專利名稱：栽培植物的方法及設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種植物栽培方法以及植物栽培設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及一種植物栽培方法，按照這種方法通過向植物供給溶有各種氣體的水，使植物的產(chǎn)率得到提高，本發(fā)明還涉及一種用于產(chǎn)生溶有氣體的水的植物栽培設(shè)備。
2.現(xiàn)有技術(shù)描述通過向植物葉子表面上噴撒其中溶有CO2氣體的水(下文稱為“溶有CO2的水”)以激活植物的光合作用來提高植物產(chǎn)率的技術(shù)已經(jīng)被以各種方式作為植物栽培方法而提出，其中所述方法應(yīng)用了適合于植物生長的水。
例如，第一個(gè)例子是一種方法，其中使一種物質(zhì)如干冰或碳酸銨與水接觸，其中所述碳酸銨與水接觸時(shí)產(chǎn)生CO2。第二個(gè)例子是一種方法，其中通過燃燒化石燃料得到CO2氣，或者將充入氣體鋼瓶的CO2氣加入到水罐中，從而產(chǎn)生氣泡。第三個(gè)例子是一種方法，其中使利用碳電極電解水而產(chǎn)生的CO2氣溶解。(日本待審專利公開No.H6-154760，日本待審專利公開No.H8-84530等。)但在上面提到的傳統(tǒng)技術(shù)中，CO2在水中的溶解效率是非常低的，并且溶有CO2的水是在常壓(1大氣壓)下產(chǎn)生的。因此，CO2濃度有限。另外，在傳統(tǒng)技術(shù)中，所公開的適合植物生長的水只是溶有CO2的水。
發(fā)明概述本發(fā)明就是在考慮這些情況后作出的，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種設(shè)備，所述設(shè)備只產(chǎn)生必需量的適合于植物生長的溶有各種氣體的水，并將所述水供給植物，并且所產(chǎn)生的水濃度比常規(guī)設(shè)備更高，本發(fā)明還提供一種植物栽培方法，所述方法應(yīng)用由這種設(shè)備產(chǎn)生的高濃度的溶有氣體的水。
本發(fā)明的植物栽培方法的特征包括如下步驟，即由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的另一側(cè)的步驟，在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定的水濃度的步驟，以及間歇地將所形成的溶有CO2或O2或N2的水噴撒到植物上從而促進(jìn)植物生長的步驟，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。只對氣體可滲透而對液體不可滲透的可滲透膜為無孔氣體可滲透膜。所述無孔氣體可滲透膜是一種氣體可按照溶解/擴(kuò)散機(jī)理通過的膜，并且所述可滲透膜基本上不具有分子如氣態(tài)努森流(Knudsen flow)能通過的孔。作為應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)化的無孔氣體可滲透膜的結(jié)果，可在不允許氣體以氣泡形式排放的條件下，在任意壓力下供給和溶解氣體。另外，可在良好控制條件下有效溶解，并且很容易達(dá)到任意濃度。
作為可滲透膜的膜形式，可以提及的有平膜、管狀膜、中空纖維膜、螺旋膜等，并且中空纖維膜為優(yōu)選的，這是因?yàn)槠淠け砻娣e很大。另外，中空纖維膜為優(yōu)選的是因?yàn)樵O(shè)備可以制得很緊湊并且容易操作。所述中空纖維膜并不局限于特定的排列方式。但優(yōu)選的排列方式是其中中空纖維膜間的間距保持為均勻的間隔，如竹簾(bamboo-blind)編織一樣，因?yàn)檫@樣當(dāng)原水或氣體流動(dòng)時(shí)溝流發(fā)生的危險(xiǎn)較小。所述無孔中空纖維膜并不局限于特定的結(jié)構(gòu)。但為了提高無孔膜的氣體滲透性，優(yōu)選的是具有復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，其中薄的無孔層由多孔層支撐和固定。同樣，所述復(fù)合膜結(jié)構(gòu)并不局限于特定的一種。但優(yōu)選的是具有三層復(fù)合中空纖維膜，其中薄的無孔層由兩側(cè)被多孔層夾住，從而由于薄層得到保護(hù)而具有優(yōu)良的氣體滲透性。
