Питательный субстрат для выращивания растений

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к питательным субстратам для растениеводства закрытого и открытого грунта, которые содержат полный набор питательных элементов для роста растений в высокой концентрации и предназначены для длительного использования без дополнительного внесения удобрений при поливе слабоминерализованной водой на уровне питьевых норм. Субстрат состоит из смеси калиевой 10÷89 мас.%, аммониевой 20÷79 мас.% и водородной 0÷30 мас.% форм природного клиноптилолита и малорастворимых солей кальция, магния и фосфорной и/или серной кислоты 0÷10 мас.%. Растворимость субстрата обеспечивает суммарную концентрацию ионов в контактирующем с субстратом водном растворе, равную 0,1÷50 м-экв/дм3. Обеспечивается создание экологичного питательного субстрата для ионитопоники на основе природных ионитов, насыщенных комплексом биологических ионов, при равновесии с водой образующих питательный раствор. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к питательным субстратам для растениеводства закрытого и открытого грунта, которые содержат полный набор питательных элементов для роста растений в высокой концентрации и предназначены для длительного использования без дополнительного внесения удобрений при поливе слабоминерализованной водой на уровне питьевых норм. Может быть использовано в бытовом, сельскохозяйственном, высокотехнологичном и специализированном растениеводстве, в том числе: в качестве субстрата для замкнутых экологических систем (автономные оранжереи, фито- и ландшафтный дизайн, комнатное растениеводство и т.д.), для улучшения плодородия и корректировки ионного состава обедненных почв, восстановления почвенного комплекса деградированных и истощенных грунтов, придания питательных свойств пескам, адаптации клонируемых растений после выращивания в условиях in vitro.

Известен способ получения ионообменных субстратов для выращивания растений [SU 211935], в котором полученная питательная среда состоит из смеси синтетических катионообменных и анионообменных смол, насыщенных катионами и анионами биогенных элементов из питательных растворов различного состава до состояния равновесия. Способ получения ионитных субстратов по этому методу универсален и позволяет использовать для этих целей синтетические иониты любых типов. Недостатком этого способа являются: использование больших объемов пропускаемого питательного раствора (как минимум 1000 л раствора на 1 кг субстрата) и длительностью процесса; невозможность использования данной среды для корректировки ионного состава почв в природных условиях, что обусловлено санитарно-гигиеническими ограничениями и запретами на внесение в почву синтетических полимеров; затруднительность утилизации использованного субстрата; дороговизна, обусловленная в том числе высокой стоимостью исходных ионитов.

Известен более технологичный способ получения ионитных субстратов такого типа, реализованный путем последовательного насыщения смеси катионита и анионита в статических условиях солями биогенных элементов [«Ионитные почвы» - B.C. Солдатов, Н.Г. Перышкина, Р.П. Хорошко - Изд. «Наука и Техника», Минск 1978, 271 стр. - Стр. 157-172]. Это позволяет сократить объем насыщающих растворов и время процесса получения субстратов, однако остальные, перечисленные выше, недостатки остаются.

Известна питательная среда для выращивания растений [SU 1395217], получаемая путем смешения синтетических катионита и анионита, насыщенных катионами и анионами биогенных элементов, и природного минерала из группы цеолитов - клиноптилолита, в калиевой или калиево-аммонийной ионной форме. В этом случае снижается стоимость получаемого субстрата за счет введения в его состав недорогого компонента - клиноптилолита. Однако недостатки, связанные с экологичностью и утилизируемостью, по-прежнему остаются.

Известен способ получения искусственной почвы на основе клиноптилолита [RU 2115301]. Искусственная почва, получаемая по этому способу, состоит только из химически модифицированного клиноптилолита. Она представляет собой смесь катионных форм клиноптилолита с композиционным материалом на основе клиноптилолита, содержащем в своем составе фосфаты магния, и выполняющем роль анионообменника. Недостатком рассматриваемого способа является высокая трудоемкость, обязательное термостатирование (обусловлено необходимостью введения ионов магния в клиноптилолит при повышенных температурах (не менее 50°С), с последующей обработкой раствором гидрофосфата металла при температуре не более 35°С), а также длительной финальной обработкой полученной смеси слабоконцентрированными питательными гидропонными растворами.

