DE3879563T2

DE3879563T2 - Verfahren und vorrichtung fuer pflanzenkultur auf mineralwolle mit kontrolle der saugspannung.

Info

Publication number: DE3879563T2
Application number: DE8888201382T
Authority: DE
Inventors: Christiaan Blok
Original assignee: Rockwool Lapinus BV
Current assignee: Rockwool Lapinus BV
Priority date: 1987-07-06
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2008-07-02
Also published as: NO171761B; ATE87174T1; JPH01104119A; CA1322455C; NO883011D0; NO171761C; NL8701589A; DK371188D0; DE3879563D1; US5133151A; EP0300536A1; ES2039591T3; EP0300536B1; DK169246B1; DK371188A; NO883011L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mineralwollenkultur von Pflanzen.
Pflanzen, die auf einem Substrat aus Mineralwolle kultiviert werden, insbesondere Steinwolle oder Glaswolle, erhalten entweder periodisch oder kontinuierlich Zufuhr von Wasser und, wenn erforderlich, Düngemittel, so daß die Kultivierungsbedingungen für die Pflanzen optimiert sind.
NL-A-77.04535 beschreibt ein System zum automatischen Bewässern von Pflanzen, die in einem künstlichen Substrat wachsen, abhängig vom Wasserinhalt des Substrats. Zu diesem Zweck ist der Unterteil des Substrats mit einem Kapillarelement verbunden, das aus einem mit Fibermaterial gefüllten Rohr besteht. Das andere Ende des Kapillarsystems ist mit dem Unterteil eines Wasserbehälters verbunden, der mit einer Wasserspiegel-Sensoreinrichtung in Form von zwei Elektroden versehen ist. Diese Elektroden sind mit einer Einrichtung zur Betätigung eines Ventils in der Bewässerungsleitung versehen. Der Wasserpegel im Wasserbehälter ist abhängig vom Wasserinhalt im Substrat. Wenn der Wasserpegel im Wasserbehälter unter einer vorgegebenen Höhe ist, wird Wasser über die Wasserleitung zugeführt. Bei Erreichen des vorgegebenen Wasserpegels setzen die Elektroden das Ventil außer Betrieb und die Bewässerung wird unterbrochen. Dementsprechend ist es nicht möglich, Wasser dem Substrat zuzuführen, um das Substrat mit Wasser zu waschen und um das Wasser zu erneuern, so daß Sauerstoff und/oder Stickstoffe dem Substrat addiert werden, obwohl keine Notwendigkeit zur Zuführung von Wasser besteht. Mit anderen Worten umfaßt die in NL-A-77.04535 beschriebene Vorrichtung ein inaktives Kapillarsystem.
EP-A 0201426 beschreibt eine Mineralwollenkultur für Pflanzen mit einem Mineralwollensubstrat, durch die eine Nährlösung durch Einsickern unter Verwendung von Kapillarrohren, die mit dem Substrat verbunden sind, verteilt wird. Es sind keine Einrichtungen zum aktiven Justieren des Saugdruckes für das Mineralwollensubstrat beschrieben.
Die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Mineralwolle beeinflussen neben anderen Dingen die Qualität des Wassers, die die Mineralwolle enthält, wie die Zuführung des Wassers an die Pflanze stattfindet und wie das Wasser wieder absorbiert wird. Diese physikalischen Eigenschaften können aus der charakteristischen Feuchtigkeitskurve abgeleitet und vorhergesagt werden, der sogenannten pF-Kurve der Mineralwolle. pF ist der Saugdruck (negativer hydraulischer Druck, normalerweise in cm Wassersäule ausgedrückt) und zeigt, abhängig vom momentanen Feuchtigkeitsgehalt der Mineralwolle, die Kraft an, mit der das Wasser von der Mineralwolle gehalten wird, oder, mit anderen Worten, wieviel Kraft die Pflanze erzeugen muß, um in der Lage zu sein, Wasser aus der Mineralwolle herauszuziehen (Tuinderij (Market Gardening) 1986, Seiten 54 und 55).
Zur Beschränkung der von der Pflanze für die Absorption von Wasser aufzubringenden Kraft sollte der Saugdruck der Mineralwolle so gering wie möglich gehalten werden. Dies ist jedoch nur in einem sehr geringen Ausmaß möglich, da die Wasserversorgung direkt mit der Luftversorgung der Mineralwolle verbunden ist. Falls die Mineralwolle mehr Wasser enthält, vermindert sich der Luft(Sauerstoff)-Gehalt und im Ergebnis wird die Luftzufuhr zu den Pflanzenwurzeln unterbunden. Für jede Mineralwolle gibt es deshalb ein optimales Wasser/Luft-Verhältnis.