由于本發(fā)明應(yīng)用了如上面所描述的僅對氣體可滲透而對液體不可滲透的可滲透膜(優(yōu)選為中空纖維膜)，因此盡管其間歇運(yùn)行，也可以即刻為植物提供高濃度的溶有CO2或O2或N2的水，而不需要預(yù)定時(shí)間。也就是說，可以只產(chǎn)生必需量的溶有氣體的水并將其供給植物。
溶有CO2的水的濃度優(yōu)選為1000ppm或更高，更優(yōu)選為2000ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。溶有O2的水的濃度優(yōu)選為30ppm或更高，更優(yōu)選為60ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。溶有N2的水的濃度優(yōu)選為15ppm或更高，更優(yōu)選為30ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。
優(yōu)選地，溶有CO2或O2或N2的水每次的噴撒時(shí)間優(yōu)選設(shè)定為足以使附著在植物表面的水開始滴落，并且溶有CO2或O2或N2的水的噴撒間隔設(shè)定為足以使附著在植物表面的水被干燥。
當(dāng)在本發(fā)明中噴撒溶有氣體的水時(shí)，基本只含CO2(或只含O2-或只含N2-)的溶有CO2的水(或溶有O2的水或溶有N2的水)是優(yōu)選的，并且優(yōu)選的是在未具體包含營養(yǎng)鹽的情況下，使植物從其根部吸收必需的營養(yǎng)成分。在不包括營養(yǎng)鹽的情況下，即使由于間歇運(yùn)行而使葉子表面干燥，也不必?fù)?dān)心葉子會由于營養(yǎng)鹽濃度變高而枯萎，并且有可能在不考慮與其它組分的關(guān)系(百分比)的情況下而供給最優(yōu)量的CO2或O2或N2。
另外，本發(fā)明的植物栽培方法的特征包括如下步驟，即由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的另一側(cè)的步驟，在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定的水濃度的步驟，以及間歇地用所形成的溶有CO2或O2或N2的水灌溉植物從而促進(jìn)植物生長的步驟，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。在本發(fā)明中間歇地供給溶有氣體的水也是優(yōu)選的。針對溶有氣體的水的優(yōu)選濃度，溶有CO2的水的濃度優(yōu)選為1000ppm或更高，更優(yōu)選為2000ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。溶有O2的水的濃度優(yōu)選為30ppm或更高，更優(yōu)選為60ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。溶有N2的水的濃度優(yōu)選為15ppm或更高，更優(yōu)選為30ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。由于應(yīng)用了可滲透膜組件如中空纖維膜組件，可以很容易地達(dá)到飽和濃度。
本發(fā)明還涉及一種植物栽培設(shè)備，通過所述設(shè)備間歇地將溶有CO2或O2或N2的水噴撒到植物上，從而促進(jìn)植物生長。這種植物栽培設(shè)備包括一個(gè)可滲透膜組件，其中由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的另一側(cè)，以及在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定的水濃度，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。本發(fā)明還涉及一種植物栽培設(shè)備，通過所述設(shè)備間歇地用溶有CO2或O2或N2的水灌溉植物，從而促進(jìn)植物生長。這種植物栽培設(shè)備包括一個(gè)可滲透膜組件，其中由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的另一側(cè)，以及在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定的水濃度，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。