流体和养分传送系统及相关方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于有效地传送水溶液到植物的系统和方法，包括：涂敷有亲水聚合物的多微孔疏水管，该管的末端部邻近植物的根系统，和内腔，该内腔用于将水溶液从入口引导到该末端部。该管沿着该末端部具有孔隙，当受到由于水压而由根产生的表面活性剂的根释放物的作用时，该孔隙适合于允许水溶液从中流过。压力调节设备位于管入口的上游，适合于在其中容纳水溶液的存储器与压力调节设备的上游端流体连接。另外的管可以提供用于引导养分溶液到植物根部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
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%，许多产品己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，而当植物己经具有足够水时，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。己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1000，2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12cn/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Ficus8indica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。己经示出的，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-IO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。再次参见图8，在步骤l，当水离开膜的孔时，其在亲水的膜表 面上伸展开。大滴形成并离开表面。当表面通过吸附水中的疏水杂 质而被涂敷时，离开膜的毛细孔的水不能在表面上展开，较小的液 滴可以形成(步骤2)。当继续涂敷时，没有空间留给水在表面上展 开了，需要更大的力推动水通过疏水区域，如步骤3所示。这是通 过吸附水和/或养分溶液中的有机杂质而变为疏水性。这闭塞了孔， 并防止水在通常的压力条件下离开膜。如果增加压力，液体能够再 次流动，因为水的表面张力不再能够防止水突破孔。
技术实现思路
本专利技术一方面致力于有效传送水溶液到植物的系统。该系统包 括亲水装置，其末端部放置于邻近植物根系统处。该亲水装置具有 从中通过的内腔，用于将水溶液从入口引导到该末端部。该亲水装 置还具有围绕内腔的壁。至少部分沿着末端部的壁具有孔隙，当受 到由植物根部实验水压力产生的表面活性剂的根释放物的作用时， 该孔隙适合于允许水溶液从中流过。该系统还包括存储器，该存储器适合于在其中容纳水溶液。该 存储器设置为与亲水装置入口流体连通。在一个实施例中，放置于 存储器和亲水装置之间的是压力调节设备，该设备用于提供至少一 个最小的压力值以允许流体流过该亲水装置，和至多一个最大的压 力值，在该最大的压力值之上时，即使没有表面活性剂的根释放物 ，流体也将流过该亲水装置。本专利技术另一方面还致力于用于有效传送水溶液到植物的方法。 本专利技术的该方面包括放置亲水装置的末端部于邻近植物根系统处的 步骤，如上述系统中所述的。该水溶液导入到亲水装置的入口，且 该水溶液从亲水装置入口引导到该末端部。在专门的实施例中，水 溶液的压力在亲水装置入口的上游被调节。本专利技术另一方面还致力于建立用于传送水溶液到植物的有效系 统的方法。本方法的该方面包括放置亲水装置的末端部于邻近植物 根系统处的步骤，如上所述。水溶液的压力在亲水装置入口的上游被调节，在压力调节器上 游提供有用于在其中容纳水溶液的存储器。还提供用于建立水溶液 从存储器到亲水装置入口的流动的通道。本专利技术的特征，包括组织和运行方法，以及其他目的和优点， 将通过下面结合附图的描述而得到更好的理解。可以清楚理解的是， 附图只用于示例和描述而不旨在限定本专利技术的范围。通过本专利技术获 得的这些和其他目的及提供的优点将通过阅读下面结合附图的描述 后变得完全的显而易见。附图说明图1A和1B分别以顶视图和横截面图的方式示出了用于供应水 和养分到植物根部的双浇灌管。图2是用于浇灌草的系统的横截面图。图3示出了用于种植植物的示例系统，该系统可在无重力下运行。图4是具有覆盖有亲水膜的孔的管的实施例的侧视图。 图5A和5B分别以顶视图和横截面图的方式示出了包括表面和 地下部的种植系统。图6是多羟基苯乙烯的化学图。图7 (现有技术)图示了用于单个植物的水和养分溶液的流动。 ( )从1号存储器吸水；(▼)从2号存储器吸养分。(来自L. A. Errede， Ann. Botany 52， 22-29, 1983.)图8本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于有效地传送水和养分到植物的系统，包括：　　多微孔管，该多微孔管包括亲水聚合物，该管的末端部邻近植物的根系统，该管具有从中通过的内腔，用于将水溶液从入口引导到该末端部，该管具有孔隙，当受到表面活性剂的根释放物的作用时，该孔隙适合于允许水溶液从中流过；　　存储器，该存储器适合于在其中容纳水溶液；和　　压力调节设备，该设备在上游端与该存储器、在下游端与该管的入口流体连通，以提供至少一个最小的压力值以允许流体流过该管，和至多一个最大的压力值，在该最大的压力值之上时，即使没有表面活性剂的根释放物，流体也将流过该管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：海曼D热塞，DRT拉夫尼尔，
申请(专利权)人：发展科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]