Известна искусственная почва и способ ее получения [US 2015/0128671 А1], в которой предлагается использовать синтетические и природные иониты в качестве компонентов-наполнителей, представляющих собой композиты, в которых частицы ионитов, насыщенные биогенными ионами, распределяются в объеме гидрогеля - альгината натрия. Основными недостатками данных сред является низкая обменная емкость описанных искусственных почв (не более 0.2 м-экв/г в сумме по катионам и анионам), сложность процесса получения и опасность бактериального роста патогенной микрофлоры на органическом гидрогеле.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является ионитный субстрат «Биона-311» (прототип) [ТУ РБ 100185198.063-2002 «Субстраты ионитные «Биона»»], производящийся на опытном производственном участке Института физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси и ООО «ИМТ-Фильтр». Данный субстрат является смесью сильнокислотного катионита КУ-2 и среднеосновного анионита ЭДЭ-10П, содержащих в своем составе весь перечень катионных и анионных макро- и микроэлементов, а также калиевой ионной формы клиноптилолита. Количественный состав конечного продукта: равноэквивалентная смесь синтетических ионитов, насыщенных биоионами - 80 масс. %; калиевая моноформа клиноптилолита - 20 масс. %. Недостатками являются низкая технологичность процесса при получении (обусловлена большим количеством технологических стадий, выполнение которых требует высокой точности и повышенной требовательности к квалификации персонала), а так же, как и в большинстве предыдущих случаев, высокая стоимость, низкая экологичность готового продукта и утилизируемость после использования.

Задача изобретения - создание недорогого, относительно простого в производстве, высокопродуктивного и экологичного питательного субстрата для ионитопоники на основе природных ионитов, насыщенных комплексом биологических ионов, при равновесии с водой образующих питательный раствор.

Поставленная задача решается тем, что предложен питательный субстрат для выращивания растений, состоящий из смеси калиевой, аммониевой и водородной форм природного клиноптилолита и малорастворимых солей кальция, магния и фосфорной и/или серной кислоты с размером частиц 0.1÷10 мм и растворимостью, обеспечивающей суммарную концентрацию ионов в контактирующем с субстратом водном растворе 0.1÷50 м-экв/дм3, и отличающийся тем, что в нем отсутствуют полимерные ионообменные смолы и азот в форме нитратов.

При этом заявляемый питательный субстрат содержит следующие компоненты (в пересчете на безводные, масс. %):

- K+ ионная форма клиноптилолита - 10÷89;
- NH4+ ионная форма клиноптилолита - 20÷79;
- Н+ ионная форма клиноптилолита - 0÷30;
- CaHPO4 - 0÷1;
- MgHPO4 - 0÷7;
- Са3(PO4)2 - 0÷10;
- Mg3(PO4)2 - 0÷2;
- CaSO4 - 0÷3;
- NH4MgPO4 - 0÷10;
- Доломит - 0÷2;
- Фосфорит - 0÷2.

Максимальный и минимальный проценты калиевой, аммонийной и водородной ионных форм клиноптилолита в виде моноионных (смесь отдельных K+, NH4+ и Н+ ионных форм) или полиионных форм (смесь смешанных K++, NH4+-H+, K+-NH4+, K+-NH4+-H+ ионных форм) обусловлены соотношением K/N и рН субстратного раствора в питательной среде, соответствующей: физиологическим потребностям растений; оптимальной массе полезной части или декоративным свойствам растений; химическому составу, обусловливающему пищевую ценность с/х растений и принятой в практике растениеводства [«Агрохимия» - В.В. Кидин, С.П. Торшин - М.: Проспект, 2016. - 608 с].

