Способ гидропонного выращивания растений в условиях открытого грунта

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для использования при гидропонном выращивании растений. Способ заключается в выращивании растений в поддонах на субстратах, обладающих капиллярными свойствами, которые увлажняют питательным раствором с подачей его под корни растений и защищают от дождей. Растения выращивают в ящиках без дна, установленных на пленочной подложке, которую предварительно расстилают на открытой, горизонтально выравненной, грунтовой поверхности, а потом подворачивают вплотную к стенкам ящиков, образуя поддон и закрепляя ее в этом положении подсыпкой грунта. После этого ящики засыпают субстратом, накрывают пленкой снизу доверху, в которой делают прорези и высаживают через них растения в субстрат. В процессе роста растений субстрат автоматически увлажняют питательным раствором, состав которого в каждый период времени вегетации растений соответствует расчетному выносу ими питательных элементов. Изобретение позволяет упростить и удешевить технологию выращивания растений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для усовершенствования, упрощения и удешевления применяемой сейчас гидропонной технологии выращивания растений в условиях открытого грунта (полевых условиях).

Уровень техники

Характеристика прототипа

Известно, что способ гидропонного выращивания сельскохозяйственных культур находит применение не только при выращивании их в теплицах, но и в полевых условиях (1. - М.Бентли. "Промышленная гидропоника". Колос. М. 1965 г.)

Это позволяет поднимать урожайность в десять и более раз, снижая еще при этом трудовые и энергетические затраты (1-лист 14, 15).

В этом случае растения выращивают в стационарных (см. словарь), гидроизолируемых поддонах, в которые подают питательный раствор (1-л. 149, строка 7), одновременно еще выполняющих роль вегетационных сосудов. А в качестве субстратов иногда еще используют субстраты, обладающие капиллярными свойствами, что позволяет в этом случае увлажнять и питать растения, подавая питательный раствор под корни растений (1-л. 18, стр. 2 снизу).

При этом применяют питательный раствор, состав которого соответствует конкретному виду выращиваемой сельскохозяйственной культуры (1-л. 273-281).

Критика прототипа

Однако эта прогрессивная технология имеет целый ряд недостатков, препятствующих ее широкому применению.

А именно:

1. применение в этих случаях (в т.н. гидропоникумах) для гидропонного выращивания растений поддонов, в которые подают питательный раствор и выполняющих одновременно еще и функцию растильных емкостей (1-л. 111, 158), делает такие конструкции громоздкими и дорогостоящими, т. к. вынуждает их строить стационарно и индивидуально "по месту" (и капитально, и фундаментально!) (1-л. 149), см. словарь. И это не позволяет наладить их серийное производство, что тоже приводит к значительному увеличению капитальных затрат при их строительстве (1-л. 15, стр.14 снизу).

2. вода на полив растений, выращиваемых на таких субстратах, используется неэкономично, поскольку значительная ее часть непроизводительно расходуется, испаряясь с открытой поверхности субстрата.

3. выпадающие осадки переувлажняют субстрат, что:

а) угнетает растения и

б) вымывает из субстрата питательные вещества, нарушая при этом их нормальное питание и загрязняя окружающую среду (экологию),

в) ведет к перерасходу удобрений,

г) поэтому для защиты субстрата от осадков над поддонами приходится устанавливать пленочные навесы (1-л. 158, рис.82) и встраивать в них клапаны для сброса дождевой воды (1-л. 180), что еще больше усложняет и удорожает применение гидропоники в условиях открытого грунта.

4) подача питательного раствора в субстрат по уже применяемому способу кропотлива и трудоемка (1-стр. 153), требует постоянного присмотра и недостаточно эффективна, поскольку влага в субстрат и питательные элементы к растениям подаются не всегда своевременно и без учета текущей потребности в них растений.

Характеристика аналога

Известен еще способ гидропонного выращивания растений в защищенном грунте в мешках и на стеллажах в виде герметичных поддонов, выполненных из бетона (RU 2189735), в котором растения питают автоматически и который, в принципе, можно приспособить и к условиям открытого грунта.

