Устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРУГЛОГОДИЧНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ БЕЗВИРУСНЫХ МИНИ-КЛУБНЕЙ И РАССАДЫ КАРТОФЕЛЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Янчевская Тамара Георгиевна Бобров Владимир Александрович Пешков Сергей Альбертович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля, содержащее площадку с емкостями для роста и развития растений с системой питания и водообеспечения, с креплениями для светонепроницаемого материала, источник искусственного освещения, систему автоматического управления, отличающееся тем,что емкость для роста и развития растений выполнена в виде каркаса с дном из нереактивного металла, содержащая в качестве системы питания растений ионообменный сыпучий субстрат, расположенный на капиллярной ткани, а водообеспечение выполнено в виде системы полива, снабженной капиллярным трубопроводом, расположенным вдоль верхнего торца каркаса с дном, под которым размещена система для термостатирования корней, выполненная в форме змеевидной трубки, имеющей входной и выходной патрубки,кроме того, устройство снабжено системой компьютерного управления.(56) 1. Методические указания по оздоровлению семенного картофеля. Белорусский НИИ картофелеводства. - Мн. Ураджай, 1988. - С. 14. 2. Оптимизация приемов оздоровления, размножения и защиты семенного картофеля от вирусной инфекции Методические указания. Белорусский НИИ защиты растений. Мн., 1996. - С. 11. 3. Методы оценки оздоровленных сортов и меристемных линий в элитном семеноводстве картофеля. НИИ картофельного хозяйства. - М. Росовощплодопром, 1991. - С. 2. 4. Государственный реестр производителей, заготовителей семян. - Мн. Ураджай,1999. - С. 97. 5. Габель Б.В., Мелик-Саркисов О.С., Цоглин Л.Н., Чернобровкин С.Л., Овчинникова В.Н. Гидропонная установка для промышленного выращивания мини-клубней картофеля. Физиология растений. Т. 38 Вып. 5, 1991. - С. 1032-1035 (прототип). Полезная модель относится к отрасли сельского хозяйства, а именно первичному семеноводству картофеля, и может быть использована для круглогодичного получения мини-клубней картофеля в защищенном грунте в базовых и фермерских семеноводческих хозяйствах и научных учреждениях, занимающихся оригинальным семеноводством. Согласно принятой технологии 1, получение мини-клубней картофеля осуществляют в устройствах типа теплиц, при этом высаживают пробирочные меристемные растения в питательную среду, осуществляют полив, получение рассады, а затем мини-клубней. При этом меристемные растения из пробирок сразу высаживают в сосуды с торфом, которые размещают в пленочной теплице с целью проведения одной вегетации и получения первого клубневого поколения 2-4. Недостатками этих устройств являются следующие низкая урожайность (2-7 миниклубней от одного растения) обеспечивается получение только одного урожая в год полученные мини-клубни имеют большой разброс по массе (невыравненность семенной фракции) не осуществляется контроль условий выращивания и постоянства минерального состава грунта 2-4. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство круглогодичного получения мини-клубней картофеля в защищенном грунте, содержащее посадочную площадку с параллельными рядками лотков, расположенных на высоте 2 м от пола, снабженных посадочными крышками, установленными с заданным шагом на жесткой раме, непосредственно под которой установлен -образный наклонный лоток. Корневая система растений при этом размещается на дне лотков. Пространство между посадочными крышками закрыто светонепроницаемой пленкой, исключающей засветку корневой системы растений в лотках. В каждый лоток из общего коллектора периодически (с помощью центробежного насоса) подается питательный раствор, который стекает по лотку в сливной коллектор, а затем в бак. Шарнирное соединение лотка и несущей рамки со сливным коллектором позволяет опускать противоположные концы лотка и рамки до пола, что обеспечивает свободный доступ оператора к корневой системе растений для сбора мини-клубней, достигших кондиционного размера (в случае, когда опускается только лоток), и посадки растений (в случае, когда одновременно опускается лоток и рамка). Начальная густота посадки растений задается шагом между посадочными крышками вдоль лотка, а также шагом между лотками и может варьировать в широких пределах в зависимости от сорта с целью оптимизации листового индекса посева. Облучатели подвешены над посевом на кронштейнах, конструкция которых позволяет изменить высоту расположения источников света относительно посадочной плоскости. Обслуживание облучателей и осмотр посева осуществляются оператором с трапа, проложенного над сливным коллектором и баком. 