В заявляемом питательном субстрате источником калия и азота для растений и регулятором кислотности ризосферы является клиноптилолит, содержащий в ионообменно-сорбированном состоянии ионы калия, аммония и водорода. Необходимые пропорции получают путем механического смешивания моноионных форм клиноптилолита (содержащих только ионы калия, аммония и водорода) или путем введения всех этих ионов в клиноптилолит при его обработке раствором, содержащим все указанные катионы, в пропорциях, соответствующих потребностям растений.

Клиноптилолит в чистом виде не поглощает анионов, поэтому в него не может быть введен азот в виде нитрата, сера в виде сульфата и фосфор в виде фосфатов. В настоящей заявке эти ионы вводят в субстрат в виде малорастворимых солей или природных минералов, растворимость которых не превышает таких значений, при которых суммарная концентрация электролитов в субстратном растворе не превысит значений неприемлемых для роста растений, т.е. используемых в гидропонных растворах и существенно более низких, чем та, которая вызывает повреждение клеточных мембран корней растений. Доза введения минералов в питательный субстрат достаточно велика, чтобы субстратный раствор был насыщен по отношению к каждой из этих солей, что обеспечивает постоянство концентраций введенных ионов независимо от количества введенных солей. Этим гарантируется невозможность передозировки данных ионов в растворе при превышении их необходимого количества в субстрате. В этих условиях максимальный и минимальный проценты солей и минералов в питательной среде определяют отношениями их (мольных) эквивалентных концентраций, необходимых (предельных) для каждого конкретного вида растений, но лежащих в следующих пределах: K/Са=1/(0.16÷3.0); K/Mg=1/(0.11÷1.47); K/N=1/(0.59÷3.03); K/Р=1/(0.04÷2.01); K/S=1/(0.08÷2.50) [«Ионитные почвы» - B.C. Солдатов, Н.Г. Перышкина, Р.П. Хорошко - Изд. «Наука и Техника», Минск 1978, 271 стр. , Стр. 96.].

Микроэлементы вводят в субстрат в виде смеси сухих солей в количествах и пропорциях, принятых в агрохимии [«Агрохимия» - Б.А. Ягодин, Ю.П. Жуков, В.И. Кобзаренко (под ред. Б.А. Ягодина) - М.: Колос, 2002-584 с.].

Достижение технического результата характеризуется получением урожая тест-растений (выражаемой в количестве выращенной на субстрате биомассы), сопоставленной с прототипом.

Составы питательных субстратов (масс. %), испытанных в биологических экспериментах:

Результаты биологических экспериментов представлены примерами. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают заявляемое изобретение.

Условия испытаний:

- Экспериментальная культура: В основном в качестве тест-растения использовался Райграс пастбищный (Lolium perenne L.), семейства Злаки. В некоторых случаях использованы кабачок-цуккини Находка F1 (Cucurbita реро var. giromontina) и салат Фриллис (Frillis) (субстраты №№21÷23).

- Питательная среда для растений: смесь испытуемого субстрата 2 масс. % и кварцевого песка 98 масс. % (отмыт 2М HCI от кислоторастворимых примесей). Сверху питательная среда мульчировалась черной полиэтиленовой крошкой для подавления роста одноклеточных водорослей. В случае отличия - состав питательной среды указан непосредственно в примере.

- Вегетационные сосуды: черные пластиковые вазоны высотой 8 см и почвенной площадью 49 см2. Объем питательной среды 290 см3, масса питательной среды 330 г.

- Освещенность в вегетостате: 10000 Люкс, лампы - светильник светодиодный ДСП08-6×24-001 УХЛ4.2. Фотопериод: 18 часов свет.

- Температура воздуха: днем 21÷23°С, ночью 16÷18°С.

- Полив: водопроводная вода подачей воды в поддон, состав:

В процессе роста измеряли высоту растений, в конце вегетационного периода (через 30 суток), растения срезали на высоте 4 см от уровня субстрата. Определяли сырую и сухую биомассы растений (сушка при 60°С до постоянного веса). После первого среза растения оставляли расти еще на 30 суток, затем снова срезали и определяли их сырую и сухую биомассы.

