專利名稱：灌溉系統(tǒng)及相關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向植物灌溉和供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的系統(tǒng)和方法；特 別的，本發(fā)明涉及一種最小化水的使用以及最大化植物密度的系統(tǒng) 和方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)實(shí)中需要植物的自動(dòng)澆水系統(tǒng)，目前已經(jīng)設(shè)計(jì)和制造了很多 產(chǎn)品用于不同程度的滿足這種需求。 一種稱之為滴灌或滲灌的系統(tǒng) 可以持續(xù)少量的供應(yīng)水，而其它一些系統(tǒng)可以根據(jù)土壤的潮濕度確 定是否需要水。也有些系統(tǒng)通過表面張力和毛細(xì)上升效應(yīng)的方法將 水輸送給植物。滴灌或滲灌是干旱區(qū)域常用的灌溉方法。和只有75 %-85%的水利用率的噴灌系統(tǒng)相比，滴灌或滲灌的水利用率為90 %。滴灌系統(tǒng)通常由面管(surface tube)組成，其中設(shè)置的小的 滴管/滴水噴頭將水從供應(yīng)管輸送到供應(yīng)管每側(cè)的植物根系。滴管/ 滴水噴頭根據(jù)滴管/滴水噴頭內(nèi)水流的粘度限制水流逐滴進(jìn)入根 部。根據(jù)計(jì)算的具體植物所需的量、土壤條件、預(yù)期的雨季和蒸發(fā) 速度等控制滴的速度，每株植物在1-4L/hr變化。對(duì)植物所需的水量或水中供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量的估計(jì)很少準(zhǔn)確， 從而經(jīng)常造成水的浪費(fèi)。已經(jīng)表明，植物的根可以控制儲(chǔ)存在多孔 親水性薄膜中的水的釋放，該多孔親水性薄膜由于吸收了水中的有 機(jī)雜質(zhì)而變成憎水性的。盡管機(jī)理還不很清楚，但是可以推測(cè)的是， 由于吸收了水中的有機(jī)雜質(zhì)，根部分泌液中的表面活性劑打開薄膜 上的孔，從而使之變成憎水性的。憎水薄膜抑制了水流向植物。不 過，植物的根部分泌出多種化學(xué)物質(zhì)，包括在薄膜上開孔、并使薄 膜變成憎水性的表面活性劑。因此，當(dāng)植物含有足夠的水時(shí)，水可 以流向根部，薄膜可以變成憎水性的。在另一種可能的機(jī)理中，和水/附滿營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的薄膜管接觸的植 物根部可以根據(jù)"負(fù)壓"效應(yīng)將水抽出。植物和其根可以施加"負(fù) 壓"，從而從其周圍中吸取水。植物施加的負(fù)壓越大，植物吸收的 水越多。因此，可以調(diào)整系統(tǒng)中的水壓以符合與植物的物候階段相 關(guān)的最優(yōu)負(fù)壓。已經(jīng)顯示，當(dāng)植物附上有薄膜的兩個(gè)貯藏設(shè)備(一個(gè)裝水，另 一個(gè)含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液)時(shí)，植物可以區(qū)分這兩個(gè)貯藏設(shè)備，并且 根據(jù)需要吸收水分和所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。根據(jù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液的濃度， 水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的比例為2-5。己經(jīng)開發(fā)的幾種次表面系統(tǒng)包括多孔的管子或?qū)⒐茏予徔?，?而可以允許水持續(xù)緩慢的釋放。不過，當(dāng)植物供應(yīng)有很多水或當(dāng)下 雨時(shí)，這些需要水壓高達(dá)2個(gè)大氣壓的憎水管子不能自動(dòng)停止供應(yīng) 水。缺乏使用薄膜的商業(yè)性灌溉系統(tǒng)的一種原因可能是難以獲得能 夠?yàn)樾碌闹参锘蚍N子、以及正在發(fā)芽和結(jié)果的完全生長(zhǎng)成熟的植物 提供所需水量的薄膜。另一種可能的原因是水中微量的有機(jī)溶質(zhì)吸 附在薄膜的親水性孔道的出口壁上，從而將薄膜轉(zhuǎn)化為憎水性系 統(tǒng)，然后將阻止或大大降低水流通過薄膜。另一種原因可能是難以 獲得經(jīng)濟(jì)耐用的、合適壁厚和直徑的憎水性管子。俄羅斯SVET間隔植物生長(zhǎng)系統(tǒng)由1000 cm2的盒狀組成，該溫室 準(zhǔn)備有植物長(zhǎng)高到40cm的生長(zhǎng)面積。根在天然多孔的沸石中生長(zhǎng)， 同時(shí)用高純度的水將根部保持在所需的濕度水平。