Bei der Mineralwollenpflanzenkultur werden in heutiger Zeit Wasser und erforderliche Düngemittel der Mineralwolle kontinuierlich oder periodisch zugeführt, um die Wassermenge zu kompensieren, die durch die Pflanzen aufgenommen wurde, die die verdunstet ist und die aus der Mineralwolle abgeflossen ist. Die Wasserzuführung ist hierbei verknüpft mit dem Wassererfordernis der Pflanze oder dem Erstreckungsbereich der Pflanze. Mit anderen Worten bestimmt die Pflanze oder der Erstreckungsbereich mit dem höchsten Wassererfordernis die Höhe der Wasserzufuhr. Dies impliziert, daß die verbleibenden Pflanzen mit unterschiedlichem Wasserbedarf unter nicht optimalen Bedingungen kultiviert werden.
Heutzutage wird die Wasserzuführung mit sogenannten Starttrögen bestimmt. Gemäß der EP-A-0140443 wird eine Anzahl von Pflanzen separat in Meßboxen unter Bedingungen kultiviert, die soweit wie möglich die gleichen sind; der Wasserverbrauch der Pflanzen wird vom Anteil des zugeführten Wassers und des Abflußwassers bestimmt. Der Wasserbedarf der Pflanzen im Starttrog wird auf diese Weise angenähert und auf den momentanen Wasserbedarf aller vorhandenen Pflanzen eingestellt. Dieser gemessene Wasserbedarf sollte ein Maß für die momentane Wasserzufuhr sein. Die Menge des zugeführten Wassers ist jedoch nicht die gleiche wie der bestimmte momentane Wasserbedarf. Da einerseits der momentane Wasserbedarf jeder Pflanze nicht festgestellt werden kann, weichen die Kultivationsbedingungen für die Gesamtkultur lokal voneinander ab, und andererseits ist die über Tropfvorrichtungen zugeführte Wassermenge nicht überall exakt gleich. Tatsächlich wird eine mehr als notwendige Wassermenge zugegeben, was dazu führt, daß der Überschuß abgeleitet wird. Dies verursacht zusätzliche Materialkosten für das verbrauchte Wasser und die darin aufgenommenen Düngemittel und bildet ferner eine ansteigende Umweltbelastung. Desweiteren sind die Kultivationsbedingungen nicht optimal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Mineralwollenkultur von Pflanzen alle Pflanzen soweit wie möglich in denselben, optimalen Bedingungen zu kultivieren, unabhängig von Unterschieden hinsichtlich ihres Wasserbedarfs. Erfindungsgemäß bestimmt jede Pflanze tatsächlich individuell den Wasseranteil, dem sie aufnehmen muß; demgegenüber hat die Wasseraufnahme keinerlei Einfluß auf die Wasser/Luft-Verwaltung der anderen Pflanzen, insbesondere der benachbarten.
Die Erfindung basiert auf dem Konzept, daß dieses Ziel durch Einstellen des Saugdruckes in der Mineralwolle auf einen bestimmten Wert gelöst werden kann durch Verwendung eines Kapillarsystems, mit dem Wasser sowohl zugeführt und/oder abgeführt werden kann.
Bei einer Pflanze, die mit einer Wasser/Luft-Verwaltung kultiviert wird, die exakt auf das aufgenommene Wasser aus der Mineralwolle eingestellt werden kann, tritt ein sehr kleines Ansteigen des Saugdruckes lokal und zeitweilig auf, das entweder direkt oder unmittelbar durch die Zuführung von Wasser über das Kapillarsystem kompensiert wird. Es ist sehr wichtig hier zu erwähnen, daß diese Wasserzufuhr exakt gleich der Wassermenge ist, die von der Pflanze aufgenommen wird. Dasselbe gilt hinsichtlich der Kompensation des Wasseranteils, der verdampft und/oder aus der Mineralwolle abfließt.
Der Saugdruck der Mineralwolle wird auf den konstanten, optimalen Wert eingestellt, so daß benachbarte und andere Pflanzen in keiner Weise durch die Wasseraufnahme durch andere Pflanzen beeinflußt werden. Die Luft/Wasser-Verwaltung verbleibt auf diese Weise im wesentlichen ungestört.
Es soll angemerkt werden, daß in offenem Grund eine Untergrundzuführung von Wasser über eine Kapillarleitung bekannt ist (Technical Information Reko Pearl; the grow tube, Charles H.Cordewenner, October 1986).
Erdreich unterscheidet sich hinsichtlich der Struktur und Textur wesentlich von Mineralwolle. Erdreich hat beispielsweise eine Dichte von 1,0-1,6 g/cm³ (Mineralwolle 0,04-0,1 g/cm³) und eine Porösität von 40-50% (Mineralwolle 90-95%). Der wesentliche bestimmende Unterschied, der sich direkt auf die Wasserverwaltung bezieht, ist der Unterschied der Porengrößenverteilung zwischen Erdreich und Mineralwolle. Die Porengrößenverteilung von Lehmboden (P. Schachtschabel et al, Lehrbuch der Bodenkunde, 1982, S.158) und Mineralwolle ist beispielsweise in der Tabelle dargestellt.
