to 5 minutes) to blow air through the tube 14.
  • the nutrient solution 12 is absorbed by the root system 13 and the floating platform 7 spontaneously descends below.
  • the lower part of the root system 13 descends after the floating platform 7 and therefore the lower part of the root system 13 remains in the nutrient solution 12. Accordingly, when the nutrient solution 12 is added to the growing vessel 1, the floating platform 7 rises up together with the lower part of the root system 13. When This does not damage the upper part of the root system 13 and the green part of the plant 6, since only the lower part of the root system 13 moves.
  • the nutrient solution 12 is added to the growing vessel 1 using the nutrient solution tube 15 as it is consumed. In this case, the amount of nutrient solution 12 in the growing vessel 1 should be sufficient for absorption by the root system 13 before the next addition of nutrient solution 12. After 2 - 3 weeks, the nutrient solution 12 is replaced with a new one. After harvesting, the growing vessel 1 and floating platform 7 are washed and reused.
  • the plant 6 can be fixed in the lid 2 of the growing vessel 1 using a foam rubber plug 26 (fig. 2) or any other known method.
  • the growing vessel 1 can be made in the form of an elongated box, and the floating platform 7 can have floats 10 located along the side walls of the floating platform 7 or between plants 6.
  • the floating platform 7 can be shared (fig. 4). However, in special cases, it is possible to divide the floating platform 7 into separate areas so that the roots do not mix (not shown in fig. 4) or several floating platforms 7 can be used in one growing vessel 1 (not shown in fig. 4).
  • the shape of the floating platform 7 should correspond to the shape of the growing vessel 1. This will reduce the lateral heels of the floating platform 7.
  • the growing vessel 1 is preferably in the form of a cylinder or rectangular parallelepiped. If the shape of the growing vessel 1 has the form, for example, of an inverted truncated cone (fig. 5), then it is preferable to place the floating platform 7 in the section of the pipe 25. In this case, for the passage of the nutrient solution 12, the pipe 25 is not tightly connected to the bottom of the growing vessel 1 and / or has holes at the bottom.
  • Fig. 6 and 7 show that the proposed group of inventions can be used in combination with known methods of growing plants.
  • the floating platform 7 floats up to the stop into the limiting protrusion 23, and the nutrient solution 12 fills the root system 13 to overflow tube 24.
  • part of the nutrient solution 12 located above the tube 22 spontaneously returns to the nutrient solution container (not shown in the diagram) through the tube 22.
  • the lower part of the root system 13 remains in the nutrient solution 12 on a floating platform 7.
  • the lower part of the root system 13 continues to absorb nutrient solution 12 until it is completely absorbed, allowing plant 6 to remain viable for a long time.
  • the arrows show the direction of movement of the nutrient solution.
  • the lower part of the root system 13 is located in a thin layer of nutrient solution 12 on a floating platform 7.
  • the lower part of the root system 13 continues to absorb nutrient solution 12 until nutrient solution 12 is completely absorbed in the growing vessel 1. This allows not only to maintain the viability of plant 6 during for a long time, but also maintains the functional activity of the lower part of the root system 13 at a high level due to the fact that gas exchange occurs more efficiently in a thin layer of nutrient solution 12.
  • the floating platform 7 has an additional float 16, for example, in the form of an inverted chattti located below the bottom 9 of the floating platform 7.
  • the additional float 16 can be made with an adjustable load capacity, for example, by means of a regulating tube 17. The deeper the regulating tube 17 is in the additional float 16, the greater the carrying capacity of the additional float 16.
  • the total carrying capacity of the floating platform 7 allows the bottom 9 of the floating platform 7 to be at a given depth (preferably 2 - 5 mm) in the nutrient solution 12.
  • the gas composition in the additional float 16 is updated. This allows additional aeration of the nutrient solution 12, including in the period between blowdowns. In this case, the carrying capacity of the floating platform 7 does not change, since the excess air is removed through the hollow regulating tube 17.
  • the bottom 9 of the floating platform 7 with the root system 13 is periodically raised above the level of the nutrient solution 12 (fig. 9 b, c) so that the root system 13 is completely in the air.
  • the additional float 16 has a tube 18 with a permanently open hole 19 for venting air.
  • the tube 18 is below the bottom 9 of the floating platform 7, then air is released only to the lower end of the tube 18.
  • the arrows show the direction of air movement.
  • a plate 20, for example, made of polymeric material is placed above them.
  • the location of the holes for the nutrient solution may vary.
  • the upper part of the additional float 16 can correspond to the bottom 9 of the floating platform 7 and then the holes 11 for the nutrient solution 12 are located in the lower part of the side walls of the floating platform 7. If the upper part of the additional float 16 is less than the bottom 9 of the floating platform 7 (fig. 10 b) or below the bottom 9 of the floating platform 7 (fig. 10 c), the holes 11 for the nutrient solution 12 are located on the bottom 9 and / or the side walls of the floating platform 7.
  • the floating platform 7 can be used by adding nutrient solution 12 using an aerial lift.
  • the initial position (fig. 11 a)
  • the lower part of the root system 13 is in the nutrient solution 12 on the floating platform 7.
  • the additional float 16 accumulates air and the floating platform 7 rises up until it stops in the cover 2 of the growing vessel 1.
  • the bottom 9 of the floating platform 7 with the lower part of the root system 13 is in the air without nutrient solution 12, which allows the lower part of the root system to produce intensive gas exchange.
  • the air continues to flow (fig.
  • the nutrient solution 12, displaced from the additional float 16 fills the floating platform 7 and the root system through the holes 11 for the nutrient solution 12 13.
  • air spontaneously escapes from the additional float 16 through the constantly open hole 19 of the air removal tube 18 and the floating platform 7 returns to its original position (fig. 11 a).
  • the arrows show the direction of air movement.
  • the floating platform 7 also spontaneously returns to its original position on the surface of the nutrient solution 12 and the lower part of the root system 13 continues to absorb the nutrient solution 12.
  • the viability of the plant 6 is maintained for a long time until the floating platform 7 is lowered to the bottom of the vegetation vessel 1.
  • the inner space of the additional float 16 is made isolated from the nutrient solution.
  • the air vent 19 (not shown in fig. 12) can be common for several vegetation vessels 1 and be located outside of the growing vessel 1. Arrows indicate the direction of air movement.
  • two or more growing vessels can be connected to the air supply / discharge pipes and the nutrient solution supply / discharge pipes in series or in parallel.
  • the floating platform 7 is made of polymeric material, for example, polypropylene in the form of an open container 20 mm high and the outer diameter is 3 mm less than the inner diameter of the growing vessel 1.