NASA使用的零重 力生長(zhǎng)室包括一個(gè)微孔陶瓷不銹鋼管，通過該管將含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的 水給溫室中的植物。使用多孔陶瓷、不銹鋼或憎水性薄膜給植物輸 送水和/或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的系統(tǒng)基本是一種滴灌，其中不管是否需要，都 輸送水/營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，陶瓷或不銹鋼管較 厚，有機(jī)組分吸附在管道的全部長(zhǎng)度上，且植物的分泌物不能除掉 這些有機(jī)組分。建筑物中包含的流行的設(shè)計(jì)元件稱之為"活的墻"，其中允許 植物在建筑物壁上生長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)， 一平方米的花每秒能夠使建筑物 中的25升的空氣交換，從而節(jié)約加熱和空氣調(diào)節(jié)所需的能量消耗。發(fā)明內(nèi)容一方面，本發(fā)明涉及一種向植物有效供給水溶液的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包含親水性部件，該部件的末端和植物的根系鄰近。該親水性部 件設(shè)有一個(gè)貫穿的內(nèi)腔，從而將水溶液從入口導(dǎo)向末端。該親水性 部件進(jìn)一步設(shè)有一包圍內(nèi)腔的壁。沿著末端的至少一部分壁是多孔 的，該多孔有利于允許水溶液通過，以利于水溶液在根部分泌物的 作用下流出，或底部水壓產(chǎn)生的負(fù)壓的作用下流出。該系統(tǒng)也設(shè)有一貯藏設(shè)備，用于盛裝此處的水溶液。該貯藏設(shè) 備設(shè)在流體和親水性部件入口的交匯處。另一方面，本發(fā)明也涉及一種向植物有效供給水溶液的方法。 該方法包含設(shè)置上述系統(tǒng)中所述的、與植物根系相鄰的親水部件的 末端部分的步驟。水溶液引入到親水性部件的入口，并通過親水性 部件的入口導(dǎo)向末端部分。另一方面，本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種建立一種向植物有效輸送水 溶液的系統(tǒng)的方法。如上所述，該方法包括設(shè)置與植物根系相鄰的 親水部件的末端部分的步驟。本發(fā)明設(shè)有盛裝水溶液的貯藏設(shè)備，該貯藏設(shè)備與親水性部件 的入口交匯。本發(fā)明也設(shè)有一通道，該通道使得水溶液從貯藏設(shè)備 流向親水性部件入口。本發(fā)明的方法和設(shè)備的特征、優(yōu)點(diǎn)和目的通過下述的說明和相 關(guān)附圖更容易得到理解。容易理解的是，本發(fā)明的附圖和說明書不 是對(duì)本發(fā)明的限制。


圖1A和1B分別顯示的是向植物根部供應(yīng)水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的雙灌溉管道的俯視圖和橫截面圖。圖2顯示的是灌溉草的系統(tǒng)的橫截面圖。圖3顯示的是可以在無重力環(huán)境下使用的、用于培養(yǎng)植物的系統(tǒng)。圖4為管子的側(cè)面透視圖，該管子設(shè)有親水性薄膜覆蓋的孔。圖5A和5B分別顯示的是包括表面和次表面部分的生長(zhǎng)系統(tǒng)的 俯視圖和橫截面圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明結(jié)合附圖1-5B對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行說明。本發(fā)明中使用的術(shù)語"管子"或"管道系統(tǒng)"指的是水和/或 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)管線。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，這種"管 子"或"管道系統(tǒng)"不一定是圓形的，也可以是任何合適的形狀。本發(fā)明公開的是用于向生長(zhǎng)的植物根部供水和/或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的 系統(tǒng)和方法，其中水和/或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)根據(jù)單個(gè)植物的需要進(jìn)行供給。 不是對(duì)本發(fā)明的限制，可以確信的是，當(dāng)水下受壓時(shí)，植物的根會(huì) 產(chǎn)生負(fù)壓和/或分泌促進(jìn)下述情況下儲(chǔ)存的水和/或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放的 分泌液或表面活性劑。