Способ приготовления концентрированного питательного раствора хьюитта
Владельцы патента RU 2636468:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) (RU)
Изобретение относится к области биотехнологии и сельского хозяйства, в частности к гидропонике и растениеводству. Способ включает растворение минеральных солей в дистиллированной воде. При этом компоненты, содержащие кальций и магний, используют в количестве, меньшем относительно прописи Хьюитта, с таким расчетом, чтобы при последующем n-кратном разбавлении концентрата водопроводной водой средней жесткости концентрация ионов кальция и магния соответствовала норме по Хьюитту. Выпадению в осадок фосфатов кальция препятствуют, закисляя концентрат до pH=2,0-2,2, добавляя соляную и/или серную кислоту и однозамещенный фосфат калия в эффективном количестве. Концентрированный питательный раствор приготавливают смешением расчетных количеств маточных растворов минеральных солей, содержащих компоненты питательного раствора Хьюитта. Способ позволяет упростить процесс приготовления питательного раствора Хьюитта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству и может быть использовано при гидропонном и тепличном способах выращивания растений, в цветоводстве, выращивании овощей на приусадебных участках и т.п.
Минеральные вещества, участвующие в питании растений, подразделяют на макро- и микроэлементы. Первые — азот, калий, фосфор, сера, кальций, магний — являются основными. Влияние их на жизнедеятельность и развитие растительных организмов благоприятно и весьма разнообразно. Вторая группа элементов — железо, бор, медь, цинк, марганец, молибден, кобальт и ряд других — также обязательны, но в малых количествах.
Известен концентрированный питательный раствор Flora Series – комплексные удобрения для гидропоники и земли (http://floragrow.ru/products/flora-series.html). Этот концентрат не удается сохранить в виде одного раствора, при сливании образуется нерастворимый осадок, поэтому используется так называемый "принцип трех флаконов" с компонентами раствора, что вносит дополнительные сложности, особенно при подкормки растений методом полива. Flora Series не является универсальным средством, для его применения используют сложные таблицы по видам растений и по срокам внесения. Кроме того, широкое применение Flora Series ограничено высокой стоимостью концентрата.
Известен питательный раствор Хьюитта, содержащий N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Zn, Mn, B, Mo в расчетных количествах, широко применяемый в научных исследованиях, а также при гидропонном способе выращивания растений. Соотношение элементов получено эмпирическим путем (Hewitt, 1966) и, по данным различных авторов, приводимых Cooper (1988), Windsor & Schwarz (1990) (см. Nutrient Solutions for Hydroponic Systems. Libia I. Trejo-Téllez and Fernando C. Gуmez-Merino Colegio de Postgraduados, Montecillo, Texcoco, State of Mexico, Mexico, 2012), является одним из самых удачных для большинства высших растений. Питательный раствор содержит кальций и магний — важные компоненты, влияющие на физико-химическое состояние растений. Недостаток магния приводит к разрушению хлорофилла, а дефицит кальция вызывает поражение точки роста корней и надземных органов.
Раствор Хьюитта приготавливают растворением необходимого количества солей в дистиллированной воде. Приготовление раствора в больших количествах вне лаборатории - весьма затратный и трудоемкий процесс. Несмотря на эффективность для большинства растений, питательный раствор Хьюитта, ввиду сложности его приготовления и сравнительной дороговизны, редко используют в агропромышленных масштабах.
Технической задачей изобретения является упрощение процесса приготовления питательного раствора Хьюитта и значительное снижение его себестоимости.
Поставленная задача решается за счет приготовления высококонцентрированного питательного раствора, рассчитанного на разведение обычной водопроводной водой в заранее заданном соотношении. Способ приготовления такого раствора включает растворение в дистиллированной воде минеральных солей, содержащих все макро- и микроэлементы по прописи Хьюитта. В отличие от стандартной процедуры компоненты, содержащие кальций и магний, используют в количестве, меньшем относительно прописи Хьюитта, с таким расчетом, чтобы при последующем n-кратном разбавлении концентрата водопроводной водой средней жесткости концентрация ионов кальция и магния соответствовала норме по Хьюитту. При этом возникает вероятность, что при высоких концентрациях в растворе образуются нерастворимые в воде соли, в первую очередь фосфат кальция, который выпадает в осадок. Для предотвращения этого явления концентрат закисляют до значений pH=2,0 … 2,2.