Dies bedeutet, daß Erdreich eine pF-Kurve aufweist, die sich in weitem Maße von der der Mineralwolle unterscheidet. Erdreich kann deutlich weniger Wasser aufnehmen, bis zu 40- 50% des Volumens (Mineralwolle bis zu 90-95% des Volumens), kann das Wasser aber besser zurückhalten; der Saugdruck liegt bei 125-20.000 cm Wassersäule (P. Schachtschabel et al, id.) (Mineralwolle 0-20 cm Wassersäule) (Chr.Blok, Grodan Product Information: Capillary Dynamics (1985)).
Dies bedeutet, daß das Wasser weniger schnell aus dem Erdreich abgegeben wird, und daraus folgt, daß es hohe Sicherheit für die Kultivierung von Pflanzen bietet. Ein darin liegender Nachteil besteht jedoch darin, daß die Sauerstoffkonzentration des Erdreiches nur durch vergleichsweise große Änderungen des Saugdrucks gesteuert werden kann. Andererseits zeigt Erdreich eine hoch inhomogene Mineralienzusammensetzung (Ton, Schlamm, Sand), wodurch es eine große Austauschkapazität für Mineralien aufweist. Dies impliziert, daß die elektrische Leitfähigkeit (EC) nur schlecht gesteuert werden kann. Aufgrund der unregelmäßigen Porengröße sind die Auswascheigenschaften schlecht. Das letzere führt zu einem hohen Ablaufanteil von > 20%.
Demgegenüber ist Mineralwolle hochporös und weist eine geringe Dichte und eine bestimmte Porengrößenverteilung auf, während die Struktur und Textur im wesentlichen konstant sind. Dies bedeutet, daß bei einer nur relativ geringen Änderung des Saugdruckes (5 cm Wassersäule) Mineralwolle leicht eine Menge Wasser aufnimmt, sie aber ebenso sehr leicht wieder abgibt. Dies führt zu großen Risiken, wenn die Steuerung der Wasser/Luft-Verwaltung betroffen ist. Wenn eine Wasserversorgung vorliegt, die sich von den momentanen Erfordernissen während der Kultivierung unterscheidet, kann dies zu großen Änderungen des Feuchtegehaltes der Mineralwolle führen, die von enormer Bedeutung für die Kultivierung von Pflanzen sind.
Die FR-A-2297562 beschreibt ein System zur Kultivierung von Pflanzen in einem offenen Behälter, der mit feinkörnigem Sand gefüllt ist. Wasser und optionell Nährmittel werden dem Behälter mit einem konstanten Druck von 1,0-0,2 kg/cm² zugeführt. Dieser Druck ist derart gewählt, daß der zugeführte Wasseranteil gleich des mittleren täglichen Wasserverbrauchs während der gesamten Jahreszeit ist, wobei diese Menge 5 l/m²/Tag für Tomaten und 4 l/m²/Tag für Salat beträgt. Der Wasserverbrauch unterscheidet sich jedoch deutlich während der Tages- und der Nachtzeit. Bei Nacht ändert sich der Wasserverbrauch zwischen 0-100 ml/m²/Stunde und zwischen 12:00 und 14:00 kann er so hoch wie 6000ml/m²/Stunde sein. Der zugeführte Wasseranteil ist proportional zur Summe aus dem Wasserdruck in der Einlaßleitung und dem Saugdruck im Sandbett.
Dementsprechend ist bei dem französischen Kultivierungssystem der während der Nachtzeit zugesetzte Wasseranteil größer als der aktuelle Bedarf und während der Tageszeit deutlich geringer als der aktuelle Wasserbedarf. Mit anderen Worten ist während der Nacht das Sandbett im wesentlichen vollständig mit Wasser gesättigt, während am Tag das im Sandbett gespeicherte Wasser zu einem großen Maß verwendet wird.
Ein derartiges System nebeneinanderstehender Tagespflanzen mit einem Wasserübermaß und einer Wasserknappheit kann aufgrund der Form der pF-Kurve bei Mineralwollenkulturen nicht verwendet werden; insbesondere bei einem Saugdruck von etwa 20 cm Wassersäule enthält die Mineralwolle kaum noch Wasser, und die Extraktion eines relativ kleinen Wasseranteils führt zu einem enormen Ansteigen des negativen Druckes unter den Welkpunkt.
Obwohl dieser bekannte, mit Sand gefüllte Behälter mit einer Ablaßleitung versehen ist, wird Wasser nur nach dem Abernten der Pflanzen am Ende der Wachstumsperiode abgelassen, um das Sandbett zu waschen; die Hauptaufgabe dieser französischen Anmeldung liegt in der Vermeidung jeder Zirkulation von Wasser und Nährmitteln durch das Sandbett. Dieses Steuerproblem kann bei Verwendung der vorliegenden Erfindung vermieden werden, da ein Kapillarsystem zum Einstellen der Wasser/Luft-Verwaltung in der Mineralwolle verwendet wird. Dies führt zu einer Maximalsteuerung des Luftanteils des EC, wobei geringere Abflußraten (20% oder weniger) verwendet werden können, und optimales Waschen durchgeführt werden kann, falls der EC geändert werden muß.