具體的，植物通過至少部分是親水性的管線 或進(jìn)料管子的供應(yīng)得到水和/或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，管道系統(tǒng)可以包括多個(gè)由親水性薄膜覆蓋的 洞；在另一些實(shí)施例中，全部的管道系統(tǒng)、其中的低表面部分或其 中重要的部分是親水性的。仍然在其它的一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可 以包括不透水或憎水的面管，該管子和多個(gè)親水性管子連接，該多 個(gè)親水性管子可以插入到支持培養(yǎng)基中用于根部的供應(yīng)。一個(gè)或多個(gè)親水性管子可以插入到一定量的支持培養(yǎng)基中，從 而該管子的至少一部分在支持培養(yǎng)基的表面之下。支持培養(yǎng)基可以 從任何合適的、適于支持植物和根部生長(zhǎng)的培養(yǎng)基或培養(yǎng)基混合物 中選擇。這種支持培養(yǎng)基的實(shí)例包括但不陷于沙、土壤、Rockwool、 聚亞氨酯、Fleximat 及類似物。其它合適的現(xiàn)有培養(yǎng)基，如連續(xù) 的纖維生長(zhǎng)培養(yǎng)基，也可以使用。在另一些實(shí)施例中，植物可以放置在基本垂直方向的表面，如 墻壁，從而生成上述的"活的墻"。在該實(shí)施例中，根系設(shè)置在固 定于墻壁的兩個(gè)纖維板之間，管道系統(tǒng)在靠近根系的板之間穿過。在具體的實(shí)施例中，植物在支持培養(yǎng)基中種植，每個(gè)管子和裝 有水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或其混合物的貯藏設(shè)備相連。在一些實(shí)施例中，兩 個(gè)管子即水管和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)管子可以供給一排植物。如上所述，植物 能夠區(qū)分這些管子。薄壁微孔親水性管子一般不用于灌溉管道系統(tǒng)。在具體的實(shí)施例中，親水性材料，包括Cell-Force 和Flexi_Sil ，可以制成 親水性管子。相應(yīng)的， 一些存在的憎水性薄壁管子通過使用水不溶 性親水性聚合物(如美國(guó)專利6,045,869公開的多羥基苯乙烯，該 專利作為本發(fā)明的參考)作為表面涂層也可以制成親水性的。已經(jīng) 顯示，用于微孔憎水性塑料管道系統(tǒng)涂層的這些溶液沒有阻塞這些 孔，并且可以保持多年的親水性。在制成親水性的管子后，使用半 徑為5-10mm (Irrigro-國(guó)際灌溉系統(tǒng))的高密度聚乙烯合成紙的連 續(xù)性管子(DuP。nt-微孔聚乙烯)，這些管子作為薄膜響應(yīng)次表面灌 溉系統(tǒng)中的植物根系。如上所述，這些親水性薄膜由于在吸附薄膜中的水中的雜質(zhì)的 長(zhǎng)時(shí)間影響而變成憎水性的。由于水中雜質(zhì)的變化，我們向水中加 入可以吸附在孔壁上的有機(jī)物質(zhì)，使得薄膜是憎水性的，從而降低 水或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過薄膜流失。合適的有機(jī)物質(zhì)的例子包括但不限于 腐殖酸、煤油、松脂、松萜和十六烷。在另一些實(shí)施例中，可以使 用其它合適的CfC,6飽和烴。加入到灌溉培養(yǎng)基中的量為10ppb到 lppm。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，根據(jù)水的質(zhì)量，在一些實(shí) 施例中加入有機(jī)物質(zhì)也不是必須的。當(dāng)植物在土壤中生長(zhǎng)時(shí)，持續(xù)加入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不是必須的；不過， 當(dāng)植物在沙地、Fleximat或Rockwool中生長(zhǎng)時(shí)，本領(lǐng)域公知的在憎 水性系統(tǒng)中常用的一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液，如Hoegland溶液、Peter's 溶液或Miracle-Gro可以加入到水中，或直接給分開的管子中的植物供給，如上所述，從而使得植物的根系獲得所需的水分和營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)。圖1A和1B顯示的是系統(tǒng)10，該系統(tǒng)使用兩個(gè)灌溉管子11、 12用于給生長(zhǎng)培養(yǎng)基14中生長(zhǎng)的植物13輸送水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液。