NO150821B - Fremgangsmaate til plantedyrkning uten jord - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til plantedyrking uten jord hvor næringsoppløsningen tilføres plantenes rotsystem.

Ved all dyrking, enten den foregår i mark eller på jord på den vanlige måte eller i en næringsoppløsning som til-

føres plantenes rotsystem foregår plantenes opptagning av negative ioner (anioner) først og fremst ved hjelp av den energi som frigjøres ved rotrespirasjon. Da oksygen medgår for normal rotrespirasjon har høyt oksygeninnhold i mark-

væsken respektiv næringsoppløsningen stor betydning for plantenes forsyning med nødvendige næringsstoffer. I denne forbindelse kan det henvises til en artikkel av H.Marschner: Einfluss der Sauerstoffversorgung der Wurzeln auf Mineral-stoffaufnahme und Pflanzenwachsturn, KALI-BRIEFE, Fachgebiet 2,2. Folge: 1 - 17, 1976.

Forbindelsen mellom rotrespirasjon og opptak av

negative ioner kan ofte iakttas ved praktisk plantedyrking.

Hvis til eksempel røttene hos unge tomatplanter lider under mangel på oksygen pga. for lavt oksygeninnhold i markvæsken respektiv næringsoppløsningen vanskeliggjøres rotrespirasjonen og derved ioneopptagningen generelt og spesielt nitration-opptagningen. Plantene kommer til å gulne, vise tydelig nitrogenmangel-symtom.

Ved plantedyrking uten jord har man blitt mer opp-merksom på hvilken betydning rotrespirasjonen har for plantenes produksjon. Ved begynnelsen av dyrkingen finnes det tilstrekkelig med oksygen til de unge rotter og rotrespirasjonen fungerer da godt, etter hvert som plantene blir eldre kommer det til å skje en viss rotdød i og med at plantene fo-rnyer sine røtter og de gamle dør bort. Disse døde røtter for-bruker da en del av den oksygen som finnes tilgjengelig i næringsoppløsningen da det medgår oksygen ved nedbrytningen av disse døde røtter således at det oksygeninnhold i nærings-oppløsningen som står til disposisjon for de aktive røtter blir redusert. Den reduserte tilgang på oksygen i nærings-oppløsningen kan føre til at rotrespirasjonen blir utilstrekkelig, og det kan da iakttas en viss tendens til rotdød som innebærer at ytterligere døde røtter nå komme til å forbruke ytterligere oksygen i næringsoppløsningen.

Det er også kjent at røttenes opptak av ammoniumioner

NH^ medfører en senkning av næringsoppløsningens pH-verdi pga. at røttene derved avgir hydrogenioner H+. Bakterier i nærings-oppløsningen (nitrifikasjonsbakterier) reduserer også ammon-iumet til nitrat under forbruk av oksygen i henhold til følgende:

De omtalte fysiologiske mekanismer medfører at dyrk-ningen kommer inn i en ond sirkel, hvor det oksygen som gjennom næringsoppløsningen tilføres plantenes rotsystem forbrukes på annen måte enn det som er til nytt for plantenes næringsopptak.

Plantedyrking uten jord har man for å tilføre oksygen til næringsoppløsningen tidligere blåst inn luft i denne gjennom en perforert rør- eller slangeledning i en forrådstank for næringsoppløsning ved anvendelse av kompressor.

Dette er omtalt i eksempelvis svensk utlegningsskrift 7510385-3. Denne oksygentilførsel til næringsoppløsningen som tilveiebringes på denne måte er imidlertid ikke tilstrekkelig for tilførsel av det oksygen som kreves.

I publikasjonen "Plant Propagation Principles and Prac-tices" 1975 Prentice Hall Inc., side 256 og 257, omtales oksy-geninnholdets betydning for rotsystemet, men det fremgår ikke av publikasjonen hvorledes man skal oppnå et ønsket oksygeninnhold. Imidlertid oppnåd det ikke et innhold på oppløst oksygen på minst 4 ppm bare ved vanlig innblåsing av oksygen eller luft.

Med kjennskap til de ovenfor nevnte forhold er opp-finnelsens hensikt å tilveiebringe optimale betingelser for plantene med plantedyrkning uten jord under tilførsel av næringsoppløsning med hensyn til rotrespirasjon og næringsopptak hos plantene og dermed øke plantenes produksjon.

Oppfinnelsen vedrører altså en fremgangsmåte slik

den fremgår av patentkrav 1 og for å anskueliggjøre oppfinnelsen skal en utførelse herav omtales nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser et skjematisk bilde av et anlegg for plantedyrkning uten jord anordnet for tilpasning av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et diagram som viser innhold av oppløst oksygen i næringsoppløsningen og

fig. 3 viser et diagram som viser oppløselighet av luftens oksygengass, respektiv ren oksygengass.i vann.

