Патент на изобретение №2383127

(54) УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ИНТЕНСИВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения очень высоких урожаев в промышленном масштабе, а также в условиях фермерского хозяйства. Предложено устройство из трех составляющих (культивационная труба, перфорированная капсула для корневой части растения и неперфорированная проточная капсула для локального участка стебля), которое резко повышает возможности интенсивного гидропонного выращивания растений. Культивационная труба (колонна) выполнена предпочтительно 8-гранной с возможностью размещения в ее стенках перфорированных капсул для корневой части растения. Капсулы прочно и герметично фиксируют растения в стенке трубы и повышают возможности для более интенсивного усвоения растением питательного раствора. Особенности способа состоят в том, что перфорированная капсула на корневом и прикорневом участках растения способствует образованию мощной корневой системы, обеспечивающей достаточный уровень питания растения во время интенсивного плодообразования. Дополнительная (неперфорированная и проточная) капсула, которую накладывают на стебель растения, еще в большей степени способствует достаточности питания растений в период интенсивного расходования питательных веществ на образование плодов. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения очень высоких урожаев в промышленном масштабе, а также в условиях фермерского хозяйства.

Известны устройства и способы для промышленного выращивания растений в интенсивном режиме. В евразийском патенте 005544 «Способ и система для выращивания растений» (2004.12.30) для целей интенсификации роста и развития растений применена направленная регулировка содержания кислорода в поливной воде.

Недостатком способа является тот факт, что почти все растения имеют сходный критический уровень кислорода в диапазоне от 1 до 6 мг/л, что делает затруднительной саму систему регулировки. В практическом воплощении точная реализация способа требует тонкой (и дорогостоящей) диагностической аппаратуры, чтобы действительно выполнить управление ростом и развитием растения в экономически выгодном режиме с учетом разного времени суток в соответствии со сроком развития растения. Но даже в самом совершенном варианте выполнения контрольной аналитической аппаратуры экономическая выгода от прибавки урожая невысока.

Известен способ стимуляции выращивания растений (на примере огурцов, см. патент Российской Федерации RU 2071710 (1996.07.15), где эффект достигается особой схемой внесения удобрений в лунку, в том числе и в виде герметизированной емкости, которая постепенно теряет герметичность и освобождает заключенные в ней удобрения.

Недостатком предложенного способа является высокая трудоемкость процесса выращивания растений и много работ, связанных с подготовкой грунта (субстрата).

Известен способ интенсивного выращивания растений (на примере цветов, см. Патент РФ 2142697 (28.07.1998) A01G 9/00, А01В 79/02, А01С 21/00, A01G 29/00). Сущность изобретения заключается в добавлении к известным технологическим операциям корнепитателей, устанавливаемых в лунки или на некотором расстоянии от них и способных дозировать макро- и микроэлементы питания растений, обеспечивая весь набор микроэлементов.

Недостатком способа является высокая трудоемкость и высокая степень зависимости от качества корнепитателей, от разных производителей этих приспособлений и от разного качества химических удобрений в корнепитателях, подверженных частичному изменению химического состава в процессе хранения.

Известен способ выращивания растений (на примере огурца, патент РФ 2039425 от 1991.10.10) на узкостеллажных гидропонных установках. Основой изобретения является выполнение операции прищипки верхушки растения. При уходе за растениями после появления двух боковых побегов производят прищипку верхушки растения, после появления по одному листу на каждом из боковых побегов их подвергают прищипке, после чего выращивают растения до появления на каждом боковом побеге по два побега второго порядка с образованием на каждом из них трех листов и плодов, а затем производят прищипку боковых побегов второго порядка.

Недостатком процесса является большая трудоемкость метода.

Известен способ выращивания растений, при котором растения выращивают в субстрате, при этом воду подают к субстрату и всасывают ее из субстрата посредством всасывающего устройства, выполненного в субстрате (Европатент 005427), причем осуществляющие процесс трубки частично заполнены воздухом.

Общим недостатком перечисленных известных способов и устройств является принципиальная невозможность усилить питание растений в соответствии с массой образующихся плодов, результатом чего является не реализованная полностью генетическая возможность растения в стадии формирования плодов и дальнейшего развития плодов. Растение голодает даже при обильном питании, поскольку корневая система не в состоянии забрать из питательных раствором или предложенных им удобрений нужное для себя количество минеральных и других ростовых веществ, ввиду своей слабости. Именно на этой основе появляются скрытые или явные нарушения обмена веществ в плодах, и их качество заметно страдает.

Эти недостатки в питании растений и вытекающем из этого питании людей вполне терпимы при свободном положении населения и возможности быстро покрывать недостающие элементы другими овощами и фруктами. Но в условиях длительной изоляции людей от свободно открытого рынка продуктов эти факторы могут оказаться решающими в появлении нарушений здоровья и возникновении неадекватных реакций на стрессовые факторы. Точно так же эти причины могут влиять на функцию отдельных органов (например, органа зрения и даже на работу мозга).