Da, wie vorstehend beschrieben wurde, große Unterschiede zwischen Erdreich, Sand und Mineralwolle hinsichtlich der Porengrößenverteilung, der Struktur und der Textur, hinsichtlich der größeren Risiken, die bei der Wasser/Luft- Verwaltung gehandhabt werden müssen, und hinsichtlich der Größe des Saugdrucks während des Betriebs (Erdreich zeigt bei natürlichen Bedingungen einen Saugdruck von mehr als dem tausendfachen der Mineralwolle), war es für Durchschnittsfachleute überraschend, daß bei Mineralwollenkulturen unter Verwendung eines Kapillarsystems die Wasser/Luft-Verwaltung in vorteilhafter Weise gesteuert werden kann, wobei alle Nachteile und negativen Konsequenzen vermieden werden können. Insbesondere der deutlich geringere Wasseranteil, der für die Drainage erforderlich ist, bietet Möglichkeiten zur Reduktion der Kosten von Wasser, Düngemitteln und der Desinfektion des Abflußwassers.
Die Erfindung bezieht sich einerseits auf ein Verfahren für die Mineralwollenkultur von Pflanzen mit den Schritten:
i) Vorsehung eines Mineralwollensubstrats, in dem die Pflanzen wachsen,
ii) Zusatz von Wasser und Düngemitteln, die darin enthalten sein können, zur Mineralwollen-Pflanzenkultur und/oder Ableitung von Wasser und Düngemitteln, die darin enthalten sein können, von der Mineralwollen-Pflanzenkultur über ein Kapillarsystem, das in Flüssigkeitsverbindung mit dem Mineralwollensubstrat steht, und
iii) aktives Einstellen eines vorgegebenen hydrostatischen Druckes im Kapillarsystem mittels einer Saugdruck-Einstelleinrichtung.
Andererseits betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für die Mineralwollenkultur von Pflanzen mit:
i) Mineralwolle, in der die Pflanze wachsen kann,
ii) eine Einrichtung zur Zuführung von Wasser zur Mineralwolle,
iii) eine Einrichtung zum Abführen von Wasser aus der Mineralwolle und
iv) einem Kapillarsystem, das zur Flüssigkeitskommunikation mit der Mineralwolle verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem in der Wasserzuführungseinrichtung und/oder der Wasserabführungseinrichtung vorgesehen ist und daß das Kapillarssystem mit einer Saugdruck-Einstelleinrichtung zum aktiven Einstellen des Saugdruckes in der Mineralwolle versehen ist.
Obwohl der Saugdruck auf einen vom Züchter zu bestimmenden Wert eingestellt werden kann, ist es jedoch empfehlenswert, daß der Saugdruck auf einen konstanten Wert in der Mineralwolle gehalten wird, woraus sich ergibt, daß die Pflanze andauernd optimalen Bedingungen ausgesetzt ist. Bei schnellwachsenden Pflanzen, beispielsweise Gemüse, beträgt der Saugdruck 5 cm Wassersäule, für langsamwachsende Pflanzen, beispielsweise Blumenstöcke, beträgt der Saugdruck 10 cm Wassersäule.
Wesentlich für die Erfindung ist, daß über das Kapillarsystem Wasser und erforderliche Düngemittel entweder zugeführt oder abgeführt werden, oder kombiniert zugeführt und abgeführt werden. Die dabei zu verwendende Saugdruck-Einstelleinrichtung umfaßt eine Pumpe, ein Syphon oder andere bekannte Einrichtungen, mit denen ein festgelegter hydrostatischer Druck dem Kapillarssystem zugeführt werden kann und in dem der vorgegebene Saugdruck unabhängig von einem bestimmten Wasserfluß im Kapillarsystem aufrechterhalten werden kann.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Kapillarelement eine perforierte Kapillarröhre, die sich durch die Steinwolle erstreckt. Gemäß einer zweiten Ausführungsform besteht das Kapillarelement aus einer Anzahl perforierter Kapillarröhren, die aneinandergrenzend angeordnet sind und mit einem Hauptrohr verbunden und in die Steinwolle eingebracht sind, wobei das Hauptrohr mit der Saugdruck-Einstelleinrichtung verbunden ist. Dieser sogenannte Kapillarrechen hat den Vorteil, daß falls eine der Röhren blockiert wird, Wasser und Düngemittel über die verbleibenden Rohre zugeführt und falls notwendig abgeführt werden können.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung besteht das Kapillarelement aus einem Streifen Mineralwolle oder entsprechenden Elementen wie einem Sandbett oder einem Federbett einer anderen Art von Fibern wie Textil oder dergleichen.