Fig. 1 viser et dyrkningsbed 10 som omfatter en renne 11, hvori planter er "plantet", idet plantene holdes i still-ing av en rotklump av stenull eller lignende inaktivt sub-strat og deres rotsystem er dekket med et lokk, en opak plastfilm eller lignende som utestenger lys fra rotsystemet. Renne 11 tilføres næringsoppløsning ved 12 og denne nærings-oppløsning renner gjennom rennen hvori plantenes rotsystem brer seg ut for å bortføres fra rennen ved 13 der nærings-oppløsningen kan gå til et avløp eller kan på nytt tilføres rennen ved 12 ved at den får sirkulere i lukket system.

I foreliggende tilfelle antas et slikt lukket system å være anordnet den fra rennen 11 avgående nræingsoppløsning tilføres en forrådstank 14 for næringsoppløsning. Fra. denne suges næringsoppløsningen ved hjelp av en pumpe 15 for via et sandfilter 16 å tilføres en oksygentilfører 17 som her innbefatter et kar 18 med innløp 19 for næringsoppløsningen øverst. Dette innløp slutter seg til et innløpskammer 20

i kammeret som er skilt fra karets indre forøvrig ved hjelp av en perforert tverrvegg 21 med et stort antall hull med en diameter på 4 mm. Nedenfor tverrveggen eller gitteret 21

er det anordnet en injeksjonsåpning 22 for tilførsel av oksygen fra en oksygenbeholder 2 3 og lengst nede i karet er det anordnet et fra bunnen utgående utløp 24. I oksygen tilføreren innføres gassformet, hovedsakelig rent oksygen i næringsoppløsningen og oppløses i denne. Fra utløpet føres den i oksygentilføreren med oksygen berikede nærings-oppløsning til en ventil 25 for i forutbestemt mengde å til-føres dyrkningsbedet 10 og forøvrig gå tilbake til tanken 14.

Det omtalte lukkede sirkulasjonssystem for nærings-oppløsningen innbefatter eventuelt også ventiler samt for-skjellige skjønt- og forgreningsledninger på vanlig måte, men disse detaljer er ikke vist her. Wæringsoppløsningens sammensetning og surhetsgrad kan reguleres i henhold til den fremgangsmåte ved plantedyrkning uten jord som er omtalt i svensk utlegningsskrift 7510385-3.

På fig. 2 markerer horisontalaksen temperaturen på næringsoppløsningen i °C og vertikalaksen mengden oppløst oksygen i næringsoppløsningen i ppm. En horisontal linje A markerer den kritiske grense for oksygeninnhold i nærings-oppløsningen som man ifølge oppfinnelsen har funnet ligge ved ca. 4,5 ppm oppløst oksygen. Under denne verdi blir rotrespirasjonen utilstrekkelig. Kurvene B og C markerer nedre, respektiv øvre grense med i praksis målte verdier på oksygeninnhold ved vanlig vekstdyrkning uten jord der den eneste oksygentilførsel skjer ved innblåsning av luft i tanken på den måte som er nevnt ovenfor. Kurven D markerer den høyest mulige verdi på oksygeninnholdet, metningsverdi-en ved innblåsning av luft.

Slik det fremgår av fig. 2 står næringsoppløsningens evne til å holde oksygen oppløst i omvendt forhold til nær-ingsoppløsningens temperatur. Under varme sommerdager kan den sirkulerende næringsoppløsning hurtig komme opp i tempe-raturer på 26 - 28°C og det fremgår av fig. 2 at nærings-oppløsningen ved dette temperaturnivå kan holde maksimalt

ca. 5,5 ppm oppløst oksygen.

Det er derfor et vesentlig trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen at mengden oppløst oksygen i nærings-oppløsningen skal hindre fra å underskride den nevnte kritiske grense og i denne hensikt er anlegget utstyrt med middel for avføling av innhold oppløst oksygen i den næringsopp-løsning som tilføres rennen 11 og for innregulering av oksygeninnholdet til en for vekstene egnet verdi.

Dette middel innbefatter en målecelle 26 av kjent

type en skjøntledning fra utløpet 24 til tanken 14 for måling av oksygeninnholdet i den næringsoppløsning som forlater oksygentilføreren 17 for å tilføres dyrkningsbedet 10. Måle-cellen 26 er tilknyttet til et indikator- og styringsorgan 27 som indikerer det målte oksygeninnhold, og er utstyrt med organ for innstilling av en nominell verdi for oksygeninnholdet. Indikator- og styreorganet 2 7 er koplet til en sole-noidventil 2 8 for regulering av tilførselen av oksygen fra oksygenflasken 23 til oksygentilføreren 17, idet denne ventil åpnes pulsvis avhengig av det forekomne aktuelle innhold av oksygeninnhold i næringsoppløsningen fra oksygentilføreren 17 for å holde denne verdi overensstemmende med den på forhånd innstilte bør-verdi, en avvikelse mellom er-verdi og bør-verdi medfører øket pulstetthet med hensyn på åpning av solenoidventilen 28.