Критика аналога

Однако (как показала попытка такого приспособления):

- оставаясь зимой в поле, мешки разрушаются под влиянием атмосферных и других факторов,

- субстрат в мешках трудно очищать от корневых остатков и менять его при необходимости,

- а поскольку мешки в этом случае приходится заполнять субстратом еще до укладки их в поддоны, это усложняет и затрудняет процесс подготовки к высадке в них растений.

Цель изобретения

Целью изобретения является устранение перечисленных выше недостатков прототипа и аналога для упрощения, улучшения и удешевления технологии выращивания растений в условиях открытого грунта с применением гидропоники.

Сущность изобретения

С этой целью в качестве вегетационных сосудов (растильных емкостей) используют небольшие, легкие и транспортабельные ящики без дна.

А отделенный от них поддон, предназначенный теперь только для подачи питательного раствора под корни растений, образуют, расстилая для этого пленочную подложку на открытой, горизонтально выровненной грунтовой поверхности, а потом подворачивая ее вплотную к стенкам установленных на ней ящиков.

Очевидно, что такие ящики, предназначенные для длительного использования, желательно изготовлять из пластмассовых материалов.

Если же изготовлять их из морозостойких пластмасс, в них можно выращивать и многолетние культуры.

А для улучшения аэрации корней стенки ящиков можно выполнять из сплетенных пластмассовых лент (что делает их воздухопроницаемыми).

Или (добавлю в порядке п.20-4 "Правил") их можно делать и по другому, собирая из пластмассовых реек с небольшим зазором между ними или штампуя стенки с соответствующей перфорацией.

А для увеличения посадочной площади такие ящики желательно устанавливать "цугом" и вплотную друг к другу, а для удешевления их общей стоимости соединять в единую конструкцию с удалением общих стенок в местах стыковки.

Для придания же транспортабельности такой громоздкой конструкции ее можно изготавливать из легко собираемых и разбираемых частей.

Далее, после установки ящиков на поддон и заполнения их субстратом, обладающим капиллярными свойствами, ящики и поддон накрывают (сверху донизу) пленкой ПХВ, что не только затрудняет попадание атмосферных осадков в субстрат, но и препятствует еще излишнему испарению влаги с его поверхности и росту на нем сорняков.

(И очевидно, что в последнем случае ящики желательно накрывать светонепроницаемой пленкой.)

Кроме того, накрытие субстрата пленкой облегчает еще борьбу с вредителями и с болезнями сельскохозяйственных культур.

Далее, после накрытия ящиков пленкой в ней делают соответствующие посадочному материалу прорези, увлажняют субстрат до ПВ 90-95% и высаживают через них в субстрат рассаду (или высевают семена).

А после укоренения рассады субстрат уже увлажняют автоматически питательным раствором (по способу патента RU 2189735) вплоть до получения урожая (см. "Пример использования").

I. Таким образом, предлагаемый способ характеризуется следующей совокупностью существенных признаков, отличных от имеющихся у прототипа:

а) в качестве вегетационных сосудов для выращивания в них растений взамен стационарных гидроизолируемых поддонов применяют легкие транспортабельные ящики без дна, которые устанавливают на пленочную подложку, расстилаемую на открытой, горизонтально выровненной грунтовой поверхности, и подвертывают ее вплотную к стенкам ящиков по всему их периметру, образуя из нее поддон;

б) для защиты субстрата от влияния атмосферных осадков (вместо установки навесов, см. 1, рис.82, л.158) ящики и поддон накрывают (сверху донизу) пленкой, в которой для высадки растений в субстрат делают соразмерные прорези;

в) процесс питания растений и поддержания влажности субстрата автоматизируют.

II. Выявленная совокупность существенных признаков, обеспечивая достижение необходимого технологического результата, делает предложенную технологию гидропонного выращивания растений в условиях открытого грунта не только возможной, но и более простой и дешевой в применении.

