植物生長(zhǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及植物在人工基質(zhì)中的生長(zhǎng)。尤其是(但不限于)，本發(fā)明涉及植物在礦物棉基質(zhì)中的生長(zhǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的是，植物可在礦物棉生長(zhǎng)基質(zhì)中生長(zhǎng)。這種生長(zhǎng)基質(zhì)通常以連貫的插塞(plug)、塊體(block)、板或墊/毯的形式提供，并且一般包含粘結(jié)劑(通常為有機(jī)粘結(jié)劑)以提供產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的整體性。
[0003]通常，植物生長(zhǎng)過(guò)程分為兩個(gè)階段來(lái)管理:由“播種者(propagators) ”管理的第一階段，在該階段中，植物由種子開始生長(zhǎng)；以及由“栽培者(grower)”管理的第二階段，在該階段中，維持植物的生長(zhǎng)并進(jìn)行收割。例如，在番茄種植的情況中，播種者可將每個(gè)番茄種子播種于厚度為25-30mm且半徑為約20_30mm的圓柱狀插塞中。在種子發(fā)芽之后，播種者將插塞置于立方塊體中，以使根系和植株繼續(xù)生長(zhǎng)。然后培育位于塊體中的各植株，直至可將其由播種者移至栽培者的階段。
[0004]盡管通常每個(gè)塊體中僅放置單個(gè)植株，但是也可在每個(gè)塊體中放置多個(gè)植株。在一些實(shí)例中，通過(guò)在生長(zhǎng)的初期將莖劈開而將塊體中的單個(gè)植株一分為二，從而得到了共用一個(gè)根系的兩個(gè)植株。在另一實(shí)例中，可將多個(gè)植株嫁接在一起并在一個(gè)塊體中生長(zhǎng)。
[0005]播種者使用單獨(dú)的插塞和塊體并非對(duì)所有植株而言都是必須的，但是在(例如)歐洲專利申請(qǐng)EP2111746中描述了該做法可提供數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。具體而言，插塞的小尺寸使得能夠在初始階段對(duì)植物進(jìn)行更為規(guī)律的灌溉，而不會(huì)使基質(zhì)飽和。
[0006]在栽培者由播種者獲得塊體之后，栽培者將數(shù)個(gè)塊體置于一個(gè)礦物棉板上，以形成植物生長(zhǎng)系統(tǒng)。除了礦物棉板中位于上表面的開口(其用于接收種有植株的塊體)以及設(shè)于下表面的排水孔以外，礦物棉板的其他部分通常被包在金屬箔或其他隔水層內(nèi)。
[0007]在接下來(lái)的植株生長(zhǎng)過(guò)程中，利用滴頭(dripper)提供水和營(yíng)養(yǎng)物，其中滴頭將含有水和營(yíng)養(yǎng)物的液體通過(guò)直接輸送至塊體或者輸送至板中的方式到達(dá)系統(tǒng)。植株通過(guò)根部吸收塊體和板中的水和營(yíng)養(yǎng)物，并由此進(jìn)行生長(zhǎng)。未被植株吸收的水和營(yíng)養(yǎng)物保存在基質(zhì)體系中，或者通過(guò)排水孔被排出。
[0008]希望在生長(zhǎng)過(guò)程中盡可能有效地利用水和營(yíng)養(yǎng)物。這是出于成本以及環(huán)保的原因。具體而言，營(yíng)養(yǎng)物的獲得價(jià)格高，而含有這種營(yíng)養(yǎng)物的廢水因?yàn)榄h(huán)境法規(guī)而難以處理。隨著原料(尤其是磷酸鹽等肥料)變得更為稀少，這些壓力將會(huì)增加。人們期望改善植物生長(zhǎng)條件，并由此通過(guò)該方式提高由植株獲得的果實(shí)的產(chǎn)量和質(zhì)量，這與避免這種浪費(fèi)的期望是一致的。
[0009]與常規(guī)的基于土壤的生長(zhǎng)方法相比，使用礦物棉本身提供了這方面的極大益處，但在進(jìn)一步改善這些特性方面存在持續(xù)的需求。具體而言，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中收獲更多且消耗更少這兩方面存在矛盾的期望。即，人們期望植物的產(chǎn)量更高，同時(shí)降低水和/或營(yíng)養(yǎng)物的用量。在實(shí)際中，現(xiàn)有的生長(zhǎng)方法和/或基質(zhì)在這兩方面的均有局限性。