Um die Kosten für das Gießwasser und die Umweltbelastung so gering wie möglich zu halten, ist es empfehlenswert, daß das aus der Mineralwolle abgeleitete Wasser rezirkuliert wird, wobei das rezirkulierte Wasser vorzugsweise desinfiziert wird.
Die Mineralwolle, in der die Pflanzen wachsen, kann vollständig oder teilweise am Oberteil oder am Unterteil durch ein flüssigkeitsdichtes Material umgeben sein, woraus sich ergibt, daß der Verdampfung oder den Umwelteinflüssen entgegengewirkt werden kann. In diesem Fall ist zumindest ein Durchlaß im wasserdichten Material vorgesehen, über welchen Durchlaß das Kapillarsystem zur Flüssigkeitskommunikation mit der Mineralwolle, in der die Pflanzen wachsen, verbunden ist, ein gewünschtes Fließmuster des Wassers und erforderlicher Düngemittel kann ohne viele "blinde Flecken" realisiert werden, woraus sich ergibt, daß eine Änderung des EC oder ein Waschen schneller mit einer geringeren Wassermenge durchgeführt werden können. Dabei können in diesem Fall desweiteren Standardmatten verwendet werden.
Falls die Mineralwolle und das Kapillarelement durch ein flüssigkeitsdichtes Material eingeschlossen sind, kann der Züchter ein vorgefertigtes Kultursystem gemäß der Erfindung verwenden, das nur mit der Saugdruck-Einstelleinrichtung verbunden werden muß.
Falls, wie vorzuziehen ist, das Kapillarsystem und die Pflanzen voneinander durch eine Barriere getrennt sind, die von Pflanzenwurzeln nicht durchdrungen werden kann, wird ein Zusammenbruch des Kapillarsystems als Folge des Wurzeleinwachsens verhindert. Die undurchdringliche Barriere besteht vorzugsweise aus einem Anti-Wurzel-Blatt, von dem nur geringe Mengen erforderlich sind, wenn vorzugsweise die Barriere, die von Wurzeln nicht durchdrungen werden kann, nur in der Passage durch das wasserdichte Material angeordnet ist.
Die Steuerung des Saugdruckes über die Zufuhr von Wasser und möglicher erforderlicher Düngemittel wird realisiert, wenn Wasser, das mit Düngemitteln versetzt sein kann, vorzugsweise der Steinwolle, in der die Pflanze wächst, über das Kapillarsystem mit dem eingestellten Saugdruck zugeführt wird. Die Steuerung des Saugdruckes über die Ableitung ist möglich, wenn Wasser, das mit Düngemitteln versetzt sein kann, vorzugsweise aus der Steinwolle, in der die Pflanze wächst, über das Kapillarsystem mit dem eingestellten Saugdruck abgeführt wird.
Es soll angemerkt werden, daß eine Kombination der Steuerung über die Zuführung und die Ableitung von Wasser und erforderlichen Düngemitteln ebenso im Umfang der Erfindung liegen.
Hinsichtlich der Steuerung des Saugdruckes über die Ableitung von Wasser wird angemerkt, daß es aufgrunddessen erforderlich ist, soweit wie möglich das Auftreten von Pflanzeninfektionen als Resultat von rezirkuliertem Wasser zu vermeiden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Wahl des Überflußanteils auf der höheren Seite liegt.
Die obengenannten und andere Merkmale des Verfahrens der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf eine Anzahl von Ausführungsformen, die nur als Beispiel dienen, und mit bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
In den Zeichnungen:
Figuren 1 und 5 zeigen jeweils Mineralwollen-Kultursysteme, bei denen in der Mineralwolle der Saugdruck unter Verwendung eines Kapillarsystems eingestellt wird,
Figur 2 zeigt in größerer Darstellung eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht des Details II der Figur 1,
Figur 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III der Figur 1 in anderem Maßstab,
Figuren 4, 6, 7 und 8 zeigen jeweils teilweise weggebrochene Perspektivansichten anderer Ausführungsformen von Teilen des Kapillarsystems und
Figuren 9 und 10 zeigen schematisch verschiedene mögliche Orientierungen für Einläße und Ausläße für eine Wachstumsmatte, wodurch ein optimales Fließmuster durch die Wachstumsmatte geschaffen werden kann.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine Vorrichtung 1 für die Mineralwollenkultur von Pflanzen 2.