III. Способ применим промышленно, может быть широко использован в сельском хозяйстве и может дать большой экономический эффект за счет:

1) увеличения урожайности,

2) снижения трудозатрат,

3) улучшения качества сельскохозяйственной продукции,

4) экономии топлива, удобрений и воды,

5) уменьшения срока вегетации,

6) защиты экологии,

7) удешевления строительства и

8) мобильности установок,

9) использования не пригодных для сельского хозяйства земель,

10) возможности целенаправленного регулирования питания растений.

Кроме того, такие установки находят применение в военном деле (1-стр. 173).

Заявленное изобретение соответствует:

а) признакам новизны (т.к. в известном способе применения гидропоники в условиях открытого грунта не выявлена совокупность существенных признаков, идентичная совокупности признаков заявленного изобретения);

б) изобретательскому уровню (т.к. для специалиста предложенный способ не следует явно из уровня техники).

Пример, подтверждающий возможность осуществления изобретения

Предлагаемый способ выращивания растений в условиях открытого грунта был впервые опробован в садоводстве на земельном участке автора в "Детском селе" (г.Пушкин) в 2001 г. на культуре цветной капусты сорта "Гарантия"

Способ иллюстрируется схемой, представленной на чертеже.

Поначалу, для улучшения аэрации субстрата, в качестве вегетационных ящиков были приспособлены бельевые корзины, сплетенные из пластиковых лент.

Для этого стенки корзин обрезал по высоте до 30 см, а дно удалил, что позволило использовать такие корзины в качестве пластмассовых ящиков без дна с улучшенной аэрацией субстрата за счет воздухопроницаемости их стенок, сплетенных из пластиковых лент.

Эти ящики 1 размером 50×100 см, в количестве 6 шт. и общей посадочной площадью 3 кв. м. установил "цугом" (и вплотную друг к другу) на открытом и предварительно выровненном горизонтально грунтовом участке 2, покрытом пленкой ПХВ (т.н. "подложкой").

Затем подложку подвернул по всему периметру ящиков 1 вплотную к их стенкам и закрепил ее в этом положении путем подсыпки грунта 2, образуя под ними поддон 6.

Далее:

а) на дно поддона уложил слой гравия 5 (т.н. "водовод"). А ящики засыпал (доверху) субстратом 4, обладающим капиллярными свойствами (в данном случае смесью крупного песка с торфом, рН-7,0),

б) закрыл ящики (сверху донизу) черной пленкой 7, которая накрыла субстрат 4 и пропускающие в него воздух и влагу стенки ящиков 1, а также и поддон 6, препятствуя попаданию в субстрат 4 дождевой влаги,

в) закрепил пленку 7 штырями 8, воткнутыми в грунт 2.

После этого в пленке 7 сделал прорези 9 (с интервалом 30 см в ряду и 30 см в междурядье), соответствующие уплотненной посадке цветной капусты 10.

Далее произвел подекадный расчет питательных макро- и микроэлементов, необходимых выращиваемой на опытной делянке цветной капусте 10 на каждую декаду ее вегетации.

Расчет удобрений производил исходя из запланированной ее урожайности в 12 кг/м², срока вегетации ~110 дней (т.е. 11 декад) и посадочной площади ящиков - 3 кв. м.

Однако рассаду в пластмассовых горшочках для посадки ее на опытной делянке пришлось выращивать в теплице общепринятым способом, поливая и подкармливая растения вручную. Хотя, в принципе, полив и подкормку рассады можно и нужно (в промышленных масштабах) делать в автоматическом режиме по способу RU 2189735.

Перед высадкой 50-дневной рассады 10 в полевые условия открытого грунта:

- залил в бак 11 слабый раствор полного удобрения NPK,

- увлажнил им субстрат 4 через кран 12 (периодически его открывая), трубу 13 и поддон 6 до ПВ 90-95%,

- с помощью разъема 16 подключил измерительный элемент 17 к датчику влажности субстрата 15, а

- через разъем 18 и через индикатор влажности субстрата 19 к датчику 15 подключил компенсационный его элемент 14, предварительно увлажненный раствором NPK из бака до ПВ 90-95%,

- включил БУ и установил по индикатору влажности 19 с помощью задатчика 20 датчик 15 на "0" (т.е. в нейтральное положение, соответствующее задаваемой влажности субстрата 4 с ПВ 90-95%).