[0010]在此方面中，植物生長(zhǎng)系統(tǒng)的重要品質(zhì)包括其保水性、再飽和性、以及水/營(yíng)養(yǎng)物分布。保水性反映了該系統(tǒng)可保持的水量，水的分布反映了水和營(yíng)養(yǎng)物在板中所處的位置。再飽和性是指新添加溶液提高基質(zhì)的水和營(yíng)養(yǎng)物水平、而非替換現(xiàn)有溶液或溢出的趨勢(shì)。
[0011]影響保水性、水分布和再飽和性的具體考慮要素包括:重力作用，其趨向于將水向下引導(dǎo)并由此引向排水孔；以及毛細(xì)管作用，其能將水向上吸引。在實(shí)際中，板通常置于略微傾斜的斜面上，其排水孔位于底面的最下端，這有助于確保重力將水引向排水孔。除了重力作用和毛細(xì)管作用之外，還應(yīng)當(dāng)考慮介質(zhì)的流動(dòng)阻力，其具有防止水由滴頭通過(guò)板直至排水孔的作用?？傊绻獌?yōu)化根莖和植物生長(zhǎng)，則需要確保在生長(zhǎng)根莖的基質(zhì)區(qū)域中實(shí)現(xiàn)最優(yōu)條件。
[0012]如人們所預(yù)料的，基質(zhì)的非最優(yōu)(sub-optimal)保水性會(huì)導(dǎo)致水不足或者水過(guò)剩。在水不足的情況中，這會(huì)造成水通過(guò)排水孔而損失，從而造成浪費(fèi)。水分布也是重要的，這是因?yàn)榘逯械乃枰_(dá)到植物根部。例如，當(dāng)剛剛將植株置于板上時(shí)，根部會(huì)緩慢地伸入板的上部區(qū)域中。如果水不能到達(dá)根部，則會(huì)造成生長(zhǎng)速度的損失，從而使產(chǎn)量受損。具體而言，為了確保位于板的上部區(qū)域中的植株根部充分地被水灌溉，則需要栽培者向板提供過(guò)量的水以維持根部周圍存在充足的水，這造成更多的廢液通過(guò)排水孔并造成額外的成本。一方面，水量過(guò)多還會(huì)造成真菌生長(zhǎng)，或者另一方面造成氧損耗，這會(huì)損害植株。
[0013]植物生長(zhǎng)中的重要因素是營(yíng)養(yǎng)物的保持和分布。盡管通常將營(yíng)養(yǎng)物和水一同引入，但是它們并非一定通過(guò)相同的方式分布并保持于板中。營(yíng)養(yǎng)物通常包括含有氮、磷、鉀、鈣、鎂和類似元素的溶解鹽。營(yíng)養(yǎng)物溶解于水中，并且其移動(dòng)通過(guò)板受到平流(advect1n)、分散和擴(kuò)散等過(guò)程的影響。平流是營(yíng)養(yǎng)物與水流一同通過(guò)板的運(yùn)動(dòng)，分散是當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物通過(guò)板中的復(fù)合孔結(jié)構(gòu)而發(fā)生的營(yíng)養(yǎng)物的混合，擴(kuò)散涉及顆粒在板中的無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)，其統(tǒng)計(jì)學(xué)趨勢(shì)會(huì)降低濃度梯度。
[0014]與水本身一樣，營(yíng)養(yǎng)物達(dá)到植物根部是非常重要的。如果營(yíng)養(yǎng)物分布不均，或者營(yíng)養(yǎng)物由板處發(fā)生損失，那么板作為整體則需要過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)物以使植株獲得所需營(yíng)養(yǎng)物。這當(dāng)然會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物浪費(fèi)。
[0015]對(duì)于人工基質(zhì)而言，影響植物生長(zhǎng)的另一考慮因素是營(yíng)養(yǎng)物的更新效率(S卩，更新營(yíng)養(yǎng)物的灌溉效率)。這涉及到所引入的新鮮營(yíng)養(yǎng)物溶液是否會(huì)將板內(nèi)的已有營(yíng)養(yǎng)物沖走。在一些情況中，可能會(huì)期望在生長(zhǎng)過(guò)程中改變板內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物濃度。實(shí)現(xiàn)這一目的的能力取決于是否能夠有效地取代整個(gè)板內(nèi)的已有營(yíng)養(yǎng)物、或者至少取代板內(nèi)進(jìn)行根莖生長(zhǎng)的區(qū)域中的已有營(yíng)養(yǎng)物。此外，在一些實(shí)例中，如果營(yíng)養(yǎng)物未被取代，則營(yíng)養(yǎng)物的累積會(huì)達(dá)到造成脫水的程度、或者至少達(dá)到對(duì)于植株生長(zhǎng)不理想的程度。