  • the float part 10 of the floating platform 7 is made of extruded polystyrene foam in the form of a ring with an outer diameter, equal to the inner diameter of the floating platform 7, 4 mm thick and height 20 mm.
  • the float part 10 was fixed inside the floating platform 7 above the bottom 9 of the floating platform 7 so that in the working position on the surface of the nutrient solution 12, the bottom 9 of the floating platform 7 was immersed in the nutrient solution 12 by 4 mm.
  • the first irrigation through the tube 15 was carried out 7-10 days after planting, and the last irrigation - 3-4 days before harvesting. After harvesting, the growing vessel 1 and floating platform 7 were washed and reused.
  • the claimed group of inventions can be made from known materials using known means, which indicates compliance with the criterion of patentability "industrial applicability".

Abstract

Группа изобретений относится к способу и устройствам для гидропонного выращивания растений. Способ гидропонного выращивания растений отличается тем, что при глубоководном выращивании растений на плавающей платформе поддерживают и перемещают в вертикальной плоскости только нижнюю часть корневой системы. Устройство содержит, по крайней мере, одну плавающую платформу, расположенную внутри вегетационного сосуда так, чтобы, по крайней мере, донная часть плавающей платформы располагалась ниже корневой системы растения. При этом донная часть плавающей платформы проницаема для питательного раствора, но непроницаема для корневой системы.

Description

СПОСОБ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА И ПЛАВАЮЩАЯ ПЛАТФОРМА ЭТОГО УСТРОЙСТВА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Группа изобретений относятся к области сельского хозяйства и, конкретнее, к выращиванию растений в питательной среде без почвы т.е. гидропонике.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Главной проблемой при гидропонном выращивании растений является обеспечение кислородом погруженной в питательный раствор части корневой системы. Это связано с тем, что в питательном растворе низкая (9 мг/л) концентрация кислорода, в отличие от воздуха (около 300 мг/л).
При выращивании растений в глубоководной культуре корни растений постоянно погружены в питательный раствор, который интенсивно аэрируют с помощью компрессора (Текстье У. Гидропоника для всех. - Paris (France): HydroScope, 2013. - 296 с.). Причем питательный раствор находится в вегетационном сосуде, закрытом крышкой или вместо крышки располагается плавающая платформа, а растения, например, в горшочках с субстратом располагают либо на крышке вегетационного сосуда либо на плавающей платформе. В случае аварийного отключения электричества корни растений остаются в питательном растворе, что позволяет растению сохранять жизнеспособность 24 - 30 часов. При глубоководной культуре возможна также дополнительная аэрация корней в воздухе. Известны способы аэрации корневой системы в воздухе путем периодического поднятия платформы с размещенными на ней растениями выше уровня питательного раствора (Patent US N° 13/192730, 07/28/2011. Hydroponic System // Patent US Ж20 120023821. 02.02.2012 / Kao Chih-Cheng; Патент РФ JST° 201610937/13, 15.03.2016. Установка для гидропонного выращивания растений // Патент РФ N° 167134. 2016. Бюл. N° 35. / Черников А.М.). Причем, при поднятии платформы в верхнее положение происходит извлечение корней из питательного раствора и интенсивный газообмен корней, а при опускании платформы в нижнее положение происходит погружение корневой системы растений в питательный раствор.
В качестве наиболее близкого по технической сущности аналога (прототипа) был выбран способ глубоководного выращивания растений (Патент РФ N° 2529314 Способ выращивания растений и плавающее поддерживающее устройство//Патент РФ N° 2529314. 2015 / Ван Дер Кнап М. К. А., Нордам К. С.), включающий стадии, в которых используют, по крайней мере, одну плавающую платформу, способную поддерживать растения на плаву и способную к перемещению в вертикальной плоскости, создают запас питательного раствора, размещают на запасе питательного раствора указанную плавающую платформу так, чтобы в исходном плавающем положении, по крайней мере, нижняя часть корневой системы располагалась в питательном растворе и плавающую платформу периодически перемещают в вертикальной плоскости за счет изменения уровня питательного раствора. Причем на плавающей платформе поддерживают и перемещают целые растения с субстратом для корневой системы и с горшочками для субстрата.
Известны устройства для гидропонного выращивания растений (Patent US N° 14/706644, 19/11/2014 Interlocking Raft Deep water culture Hydroponics // Patent US N° 9,807,950 B2. 19.05.2016/James P.Day.), в том числе выбранное нами в качестве прототипа (использован тот же аналог: патент РФ N° 2529314), содержащие вегетационный сосуд, по крайней мере, одну плавающую платформу, способную к перемещению в вертикальной плоскости и погруженную донной частью в питательный раствор.
При этом растения и горшочки с субстратом расположены на плавающей платформе, а плавающая платформа находится сверху вегетационного сосуда. Причем донная часть плавающей платформы расположена выше основной массы корневой системы растения. Также известны плавающие платформы (использован тот же аналог: Patent US N° 9,807,950 В2), имеющие форму панели, способные к перемещению, по крайней мере, в вертикальной плоскости. Наиболее близкая по технической сущности, плавающая платформа, принятая нами за прототип (использован тот же аналог: патент РФ N° 2529314) имеет форму панели, способна к перемещению, по крайней мере, в вертикальной плоскости, включающая, по меньшей мере, донную часть, которая выполнена проницаемой для питательного раствора и погружена в питательный раствор, а также поплавковую часть, позволяющую плавающей платформе находиться в исходном положении на поверхности питательного раствора.
Общим недостатком известных способов гидропонного выращивания растений и устройств для их осуществления в условиях глубоководной культуры является низкая эффективность выращивания растений. Причины низкой эффективности выращивания растений следующие:
1. Плавающая платформа должна быть объемной для выдерживания на плаву контейнера с субстратом и растением.
2. Громоздкость плавающей платформы затрудняет ее эксплуатацию и приводит к увеличению необходимой площади для выращивания одного растения, особенно на начальных стадиях роста.
3. Увеличенный расход воды на испарение, энергии на дополнительное перемещение плавающей платформы и материала на изготовление плавающей платформы.
4. Изменение веса надземной части растения и верхней части корней по мере роста и изменение влажности субстрата приводит к изменению нагрузки на плавающую платформу и требует постоянного наблюдения за положением плавающей платформы либо увеличения размеров платформы.