2 25782006.04.30 Система автоматического управления технологическими процессами обеспечивает заданную цикличность протока питательного раствора, длительность и цикличность светового периода, поддержание необходимой температуры и влажности в культивационном объеме. На пульт управления установкой выведена текущая информация о работе ее систем, органы управления и световая индикация нештатных режимов работы 5. Недостатками известного устройства являются низкая эффективность по урожайности, поскольку в верхней части помещения, где располагается гидропонное устройство,растения сильно перегреваются от мощных источников света недостаточное качество мини-клубней, выращенных при 100 влажности питательного раствора, а также высокая себестоимость мини-клубня. Кроме того, устройство представляет неудобства работы оператора, который должен передвигать трап, на котором находится, чтобы иметь доступ к сбору мини-клубней, образующихся в лотках, приподнятых на 2 м относительно пола. Задачей полезной модели является повышение производительности устройства круглогодичного получения мини-клубней и рассады картофеля, удобства в работе и снижение их себестоимости. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля, содержащем площадку с емкостями для роста и развития растений с системой питания и водообеспечения, с креплениями для светонепроницаемого материала, источник искусственного освещения, систему автоматического управления, емкость для роста и развития растений выполнена в виде каркаса с дном из нереактивного металла, содержащее в качестве системы питания растений ионообменный сыпучий субстрат, расположенный на капиллярной ткани, а водообеспечение выполнено в виде системы полива, снабженной капиллярным трубопроводом,расположенным вдоль верхнего торца каркаса с дном, под которым размещена система для термостатирования корней, выполненная в форме змеевидной трубки, имеющей входной и выходной патрубки, кроме того, устройство снабжено системой компьютерного управления. Устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля поясняется чертежом, где на фигуре изображено устройство в виде модуля в аксонометрии. Устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля состоит из каркаса 1, выполненного из нереактивного металла, который является основой емкости 2 для роста и развития растений, на которой расположен ионообменный субстрат 3, представляющий собой композицию, состоящую из ионообменных синтетических полимеров (катионит Тулсон Т-42, анионит АН-2 Ф в объемном соотношении 6040), природного катионита (Сокирницкий цеолит) и инертного наполнителя (перлит) в объемном соотношении 30 (синтетические ионообменники)70 (природный цеолит)200(перлит), насыщенный по оптимуму для растений картофеля и предназначенный для проведения полной вегетации и получения мини-клубней. Под ионообменным субстратом 3 находится капиллярная ткань 4, исполняющая роль равномерного распределителя влаги. По торцевой, приподнятой на 5-10 стороне каркаса 1 расположен капиллярный трубопровод 5. Под емкостью 2 для роста и развития растений размещена система для термостатирования (на чертеже не показана) корней, выполненная в форме змеевидной трубки с входным краном 6, размещенным с опущенной стороны емкости 2 для роста и развития растений. Устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля снабжено также системой полива, включающей насос 7, связанный шлангом 8 с резервуаром поливочного раствора 9, который через шланг 10 соединяет его с поливочным накопителем 11, связанный с электронным выключателем 12. Поливочный накопитель 11 соединен с капиллярным трубопроводом 5,через который подается поливочный раствор на капиллярную ткань 4, равномерно увлажняющую тонкий слой субстрата 3, находящегося на поверхности емкости 2 для роста и развития растений. 3 25782006.04.30 Устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля снабжено источником искусственного освещения 13. Длительность освещения,т.е. фотопериод, устанавливается регулятором электронным времени (РЭВ) 14. На ионообменном субстрате 3 находится датчик влажности 15, связанный с системой компьютерного управления 16. Кроме того, емкость 2 для роста и развития растений снабжена системой термостатирования корней, выполненной в форме змеевидной трубки (на чертеже не показана) с выходным краном 17. Устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля работает следующим образом. На емкости 2 для роста и развития растений размещается насыщенный по оптимуму для роста и развития растений ионообменный субстрат 3, толщина слоя которого 3 см, где проводится полная вегетация для получения мини-клубней. После высадки растений на субстрат устанавливается датчик влажности 15, соединенный с системой компьютерного управления 16, задающий режим полива растений. При достижении влажности ниже порогового уровня (различающиеся значения для каждой стадии вегетации) включается нагнетающий насос 7, который через шланг 8 подает поливочный раствор из резервуара 9 в поливочный накопитель 11 для одноразового полива. После заполнения накопителя 