在 該實(shí)施例10中，管子ll、 12穿過植物13的根15。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，沙 地和盆土中使用較高濃度營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，則釋放到根15中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶 液的體積越小，這說明了本發(fā)明對(duì)水的保留。圖2顯示的是草21的灌溉系統(tǒng)其中次表面管子22間隔1-2 英尺，基本在常壓下持續(xù)供給水，以及供給根據(jù)所需加入的營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)水溶液?？梢源_信的是，本發(fā)明所述的灌溉系統(tǒng)和方法比目前使 用的任何供水系統(tǒng)都要好，而且不依賴于大氣壓。例如，在本發(fā)明 的實(shí)施例30 (圖3)中，連續(xù)的纖維生長(zhǎng)培養(yǎng)基30 (如Rockwool或 spongy Fleximat (Grow-Tech提供))可以用于支持植物32和它們 的根33。在該實(shí)施例30中，兩個(gè)貯藏設(shè)備34包括設(shè)有用于盛裝水 和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液的內(nèi)腔34的容器35。該容器35類似于風(fēng)箱，可以 在裝有溶液的膨脹狀態(tài)和除去溶液的收縮狀態(tài)間移動(dòng)。容器35也包含注入口 37，該注入口和容器的內(nèi)腔36匯合，從 而可以加入溶液。分配管38也和容器的內(nèi)腔36、親水性管子40的 入口39匯合。這種設(shè)計(jì)將溶液提供給管道內(nèi)腔40。分配管38也設(shè) 有截止閥41，用于防止溶液從管子40向容器內(nèi)腔36中倒流。例如，在使用單片電路接觸材料如Rockwool或Fleximat、 Grow-Tech制備的類似海綿的親水性多孔材料時(shí)，可以在零重力的情 況下為本系統(tǒng)的植物和根提供支持。通過使用這些材料將雙微孔親 水性灌溉管子包圍，其中一個(gè)用于供給水，另一個(gè)用于供給溶液， 這就有可能獲得足夠的水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給生長(zhǎng)的植物。這種系統(tǒng)也 可以用于需要進(jìn)行水保持的干旱或沙漠環(huán)境。早期的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示在水中使用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以在沙地種植 西紅柿，其中次表面PVC管子44的孔43上覆蓋有Amerace A10薄 膜42 (50%硅膠/PVC)(圖4)。 PVC管子44的孔43的直徑為34英寸， 這樣可以限制供給生長(zhǎng)植物的水量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量。通過鉆孔和覆蓋更多孔增加總的表面積改善了該系統(tǒng)。不過，實(shí)施本發(fā)明最好的方式是使用連續(xù)的管子。由于Amerace的脆性，該材料制成的薄膜管 子可能容易破裂和泄漏。管子形狀的高密度聚乙烯合成紙(DuPont)用于灌溉。不過，聚 乙烯憎水的性質(zhì)可以使其作為植物的水源控制，而不需要通過植物 根的分泌物進(jìn)行控制。已經(jīng)公開了憎水性表面向親水性表面的轉(zhuǎn)化 方法(美國(guó)專利6， 045， 869)，該方法可以用于制備親水性的高密度 聚乙烯合成紙管道系統(tǒng)，從而給所需的植物供給水和/或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 可以確信的是，本發(fā)明是首次提供多個(gè)供給管子，這些管子延展設(shè) 置在支持培養(yǎng)基的表面下，從而可以給多個(gè)植物或一排植物供給。 而且，和單水平薄膜相比，包含親水性材料的該些管子的明顯優(yōu)點(diǎn) 是支持培養(yǎng)基有較大的面積供給水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。除此之外，通過植 物毛細(xì)管力從管子中吸取溶液，本發(fā)明的系統(tǒng)可以在負(fù)壓下操作。下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但是本發(fā)明不限于這些實(shí) 施例。實(shí)施例1:4英尺長(zhǎng)的高密度聚乙烯合成紙管道系統(tǒng)(ttl053D)用多羥基苯 乙烯的醇溶液制成親水性的，并插入到深4.5英尺的、寬為13cmX 10cm的種植器中，用土壤覆蓋，并在35cm的恒定水頭處和穩(wěn)定供應(yīng) 的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液相連。