5. Возможно, повреждение надземной части растений и верхней части корневой системы при поднятии/опускании плавающей платформы. 6. Необходимо дополнительное оборудование и дополнительное пространство в вертикальной плоскости, равное длине погруженной в питательный раствор корневой системе для дополнительного поднятия плавающей платформы с растениями в контейнерах. Особенно это затрудняет многоярусное выращивание растений.
7. При отключении электричества или поломки компрессора резко снижается поглощение питательных веществ и через 24 - 30 ч наступает гибель растений.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности выращивания растений.
Задачей данной группы изобретений является создание способа гидропонного выращивания растений, устройства для осуществления способа и плавающей платформы этого устройства, позволяющих повысить эффективность выращивания растений в условиях глубоководной культуры.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ГРУППЫ ИЗОБРЕТЕНИЙ
Поставленная задача решается тем, что в способе выращивания растений, включающем стадии, в которых используют, по крайней мере, одну плавающую платформу, способную поддерживать корневую систему растения на плаву и способную к перемещению в вертикальной плоскости, создают запас питательного раствора, размещают на запасе питательного раствора указанную плавающую платформу так, чтобы в исходном плавающем положении, по крайней мере, нижняя часть корневой системы располагалась в питательном растворе и плавающую платформу периодически перемещают в вертикальной плоскости, согласно изобретению, на плавающей платформе поддерживают и перемещают в вертикальной плоскости только нижнюю часть корневой системы.
Для повышения эффективности способа в исходном состоянии плавающей платформы, по крайней мере, нижняя часть корневой системы погружается в питательный раствор на 1 - 20 мм, преимущественно 2 - 5 мм. Для повышения эффективности способа плавающую платформу дополнительно периодически перемещают в вертикальной плоскости на 5 - 25 мм, преимущественно 5 - 10 мм за счет подъемно-опускающего механизма.
Для повышения эффективности способа для перемещения плавающей платформы в вертикальной плоскости используют нагнетание воздуха или питательного раствора в плавающую платформу, а выведение воздуха или питательного раствора из плавающей платформы происходит самопроизвольно .
Для повышения эффективности способа нагнетание воздуха в плавающую платформу совмещено с нагнетанием воздуха для аэрации питательного раствора, а нагнетание питательного раствора совмещено с поливом.
Поддерживание и перемещение в вертикальной плоскости на плавающей платформе целого растения в горшочке с субстратом широко известно при выращивании способом глубоководной культуры. Однако в предлагаемом способе гидропонного выращивания растений впервые поддерживается и перемещается в вертикальной плоскости только нижняя часть корневой системы.
Благодаря тому признаку, что на плавающей платформе поддерживают только нижнюю часть корневой системы, это позволяет уменьшить расход материала на изготовление поплавковой части плавающей платформы. Благодаря признаку перемещения в вертикальной плоскости преимущественно только нижней части корневой системы тратится меньше энергии. При этом совокупность существенных признаков способа ведет к достижению неочевидных технических эффектов, заключающихся в увеличении площади соприкосновения питательного раствора с воздухом, что улучшает их газообмен и в увеличении площади для распределения нижней части корневой системы в питательном растворе, а также в предохранении от повреждения зеленой части растения и верхней части корней, поскольку они не перемещаются. Таким образом эти признаки совместно с другими признаками позволяют получить заявленный технический результат - повышение эффективности выращивания растений, следовательно, изобретение удовлетворяет условию изобретательского уровня.
Благодаря тому, что в исходном положении плавающей платформы, по крайней мере, нижняя часть корневой системы погружается в тонкий слой питательного раствора на 1 - 20 мм, преимущественно 2 - 5 мм, корни не только поглощают питательный раствор, но и более эффективно осуществляют газообмен с воздухом. Кроме того расположение нижней части корневой системы в тонком слое питательного раствора облегчает процесс их перемещения из раствора в воздух.
Благодаря тому, что плавающую платформу дополнительно периодически перемещают в вертикальной плоскости за счет подъемно - опускающего механизма корни периодически оказываются в воздухе, что улучшает их газообмен. Поскольку, плавающую платформу дополнительно периодически перемещают в вертикальной плоскости внутри вегетационного сосуда только на 5 - 25 мм, преимущественно 5 - 10 мм, то при этом не происходит повреждения нижней части корневой системы насколько это возможно и не требуется дополнительного пространства в вертикальной плоскости для подъема корней.
Благодаря тому, что для перемещения плавающей платформы в вертикальной плоскости используют нагнетание воздуха или питательного раствора в плавающую платформу, а выведение воздуха или питательного раствора из плавающей платформы происходит самопроизвольно, плавающая платформа даже при аварии (отключении электричества или поломки компрессора) возвращается в исходное плавающее положение и нижняя часть корневой системы снова оказывается в питательном растворе. Это позволяет сохранять жизнеспособность растений длительный период (до полного поглощения питательного раствора). Благодаря тому, что нагнетание воздуха в плавающую платформу совмещено с нагнетанием воздуха для аэрации питательного раствора, а нагнетание питательного раствора совмещено с поливом, упрощается подъем и опускание плавающей платформы и экономится электроэнергия на процесс подъема плавающей платформы. Таким образом, продувка воздухом питательного раствора выполняет 3 функции: а) аэрирует питательный раствор; б) перемешивает питательный раствор; в) поднимает плавающую платформу выше поверхности питательного раствора для лучшего газообмена нижней части корневой системы с воздухом.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для гидропонного выращивания растений содержащем вегетационный сосуд и, по крайней мере, одну плавающую платформу, способную к перемещению в вертикальной плоскости и погруженную донной частью в питательный раствор, согласно изобретению, вегетационный сосуд закрыт сверху крышкой с одним или несколькими отверстиями для закрепления, по крайней мере, одного растения в каждом отверстии, а плавающая платформа расположена внутри вегетационного сосуда так, чтобы, по крайней мере, донная часть плавающей платформы располагалась ниже крышки и корневой системы растения.
Для повышения эффективности выращивания растений устройство содержит подъемно-опускающий механизм для дополнительного перемещения плавающей платформы в вертикальной плоскости.
Для повышения эффективности выращивания растений крышка с закрепленными растениями обладает положительной плавучестью.
У известных устройств для глубоководной культуры наличие крышки у вегетационного сосуда с закрепленными растениями позволяет снизить испарение воды по сравнению с известными устройствами с плавающей платформой. В рассматриваемом устройстве авторами отмечается существенное сокращение испарения воды не только по сравнению с известными устройствами с плавающей платформой, но и с известными устройствами с крышкой без плавающей платформы. Причина этого в том, что при использовании в одном устройстве крышки с закрепленными растениями и плавающей платформы не требуется интенсивная продувка питательного раствора. Таким образом, возникает технический эффект - уменьшение испарения воды. Кроме того возникает дополнительный технический эффект - уменьшение шума при работе устройства.