同樣在本發(fā)明中，由于應(yīng)用了可滲透膜組件如中空纖維膜組件，溶有氣體的水的優(yōu)選濃度可以很快產(chǎn)生。針對溶有氣體的水的優(yōu)選濃度，溶有CO2的水的濃度優(yōu)選為1000ppm或更高，更優(yōu)選為2000ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。溶有O2的水的濃度優(yōu)選為30ppm或更高，更優(yōu)選為60ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。溶有N2的水的濃度優(yōu)選為15ppm或更高，更優(yōu)選為30ppm，甚至更優(yōu)選為飽和濃度。
本發(fā)明還涉及一種植物栽培設(shè)備，所述設(shè)備選擇性進(jìn)行間歇地將溶有CO2或O2或N2的水噴撒到植物上的步驟，或者間歇地用溶有CO2或O2或N2的水灌溉植物的步驟，從而促進(jìn)植物生長。這種植物栽培設(shè)備包括一個(gè)可滲透膜組件，其中由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的另一側(cè)，以及在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定的水濃度，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。
優(yōu)選地，在這些植物栽培設(shè)備中，在可滲透膜組件的下游側(cè)設(shè)置與第一流路分開的通向植物的第二流路，并從安全角度考慮設(shè)置一個(gè)切換閥，用于當(dāng)?shù)谝涣髀分袎毫Τ^預(yù)定值時(shí)自動(dòng)打開第二流路。優(yōu)選在可滲透膜的上游側(cè)和下游側(cè)分別設(shè)置壓力表，并設(shè)置一個(gè)指示裝置，用于當(dāng)壓力表之間的差超過預(yù)定值時(shí)對其進(jìn)行指示。在這種情況下，可滲透膜組件在上游側(cè)和下游側(cè)的方向可以改變，或者可以知道可滲透膜組件應(yīng)該用另一個(gè)更換的時(shí)間。
附圖描述參照下文結(jié)合附圖所作的的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的前述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將會變得更容易意識到，因?yàn)榇藭r(shí)這些內(nèi)容變得更容易理解，其中


圖1給出了一種植物栽培設(shè)備，其為本發(fā)明的第一種實(shí)施方案，并且給出一種供給由這種設(shè)備所產(chǎn)生的溶有CO2的水的方法。
圖2給出了一個(gè)中空纖維膜組件。
圖3給出了一種植物栽培設(shè)備，其為本發(fā)明的第二種實(shí)施方案，并且給出一種供給由這種設(shè)備所產(chǎn)生的溶有O2的水的方法。
圖4給出了一種植物栽培設(shè)備，其為本發(fā)明的第三種實(shí)施方案，并且給出一種供給由這種設(shè)備所產(chǎn)生的溶有CO2的水和溶有O2的水的方法。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述參照附圖，下文將給出對本發(fā)明的植物栽培設(shè)備(在下文中簡寫為“本設(shè)備”)以及植物栽培方法的描述，其中所述植物栽培方法應(yīng)用由本設(shè)備產(chǎn)生的高濃度的溶有氣體的水。
圖1給出了本設(shè)備的一個(gè)例子以及供給由本設(shè)備產(chǎn)生的溶有CO2的水的方法的一個(gè)例子。從上游側(cè)開始，本設(shè)備大致由原水罐WT、壓力泵P、過濾器F、中空纖維膜組件MO、第一壓力表P1和第二壓力表P2、CO2氣體鋼瓶1、控制閥SV2以及泄放閥S組成，其中第一壓力表P1和第二壓力表P2分別設(shè)置在中空纖維膜組件MO的入口部分和出口部分。整個(gè)設(shè)備的操作由未畫出的控制單元進(jìn)行控制。