В качестве контроля использовали прототип ионитный субстрат «Биона-311» в смеси с таким же песком или торфогрунтом и с таким же процентом, как в эксперименте.

Пример 1. Субстраты с постоянным содержанием клиноптилолита в NH4+ и K+ формах - 97 масс. % и MgHPO4 - 3.3 масс. % (тест-растение - Райграс).

Пример 2. Субстраты с постоянным суммарным массовым соотношением клиноптилолита в K+и NH4+ формах (0.3:0.7) и различным содержанием добавленного MgHPO4 (тест-растение - Райграс).

Пример 3. Субстраты с постоянным суммарным массовым соотношением клиноптилолита в K+ и NH4+ формах (0.3:0.7) и различным содержанием добавленного Mg3(PO4)2 и Са3(PO4)2 (тест-растение - Райграс).

Пример 4. Субстраты с постоянным суммарным массовым соотношением клиноптилолита в K+ и NH4+ формах (0.3:0.7) и различным содержанием добавленного CaSO4 и MgNH4PO4 (тест-растение - Райграс).

Пример 5. Субстраты с постоянным суммарным массовым соотношением клиноптилолита в K+ и NH4+ формах (0.3:0.7) и природными минералами кальция, магния и фосфора (растения: Lolium Perenne L. (Райграс луговой), кабачок-цуккини «Находка» и салат «Фрилис») с результатами анализа накопленных нитратов в листьях салата.

Данные питательные среды могут иметь различный состав, при этом полученный питательный субстрат с высокой эффективностью может быть использован в качестве субстратов для ионитопоники, корректирующих добавок к почвам, грунтам и пескам различного происхождения.

Существенными преимуществами заявляемого изобретения являются:

- возможность регулирования ионного состава и кислотности питательной среды путем изменения соотношения ионных форм клиноптилолита в субстрате;

- за счет того, что предлагаемый субстрат состоит только из природных минералов и/или их синтетических аналогов, автоматически снимается проблема санитарно-гигиенических ограничений при его использовании и утилизации после применения, так как допускается его внесение в открытый грунт (за счет отсутствия ионообменных смол в составе). При этом технологические стадии производства не требуют применения высоких температур, токсичных химикатов, что обусловливает отсутствие токсичных стоков и больших затрат времени;

- возможность получения питательной среды, практически не содержащей в своем составе нитратов.

1. Питательный субстрат для выращивания растений, состоящий из смеси калиевой 10÷89 мас.%, аммониевой 20÷79 мас.% и водородной 0÷30 мас.% форм природного клиноптилолита и малорастворимых солей кальция, магния и фосфорной и/или серной кислоты 0÷10 мас.%, и растворимостью, обеспечивающей суммарную концентрацию ионов в контактирующем с субстратом водном растворе 0,1÷50 м-экв/дм3.

2. Субстрат по п.1, характеризующийся тем, что малорастворимые соли представлены в следующем составе мас.%:

CaHPO4 0÷1
MgHPO4 0÷7
Са3(PO4)2 0÷10
Mg3(PO4)2 0÷2

CaSO4 0÷3

NH4MgPO4 0÷10
Доломит 0÷2
Фосфорит 0÷2

3. Субстрат по п.1 или 2, характеризующийся тем, что размер частиц смеси составляет 0,1÷10 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к картофелеводству и семеноводству, а также к гидропонике. Способ включает обработку растений раствором биологически активного вещества.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ обработки гидропонного питательного раствора, включающий обработку гидропонного питательного раствора физическим воздействием, в качестве которого используют акустическое и вращающиеся электромагнитные поля.

Группа изобретений относится к области растениеводства. Связный субстратный ростовой продукт для культивирования образован из искусственных стекловидных волокон (MMVF).