Признак наличия сверху вегетационного сосуда крышки с одним или несколькими отверстиями для закрепления, по крайней мере, одного растения в каждом отверстии, а также признак использования плавающей платформы для поддержания на плаву растений широко известны в устройствах для гидропонного выращивания растений. Однако в рассматриваемом устройстве для гидропонного выращивания растений эти признаки впервые используются совместно. Благодаря тому признаку, что плавающая платформа расположена внутри вегетационного сосуда так, чтобы, по крайней мере, донная часть плавающей платформы располагается ниже корневой системы растения, становится возможным поддерживать нижнюю часть корневой системы около поверхности питательного раствора в тонком слое питательного раствора, что облегчает газообмен нижней части корневой системы.
Благодаря тому, что вегетационный сосуд закрыт сверху крышкой с одним или несколькими отверстиями для закрепления, по крайней мере, одного растения в каждом отверстии, вес надземной части растения, вес верхней части корневой системы и вес горшочка с субстратом (если последние используются) удерживаются не плавающей платформой, а крышкой вегетационного сосуда. А плавающая платформа удерживает преимущественно только нижнюю часть корневой системы. Это позволяет уменьшить размер поплавковой части плавающей платформы. Кроме того изменение веса надземной части растения и верхней части корней по мере роста и изменение влажности субстрата не требует постоянного наблюдения за положением плавающей платформы, поскольку эти изменения не оказывает влияния на плавающую платформу. Это упрощает процесс эксплуатации устройства.
При этом неожиданно оказалось, что давление нижней части корневой системы на плавающую платформу резко падает при увеличении расстояния от плавающей платформы до стебля. Это позволяет самопроизвольно уменьшать давление корневой системы на плавающую платформу по мере опускания плавающей платформы вследствие поглощения растением воды из питательного раствора. Также возможно регулировать давление нижней части корней на плавающую платформу за счет добавления или частичного слива питательного раствора из вегетационного сосуда.
Таким образом, достигается неожиданный технический эффект, заключающийся в самопроизвольном или искусственном изменении давления корневой системы растений на плавающую платформу при изменении количества питательного раствора в вегетационном сосуде, что позволяет поддерживать заданный уровень питательного раствора в плавающей платформе.
Эти признаки совместно с другими признаками позволяют получить заявленный технический результат: повышение эффективности выращивания растений в условиях глубоководной культуры. Следовательно, изобретение удовлетворяет условию изобретательского уровня.
Благодаря тому, что устройство содержит подъемно -опускающий механизм для перемещения плавающей платформы в вертикальной плоскости, нижняя часть корневой системы может быть перемещена выше питательного раствора, что улучшает газообмен нижней части корневой системы, или перемещена глубже в питательный раствор, что улучшает поглощение питательного раствора корневой системой.
Благодаря тому, что крышка с закрепленными растениями обладает положительной плавучестью становится возможным располагать нижнюю часть корневой системы на заданном расстоянии от надземной (зеленой) части растения. Поставленная задача решается также тем, что плавающая платформа, имеющая форму панели, способная к перемещению, по крайней мере, в вертикальной плоскости, включающая, по меньшей мере, донную часть, которая выполнена проницаемой для питательного раствора и погружена в питательный раствор на заданную глубину, и поплавковую часть, позволяющую плавающей платформе находиться в исходном положении на поверхности питательного раствора, согласно изобретению, донная часть плавающей платформы не проницаема для корневой системы, а площадь поверхности питательного раствора внутри плавающей платформы, которая соприкасается с воздухом, составляет более 85% от площади, ограниченной наружным периметром плавающей платформы.
Для повышения эффективности выращивания растений поплавковая часть снабжена, по крайней мере, одним дополнительным поплавком с переменной грузоподъемностью, которая увеличивается до заданного уровня при нагнетании воздуха и самопроизвольно возвращается в исходное состояние после прекращения нагнетания воздуха.
Для повышения эффективности выращивания растений дополнительный поплавок расположен ниже донной части плавающей платформы.
Для повышения эффективности выращивания растений дополнительный поплавок имеет вид перевернутой чаттти с отверстием для выхода поступающего воздуха, причем, при нагнетании воздуха в чашу пропускная способность отверстия в 5 - 30 раз меньше, чем поступление воздуха.
Благодаря признаку, что донная часть плавающей платформы не проницаема для корневой системы, плавающая платформа может беспрепятственно перемещаться в вертикальной плоскости, а нижняя часть корневой системы располагается в донной части плавающей платформы.
Признак непроницаемости донной части плавающей платформы для корневой системы приводит к расположению нижней части корневой системы в тонком питательном слое около поверхности питательного раствора, что облегчает газообмен нижней части корневой системы. Еще больше усиливается газообмен между воздухом и питательным раствором благодаря тому, что площадь поверхности питательного раствора внутри плавающей платформы, которая соприкасается с воздухом, составляет более 85% от площади, ограниченной наружным периметром плавающей платформы. Это приводит к более интенсивному газообмену погруженной в раствор нижней части корневой системы, что сохраняет активное функционирование корневой системы. Это позволяет длительное время выращивать растения на запасе питательного раствора. То есть, достигается неочевидный технический эффект, заключающийся в длительном сохранении жизнеспособности растений при отсутствии искусственной аэрации. Таким образом, эти признаки совместно с другими признаками позволяют получить заявленный технический результат: повышение эффективности выращивания растений. Следовательно, изобретение удовлетворяет условию изобретательского уровня.
Благодаря тому, что поплавковая часть снабжена, по крайней мере, одним дополнительным поплавком, который расположен ниже донной части плавающей платформы, увеличивается грузоподъемность плавающей платформы. Это позволяет использовать для изготовления плавающей платформы более широкий спектр материалов. При этом неожиданно для такого дополнения появляется технический эффект: усиление газообмена питательного раствора. Это происходит за счет увеличения площади соприкосновения питательного раствора и воздуха еще, не менее чем на 90% от площади, ограниченной наружным периметром плавающей платформы. Таким образом, суммарная площадь соприкосновения питательного раствора и воздуха становится более 175% (85% + 90%) от площади, ограниченной наружным периметром плавающей платформы, что усиливает их газообмен.