Takket være at tilførselen av oksygen til nærings-oppløsningen foregår med anvendelse av en oksygentilfører 17 som innebærer en nyhet innen plantedyrkning uten jord og er basert på innsikten om den fundamentale betydning som tilførselen av oksygen til plantenes rotsystem har for plantenes tilvekt og produksjon kan en stor regulert mengde oksygen , betraktelig større enn det som tidligere er kommet på tale, opptas av den sirkulerende næringsoppløsning som oppløst oksygen. Oksygeninnholdet i næringsoppløsningen kommer selvsagt til å synke under næringsoppløsningens passering gjennom rennen 11, men uavhengig av om større eller mindre mengder av det oppløste oksygen forbrukes under passeringen gjennom rennen 11, eller om næringsoppløsningen har høyere eller lavere temperatur, medfører det omtalte oksygentilsetningssystem at innholdet oppløst oksygen i næringsoppløsningen ved rotsystemet holdes på en verdi som ligger tilstrekkelig meget over den kritiske verdi på 4,5 ppm for oppnåelse av det oksygenrike miljø for plantenes røtter som kreves for at ionebytte og rotrespirasjon og dermed næringsopptagningen hos plantene skal bli den mest heldige. For å opprettholde dette oksygeninnhold kreves at den nær-ingsoppløsningen som tilføres rennen 11 har et betraktelig høyere innhold av oppløst oksygen enn det som tilføres bare ved innblåsning av luft. I denne forbindelse henvises til fig. 3 som viser oksygengassens oppløselighet i vann, hvorved horisontalaksen angir vannets temperatur i °C og vertikalaksen angir mengden oppløst oksygen i ppm. Kurven E ved-rører oppløsning av luftens oksygengass (20,9% 02) og kurven F oppløseligheten av ren oksygengass (100% C^)•

Kvor stort oksygeninnholdet skal være i utløpet 2 4 fra oksygentilsetteren 17 blir avhengig av hvilke oksygeninnhold som foreligger ved 13, der oksygeninnholdet ikke bør være lavere enn 4,5 ppm. Oksygeninnholdet ved 13 er avhengig av mange faktorer, eksempelvis temperaturen på nær-ingsoppløsningen! plantenes rotaktivitet, plantetype, dyrk-ningsbedets 10 lengde, næringsoppløsningens innhold av organisk materiale, samt mengden ammoniumnitrogen i nærings-oppløsningen. Den næringsoppløsning som forlater oksygentilsetteren 17 kan eksempelvis ved 20°C bibringes et innhold av oppløst oksygen som er så høyt som ca. 44 ppm. Også her varierer oksygeinnholdet selvsagt omvendt proporsjonalt med næringsoppløsningens temperatur. Den onde sirkel med fremadskridende nedbrytning av plantene pga. økende mangel på oksygen, for vekstenes rotsystem kan derved brytes ned for produksjonen.

Sandfilteret 16 har til funksjon å ådskille" partikler som følger med den fra bedet 10 avgående næringsoppløsning. Forekommende organiske partikler som festner i filteret brytes hurtigere ned ved høyere oksygeninnhold i næringsopp-løsningen. I disse organiske partikler bundne næringsstoffer tilbakeføres derved til systemet.

Under tiden tilveiebringes ved oksygentilsetningen også kompensering for et allerede fra begynnelsen lavt oksygeninnhold i det råvann som inngår i næringsoppløsningen.

Dan omtalte oksygentilsetter har vist seg å være for-delaktig for det angitte formål, men det er også mulig å an-vende oksygentilsettere av annen type. Det vesentlige er at oksygenet tilføres næringsoppløsningen under trykk og at oksygenet gis tid til under intens omblanding og oppløse seg i næringsoppløsningen.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved plantedyrking uten jord, hvor en næringsoppløsning tilføres plantenes rotsystem, karakterisert ved at næringsoppløsningen før den tilføres rotsystemet pumpes gjennom en oksygentilsetter (17) og deri finfordels i en atmosfære av hovedsakelig rent oksygen, for deretter fra oksygentilsetteren med et innhold av oppløst oksygen som er minst 4 ppm å tilføres rotsystemet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at innholdet av oppløst oksygen etter oksygentilsetteren (17) avføles og tilførselen av oksygen til oksygentilsetteren reguleres i avhengighet av det avfølte oksygeninnhold.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at næringsoppløsningen sirkuleres i et lukket system med en forrådstank (14) for næringsoppløsningen, idet den fra rotsystemet avgående nær-ingsoppløsning tilføres forrådstanken og derifra pumpes til oksygentilsetteren (17).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at næringsoppløsningen tilføres oksygentilsetteren (17) via et mekanisk filter (16).