[发明专利]流体和养分传送系统及相关方法有效

专利信息
申请号: 200880013017.3 申请日: 2008-02-21
公开(公告)号: CN101662929A 公开(公告)日: 2010-03-03
发明(设计)人: 海曼·D·热塞;D·R·T·拉夫尼尔 申请(专利权)人: 发展科技有限公司
主分类号: A01G25/00 分类号: A01G25/00
代理公司: 北京金信立方知识产权代理有限公司 代理人: 黄 威
地址: 美国佛*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 流体 养分 传送 系统 相关 方法
【说明书】:

技术领域

发明大致涉及用于浇水和提供养分到植物的系统和方法,特 别涉及这样的系统和方法,其通过“按需”传送水和养分而使水的 使用最少化并使可能的农作物密度最大化。

背景技术

对于植物自浇水系统的需求是相当确定的,由于农业中使用了 世界淡水资源的约70%,许多产品已经设计和建造出以在不同程度 上满足该需求。一些系统供应少量连续的水,通常提到的有滴灌, 其供应水到根区域而不顾植物的需求。其他系统依赖于土中的潮湿 水平而指示对水的需求。还有其他的采用毛细管,其基于表面张力 和毛细上升效应而将水带给植物。

滴灌是很好地建立起来的用于在干旱地区生长植物的方法。宣 称其水利用的效率为90%,相比于洒水系统的75-85%。基本的滴 灌系统通常包括地面管,其上安装有小滴管/喷射器,以将水从供应 管送到在供应管任一侧上的植物的根部。该滴管/喷射器限制水到根 部一滴一滴的流动,这基于发射器/滴管内对水流的粘滞阻力。滴速 基于对专门植物、土条件、预期的降雨和土壤水分蒸发蒸腾损失率 进行计算后的需求而定,并可以在1至4L/hr每植物之间变动。

估计农作物水需求的需要或者提供到水中的养分量很少确切和 不变,这导致水的浪费。已经示出,植物根部可以控制水的释放, 该水存储在薄的多孔渗水的亲水膜后面,该膜相信由于吸收水中的 有机杂质而变得疏水性。该机制还没有被完全理解,尽管推测在根 释放物中有表面活性剂,其打开由于吸收水中的有机杂质而变为疏 水性的膜的孔。该疏水膜抑制了水到植物的流动。然而,植物的根 部流出多种化学物,其中包括表面活性剂,其通过使膜亲水而打开 膜孔。这样水现在可以流到根部,而当植物已经具有足够水时,膜 变为疏水性。

还示出的是,当两个带膜的存储器(一个存水,另一个包含养 分溶液)提供给植物时,植物能够区分这两个源,并取得所需的水 和所需的养分。水对养分的比率可以在2-5比1的范围内变动,这 依赖于养分溶液的浓度。

已经开发了许多地面下的系统,其包括管,该管是多孔渗水的 或打孔的,以允许水连续缓慢的释放。然而,这样疏水管,其要求 达到两个大气压的水压力,不能在植物已经具有足够水或者例如下 雨时自动停止水的传送。

没有采用膜系统的商业灌溉系统的一个理由可能在于获得膜的 困难性,其能够为新植物或秧苗,还能够为萌发的、生产水果和产 品的完全长成的和成熟的植物提供必要的水量。另一个可能的理由 是对水中恒定的微量有机溶液的依赖,其将吸收在膜的亲水孔通道 的出口壁上,将该膜转化为疏水系统,进而阻止或大大地减少通过 膜的水流。另一个理由可能是获得具有合适壁厚和直径的亲水管的 困难性,该管具有足够的耐久性,以使该过程是经济的。

俄罗斯的SVET太空种植生长系统包括具有1000cm2生长面积的 盒式温室,其具有房间用于直至40cm高的植物。根部生长在天然多 孔渗水的沸石上,高纯洁水保持根处于所需的潮湿水平。NASA使用 的零重力生长腔包括多微孔陶瓷或不锈钢管,带有养分的水从中通 过,提供用于灌溉温室植物。采用多孔渗水陶瓷、不锈钢或疏水膜 传送水和/或养分到植物的系统基本上是滴灌的形式,其中水/养分 总是在传送而不管植物是否需要。本领域技术人员显而易见的是, 陶瓷或不锈钢管比较厚,有机成分吸收在通道的整个长度上而不能 通过植物的释放物除去。

图7表示对于单个植物,水和养分溶液的流动。特别地,图7 是通过安装于两个285mL相同尺寸和形状的存储器(1号用于水,2 号用于养分溶液)底部的12cm2的多微孔Amerace A-10的水流量(单 位为Ml/day)的日常记录,所述存储器嵌入在很好建立的Ficus indica的盆栽土中(插入),表示水流方式的效果,当(i)建立根 与膜的接触,和(ii)总流量不再大于吸水速率时(24天后)。通常, 水的流量大约比养分溶液大约大三倍。已经示出的,养分浓度的改 变将改变来自两个存储器的流率。在图7中,植物根部的释放物将 图8中的步骤3改回到步骤1。这已经在一个通过允许膜在专门的水 量通过Amerace-10膜后闭合的实验中示出。然后,膜的出口侧用酒 精清洗,流过膜的水再继续,当所有酒精清洗掉后最终停止,有机 杂质允许吸附在孔的出口壁上,如图8所示。

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