Устранение причины ослабленного питания растений, усиление их корневой системы является попутно одним из наиболее целесообразных (то есть без нарушения внутреннего обмена веществ) физиологических способов интенсивного выращивания растений.

Нам не удалось найти печатных материалов, которые бы строго соответствовали статусу прототипа, но из приведенных изобретений каждый из них затрагивает какую-то существенную сторону нашего изобретения.

Задачей настоящего изобретения является разработка физиологического способа интенсивного и сверхинтенсивного выращивания растений.

Поставленная цель достигается следующим образом.

Растения выращивают в вертикальных трубах (разного сечения) при свободном протоке питательной среды (растворов) через множество корневых систем многих растений. Особенность и новизна способа состоит в том, что корневую систему растения и прикорневую часть стебля помещают в перфорированную капсулу с пористым материалом, а саму капсулу располагают в стенке трубы под необходимым углом наклона. Растение располагают на ложементе, ограничивающем боковые смещения стебля и его резкие перегибы при выходе из трубы.

Такое формирование условий роста растений приводит к появлению мощно развитой корневой системы почти на всем протяжении заключенной в капсулу части стебля.

Растения с такими капсулами вокруг прикорневой зоны можно высаживать и в обычный грунт на грядках. Рост и развитие растений улучшаются, они меньше болеют, лучше плодоносят и мощно восполняют недостаток питательных веществ из почвы в периоды плодоношения (конечно, если в почве необходимые питательные вещества имеются в достатке).

Такая капсула на корневом и прикорневом участке стебля заметно повышает устойчивость стебля и корней при разного рода усилениях и ослаблениях подачи раствора в трубу (башню) – грядку, например, при аварийных ремонтных работах или порче насосов в магистральной сети. Капсула также создает более комфортные условия для стебля, находящегося внутри стенки башни. Капсула вместе с ложементом предохраняет растения при резких ветровых нагрузках.

Другая особенность способа состоит в том, что по мере роста и развития растения (например, растения томата) на наружной части стебля, в месте образования утолщения (узла), накладывают наружные капсулы с пористым материалом, которыми обхватывают растение и обеспечивают доступ к нему питательного раствора, поступающего по тонкой трубке внутрь капсулы.

Способ в предложенном варианте включает следующие операции:

– подготовка питательного раствора для магистрали подачи раствора к растениям;

– предварительное выращивание рассады до потребной величины стебля, допускающего заключение растения в перфорированную капсулу;

– заключение растения в капсулу и размещение его внутри стенки башни-грядки с соблюдением требуемого уровня герметичности;

– организация требуемого уровня протока питательного раствора через трубу-грядку;

– контроль за протоком питательного раствора через трубу-грядку и сбором его для повторного использования;

– накладывание внешних (неперфорированных) капсул на узлы стебля и организация должного уровня протока питательного раствора через внешнюю капсулу;

– периодический контроль за развитием растений и составом питательного раствора со своевременным внесением коррективов в состав питательного раствора;

– селективный сбор урожая плодов;

– перенос, по необходимости, внешней (неперфорированной) капсулы на другой участок стебля или накладывание новой капсулы на мощный стебель с высоким плодообразованием.

В кратком варианте новый способ можно охарактеризовать следующим образом.

Способ интенсивного выращивания растений, включающий достаточное обеспечение питательными веществами, отличающийся тем, что с целью создания возможностей для развития мощной корневой системы и оптимизации обмена веществ в растении, корневую систему и прикорневую часть стебля растения заключают в перфорированную капсулу с пористым материалом, обеспечивающим большую поверхность соприкосновения питательного раствора с корневой системой и вырастающими дополнительными корешками, при этом на внешние стебли растения, например, в месте образования узлов, накладывают дополнительные капсулы с подачей питательного раствора к этой части стебля; вместе с тем, с помощью капсулы на корневой системе и прикорневой части стебля осуществляют крепление растения в вертикальных грядках, например, в культивационной трубе с протоком питательной среды или движением аэрозоля питательного раствора.

Известное устройство для выращивания растений (патент РФ 2040885), представляющее кассету для выращивания растений, содержит горшки, установленные на подставки, связанные между собой посредством подвижных перемычек.

Недостатком изобретения является невозможность создать условия для полной реализации генетического потенциала растения, например, в фазе плодообразования.

Известно устройство для выращивания растений (патент РФ 2056728), которое представляет собой кассету, позволяющую повысить плотность посадки рассады и тем самым увеличить продуктивность теплицы.

Недостатком изобретения является невозможность создать условия для полной реализации генетического потенциала растения, например, в процессе образования плодов.