Благодаря тому, что поплавковая часть снабжена, по крайней мере, одним дополнительным поплавком с переменной грузоподъемностью, которая увеличивается при нагнетании воздуха, появляется возможность периодически перемещать нижнюю часть корневой системы из питательного раствора в воздух для лучшего газообмена, а самопроизвольное возвращение плавающей платформы в исходное плавающее состояние после прекращения нагнетания воздуха позволяет сохранить жизнеспособность растений даже в случае аварии.
Благодаря тому, что дополнительный поплавок имеет вид перевернутой чаши с отверстием для выхода поступающего воздуха, Причем, скорость нагнетания воздуха в дополнительный поплавок в 5 - 30 раз больше, чем пропускная способность воздуха через отверстие. При нагнетании воздуха увеличивается количество воздуха в дополнительном поплавке, а при прекращении нагнетания воздуха лишний воздух самопроизвольно выходит через указанное отверстие из плавающей платформы. При этом пропускная способность отверстия менее чем в 5 раз по сравнению с поступлением воздуха приводит к заметному расходу воздуха, а использование слишком узкого отверстия (с пропускной способностью в 30 раз меньшей, чем поступление воздуха) может увеличить вероятность засорения отверстия.
В заявляемой группе изобретений главным с точки зрения решаемой задачи является способ гидропонного выращивания растений, а другие изобретения специально предназначены для осуществления главного изобретения. Таким образом, изобретения настолько связаны между собой, что образуют единый изобретательский замысел, т.е. имеет место соблюдение единства изобретения.
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ОТ ИЗОБРЕТЕНИЙ
Использование при гидропонном выращивании растений в условиях глубоководной культуры заявляемых способа и устройств позволяет повысить эффективность выращивания растений, что выражается в следующем:
1) уменьшении материала на изготовление плавающей платформы; 2) сокращении испарения воды;
3) уменьшении шума от работы устройства;
4) сокращении частоты и длительности периодов аэрации;
5) экономии электроэнергии;
6) при авариях (отключении электричества или поломки компрессора) растения не только сохраняют жизнеспособность до полного поглощения питательного раствора (более 1 - 2 недели), но и продолжают нормально расти и развиваться;
7) экономии пространства в вертикальной плоскости при многоярусном выращивании растений;
8) не происходит повреждения зеленой части растения и верхней части корневой системы при перемещении плавающей платформы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет описано ниже более подробно со ссылкой на примерный вариант выполнения, иллюстрированный на чертежах, где:
Fig. 1 показывает разрез вегетационного сосуда с плавающей платформой;
Fig. 2 показана схема цилиндрического вегетационного сосуда, в котором растение укреплено с помощью поролоновой пробки;
Fig. 3 показывает вариант устройства, в котором вегетационный сосуд выполнен в виде удлиненного короба;
Fig. 4 показывает вариант устройства, в котором при выращивании нескольких растений используется общая плавающая платформа;
Fig. 5 показывает вариант устройства, в котором вегетационный сосуд выполнен в виде перевернутого усеченного конуса;
Fig. 6 схематически показывает работу устройства с плавающей платформой при периодическом затоплении корневой системы;
Fig. 7 показывает вариант устройства при аэропонном выращивании растений с плавающей платформой; Fig. 8 показан разрез вегетационного сосуда с плавающей платформой, ниже дна, которой расположен дополнительный поплавок;
Fig. 9 схематически показывает работу варианта устройства с дополнительным поплавком, расположенным ниже дна плавающей платформы;
Fig. 10 показывает варианты соединения плавающей платформы с дополнительным поплавком, расположенным ниже дна плавающей платформы;
Fig. 11 схематически показывает работу варианта устройства с плавающей платформой при добавлении питательного раствора с помощью аэролифта;
Fig. 12 схематически показывает работу устройства с дополнительным поплавком, внутреннее пространство которого выполнено изолированным от питательного раствора.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ
На fig. 1 показано устройство, для гидропонного выращивания растений содержащее вегетационный сосуд 1 с крышкой 2, которая имеет отверстие 3 для горшочка 4 с субстратом 5 и растением 6. В средней части вегетационного сосуда 1 находится плавающая платформа 7, которая расположена с зазором 1 - 2 мм от боковых стенок вегетационного сосуда 1 для свободного перемещения в вертикальной плоскости. Плавающая платформа 7 имеет донную часть 8 с дном 9 и поплавковую часть 10. При этом донная часть 8 плавающей платформы 7 имеет отверстия 11 для поступления/слива питательного раствора 12, но не проницаемые для корневой системы 13. Для этого отверстия 11 могут быть покрыты инертным материалом (не показано на fig. 1), например, нетканным иглопробивным геотекстилем.
Поплавковая часть 10 в данном примере состоит из твердого вспененного инертного материала, например, экструдированного пенополистирола. Однако поплавковую часть 10 можно изготавливать из другого материала, а также из комбинации различных материалов. В нижней части вегетационного сосуда 1 расположена трубка для подачи воздуха 14, соединенная с компрессором (не показан на fig. 1), а также трубка 15 для подачи или слива питательного раствора 12.
Устройство работает следующим образом. В отверстие 3 крышки 2 вегетационного сосуда 1 закрепляется растение 6 с помощью горшочка 4 с субстратом 5 или другим известным способом, а плавающую платформу 7 располагают внутри вегетационного сосуда 1 ниже крышки 2. Благодаря этому плавающая платформа 7 поддерживает только нижнюю часть корневой системы 13, а верхняя часть корневой системы 13, зеленая часть растения 6 с горшочком 4 и субстратом 5 удерживаются крышкой 2 вегетационного сосуда 1. Это позволяет уменьшить размер поплавковой части 10 плавающей платформы 7, что сокращает расход материала на изготовление поплавковой части 10. Поплавковая часть 10 придает плавучесть плавающей платформе 7 и предохраняет ее от боковых кренов.
С помощью трубки 15 в вегетационный сосуд 1 заливается питательный раствор 12 так, чтобы нижняя часть корневой системы 13 находилась в питательном растворе 12. Питательный раствор 12 поступает в плавающую платформу 7 через отверстия 11. При этом внутренняя поверхность дна 9 плавающей платформы 7 погружается в питательный раствор 12 на 1 - 20 мм, преимущественно 2 - 5 мм. Поэтому, нижняя часть корневой системы 13 находится в тонком слое питательного раствора 12, что облегчает газообмен нижней части корневой системы 13 с воздухом. Также облегчению газообмена питательного раствора 12 с воздухом способствует то, что в донной части 8 плавающей платформы 7 площадь соприкосновения воздуха и питательного раствора 12 составляет не менее 85% от площади, ограниченной наружным периметром плавающей платформы 7. Это позволяет длительное время сохранять жизнеспособность и функциональную активность растения 6 без аэрации. В тоже время периодическая продувка воздуха через трубку 14 способствует перемешиванию питательного раствора 12 в вегетационном сосуде 1. Поэтому предпочтительно для перемешивания и дополнительной аэрации питательного раствора 12 периодически (1 - 3 раза в сутки по 2 - 5 мин) проводить продувку воздухом через трубку 14.