十株櫻桃番茄苗在靠近水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的管子 處間隔平均距離進(jìn)行種植。每天用熒光照射植物18小時(shí)。當(dāng)植物 15cm高時(shí)，平均用水量為75 ± 10 mL/hr，當(dāng)植物25cm高時(shí)， 平均用水量為125 ± 20 mL/hr。當(dāng)用100mL的水噴灑時(shí)，水的消耗 在2小時(shí)內(nèi)用完，慢慢經(jīng)過3小時(shí)后，再回歸到正常速度。植物長(zhǎng) 到2英尺高時(shí)，就能結(jié)很多西紅柿。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，檢查系統(tǒng)，確定薄膜上間隔的植物間是否有競(jìng)爭(zhēng)。 根系檢測(cè)表明從植物的莖開始，根僅約1-2英寸環(huán)繞薄膜。這表 明可以在一定程度上增加植物生長(zhǎng)的密度，這種增加只受限于能夠 利用的光化學(xué)通量和相互影響。當(dāng)雙管道系統(tǒng)分別用于供給水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，對(duì)于沙地的8株 櫻桃番茄來說，消耗的水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的比例約為2.5。當(dāng)植物達(dá)到35cm高時(shí)，沒有或很少看到波動(dòng)。實(shí)施例2:對(duì)于彼此的間距為20-40cm的植物(如葡萄樹或獼猴桃樹)來 說，連續(xù)灌溉不是必需的。在這些情況50下，更實(shí)用的是使用內(nèi)徑 為20-30mm的柔韌表面的主分配管51，根據(jù)葡萄樹的大小，從其中 拉出來的從管子52的長(zhǎng)度為10-30cm，薄壁微孔親水性灌溉管53， 在末端54處封閉，環(huán)繞著葡萄樹或灌木56的根55，如圖5A和5B 所示。種植器設(shè)置在溫室中，設(shè)有雙-進(jìn)料薄膜管子，用于水和營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)通過15cmX15cm、 115cm長(zhǎng)的培養(yǎng)基，該培養(yǎng)基由15cm的聚亞氨 酯泡沫分開的50cm的Fleximat和50cm的Rockwool組成。菜籽油、 豆類、玉米和西紅柿的種子或樹苗種植在單獨(dú)的三個(gè)培養(yǎng)基中，觀 測(cè)它們的生長(zhǎng)方式。除了聚亞氨酯泡沫外，在光通量為50-60 mW/cm2 之間時(shí)，植物按照自己的生長(zhǎng)速度繼續(xù)生長(zhǎng)。實(shí)施例4:番茄植物種植在盆土 (potting soil)中，盆土中放置兩個(gè)半 徑為lcm、長(zhǎng)為20cm的微孔親水性管子。該些管子和盛滿水和營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)的貯藏設(shè)備連接。當(dāng)植物長(zhǎng)出許多番茄時(shí)，土壤保持千燥。實(shí)施例5:進(jìn)行了一個(gè)試驗(yàn)，用于比較使用次表面膜系統(tǒng)灌溉三個(gè)盆栽的 萵苣植物的用水，以及對(duì)照組的植物用手在表面澆水，使用的水量 相同。對(duì)照顯示薄膜系統(tǒng)的植物旺盛，而對(duì)照組的植物死了。這種 差異可能是水從對(duì)照組的土壤表面蒸發(fā)了 。由于膜澆水植物的表面 土壤在整個(gè)試驗(yàn)期間保持干燥，試驗(yàn)中從表面蒸發(fā)的水份最少。本 實(shí)施例再次說明本發(fā)明水份保持的特征。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，通過本發(fā)明，不同供水需求的植 物都可以通過本發(fā)明得到滿足，其中使用的一個(gè)連續(xù)多孔親水灌溉管子使得每株植物單獨(dú)吸收所需的水分，在同一屋頂?shù)臏厥抑信嘤?有許多不同植物的情況下經(jīng)常有這種要求。如上所述，親水性管子 設(shè)有兩個(gè)通道， 一個(gè)用于水，另一個(gè)用于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這樣能夠全面 滿足植物的需求，也可以增加植物的密度，并且僅受到可利用的陽(yáng) 光的限制。如上所述，商業(yè)上可得到的薄壁微孔憎水管能夠轉(zhuǎn)化為親水性 管子，從而能夠?qū)χ参锖推涓鞒鲰憫?yīng)。