原水罐WT為貯存原水的容器，其中所述原水用于通過本設(shè)備產(chǎn)生溶有CO2的水。用于本設(shè)備的原水的種類并不局限于特定的某一種，但從而費(fèi)用角度考慮，優(yōu)選應(yīng)用自來水。更優(yōu)選應(yīng)用有助于植物生長的官能水如電解離子水或磁化水，這是因?yàn)楣倌芩姆肿訄F(tuán)在尺寸上要比普通的自來水小，從而植物可以很容易地吸收溶有氣體的水。
壓力泵P用于向中空纖維膜組件MO提供原水如自來水。原水的流量和流速取決于壓力泵的排放能力。在本設(shè)備中，供給流量優(yōu)選為1-15升/分鐘。
如果需要，應(yīng)用設(shè)置在壓力泵P下游側(cè)的過濾器F，從而脫除由壓力泵P排出的原水中所包含的細(xì)小顆粒。應(yīng)用該過濾器F可以脫除粒度為25μm或更大的細(xì)小顆粒。其結(jié)果是，可以防止組成設(shè)置在下游側(cè)的中空纖維膜組件MO的中空纖維膜3被污染。如果需要，優(yōu)選脫除粒度為1μm-10μm的細(xì)小顆粒(微生物)。
第一和第二壓力表P1和P2分別設(shè)置在中空纖維膜組件MO的入口和出口處，其用于指示中空纖維膜組件MO的更換時(shí)間。當(dāng)兩個(gè)壓力表的測量結(jié)果之間的壓力差超過預(yù)定值時(shí)，該信息表明中空纖維膜組件MO應(yīng)該被更換了。通常當(dāng)二者之間的壓力差超過預(yù)定值時(shí)，可以通過更換下游側(cè)和上游側(cè)來處理這種情況。
正如
圖1所示，中空纖維膜組件MO的輸出的一部分通過泄放閥S返回到壓力泵的輸入側(cè)JN處。所述泄放閥S用于防止例如當(dāng)噴撒器6的噴撒孔發(fā)生堵塞時(shí)液壓非正常升高。但如果有部分過程水總是被返回，則通過過程水的循環(huán)可以很容易產(chǎn)生高濃度的溶有氣體的水。
中空纖維膜組件MO用作空氣供給膜組件，用于通過供給CO2氣同時(shí)使來自上游側(cè)的原水通過，從而產(chǎn)生溶有CO2的水。構(gòu)造所述中空纖維膜組件MO從而將成百上千到成千上萬的中空纖維膜3捆扎在一起，并包含在一個(gè)支撐套中。所述中空纖維膜組件MO的特征在于在正常工作條件下其壽命很長，并且?guī)缀醪恍枰S修。
優(yōu)選地，組成中空纖維膜組件MO的中空纖維膜3具有三層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，其中象三明治一樣無孔膜4緊緊夾在多孔膜5和5之間，從而具有如圖2(a)所示的圓筒形狀。無孔膜4的特征為其對水是不可滲透的，但另一方面可選擇性滲透氣體。因此，當(dāng)從中空纖維膜3的外側(cè)加壓氣體時(shí)，氣體可能與中空纖維膜3內(nèi)部的水混合。因此在本設(shè)備中，通過供給CO2同時(shí)使水流入中空纖維膜3的內(nèi)部并從中空纖維膜3的外部加壓CO2從而產(chǎn)生溶有CO2的水，如圖2(b)所示。相反，也可以通過供給CO2同時(shí)使水流入中空纖維膜3的外部并從中空纖維膜3的內(nèi)部加壓CO2而產(chǎn)生溶有CO2的水。
在任何一種情況下，在本設(shè)備中，通過在中空纖維膜3的內(nèi)部和外部產(chǎn)生壓力梯度可以大幅度提高中空纖維膜3的CO2的溶解效率，并且可以很容易產(chǎn)生在原水中溶解CO2至飽和濃度的溶有CO2的水。針對這一點(diǎn)必需要做的是應(yīng)用設(shè)置在中空纖維膜組件MO與CO2氣體鋼瓶1之間的控制閥SV2而設(shè)定氣體壓力比中空纖維膜3內(nèi)部壓力高約0.5-2.0kgf/cm2。正常的氣體壓力為約1.5kgf/cm2，并且優(yōu)選對應(yīng)于原水流量將其設(shè)定為高壓。由于小的氣體鋼瓶如約1-30kg的氣體鋼瓶可以在本設(shè)備中用作CO2氣體鋼瓶，因此本設(shè)備的整體可以制得很緊湊。
與按照常規(guī)技術(shù)產(chǎn)生的溶有CO2的水相比，通過中空纖維膜組件MO所產(chǎn)生的溶有CO2的水具有更高CO2濃度。作為一個(gè)例子，在20℃下在正常大氣壓力下CO2的溶解度為約1.78g CO2/1升H2O。該CO2濃度是按照常規(guī)技術(shù)所能達(dá)到的上限。與之相比較，按照本設(shè)備，在20℃下通過向中空纖維膜組件MO應(yīng)用氣體壓力(1.4-5.0kgf/cm2)，CO2可以溶解至對應(yīng)于氣體壓力的飽和濃度。因此，按照本設(shè)備，至少可以獲得2.00g CO2/1升H2O的高濃度的溶有CO2的水。相同的情況也可以應(yīng)用到除20℃以外的其它溫度范圍。