Известно устройство для выращивания растений (Европатент 005427). Изобретение содержит устройство для всасывания жидкости и воздушного запирания, которое встроено в виде единого целого в систему для выращивания растений и которое составляет часть системы трубок, в которой используется полость, частично заполненная жидкостью и частично заполненная воздухом, чтобы обеспечить контролируемое выделение жидкости из субстрата. Устройство для всасывания жидкости и воздушного запирания, в основном, выполнено в виде всасывающего устройства, например, в виде пробки для всасывания, вставленной в субстрат для выращивания растений. Всасывающее устройство может формировать воздушный замок, когда давление в системе трубок стремится втянуть через него воздух. Когда давление, обеспечивающее всасывание воды в систему, увеличивается, поток воды увеличивается, причем обычно до силы всасывания, составляющей по меньшей мере 30 см водяного столба.

Недостатком изобретения является невозможность создать условия для полной реализации генетического потенциала растения.

Мы не нашли в доступной литературе устройство, отвечающее полностью требованиям прототипа, но устройство по патенту 005427 может до некоторой степени служить прототипом.

Задачей нашего изобретения является создание устройства, которое заметно увеличивает способность растения к более интенсивному обмену веществ и повышает его продуктивность в физиологических пределах, обусловленных генетическим потенциалом растения.

Для решения поставленной задачи применена вертикальная проточная труба-грядка, предпочтительно 8-гранная, выполненная с возможностью крепления на своих стенках-гранях капсул с растениями. Капсулы изготовлены перфорированными и заполненными пористым материалом, который мягко обжимает корневую часть растения и ограниченную прикорневую часть стебля, увеличивая контакт смоченного питательным раствором материала с растением.

Другая форма капсул (неперфорированных) выполнена с возможностью их накладывания на стебель растения, например, в зоне узла, для улучшения поступления питательных веществ в растение. Неперфорированные капсулы изготовлены проточными с двумя штуцерами (приемным и выходным), причем во входной штуцер питательный раствор поступает из магистрали разводки питательного раствора, а из выходного штуцера питательный раствор стекает в культивационную башню, для чего в стене башни выполнены отверстия строго по диаметру микрорубки (для соблюдения герметичности культивационной трубы), отходящей от выходного штуцера капсулы. В другом варианте такое же отверстие выполняют в стенке перфорированной (внутренней) капсулы. Таким образом, устройство состоит минимум из трех составных частей: а) культивационная труба, б) капсула внутренняя (перфорированная) для корневой и прикорневой части растения, в) капсула внешняя (неперфорированная) для наложения на стебель растения.

В кратком варианте устройство можно охарактеризовать следующим образом.

Устройство для выращивания растений, включающее средство для размещения растений в кассетах и/или капсулах, отличается тем, что с целью создания в растении возможностей для развития мощной корневой системы и оптимизации обмена веществ выполнены по меньшей мере две регуляционные капсулы, одна перфорированная с пористым материалом, мягко обхватывающая прикорневую часть стебля и корневую систему и создающая большую поверхность соприкосновения поверхности растения с питательным раствором, причем капсула выполнена с возможностью герметичного крепления растения в стенке культивационной трубы и защитой корней и стебля от травматизации, например, при резких порывах ветра; а другая капсула изготовлена неперфорированной, но также с пористым материалом, мягко обхватывающим часть наружного стебля, например, в районе узла, и обеспечивающая проток питательного раствора вокруг локального участка стебля растения; помимо этого устройство выполнено с ложементами для удобного и физиологического расположения стебля растения и поддержки его во время интенсивного образования плодов.

Устройство представлено на фиг.1, 2 и 3, где на фиг.1 представлен общий вид культивационной трубы и один из вариантов расположения растений, на фиг.2 приведена детализация внутренней перфорированной капсулы в двух вариантах, на фиг.3 представлена детализация внешней неперфорированной капсулы.

Дальнейшее описание будет проводиться со ссылками на эти чертежи.

Устройство для интенсивного выращивания растений (фиг.1) состоит из культивационной трубы 1, выполненной с герметичной крышкой 2 с проходящей через нее магистралью 3 подачи питательного раствора. На магистрали выполнены штуцеры 4 для подключения внешних (неперфорированных) капсул. Культивационная труба опирается на тумбу 5 с проходящей через нее магистралью 6 сбора питательного раствора. Внешняя часть перфорированной капсулы, находящейся внутри культивационной трубы, изготовлена в виде шайбы-ограничителя 7 для лучшей герметизации отверстия в культивационной трубе, причем растение 8 корневой и прикорневой частью удерживается в стенке трубы, находясь в перфорированной внутренней капсуле, а наружная часть растения расположена на ложементе 9, выполненного с возможностью фиксации крючками 10 за верхний обруч 11 и с возможностью фиксированной опоры на нижний обруч 12. Внешняя неперфорированная капсула 13 также выполнена с возможностью фиксации на ложементе.