По мере роста растения питательный раствор 12 поглощается корневой системой 13 и плавающая платформа 7 самопроизвольно опускается ниже. При этом нижняя часть корневой системы 13 опускается вслед за плавающей платформой 7 и поэтому нижняя часть корневой системы 13 остается в питательном растворе 12. Соответственно при добавлении питательного раствора 12 в вегетационный сосуд 1 плавающая платформа 7 поднимается вверх вместе с нижней частью корневой системы 13. При этом не происходит повреждения верхней части корневой системы 13 и зеленой части растения 6, поскольку перемещается только нижняя часть корневой системы 13.
Питательный раствор 12 добавляют в вегетационный сосуд 1 помощью трубки 15 для питательного раствора по мере его расходования. При этом количество питательного раствора 12 в вегетационном сосуде 1 должно быть достаточным для поглощения корневой системой 13 до следующего добавления питательного раствора 12. Через 2 - 3 недели питательный раствор 12 заменяют на новый. После сбора урожая вегетационный сосуд 1 и плавающая платформа 7 промывается и используется повторно.
В частном случае растение 6 может быть закреплено в крышке 2 вегетационного сосуда 1 с помощью поролоновой пробки 26 (fig. 2) или любым другим известным способом.
В частном случае (fig. 3) вегетационный сосуд 1 может быть выполнен в виде удлиненного короба, а плавающая платформа 7 иметь поплавки 10, расположенные вдоль боковых стенок плавающей платформы 7 или между растениями 6.
При выращивании нескольких растений 6 в одном вегетационном сосуде 1 плавающая платформа 7 может быть общей (fig. 4). Однако в частных случаях возможно разделение плавающей платформы 7 на отдельные участки, чтобы корни не смешивались (не показано на fig. 4) или можно использовать несколько плавающих платформ 7 в одном вегетационном сосуде 1 (не показано на fig. 4).
Предпочтительно форма плавающей платформы 7 должна соответствовать форме вегетационного сосуда 1. Это уменьшит боковые крены плавающей платформы 7. А вегетационный сосуд 1 предпочтительно имеет форму цилиндра или прямоугольного параллелепипеда. Если форма вегетационного сосуда 1 имеет вид, например, перевернутого усеченного конуса (fig. 5), то предпочтительно плавающую платформу 7 помещать в отрезок трубы 25. При этом для прохождения питательного раствора 12 труба 25 не соединяется герметично с дном вегетационного сосуда 1 и/или имеет отверстия в нижней части.
На fig. 6 и 7 показано, что предлагаемая группа изобретений может быть использована в сочетании с известными способами выращивания растений. При выращивании растения 6 с помощью периодического затопления корневой системы (прилив - отлив) во время полива (fig. 6 а) через трубку 22 или трубку 15 плавающая платформа 7 всплывает до упора в ограничительный выступ 23, а питательный раствор 12 заливает корневую систему 13 до трубки от переливов 24. После прекращения полива (fig. 6 b) часть питательного раствора 12, расположенная выше трубки 22 самопроизвольно возвращается в емкость для питательного раствора (не показана на схеме) через трубку 22. При этом нижняя часть корневой системы 13 остается в питательном растворе 12 на плавающей платформе 7. В случае аварийного отключения электричества (fig. 6 с) нижняя часть корневой системы 13 продолжает поглощать питательный раствор 12 до его полного поглощения, позволяя растению 6 длительное время оставаться жизнеспособным. Стрелками показано направление перемещения питательного раствора.
Аналогично происходит при аэропонном или аэро- гидропонном выращивании растений (fig. 7) нижняя часть корневой системы 13 находится в тонком слое питательного раствора 12 на плавающей платформе 7. При аварийном отключении электричества или поломке форсунки 21 нижняя часть корневой системы 13 продолжает поглощать питательный раствор 12 до полного поглощения питательного раствора 12 в вегетационном сосуде 1. Это позволяет не только сохранять жизнеспособность растения 6 в течении длительного времени, но и поддерживает функциональную активность нижней части корневой системы 13 на высоком уровне благодаря тому, что в тонком слое питательного раствора 12 газообмен происходит более эффективно.
В частном случае (fig. 8) плавающая платформа 7 имеет дополнительный поплавок 16, например, в виде перевернутой чаттти, расположенной ниже дна 9 плавающей платформы 7. Предпочтительно дополнительный поплавок 16 может быть выполнен с регулируемой грузоподъемностью, например, за счет регуляторной трубки 17. Чем глубже находится регуляторная трубка 17 в дополнительном поплавке 16, тем больше грузоподъемность у дополнительного поплавка 16. При этом общая грузоподъемность плавающей платформы 7 позволяет находиться дну 9 плавающей платформы 7 на заданной глубине (предпочтительно 2 - 5 мм) в питательном растворе 12. При поступлении воздуха через трубку подачи воздуха 14 газовый состав в дополнительном поплавке 16 обновляется. Это позволяет дополнительно аэрировать питательный раствор 12, в том числе в период между продувками. При этом грузоподъемность плавающей платформы 7 не меняется, поскольку избыток воздуха удаляется через полую регуляторную трубку 17.
В частном случае, например, при выращивании растений (fig. 9), требовательных к высокому содержанию кислорода в зоне корневой системы 13, дно 9 плавающей платформы 7 с корневой системой 13 периодически поднимают выше уровня питательного раствора 12 (fig. 9 b, с), чтобы корневая система 13 полностью оказывалась в воздухе. При этом предпочтительно, чтобы возвращение плавающей платформы 7 в исходное положение (fig. 9 а) происходило самопроизвольно. Для этого дополнительный поплавок 16 имеет трубку 18 с постоянно открытым отверстием 19 для сброса воздуха. Причем если трубка 18 находится ниже дна 9 плавающей платформы 7, то сброс воздуха происходит, только до нижнего торца трубки 18. Стрелками показано направление перемещения воздуха. Чтобы ограничить проникновение корней в регуляторную трубку 17 и трубку 18 над ними располагают пластинку 20, например, из полимерного материала.