Кислотность раствора можно повысить разными способами. Для наших целей предпочтительным является добавление небольших количеств соляной и/или серной кислоты и однозамещенного фосфата калия.
При конкретном осуществлении способа по изобретению концентрат питательной среды, предназначенный для получения питательного раствора по прописи Хьюитта, можно приготовить, сливая расчетные количества маточных растворов необходимых солей с добавлением закисленной дистиллированной воды.
Низкое значение pH и пониженное содержание ионов кальция и магния в концентрате препятствует образованию осадка кальция. Концентрат может храниться в обычных условиях длительное время, до года и более. Для приготовления стандартного питательного раствора Хьюитта концентрат разбавляют водопроводной водой и доводят pH раствора до 5 … 6,5, что является оптимумом для большинства растений. Концентрат, в отличие от нормального питательного раствора, может удобно транспортироваться в необходимых количествах на место использования.
Использование концентрированной среды упрощает приготовление больших количеств питательного раствора и позволяет значительно снизить себестоимость потребительского продукта, необходимого для гидропоники, подкормки и полива различных сельскохозяйственных растений. Себестоимость конечного продукта (питательного раствора Хьюитта) может быть снижена в 10 и более раз. Экономические выгоды складываются из замены дорогостоящего дистиллята дешевой водопроводной водой, из уменьшения количества потребных реагентов, поскольку часть из них вносится вместе с водой-разбавителем, из удобства приготовления на месте использования и из снижения затрат на транспортировку.
Пример
Требуется приготовить концентрированный раствор, при разведении которого обычной питьевой водой средней жесткости в соотношении 1:20 получают питательный раствор по прописи Хьюитта. Расчет состава концентрата, который будет разводиться в 20 раз:
Таблица 1
При этом часть нитрата кальция, сульфата магния, некоторые микроэлементы будут внесены с водой-разбавителем. Расчеты показывают, что в данном частном случае для приготовления заявленного высококонцентрированного раствора Хьюитта необходимы следующие ингредиенты:
Таблица 2
Учет количественного содержания элементов, которые снижены в концентрате и будут добавлены в питательный раствор при разбавлении водопроводной водой, может быть осуществлен по предельно-допустимому количеству (ПДК), предусмотренному санитарными правилами и нормативами СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». Наибольший вклад водопроводная вода дает по кальцию и магнию, содержание солей которых определяет жесткость воды. Согласно СанПиН, общая жесткость питьевой воды составляет до 10 Мг-экв./л. В воде средней жесткости содержится от 4 до 8 Мг-экв/л солей жесткости (кальция и магния). Более точный учет может осуществляться химическим анализом воды, подаваемой в систему водоснабжения того региона, где осуществляют разведение концентрата. Методы определения жесткости питьевой воды, в том числе по кальцию и магнию, известны и заданы стандартом ГОСТ 31954-2012.
Эффективность питательного раствора Хьюитта зависит от кислотности среды. На графиках фиг. 1 по вертикали показана доступность для растений различных питательных элементов в зависимости от кислотности pH (по данным CANNA.com, источник http://www.canna-ru.com/). Из этих данных и из ряда других источников следует, что при разведении концентрированного питательного раствора Хьюитта по изобретению водопроводной водой в n раз (до рабочей концентрации) его кислотность должна быть доведена до уровня pH = 5,5 … 6,0. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса приготовления питательного раствора Хьюитта и значительное снижение его себестоимости, что делает его доступным для широкого использования в гидропонике, при тепличном овощеводстве, при поливном земледелии.
1. Способ приготовления концентрированного питательного раствора Хьюитта, включающий растворение минеральных солей в дистиллированной воде, отличающийся тем, что компоненты, содержащие кальций и магний, используют в количестве, меньшем относительно прописи Хьюитта, с таким расчетом, чтобы при последующем n-кратном разбавлении концентрата водопроводной водой средней жесткости концентрация ионов кальция и магния соответствовала норме по Хьюитту, при этом препятствуют выпадению в осадок фосфатов кальция, закисляя концентрат до pH=2,0-2,2.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закисление концентрата осуществляют, добавляя соляную и/или серную кислоту и однозамещенный фосфат калия в эффективном количестве.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрированный питательный раствор приготавливают смешением расчетных количеств маточных растворов минеральных солей, содержащих компоненты питательного раствора Хьюитта.