[0016]鑒于此，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在植物生長(zhǎng)中，向植物提供的水和營(yíng)養(yǎng)物的量起到了關(guān)鍵作用。通常是通過(guò)分析外界因素(例如光照時(shí)間或溫度)并推斷該系統(tǒng)的可能行為(蒸發(fā)方面的行為等)，從而做出水和營(yíng)養(yǎng)物的量的選擇。盡管可在(例如)溫室中控制照射和溫度等因素(通過(guò)使用遮陽(yáng)幕(screen)來(lái)控制照射，并通過(guò)使用加熱系統(tǒng)來(lái)控制溫度)，但是這些系統(tǒng)的運(yùn)行成本昂貴，人們期望通過(guò)節(jié)能最大化的方式來(lái)控制水和營(yíng)養(yǎng)物的量。
[0017]測(cè)量植物生長(zhǎng)基質(zhì)中的水和/或營(yíng)養(yǎng)物的含量是已知的。例如，國(guó)際專利申請(qǐng)WO2010/031773描述了通過(guò)電容的測(cè)量從而確定礦物棉基質(zhì)中的水含量的水含量測(cè)量裝置。類似地，國(guó)際專利申請(qǐng)WO 03/005807描述了植物生長(zhǎng)基質(zhì)中的水的氧含量的測(cè)量方法。然而，盡管這些技術(shù)能夠向栽培者提供有用的信息，但是這些技術(shù)本身無(wú)法確保改善板內(nèi)的水、營(yíng)養(yǎng)物和氧的含量和分布。
[0018]對(duì)于改善植物生長(zhǎng)過(guò)程中的植物灌溉存在持續(xù)的要求?，F(xiàn)有技術(shù)無(wú)法適當(dāng)?shù)乜刂七@些性質(zhì)，因此常常會(huì)導(dǎo)致水和/或營(yíng)養(yǎng)物的損失和/或過(guò)度供應(yīng)。
[0019]例如，專利文獻(xiàn)US 2005/0240313和EP0300536分別描述了包括灌溉裝置的灌溉系統(tǒng)，其中該灌溉裝置適用于降低或提高水含量，從而可將水含量設(shè)定為固定水平。這種系統(tǒng)的一個(gè)不利之處在于:不能及時(shí)地適當(dāng)控制EC水平，因而無(wú)法適當(dāng)控制營(yíng)養(yǎng)物水平。在已知裝置中降低或提高水含量無(wú)法改變EC水平。僅僅當(dāng)將營(yíng)養(yǎng)物溶液加入到水中時(shí)才可能改變EC水平。
[0020]專利文獻(xiàn)WO 2004/109238描述了這樣一種灌溉系統(tǒng)，該灌溉系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入該系統(tǒng)內(nèi)的水和營(yíng)養(yǎng)物水平進(jìn)行測(cè)量，其中該測(cè)量并非直接在板上進(jìn)行。在該系統(tǒng)的控制單元中顯示該系統(tǒng)中的水量。由所測(cè)得的水量推斷出EC水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種植物生長(zhǎng)系統(tǒng)，包括:
[0022]一個(gè)或多個(gè)植物生長(zhǎng)基質(zhì)；
[0023]一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其設(shè)置為用于監(jiān)測(cè)至少一個(gè)植物生長(zhǎng)基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)物水平；
[0024]至少一個(gè)灌溉設(shè)備，其設(shè)置為用于向所述植物生長(zhǎng)基質(zhì)供給水；
[0025]以及
[0026]控制裝置，其與所述檢測(cè)器以及至少一個(gè)所述灌溉設(shè)備相連，
[0027]其中依據(jù)所監(jiān)測(cè)的營(yíng)養(yǎng)物水平并通過(guò)所述控制裝置來(lái)控制至少一個(gè)所述灌溉設(shè)備的水供給。