Перфорированная капсула 14 (фиг.2), представленная в варианте А и варианте Б, выполнена с отверстиями 15 достаточного размера для надежной фиксации пористого материала 16 и свободного доступа питательного раствора ко всей длине заключенного в капсулу растения. Помимо этого, капсула изготовлена с замками 17 для надежного крепления разъемных частей капсулы.

Неперфорированная капсула 13 (фиг.1 и 3) выполнена с приточным 18 и выходным 19 штуцерами (и также содержит пористый материал 16 и замок 17 с возможностью заключения в капсулу части стебля растения 8).

Работает устройство следующим образом.

Подготовленную для культивационных работ трубу 1 проверяют на свободный и регулируемый проток питательного раствора через магистраль 3, капсулы 14, магистраль 6 приема раствора и рециркуляционную систему (не показана). Затем в капсулы 14 вкладывают рассаду растений нужного возраста, вставляют капсулы в трубу 1, обращая внимание на плотное прилегание шайбы-ограничителя 7 к стенке трубы 1, и укрепляют растения на ложементах 9. При дальнейшем росте растения и удлинении его побегов на один из побегов накладывают неперфорированную внешнюю капсулу 13 и организуют через нее проток питательного раствора, используя штуцеры 4 на магистрали 3 питательного раствора и оба штуцера на капсуле 13.

Способ для интенсивного выращивания растений реализуют на описанном выше устройстве.

Выбранный для культивации тип растения проводят через стадию получения рассады нужных параметров. Рассаду размещают в перфорированных капсулах 14 при отлаженной (настроенной) схеме протока питательного раствора через культивационную трубу 1 и систему регенерации раствора (не показана). Закрепленную в стене культивационной трубы рассаду с помощью нетравмирующих средств (например, шпагатом) укрепляют на ложементе 9 и выращивают до появления длинного стебля 8 (превышающего по длине троекратный размер высаженной рассады). В удобном (малоподвижном от влияния ветра) месте стебля выбирают участок с узлом и накладывают на него внешнюю (неперфорированную) капсулу 13. Если такого участка нет, то его создают соответствующими креплениями стебля растения к ложементу 9. Продолжают культивировать растения, изменяя по избранной схеме культивации рецептуру питательного раствора.

Источники информации

1. Евразийский патент 005544 A01G 31/00 «Способ и система для выращивания растений» (от 2004.12.30).

2. Патент РФ 2071710 (от 1996.07.15).

3. Патент РФ 2142697 (от 28.07.1998) A01G 9/00, А01В 79/02, А01С 21/00, A01G 29/00).

4. Патент РФ 2039425 (от 1991.10.10).

5. Европатент 005427.

6. Патент РФ 2040885 A01G 31/00 «Устройство для корректировки температуры в лотках многоярусных узкостеллажных гидропонных установок» (от 19.02.1993).

Формула изобретения

1. Устройство для интенсивного выращивания растений, включающее средство для размещения растений в кассетах и/или капсулах, отличающееся тем, что, с целью создании в растении возможностей для развития мощной корневой системы и оптимизации обмена веществ, выполнены по меньшей мере две регуляционные капсулы, одна – перфорированная с пористым материалом, мягко обхватывающая прикорневую часть стебля и корневую систему и создающая большую поверхность соприкосновения поверхности растения с питательным раствором, причем капсула выполнена с возможностью герметичного крепления растения в стенке культивационной трубы и защитой корней и стебля от травматизации, например, при резких порывах ветра, а другая капсула изготовлена неперфорированной, но также с пористым материалом, мягко обхватывающим часть наружного стебля, например, в районе узла, и обеспечивающая проток питательного раствора вокруг локального участка стебля растения; помимо этого устройство выполнено с ложементами для удобного и физиологичного расположения стебля растения и поддержки его во время интенсивного образования плодов.

2. Способ для интенсивного выращивания растений, включающий достаточное обеспечение питательными веществами, отличающийся тем, что, с целью создания возможностей для растения мощной корневой системы и оптимизации обмена веществ в растении, корневую систему и прикорневую часть стебля растения заключают в перфорированную капсулу с пористым материалом, обеспечивающим большую поверхность соприкосновения питательного раствора с корневой системой и вырастающими дополнительными корешками, при этом на внешние стебли растения, например, в месте образования узлов, накладывают дополнительные капсулы с подачей питательного раствора к этой части стебля; кроме того с помощью капсулы на корневой системе и прикорневой части стебля осуществляют крепление растения в вертикальных грядках, например в культивационной трубе с протоком питательной среды или движением аэрозоля питательного раствора.

РИСУНКИ