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Осуществляют выращивание листовых овощей с использованием гидропонного раствора с нормальным содержанием калия в течение определенного периода времени и последующее выращивание с использованием в качестве замены гидропонного раствора для периода выращивания с пониженным содержанием калия.
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ приготовления концентрата питательного раствора для растений на базе комплекса удобрений включает растворение минеральных удобрений в воде, причем после подкисления воды азотной и/или серной кислотами до pH 1-2 в раствор вводят смесь химических удобрений, содержащую макроэлементы в количестве, характерном для их содержания в 1 л питательного раствора, мг-экв: азот 10-15, фосфор 3-4, кальций 6-8, калий 4-5, магний 2-3, сера 2-3, после длительного перемешивания, последующего отстаивания, слива надосадочной жидкости и фильтрации в нее добавляют водный раствор основных микроэлементов.

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству. Предложено устройство для обработки гидропонного питательного раствора, состоящее из емкости для размещения питательного раствора, с входными трубопроводами и выходным трубопроводом, подающим раствор растениям, с узлом обработки питательного раствора, который выполнен в виде двух корпусов из диамагнитного материала с соосным сквозным отверстием, каждый из которых имеет электромагнитную систему, состоящую из магнитопровода, выполненного в виде ферритовых колец, установленных друг от друга на расстоянии, обеспечивающем исключение перекрытия вращающихся магнитных полей.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Субстрат для выращивания растений содержит минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм, связующее, полученное термическим отверждением водной композиции, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал и модификатор адгезии силан.

Изобретение относится к области биотехнологии и сельского хозяйства, в частности к гидропонике и растениеводству. Способ включает растворение минеральных солей в дистиллированной воде.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. При осуществлении способа гидропонного бессубстратного выращивания растений размещают растения в вегетационном лотке.

Группа изобретений относится к области выращивания растений на гидропонных системах. Система включает в себя: по меньшей мере один беспроводной детектор; и центральное средство обработки данных детектора; причем один или каждый детектор выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного из температуры, содержания воды и содержания питательных веществ в гидропонном субстрате для выращивания растения.
Изобретение может быть использовано для получения искусственных почв, предназначенных для выращивания травянистых растений и древесных форм растений в условиях закрытого или открытого грунтов. Искусственная почва содержит органический субстрат, полученный путем ферментации смеси отходов животноводства. В качестве органического субстрата используется биогумус, полученный при переработке навоза крупного рогатого скота с помощью вермикомпостирования. Дополнительно с составе почвы используют слоистые неразбухающие алюмосиликаты фракциями 2-4 мм, вулканические породы фракциями 5-20 мм и гранулы вермикулита, имеющие размер 2-5 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: вермикулит 2-35 алюмосиликаты 2-45 вулканические породы 2-40 органический субстрат 20-80 Обеспечивается повышение срока эксплуатации почвы по сравнению с торфяно-песчаными смесями, торфяными смесями и конструктоземами за счет устойчивости ее структуры, обеспечивается универсальность субстрата, т.е. возможность выращивать растения как древесных форм (благодаря устойчивой структуре субстрата), так и использовать субстрат в тепличном сельском хозяйстве для выращивания органических продуктов питания, исключается потребность в использовании инсектицидов и/или фунгицидов, а также консервантов при длительном сроке хранения.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к питательным субстратам для растениеводства закрытого и открытого грунта, которые содержат полный набор питательных элементов для роста растений в высокой концентрации и предназначены для длительного использования без дополнительного внесения удобрений при поливе слабоминерализованной водой на уровне питьевых норм. Субстрат состоит из смеси калиевой 10÷89 мас., аммониевой 20÷79 мас. и водородной 0÷30 мас. форм природного клиноптилолита и малорастворимых солей кальция, магния и фосфорной иили серной кислоты 0÷10 мас.. Растворимость субстрата обеспечивает суммарную концентрацию ионов в контактирующем с субстратом водном растворе, равную 0,1÷50 м-эквдм3. Обеспечивается создание экологичного питательного субстрата для ионитопоники на основе природных ионитов, насыщенных комплексом биологических ионов, при равновесии с водой образующих питательный раствор. 2 з.п. ф-лы.

Наверх