如上所述，雙膜管子可以設(shè)于一種或多種植物的容器中，從而 該植物可以根據(jù)需要從分開的貯藏設(shè)備中灌溉水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因 此，只要管中貯藏設(shè)備中有水，就不需要注意或監(jiān)測(cè)，這是因?yàn)橹?物可以在負(fù)壓情況下吸取水和/或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。另外，如上所述，水系統(tǒng)不含污染的有機(jī)物質(zhì)，不對(duì)灌溉系統(tǒng) 響應(yīng)，通過在水中加入少量的一種或多種烴類，水系統(tǒng)能夠?qū)喔?系統(tǒng)響應(yīng)。如上所述，本發(fā)明的灌溉系統(tǒng)可以用于替換滴灌系統(tǒng)中的滴水 噴頭，因此根據(jù)對(duì)根的響應(yīng)釋放水和/或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。如前所述， 一些具體的術(shù)語用于闡明本發(fā)明，而不是用于對(duì)本 發(fā)明的限制。而且，所述的實(shí)施例也不是對(duì)本發(fā)明的限制。權(quán)利要求書將對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一歩的說明。
權(quán)利要求
1、一種向植物有效輸送水溶液的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括親水性部件，該部件的末端和植物的根系鄰近，該親水性部件設(shè)有一個(gè)貫穿的內(nèi)腔，從而將水溶液從入口導(dǎo)向末端，該親水性部件進(jìn)一步設(shè)有一包圍內(nèi)腔的壁，沿著末端的至少一部分壁是多孔的，當(dāng)表面活性劑根分泌物作用時(shí)，可以允許水溶液流過；以及用于盛裝水溶液的貯藏設(shè)備，該貯藏設(shè)備和親水性部件的入口交匯。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的親水性部件包含管 道系統(tǒng)，該管道系統(tǒng)的至少一個(gè)區(qū)域是微孔親水性材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述的管道系統(tǒng)的微孔親 水性材料穿過的區(qū)域設(shè)于靠近植物根系處。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述的管道系統(tǒng)的微孔親 水性材料設(shè)有多個(gè)孔，其中親水性材料黏附、覆蓋在相關(guān)的孔中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一步包含不透水的中間管，該中間管的一端和貯藏設(shè)備交匯，另一端和管道系統(tǒng)入口交 匯。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述的根系設(shè)置在生長(zhǎng)培 養(yǎng)基的表面下，其中中間管的至少一部分設(shè)置在生長(zhǎng)培養(yǎng)基的表面 上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中管道系統(tǒng)包含第一管子，貯藏設(shè)備包含至少盛裝水的第一貯藏設(shè)備，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二管子，設(shè)有一貫穿的內(nèi)腔，從而將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液從入口導(dǎo) 向末端，該第二管子進(jìn)一步設(shè)有一包圍內(nèi)腔的壁，當(dāng)表面活性劑根 分泌物作用時(shí)，沿著末端的至少一部分壁設(shè)有有利于水溶液通過的多孔；該第二管子的至少一個(gè)區(qū)域是微孔親水性材料的；以及用于盛裝營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液的第二貯藏設(shè)備，該第二貯藏設(shè)備和第 二管子的入口交匯。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中進(jìn)一步包含用于所述植物 生長(zhǎng)和支持的支持培養(yǎng)基，其中親水性末端部分設(shè)置在支持培養(yǎng)基 表明的下面。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述的支持培養(yǎng)基主要為 連續(xù)、親水、多孔的纖維材料。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的貯藏設(shè)備包括 設(shè)有用于盛裝水溶液的內(nèi)腔的容器，該容器在盛裝有溶液的膨脹狀態(tài)和除去溶液的收縮狀態(tài)之間是可移動(dòng)的；和容器內(nèi)腔交匯、用于加入溶液的入口；以及和容器內(nèi)腔與親水性部件入口交匯的分配管，用于向親水性部 件的內(nèi)腔供水，該分配管設(shè)有截止閥，用于防止溶液從親水性部件 內(nèi)腔向容器內(nèi)腔倒流。