[0028]在本發(fā)明中，利用營(yíng)養(yǎng)物水平來(lái)控制供給至基質(zhì)的水量。這反映了這樣的認(rèn)識(shí)，即:至少在有些時(shí)候，如果水含量在處于特定值時(shí)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物水平有不利影響，則不應(yīng)將水含量水平維持在該特定值。例如，當(dāng)努力降低基質(zhì)中的水含量水平時(shí)，則存在導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物水平升高的風(fēng)險(xiǎn)。因此認(rèn)識(shí)到，當(dāng)對(duì)水含量水平進(jìn)行控制時(shí)，無(wú)視營(yíng)養(yǎng)物水平是不適當(dāng)?shù)摹?br>[0029]與上述現(xiàn)有設(shè)備(例如，參見專利文獻(xiàn)EP0300536)不同的是，可利用本發(fā)明的系統(tǒng)來(lái)測(cè)量EC水平，并決定是否需要降低或升高?；谒龀龅臎Q定，從而停止或進(jìn)行灌溉以改變EC水平，由此準(zhǔn)確地控制營(yíng)養(yǎng)物水平。人們?cè)O(shè)置了諸如EP0300536中的ADS系統(tǒng)等已知設(shè)備以調(diào)整水含量(而不是營(yíng)養(yǎng)物水平)。通過(guò)調(diào)節(jié)水含量，EC水平可能會(huì)發(fā)生改變，然而這并非是準(zhǔn)確地確定EC水平，因此并未通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞酱_定營(yíng)養(yǎng)物含量。相反，本發(fā)明涉及EC水平的控制，因此將通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞礁淖兯俊?br>[0030]因此本發(fā)明可提供這樣的反饋系統(tǒng)，該反饋系統(tǒng)可用于密切且可靠地監(jiān)測(cè)板中的營(yíng)養(yǎng)物水平，并依據(jù)該營(yíng)養(yǎng)物水平來(lái)控制水的施加。對(duì)一個(gè)或多個(gè)基質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)物水平進(jìn)行了直接監(jiān)測(cè)。例如，直接在基質(zhì)中進(jìn)行測(cè)量，而不是間接地測(cè)量由基質(zhì)中排出的水或者一些其他技術(shù)。這提供了這樣的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，可控制各植物的環(huán)境，從而利用給定的水和/或營(yíng)養(yǎng)物供給從而獲得最大化的產(chǎn)出結(jié)果。
[0031]與常規(guī)依靠入射光照射水平不同的是，本發(fā)明利用基質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)物水平，并且還可利用基質(zhì)中的水含量作為做出灌溉決定中的關(guān)鍵設(shè)定點(diǎn)。在常規(guī)情況中，更多的入射光自動(dòng)地會(huì)造成更多的灌溉。相反，本發(fā)明所做出的是否進(jìn)行灌溉的決定并不取決于光照水平，或者至少不僅僅取決于光照水平，而是基于對(duì)基質(zhì)的直接測(cè)量。
[0032]基質(zhì)優(yōu)選為MMVF基質(zhì)，不過(guò)也可使用其他基質(zhì)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，各基質(zhì)均包括板和一個(gè)塊體(優(yōu)選為MMVF板和一個(gè)MMVF塊體)。即，在各個(gè)板上設(shè)置一個(gè)且僅僅一個(gè)容納植物的塊體，這意味著與植物被置于多個(gè)塊體(這些塊體會(huì)競(jìng)爭(zhēng)板中的資源)中的系統(tǒng)相比，能夠以更為準(zhǔn)確的方式管理各個(gè)板中的水和/或營(yíng)養(yǎng)物的控制。認(rèn)識(shí)到通過(guò)使用單個(gè)塊體可得到這樣的反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠更為準(zhǔn)確地測(cè)量相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)物水平，因此可通過(guò)依據(jù)這些特征從而更準(zhǔn)確地控制水和營(yíng)養(yǎng)物的施加。
[0033]優(yōu)選地，所述一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器還設(shè)置為用于監(jiān)測(cè)至少一個(gè)植物生長(zhǎng)基質(zhì)的水含量水平，并且根據(jù)所監(jiān)測(cè)到的水含量水平，從而通過(guò)控制裝置來(lái)控制至少一個(gè)灌溉設(shè)備的水供給