Die Vorrichtung umfaßt eine Wachstumsmatte 3, die durch eine Kunststoffumhüllung eingehüllt sein kann, wobei auf der Matte Wachstumsblöcke 4 angeordnet sind, die zur Flüssigkeitskommunikation mit der Wachstumsmatte 3 verbunden sind. Die Pflanzen 2, die anfangs in die Wachstumsblöcke 4 eingepflanzt sind, erstrecken sich während der Kultivierung mit ihren Wurzeln 4 in und durch die Wachstumsmatte 3. Wasser 6 und mögliche erforderliche Düngemittel werden aus der Wachstumsmatte 3 herausgezogen.
Die Vorrichtung 1 ist erfindungsgemäß durch ein Kapillarsystem 7 gekennzeichnet, mit dem Wasser 6 und Düngemittel in diesem Fall der Mineralwolle 8, beispielsweise Steinwolle oder Glaswolle, zugeführt werden.
Das Kapillarsystem, mit dem der Saugdruck in der Wachstumsmatte 3 eingestellt und aufrechterhalten wird, umfaßt Kapillarelemente 9, die aus mit Perforationen 10 (Durchmesser 0,05-0,3 mm, vorzugsweise 0,1 mm) versehenen Rohren 9 bestehen. Die mit den Perforationen 10 versehenen Rohre 9 werden parallel zueinander in die Wachstumsmatte 3 eingebracht. Das Wasser in den Rohren 9 ist in Kapillarkommunikation mit der Mineralwolle 8 in der Wachstumsmatte 3 über die Perforationen 10.
Die Kapillarröhren oder Elemente 9 sind an der anderen Seite mit einem Versorgungsrohr 11 verbunden. Der momentane Saugdruck in der Wachstumsmatte 3 wird in einem Rechner 12, der mit einem Feuchtsensor 13, einem Sonnenlicht-Intensitätssensor 14 und einem Hydro-EC-Sensor 15, der in die Wachstumsmatte 3 gesteckt ist, verbunden ist, bestimmt. Der Rechner 12 (beispielsweise mit einem Rechnerprogramm des Penmann-Modells) bestimmt den aktuellen Wasserbedarf und betätigt eine Pumpe 16, die mit dem Versorgungsrohr 11 verbunden ist.
Auf diese Weise kann der Saugdruck unabhängig vom Wassererfordernis der einzelnen Pflanze 2, unabhängig von der Ableitung von Wasser 17 und unabhängig vom Waschanteil auf dem eingestellten Wert gehalten werden.
Figur 3 zeigt, daß die Wachstumsmatte 3 auf einem Trog 19 auf Blöcken 18 sitzt. Überschüssiges Wasser wird über einen Abfluß 20 abgeführt. Dies verhindert einen Rückfluß des abgeleiteten Wassers 17 in Richtung auf die Wachstumsmatte 3 und eine evtl. Kreuzinfektion.
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 21 für die Mineralwollenkultur von Pflanzen 2, die anfangs in Keimstopfen 22 kultiviert wurden und ihre Wurzeln 5 in die Wachstumsmatte 23 ausgedehnt haben.
Die Vorrichtung 21 umfaßt in gleicher Weise ein Kapillarsystem 7, das in diesem Fall aus zwei Kapillarmatten besteht, einer Kapillarzufuhrmatte 24 und einer Kapillarabfuhrmatte 25. Beide Matten 24 und 25 sind voneinander getrennt und zur Flüssigkeitskommunikation mit der Wachstumsmatte 23 über eine Barriere verbunden, die nicht durch Pflanzenwurzeln 5 durchdrungen werden kann, ein Anti-Wurzel-Blatt 26. Wasser 27 mit möglicherweise erforderlichen Düngemitteln und mit einem bestimmten Saugdruck wird zur Kapillarzufuhrmatte 24 gefördert, während Wasser die Vorrichtung 21 über die Ableitungsmatte 25 verläßt.
Die Vorrichtung 21 ist ein geschlossenes Durchflußssystem, bei dem der Saugdruck für die Zufuhr und die Ableitung genau gesteuert werden kann, weil die Ableitungsmatte 25 mit einer Pumpe verbunden ist, die Wasser aus der Matte 25 abführen kann und durch einen ähnlichen Rechner 12, der in Figur 1 dargestellt ist, gesteuert und betätigt werden kann. Es ist ferner möglich, zusätzliches Wasser und/oder Düngemittel falls erforderlich über Tropfeinrichtungen an beispielsweise die Keimstopfen 22 zuzuführen.
Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 29 für die Mineralwollenkultur von Pflanzen, bei der ebenfalls ein geschlossenes Kapillarsystem 7 verwendet wird.
Die Vorrichtung umfaßt eine Wachstumsmatte 30, in die perforierte Kapillar-Zufuhrrohre 31 und, auf einem tieferen Pegel, perforierte Kapillar-Ableitungsrohre 32 eingebracht sind.
Die Vorrichtung 29 umfaßt einen Rechner 33 zur Steuerung des Saugdruckes und des EC in der Wachstumsmatte 30. Mit dem Rechner 33 sind ein Hygrometer und ein EC-Meter 34, das mit der Wachstumsmatte 30 verbunden ist, ein Thermometer 35 und ein Lichtintensitätsmeter 36 verbunden. Abhängig von den durch die Meßeinrichtungen 35 bis 36 übertragenen Signale betätigt der Rechner 33 ein Ventil 37 in der Kurzschlußleitung 38 über der Pumpe 39, so daß der hydrostatische Druck oder Saugdruck in den Leitungen 40 und 41, die mit dem Förderrohr 31 bzw. dem Ableitungsrohr 32 verbunden sind, eingestellt werden kann.