11 электронный выключатель 12 отключает насос 7. Через шланг 10, соединенный с капиллярным трубопроводом 5, самотеком осуществляется подача поливочного раствора на капиллярную ткань 4, находящуюся под слоем субстрата 3 и равномерно увлажняющую емкость 2 для роста и развития растений за счет капиллярных сил. Полив осуществляют дистиллированной или отстоявшейся водопроводной водой с доведением рН 5,8-6,0 с антимолярным раствором азотной кислоты (10 М 3) до 80 полной влагоемкости ионообменного субстрата. Через 15 мин весь ионообменный субстрат 3 в емкости 2 для роста и развития растений имеет необходимую для вегетации растений равномерную влажность и составляет 7080 полной влагоемкости. Освещение растений в устройстве для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля осуществляется за счет естественного света теплицы и за счет источника искусственного освещения 13, представляющего электрическую систему досветки лампами ДнаЗ-400 или -80, которые крепятся сверху модуля на регулируемой по высоте планке, с помощью которых осуществляется дополнительное освещение растений в осенне-зимний период. Длительность фотопериода регулируется программируемым реле электронным времени РЭВ 14. На стадии клубнеобразования используют устройства термостатирования корневой системы, выполненные в виде трубки-змеевика, расположенной под емкостью 2 для роста и развития растений (на фигуре не показано), через входной кран 6 которой подается вода нужной температуры и, проходя через змеевик, сливается через кран 17, которая в дальнейшем используется для полива растений. Предпочтительно на устройстве для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля получать мини-клубни ранних и среднеранних групп спелости. При получении мини-клубней среднепоздних и поздних сортов или сортов, начинающих поздно закладывать клубни (получены хорошие результаты с поздними сортами Луговской, Ласунок, Выток, Ветразь Атлант), продолжительность вегетации следует увеличить, а густоту посадки уменьшить. Устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля может наращиваться, включая различное количество унифицированных единичных модулей, изображенных на фигуре, в зависимости от площади теплицы, формируя биотехнический комплекс. В типовой зимней теплице оптимально он состоит из 120 унифицированных базовых модулей, площадью 2 м 2 каждый и размещенных по 10 штук в 12 рядов, занимающих общую площадь 400 м 2. На каждом ряде модулей, представляющих 4 25782006.04.30 сплошную поверхность 120 м 2, представляющую емкость для роста и развития растений,имеется возможность автономно поддерживать заданные технологические регламенты и использовать его для получения мини-клубней определенного сорта картофеля, т.е. 12 сортов картофеля, различающихся по технологическим требованиям, можно выращивать на комплексе одновременно. Конструкция устройства для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля обеспечивает поддержание растений в процессе вегетации и свободный доступ к корневой системе, отделенной от окружающей среды легко приподнимающимся светонепроницаемым материалом, что позволяет собирать мини-клубни в течение всего периода клубнеобразования и препятствует образованию световых побегов. Система автоматического управления 16 технологическими процессами программным путем поддерживает заданные в различные фазы развития цикличность и длительность подачи питательных растворов и фотопериода, поддержание необходимой температуры и влажности ионообменного субстрата 3 на устройстве для круглогодичного выращивания мини-клубней и рассады растений. Это дает возможность создать оптимальные условия для увеличения урожая мини-клубней и увеличения их качества. При выдерживании технологических регламентов по температуре в дневное (20-25 С) и ночное время (12-17 С), влажности (80 на стадии рассады, 70 до бутонизации и 60 в фазу клубнеобразования) и интенсивности лучевого потока 25-30 Вт/м 2 в области ФАР, фотопериоде 16 ч до бутонизации и 10 ч света после бутонизацииклубнеобразование начинается через 5-6 недель. По мере клубнеобразования и достижения мини-клубнями кондиционных размеров в диаметре 2,5-3 см (масса при этом составляет 10-15 г) мини-клубни отделяют от столонов и помещают в специальные емкости для их хранения или активизации, если предстоит высадка в поле в питомник исходного материала. Съем клубней осуществляют каждые 2-4 дня в течение 2-х месяцев. Продолжительность вегетации поддерживают, в среднем, 96 дней, урожайность мини-клубней при этом достигает не менее 800-1000 штук с метра квадратного. В периоды между вегетациями (обычно 2 суток) проводится санация помещения, облучение бактерицидными лампами и дезинфицирующими препаратами. Искусственный грунт, в котором проводилась полная вегетация для получения мини-клубней, просеивают через сито 0,3 и заливают 12 л дистиллированной воды, содержащей 400 