В зависимости от размеров и формы дополнительного поплавка расположение отверстий для питательного раствора может меняться. В частном случае (fig. 10 а) верхняя часть дополнительного поплавка 16 может соответствовать дну 9 плавающей платформы 7 и тогда отверстия 11 для питательного раствора 12 располагаются в нижней части боковых стенок плавающей платформы 7. Если верхняя часть дополнительного поплавка 16 меньше дна 9 плавающей платформы 7 (fig. 10 b) или ниже дна 9 плавающей платформы 7 (fig. 10 с), то отверстия 11 для питательного раствора 12 располагаются на дне 9 и/или боковых стенках плавающей платформы 7.
В частном случае (fig. 11) плавающая платформа 7 может быть использована при добавлении питательного раствора 12 с помощью аэролифта. В исходном положении (fig. 11 а) нижняя часть корневой системы 13 находится в питательном растворе 12 на плавающей платформе 7. При подаче воздуха (fig. 11 b) через трубку для подачи воздуха 14 в дополнительном поплавке 16 накапливается воздух и плавающая платформа 7 поднимается вверх до упора в крышку 2 вегетационного сосуда 1. При этом дно 9 плавающей платформы 7 с нижней частью корневой системы 13 оказывается в воздухе без питательного раствора 12, что позволяет нижней части корневой системы производить интенсивный газообмен. При продолжении подачи воздуха (fig. 11 с) питательный раствор 12, вытесненный из дополнительного поплавка 16, заполняет через отверстия 11 для питательного раствора 12 плавающую платформу 7 и корневую систему 13. После прекращения подачи воздуха происходит самопроизвольный выход воздуха из дополнительного поплавка 16 через постоянно открытое отверстие 19 трубки для удаления воздуха 18 и плавающая платформа 7 возвращается в исходное положение (fig. 11 а). Стрелками показано направление перемещения воздуха. При аварийном отключении электричества на любой стадии плавающая платформа 7 также самопроизвольно возвращается в исходное положение на поверхность питательного раствора 12 и нижняя часть корневой системы 13 продолжает поглощать питательный раствор 12. Таким образом, длительное время сохраняется жизнеспособность растения 6 до опускания плавающей платформы 7 до дна вегетационного сосуда 1.
В частном случае (fig. 12) внутреннее пространство дополнительного поплавка 16 выполнено изолированным от питательного раствора. При этом отверстие для сброса воздуха 19 (не показано на fig. 12) может быть общим для нескольких вегетационных сосудов 1 и располагаться снаружи от вегетационного сосуда 1. Стрелками показано направление перемещения воздуха.
В частных случаях два или более вегетационных сосудов могут быть соединены с трубками подачи/отведения воздуха и трубками подачи/отведения питательного раствора последовательно или параллельно. ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ
Для выращивания салата латука в качестве вегетационного сосуда 1 использовали емкость в виде цилиндра из полимерного материала, например, из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) диаметром 100 мм и объемом 1 л (fig. 1). Плавающая платформа 7 выполнена из полимерного материала, например, полипропилена в виде открытого контейнера высотой 20 мм и наружным диаметром на 3 мм меньше, чем внутренний диаметр вегетационного сосуда 1. Поплавковая часть 10 плавающей платформы 7 выполнена из экструдированного пенополистирола в виде кольца с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру плавающей платформы 7, толщиной 4 мм и высотой 20 мм. Поплавковая часть 10 укреплялась внутри плавающей платформы 7 выше дна 9 плавающей платформы 7 так, чтобы в рабочем положении на поверхности питательного раствора 12 дно 9 плавающей платформы 7 было погружено в питательный раствор 12 на 4 мм.
Семена салата помещали в горшочки 4 с небольшим количеством кокосового субстрата 5. После появления корней горшочки 4 с растениями 5 вставляли в отверстие 3 в крышке 2 вегетационного сосуда 1. При этом нижняя часть корневой системы 13 располагалась на дне 9 плавающей платформы 7. По мере роста растений питательный раствор поглощался корневой системой 13 и плавающая платформа 7 опускалась ниже. При этом нижняя часть корневой системы 13 следовала за плавающей платформой 7. При добавлении питательного раствора 12 плавающая платформа 7 поднималась вверх вместе с нижней частью корневой системы 13 за счет грузоподъемности поплавка 10.
Первый полив через трубку 15 осуществляли через 7 - 10 дней после посадки, а последний полив - за 3 - 4 дня до сбора урожая. После сбора урожая вегетационный сосуд 1 и плавающую платформу 7 промывали и использовали повторно.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявляемая группа изобретений может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость» .

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ гидропонного выращивания растений, включающий стадии, в которых используют, по крайней мере, одну плавающую платформу, способную поддерживать корневую систему растения на плаву и способную к перемещению в вертикальной плоскости, создают запас питательного раствора, размещают на запасе питательного раствора указанную плавающую платформу так, чтобы в исходном плавающем положении нижняя часть корневой системы располагалась в питательном растворе и плавающую платформу периодически перемещают в вертикальной плоскости, отличающийся тем, что, на плавающей платформе поддерживают и перемещают в вертикальной плоскости только нижнюю часть корневой системы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, в исходном положении плавающей платформы, нижняя часть корневой системы погружается в питательный раствор на 1 - 20 мм, преимущественно 2 - 5 мм.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плавающую платформу дополнительно периодически перемещают в вертикальной плоскости на 5 - 25 мм, преимущественно 5 - 10 мм за счет подъемно-опускающего механизма.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для перемещения плавающей платформы в вертикальной плоскости используют нагнетание воздуха или питательного раствора в плавающую платформу, а выведение воздуха или питательного раствора из плавающей платформы происходит самопроизвольно .
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что нагнетание воздуха в плавающую платформу совмещено с нагнетанием воздуха для аэрации питательного раствора, а нагнетание питательного раствора совмещено с поливом.
6. Устройство для гидропонного выращивания растений для осуществления способа по п. 1, содержащее вегетационный сосуд и, по
1 крайней мере, одну плавающую платформу, способную к перемещению в вертикальной плоскости и погруженную донной частью в питательный раствор, отличающееся тем, что, вегетационный сосуд, закрыт сверху крышкой с одним или несколькими отверстиями для закрепления, по крайней мере, одного растения в каждом отверстии, а плавающая платформа расположена внутри вегетационного сосуда так, чтобы, по крайней мере, донная часть плавающей платформы располагалась ниже крышки и корневой системы растения.
7. Устройство, по п. 6, отличающееся тем, что содержит подъемно- опускающий механизм для перемещения плавающей платформы в вертикальной плоскости.
8. Устройство по п. 6, 7, отличающееся тем, что крышка с закрепленными растениями обладает положительной плавучестью.