Die Pumpe 39 erhält Frischwasser, das von einem Frischwasserreservoir 42 zugeführt wird, und rezirkuliertes Wasser über ein Rezirkulations-Wasserreservoir 43, wobei dieses Wasser zunächst in einer Desinfektionseinrichtung 44 des infiziert wird, wobei die Desinfektion beispielsweise mit Wärme, Ozon oder UV-Strahlung durchgeführt wird.
Schließlich sind in der Leitung 40 ein Expansionstank 45 und eine Leitung 47, die mit einem Ventil 46 für Düngemittel 48 versehen ist, vorgesehen. Das Ventil 46 kann über den Rechner 33 betrieben werden.
Figur 6 zeigt eine Variante des Kapillarsystems 7, die aus einer Schicht Mineralwolle 49 besteht, die über einen Auslaß 50 mit der Saugdruck-Einstelleinrichtung, die in den Figuren 1 und 5 beschrieben ist, verbunden ist. Eine Wachstumsmatte 52 mit Pflanzen 2 ist unter Zwischenfügung eines Anti-Wurzel-Blattes 51 auf der Mineralwollschicht 49 angeordnet. Wasser und möglicherweise erforderliche Düngemittel werden über Tropfeinrichtungen 53 den Wachstumsblöcken 54 zugeführt.
In diesem Fall wird die Steuerung des Saugdruckes in der Wachstumsmatte 52 über Abflußsteuerung durchgeführt, woraus sich ergibt, daß die Wiederverwendung des abgeleiteten Wassers 55 und die Steuerung des EC und der Salzkonzentrationen gut möglich sind, während Waschen gut durchgeführt werden kann. Der Abflußanteil kann darüberhinaus im wesentlichen exakt festgestellt werden.
Figur 7 zeigt ein Kapillarsystem 7, das äquivalent zu dem der Figuren 6 ist. Dieses System 7 besteht aus einem Streifen Mineralwolle 56, der durch ein Anti-Wurzel-Blatt 57 umgeben ist, und die zusammen mit einer Wachstumsmatte 58 durch ein wasserdichtes Material 59, beispielsweise Polyäthen, umgeben sind, in dem ein Durchlaß 60 für Pflanzen vorgesehen ist. Der Auslaß 61, der sich durch den Streifen der Mineralwolle 56 erstreckt, trägt Wasser und Düngemittel fort und bestimmt den in der Wachstumsmatte 58 herrschenden Saugdruck.
Figur 8 zeigt ein weiteres Kapillarsystem 7, bei dem zusätzlich die Verwendung einer Antiwurzelabschirmung begrenzt ist, da schmale Durchlässe am Boden des wasserdichten Materials 59 vorgesehen sind.
Das Wasserzufuhr-Kapillarelement 64 besteht aus einer Anzahl perforierter Kapillarröhren 66, die angrenzend aneinander angeordnet, mit einem Hauptrohr 65 verbunden und in die Mineralwolle eingebracht sind. Dieses Kapillarelement in Rechenform wird durch das wasserdichte Material 59 in die Mineralwolle eingebracht und liefert eine große Anzahl Wasserzufuhrpunkte, die in gegenseitigen Abständen voneinander in Form der Kapillarröhren 66 angeordnet sind. Das Blockieren einer Kapillarröhre 66 wird kaum zu Schadensfolgen führen, da die Wasserzufuhr von den benachbarten Kapillarröhren 66 übernommen wird. Da zusätzlich ein bettähnliches Kapillar-Ableitungselement 67 verwendet wird, zeigt Figur 8 ein geschlossenens Kapillarsystem.
Das Fließmuster von Wasser und erforderlichen Düngemitteln durch die Wachstumsmatte wird durch die Relativanordnung der Wasserzuführungen und -abführungen zueinander bestimmt. In Figur 6 erfolgt der Transport im wesentlichen vertikal über die Höhe der Wachstumsmatte 52, in Figur 7 im wesentlichen über einen breiten Teil der Wachstumsmatte 52 und in Figur 8 im wesentlichen über die Länge der Wachstumsmatte.
Figuren 9 und 10 zeigen andere Anordnungen der Zuleitung 68 und der Ableitung 69 für die Wachstumsmatte 70, wobei der größtmögliche Aufwand getrieben wurde, um den Fluß des Wassers und/oder Düngemittels durch die gesamte Wachstumsmatte 70 zu ermöglichen und blinde Flecken soweit wie möglich zu vermeiden. Auf diese Weise wird eine Wachstumsmatte mit gutem Durchfluß geschaffen und, falls notwendig, gewaschen, wobei erfindungsgemäß der Saugdruck optimal oder gesteuert eingestellt werden kann, um die Erfordernisse des Züchters zu erfüllen und/oder einen optimalen Kultivationsertrag zu liefern. Tabelle Ableitung der Porengrößenverteilung aus Wasser-Haltekurven Grodan PL Steinwolle max. Wassergehalt Lehmboden A-Güte Porenzahl % Wasser wobei: S = Saugdruck in neg. cm Wassersäule Re = Äquivalenzdurchmesser (in um) der Poren, die entwässert werden