11、 一種向植物有效輸送水溶液的方法，該方法包括如下步驟 安放靠近植物根系的親水性部件的末端部分，親水性部件設(shè)有環(huán)繞內(nèi)腔的壁，沿著末端的至少一部分壁是多孔的，當(dāng)表面活性劑 根分泌物作用時(shí)，可以允許水溶液流過；將水溶液引入到親水性部件的入口；以及將水溶液從親水性部件入口引入到末端部分。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述的安放步驟包括安 放管道系統(tǒng)的步驟，其中管道系統(tǒng)的多孔親水性材料的至少一個(gè)區(qū) 域靠近植物的根系。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的管道系統(tǒng)包括第 一管子，并進(jìn)一步包括如下步驟安放靠近植物根系的第二管子的末端部分，該第二管子設(shè)有環(huán) 繞內(nèi)腔的壁，沿著末端的至少一部分壁是多孔的，當(dāng)表面活性劑根 分泌物作用時(shí)，多孔壁的至少一部分可以允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液流過， 該第二管子至少有一部分是微孔親水性材料；以及將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液引入到第二管子的入口；以及將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶液從第二管子的入口引入到第二管子的末端部分。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的安放步驟包括將 親水性末端部分安放到支持培養(yǎng)基的表面下，該支持培養(yǎng)基用于支 持和栽培植物。
15、 一種建立向植物輸送水溶液的有效系統(tǒng)的方法，該方法包 括如下步驟安放靠近植物根系的親水性部件的末端部分，親水性部件設(shè)有 環(huán)繞內(nèi)腔的壁，沿著末端的至少一部分壁是多孔的，當(dāng)表面活性劑 根分泌物作用時(shí)，可以允許水溶液流過；提供盛裝水溶液的貯藏設(shè)備，該貯藏設(shè)備和親水性部件的入口交匯；以及提供建立水溶液從貯藏設(shè)備到親水性部件入口的通道。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該方法進(jìn)一步包括提供親水性部件的步驟，通過用水不溶親水性聚合物涂敷憎水性管子的至少 一部分表面，該部分至少沿著末端部分。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中的聚合物包含多羥基苯 乙烯。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中親水性部件包括一憎水 性管子，該憎水性管子的至少一部分用水不溶親水性聚合物涂敷， 該部分至少沿著末端部分。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中的聚合物包含多羥基苯 乙烯。
20、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，該方法進(jìn)一步包括用水不溶 親水性聚合物涂敷憎水性管子的至少一部分，該部分至少沿著末端 部分，其中親水性部件包含涂敷的憎水性管子。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中的聚合物包含多羥基苯 乙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種將水溶液有效輸送到植物的系統(tǒng)和方法，其包括親水性輸送設(shè)備，如設(shè)有和植物根系相鄰的末端部分的管道系統(tǒng)和將水溶液從入口輸送到末端的內(nèi)腔。其中，至少沿著末端部分的設(shè)備壁的一部分是多孔的，以利于水溶液在根部分泌物的作用下流出，或底部水壓產(chǎn)生的負(fù)壓的作用下流出。設(shè)在流體和親水性部件入口交匯處的貯藏設(shè)備用于盛裝水溶液。
文檔編號(hào)A01G25/16GK101217864SQ200680022203
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2006年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
發(fā)明者海曼·D·熱塞 申請(qǐng)人:海曼·D·熱塞