Затем в увлажненный субстрат 4 через прорези 9 высадил рассаду 10 (в количестве 36 шт.) в ящики 1.

И когда рассада 10 начала приживаться и влажность субстрата 4 в ящиках 1 стала падать, датчик 15 через БУ включил компрессор 21 и (с некоторой задержкой) открыл электроклапан 28. После чего раствор NPK стал поступать из бака 11 по трубе 13 в поддон 6 и в слой гравийного водовода 5, уложенного предварительно под субстрат 4,

- равномерно растекаясь по гравийному водоводу 5 под ящиками 1, раствор в поддоне 6 стал постепенно подниматься до тех пор, пока не проник в субстрат, после чего сигналом датчика уровня в поддоне питательного раствора 22 электроклапан 28 закрывается и питательный раствор начнет впитываться в субстрат 4. И такие циклы увлажнения будут повторяться до тех пор, пока влажность субстрата 4 не будет восстановлена до заданного значения ПВ датчиком 15.

Если же в процессе таких неоднократных циклов увлажнений субстрата (по какой-либо причине) раствор закончится преждевременно, поплавок 26 начнет открывать клапан 27, подливая воду в бак 11 и обеспечивая (в аварийном режиме) растения влагой.

А, когда рассада 10 окончательно прижилась, и процесс транспирации у нее установился, с помощью уровнемера 23 определил объем раствора, усвоенного рассадой 10 за последние сутки вегетации и перевел подкормку и питание растений 10 на автоматический режим.

Для этого:

- отключил БУ,

- раствор NPK из бака 11 через кран 24 слил,

- снова закрыл кран 24, а вместо "промежуточного" раствора NPK залил в бак 11 раствор соответствующий расчетной потребности 50-дневной рассады (в период уже шестой по счету декады ее вегетации) - в питательных элементах,

- разбавил его водопроводной водой через кран 25 до объема, определенного путем экстраполяции ранее израсходованного объема раствора NPK за последние сутки 5 декады вегетации, на всю следующую 6 декаду (т.е. увеличил его ~ немного более 10 раз).

А далее операции при переходе от одного состава питательного раствора к раствору последующей декады вегетации фактически повторяются. При этом только желательно ПВ субстрата увязывать с периодами вегетации растений (т.е. укоренением, наращиванием зеленой массы, цветением, плодообразованием, созреванием, при которых она отличается по величине).

И в дальнейшем смена раствора и компенсационного элемента 14, увлажнение субстрата и питание растений выполнялось от декады к декаде по расчетному графику.

И, получая по программе необходимые ей питательные элементы, цветная капуста развивалась очень интенсивно, образуя головки даже с временным опережением (некоторые же из них достигли веса более одного килограмма!).

А в 2002-2004 г.г. аналогичные эксперименты были проведены еще с картофелем, земляникой и даже кукурузой (см. фото).

И результаты этих экспериментов еще и еще раз подтвердили возможность практического применения предложенного способа, его сравнительную эффективность и доступность для широкого промышленного применения.

Способ гидропонного выращивания растений в условиях открытого грунта в поддонах на субстратах, обладающих капиллярными свойствами, с питанием их и увлажнением субстрата питательным раствором с подачей его под корни растений и защитой его от дождей, отличающийся тем, что растения выращивают в ящиках без дна, установленных на пленочной подложке, которую предварительно расстилают на открытой, горизонтально выравненной, грунтовой поверхности, а потом подворачивают вплотную к стенкам ящиков, образуя поддон и закрепляя ее в этом положении подсыпкой грунта, после чего ящики засыпают субстратом, накрывают пленкой снизу до верху, в которой делают прорези и высаживают через них растения в субстрат, который в процессе их роста автоматически увлажняют питательным раствором, состав которого в каждый период времени вегетации растений соответствует расчетному выносу ими питательных элементов.