9. Плавающая платформа для гидропонного выращивания растений, используемая в устройстве по п. 6, имеющая форму панели, способная к перемещению, по крайней мере, в вертикальной плоскости, включающая, по меньшей мере, донную часть, которая выполнена проницаемой для питательного раствора и погружена в питательный раствор, а также поплавковую часть, позволяющую плавающей платформе находиться в исходном положении на поверхности питательного раствора, отличающаяся тем, что, донная часть плавающей платформы не проницаема для корневой системы, а площадь поверхности питательного раствора внутри плавающей платформы, которая соприкасается с воздухом, составляет более 85% от площади, ограниченной наружным периметром плавающей платформы.
10. Плавающая платформа по п. 9, отличающаяся тем, что поплавковая часть снабжена, по крайней мере, одним дополнительным поплавком с переменной грузоподъемностью, которая увеличивается при нагнетании воздуха и самопроизвольно возвращается в исходное состояние после прекращения нагнетания воздуха.
2
11. Плавающая платформа по п. 10, отличающаяся тем, что дополнительный поплавок расположен ниже донной части плавающей платформы.
12. Плавающая платформа по пп. 10, 11, отличающаяся тем, что дополнительный поплавок имеет вид перевернутой чаши с отверстием для выхода поступающего воздуха, причем, пропускная способность отверстия в 5 - 30 раз меньше, чем поступление воздуха в чашу при нагнетании воздуха.
3
PCT/RU2021/050027 2020-02-06 2021-02-05 Способ гидропонного выращивания растений, устройство для осуществления способа и плавающая платформа этого устройства WO2021158148A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020105743 2020-02-06
RU2020105743A RU2730648C1 (ru) 2020-02-06 2020-02-06 Способ гидропонного выращивания растений, устройство для осуществления способа и плавающая платформа этого устройства

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021158148A1 true WO2021158148A1 (ru) 2021-08-12

Family

ID=72237873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050027 WO2021158148A1 (ru) 2020-02-06 2021-02-05 Способ гидропонного выращивания растений, устройство для осуществления способа и плавающая платформа этого устройства

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2730648C1 (ru)
WO (1) WO2021158148A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114982626A (zh) * 2022-06-27 2022-09-02 河北农业大学 一种组培苗水-气培生根装置及生根方法
WO2023214877A1 (en) * 2022-05-05 2023-11-09 Corné Klep Holding B.V. Cultivation receptacle comprising a water distributor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111587779A (zh) * 2020-05-29 2020-08-28 宁夏大学 茎果类植物营养液栽培装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2014836A (en) * 1978-01-10 1979-09-05 Goodall Ltd S Stand of plants
SU1426509A1 (ru) * 1985-12-24 1988-09-30 Трест "Южводопровод" Устройство дл выращивани растений
US6088958A (en) * 1996-09-30 2000-07-18 Japan Tobacco, Inc. Process for producing potato tubers
RU2206980C1 (ru) * 2001-10-08 2003-06-27 Алтайский государственный аграрный университет Способ гидропонного выращивания растений и вегетационное устройство
GB2473427A (en) * 2009-09-04 2011-03-16 Victor Mtutu A self watering plant pot system
RU2529314C2 (ru) * 2009-02-13 2014-09-27 Калтивейшн Системз Б.В. Способ выращивания растений и плавающее поддерживающее устройство

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2014836A (en) * 1978-01-10 1979-09-05 Goodall Ltd S Stand of plants
SU1426509A1 (ru) * 1985-12-24 1988-09-30 Трест "Южводопровод" Устройство дл выращивани растений
US6088958A (en) * 1996-09-30 2000-07-18 Japan Tobacco, Inc. Process for producing potato tubers
RU2206980C1 (ru) * 2001-10-08 2003-06-27 Алтайский государственный аграрный университет Способ гидропонного выращивания растений и вегетационное устройство
RU2529314C2 (ru) * 2009-02-13 2014-09-27 Калтивейшн Системз Б.В. Способ выращивания растений и плавающее поддерживающее устройство
GB2473427A (en) * 2009-09-04 2011-03-16 Victor Mtutu A self watering plant pot system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023214877A1 (en) * 2022-05-05 2023-11-09 Corné Klep Holding B.V. Cultivation receptacle comprising a water distributor
NL2031783B1 (en) * 2022-05-05 2023-11-14 Corne Klep Holding Bv Cultivation receptacle comprising a water distributor
CN114982626A (zh) * 2022-06-27 2022-09-02 河北农业大学 一种组培苗水-气培生根装置及生根方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2730648C1 (ru) 2020-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021158148A1 (ru) Способ гидропонного выращивания растений, устройство для осуществления способа и плавающая платформа этого устройства
US9357714B2 (en) Method for cultivating plants as well as a floating carrier
US4133141A (en) Apparatus and method for growing plants
US20140075841A1 (en) Hydroponic growing system
WO2016147128A1 (en) Floating plant propagation tray
CN105230463A (zh) 一种潮汐式水培方法及装置
JP2013150591A (ja) 植物の栽培方法ならびにその方法に用いる培地、栽培槽および栽培装置
JP2007110933A (ja) 間断式栽培方法及び間断式栽培用育苗床パネル
KR100851923B1 (ko) 호수 저수지 또는 댐의 수질정화 방법 및 그 장치
JP3355394B2 (ja) 植物栽培装置及び植物栽培方法
KR101175437B1 (ko) 유용미생물을 이용한 유동 인공섬
GB2538583A (en) Floating plant propagation tray
KR102276043B1 (ko) 간헐적 양액공급방식을 이용한 수경재배장치
WO2018103530A1 (zh) 生态系统鱼缸花盆
CN104686045A (zh) 一种分布式潮汐灌溉栽培系统
KR20150127326A (ko) 어류의 배설물을 비료로 이용하는 수평 구조의 양어 및 수경재배 수조
RU132310U1 (ru) Понтонное устройство для гидропонного выращивания водорослей в открытом водоеме
RU2765243C1 (ru) Способ аэрации корней растений
KR100893674B1 (ko) 내부 순환형 식생 여과장치 및 이를 포함하는 여과시스템
JP5010931B2 (ja) 定量潅水による育苗・栽培方法
KR0181929B1 (ko) 무공해 콩나물의 재배장치 및 방법
CN218649420U (zh) 育苗板及育苗装置
KR20180131919A (ko) 부유식 수질정화 식생포트
KR20180011469A (ko) 식물 재배관리기
RU177926U1 (ru) Гидропонная установка

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21750386

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21750386

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1