Claims

1. Verfahren zur Kultur von Pflanzen (2) auf Mineralwolle mit den Schritten:

i) Vorbereitung eines Mineralwollensubstrats (3, 4), in dem die Pflanzen (2) wachsen,

ii) Zufügung von Wasser (6) und Düngemitteln, die darin enthalten sein können, zur Mineralwollen-Pflanzenkultur und/oder Abführung von Wasser und Düngemitteln, die darin enthalten sein können, von der Mineralwollen-Pflanzenkultur über ein Kapillarsystem (7), das in Flüssigkeitskontakt mit dem Mineralwollensubstrat (3, 4) steht, und

iii) aktives Einstellen eines vorgegebenen hydrostatischen Druckes im Kapillarsystem (7) mit einer Saugdruck-Einstelleinrichtung (12, 16; 12, 28; 33, 39).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugdruck in der Mineralwolle (8) auf einem konstanten Wert gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem (7) zumindest ein Kapillarelement (9; 24, 25; 31, 32; 49; 56; 64) aufweist, das zur Flüssigkeitsverbindung mit der Steinwolle (8) verbunden ist, welches Element (9; 24, 25; 31, 32; 49; 56; 64) mit seiner anderen Seite mit der Saugdruck-Einstelleinrichtung (12, 16; 12, 28; 33, 39) verbunden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarelement (9, 31, 66) eine perforierte Kapillarröhre (9, 31, 36) ist, die sich zur Steinwolle (8) erstreckt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarelement (64) aus einer Anzahl perforierter Kapillarröhren (66) besteht, die angrenzend aneinander angeordnet sind, mit einem Hauptrohr (65) verbunden sind und in die Steinwolle (8) eingefügt sind und daß das Hauptrohr (65) mit der Saugdruck-Einstelleinrichtung (12, 16; 12; 28; 33, 39) verbunden ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarelement (24, 25; 49; 56) ein Streifen (24, 25; 49, 56) aus Mineralwolle ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle (8), in der die Pflanze (2) wächst, zumindest teilweise von einem flüssigkeitsdichten Material (59) umgeben ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem wasserdichten Material (59) zumindest ein Durchlaß angeordnet ist, über welchen Durchlaß das Kapillarsystem (7) zur Flüssigkeitsverbindung mit der Mineralwolle (8), in der die Pflanze (2) wächst, verbunden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle (8) und das Kapillarelement (7) durch ein flüssigkeitsdichtes Material (59) umgeben sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem (7) und die Pflanzen (2) voneinander durch eine Barriere (26; 51; 57; 63) getrennt sind, die nicht durch Pflanzenwurzeln durchdringbar ist, beispielsweise ein Anti- Wurzel-Blatt (26; 51; 57; 63).

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Saugdruck etwa 0 - 20 cm Wassersäule beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der eingestellte Saugdruck 5 - 10 cm Wassersäule beträgt.

13. Vorrichtung (1, 21; 29) für die Kultur von Pflanzen (2) auf Mineralwolle mit:

i) Mineralwolle (3; 8), in der die Pflanzen (2) wachsen können;

ii) eine Einrichtung (40; 53; 68) zur Zuführung von Wasser (6) zur Mineralwolle (3; 8),

iii) einer Einrichtung (41; 50; 61; 69) zur Abführung von Wasser aus der Mineralwolle (3; 8) und

iv) einem Kapillarsystem (7), das zur Flüssigkeitsverbindung mit der Mineralwolle (3; 8) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem (7) in die Wasserzuführungseinrichtung (40; 53; 68) und/oder in die Wasserabführeinrichtung (41; 50; 61; 69)eingebracht ist und daß das Kapillarsystem (7) mit einer Saugdruck-Einstelleinrichtung (12, 16; 12, 28; 33, 39) versehen ist zum aktiven Einstellen des Saugdruckes in der Mineralwolle (3; 8).

14. Vorrichtung (1; 21; 39) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugdruck- Einstelleinrichtung (12, 16; 12, 28; 33, 39) einen Saugdruck-Sensor aufweist, der mit einer Steuereinheit (12; 33) verbunden ist, die eine Pumpeneinrichtung (16; 28; 39) steuert, die in der Wasserzufuhreinrichtung (40) und/oder der Wasserabführeinrichtung (41; 50; 61; 69) enthalten ist.

15. Vorrichtung (1; 21; 39) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem (7) eine perforierte Kapillarröhre (9; 31; 66) ist, die sich in die Steinwolle (8) erstreckt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarelement (64) aus einer Anzahl perforierter Kapillarröhren (66) besteht, die sich aneinander angrenzend angeordnet sind, mit einem Hauptrohr (65) verbunden sind und in die Steinwolle (8) eingebracht sind und daß das Hauptrohr (65) mit der Saugdruck-Einstelleinrichtung verbunden ist.

17. Vorrichtung (21) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarelement (24, 25) ein Streifen Mineralwolle (24, 25) ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle (8), in der die Pflanze (2) wächst, zumindest teilweise von einem flüssigkeitsdichtem Material (59) umgeben ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß im wasserdichten Material (59) zumindest ein Durchlaß angeordnet ist, über welchen Durchlaß das Kapillarsystem zur Flüssigkeitskommunikation mit der Mineralwolle (8), in der die Pflanze (2) wächst, verbunden ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle (8) und das Kapillarelement (7) durch flüssigkeitsdichtes Material (59) eingeschlossen sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem (7), und die Pflanzen (2) voneinander durch eine Barriere (26; 51; 57; 63) getrennt sind, die durch die Pflanzenwurzeln nicht durchdringbar ist, beispielsweise ein Anti-Wurzel-Blatt (26; 51; 57; 63).