мл 30 перекиси водорода на каждые 20 л искусственного грунта, тщательно перемешивают и оставляют для высыхания в емкостях для роста и развития растений. После полного высыхания(2 суток) искусственный грунт готов для высаживания рассады картофеля и проведения следующей вегетации. После проведения 3-й вегетации искусственный грунт снимают с емкостей для роста и развития растений и проводят его полную регенерацию. Предлагаемое устройство для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля в сравнении с прототипом позволяет вырастить мини-клубни более высокого качества (100 всхожесть, полная зрелость, высокое содержание крахмала и сухого вещества) и низкой себестоимости. Рассада, полученная от черенковых регенерантов на ионообменном субстрате 3 в устройстве для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля, обладает повышенной продуктивностью, поскольку формирует в 3-5 раз больше стеблей и листовой поверхности и обладает повышенным фотосинтетическим потенциалом по сравнению с исходными меристемными пробирочными растениями. В представленной таблице приведены сравнительные данные, подтверждающие преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известным ранее по всем исследуемым показателям. Все преимущества предлагаемого устройства возможны, благодаря следующим отличиям. 25782006.04.30 Таблица сравнительных характеристик прототипа и предлагаемой полезной модели Показатели 100 м 2 126 шт. закрытое кондиционируемое помещение Кол-во рассады 3150 шт. Кол-во вегетации в течение 3 года Посадочная пл. Кол-во модулей Размещение модулей Масса клубней Производительность за 1 вегетацию Производительность за год мини-клубней Производительность рассады Себестоимость продукции, Площадь участка для высадки продукции, полученной на комплексе за год Система питания 33600 шт. 3- для получения миниклубней, 1 - для получения рассады 10-15 г 190000 шт. мини-клубней гидропоника в проточной культуре Использование света освещение во весь период вегетации Использование автономной нет системы термостатирования корневой системы Экологичность проточная система ионитопоника в тонком слое подсветка в осенне-зимневесенний период да замкнутый безотходный цикл 1. Применение в качестве среды корнеобитания растений сыпучего ионообменного субстрата 3 многоразового использования на основе синтетических и природных ионообменников, сбалансированного по элементам минерального питания в оптимальном слое(до 3-х см), - ионитопоника позволяет создать нелимитированное питание для растений на каждой из стадий развития, что ведет к оптимизации условий выращивания и увеличению продуктивности. 2. Регулирование водного режима, благодаря использованию дозированного полива в соответствии с показаниями датчиков влажности программным путем, позволяет создать необходимую влажность для растений на каждой из стадий развития. 3. Применение термостатирования корневой системы в различные фазы роста позволяет удерживать разность между температурными режимами листовой поверхности и корневой системы, необходимую для увеличения столоно- и клубнеобразования. 4. Использование тонкого слоя (3 см) сыпучего субстрата позволяет увидеть образовавшиеся мини-клубни. При достижении их кондиционного веса 10-15 г (линейные размеры при этом составляют около 3 см) зрелые мини-клубни периодически убирают, стимулируя тем самым образование новых клубней на тех же столонах, что приводит к увеличению продуктивности растений и урожая с единицы площади. 6 25782006.04.30 5. Использование оптимального искусственного облучения определенного спектрального состава в различные фазы развития позволяет экономить электроэнергию и поддерживать оптимальную активность фотосинтеза. 6. Отсутствие в ионообменном субстрате болезнетворной микрофлоры позволяет длительное время поддерживать исходный материал в оздоровленном виде, поскольку в нем нет углеводных источников питания для микроорганизмов. 7. Периодический контроль материала иммуноферментным анализом, тестирующим ВКХ-, -, -, ВКМ-, ВКА- и -вирусы картофеля, и электрофоретические исследования белков листьев рассады, полученных в устройстве для круглогодичного выращивания безвирусных мини-клубней и рассады картофеля, позволяют констатировать отсутствие вирусов и полную идентичность с исходными пробирочными растениями. Предлагаемое устройство для круглогодичного выращивания мини-клубней картофеля, реализуемое с помощью ионитопонной технологии, позволяет значительно повысить количество и качество выращиваемых исходных мини-клубней в защищенном грунте,снизить их себестоимость. Использование предлагаемого устройства государственными сельскохозяйственными опытными станциями и другими НИИ, включенными в Госреестр по разделу Оригинальное семеноводство, в значительной степени повысит эффективность оригинального семеноводства картофеля. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7