與正常大氣壓下在水中溶解的氣體濃度相比，通過中空纖維膜組件MO所產(chǎn)生的溶有O2的水或溶有N2的水具有更高的O2或N2濃度。作為一個(gè)例子，在20℃下在正常大氣壓力下O2的溶解度為約44.3mgO2/1升H2O。這種O2濃度是在大氣壓下的上限。與之相比較，按照本設(shè)備，按照溶解CO2的條件，O2可以溶解至對應(yīng)于氣體壓力的飽和濃度。這同樣適用于溶解N2的情況。
中空纖維膜組件MO的出口部分通過后面描述的第二壓力表P2與噴撒器6相連。在正常操作條件下，已經(jīng)通過中空纖維膜組件MO出口部分的溶有CO2的水被送到噴撒器6，并通過噴撒器6的噴撒元件61噴撒到植物上。相對于植物來說，噴撒器6的位置并不局限于特定的某一位置。所述噴撒器6可以位于植物的上方并朝下噴撒，如
圖1所示，或者所述噴撒器6可以位于植物下方并且朝上噴撒。
溶有氣體的水的噴撒形式并不局限于特定的一種。但是通常優(yōu)選的是應(yīng)用噴撒孔作噴撒元件61并以霧的形式噴撒溶有氣體的水。相應(yīng)地，溶有氣體的水被均勻噴撒到植物的葉子表面上，并通過小孔供給植物內(nèi)部，因此促進(jìn)植物生長。每次要噴撒的溶有氣體的水的量并不局限于特定的一個(gè)值。但是噴撒時(shí)間通常在5-180秒之間，此時(shí)附著在植物表面的水可能足以開始滴落。對于一個(gè)噴撒元件來說，優(yōu)選為100-600cc/min。
因此按照本設(shè)備，由于相對于中空纖維膜組件MO來說應(yīng)用了高的氣體溶解速度，可以在非常短的時(shí)間內(nèi)在加壓條件下產(chǎn)生溶解在原水中的溶有氣體的水，并以必需量供給植物，其中所述溶有氣體的水可以達(dá)到飽和濃度，并且所述過程可以連續(xù)進(jìn)行。
這里，前述的具有高濃度的溶有CO2的水所表現(xiàn)出的激活光合作用的操作可以按如下考慮。首先，在水中溶解的CO2部分變成碳酸(H2CO3)，并且該碳酸進(jìn)行電離從而產(chǎn)生碳酸氫根離子(HCO3-)和氫離子(H+)。當(dāng)由本設(shè)備得到的高濃度的溶有CO2的水被噴撒到植物上時(shí)，在植物葉子的外周邊和內(nèi)部之間將會產(chǎn)生比應(yīng)用常規(guī)技術(shù)更高的濃度梯度，因而增加了在單位時(shí)間內(nèi)被分散且被植物吸收的CO2量和碳酸氫根量。隨后，已經(jīng)被植物吸收了的碳酸氫根在廣泛存在于植物中的碳酸脫水酶(碳酸酐酶)的催化作用下，迅速轉(zhuǎn)化為CO2。因此在葉綠體基質(zhì)中的CO2濃度升高，并且為CO2固定酶的二磷酸核酮糖羧化酶的基質(zhì)濃度增加。因此光合作用被激活，植物產(chǎn)量可以提高。
高濃度的溶有O2的水所表現(xiàn)出的植物生長促進(jìn)作用的操作可以按如下考慮。首先，當(dāng)由本設(shè)備得到的高濃度的溶有O2的水被噴撒到植物上時(shí)，在植物葉子的外周邊和內(nèi)部之間將會產(chǎn)生濃度梯度，并且O2被分散且被植物吸收，這是因?yàn)槿苡蠴2的水的濃度高于在大氣壓的氧氣分壓下溶解于水的O2濃度。O2被植物呼吸所消耗，并由此獲得其生命所必需的能量。更詳細(xì)地說，當(dāng)在糖酵解、脂肪酸氧化、檸檬酸循環(huán)等過程中產(chǎn)生的NADH和FADH2的電子通過一系列電子傳遞而被轉(zhuǎn)移到O2上時(shí)，會產(chǎn)生ATP。需要能量的生物高聚物的生物合成和各種反應(yīng)的進(jìn)行在與這種ATP共軛之前是不能實(shí)現(xiàn)的。因此O2的供給促進(jìn)了各種生物高聚物的生物合成和其它代謝，并提高了植物的產(chǎn)量。
在植物中存在的光呼吸作用反應(yīng)中，從它們的基質(zhì)角度來看，O2和CO2是競爭性的，對于CO2固定酶二磷酸核酮糖羧化酶來說，它們中的一個(gè)阻止另一個(gè)的基質(zhì)參加的反應(yīng)。換句話說，當(dāng)植物在高濃度O2的氣相條件下接收到光時(shí)，光呼吸是很忙的，而在某些類的植物中，這會造成光合作用所達(dá)到的產(chǎn)量降低。因此，優(yōu)選的是采用一種在光不照射植物的黑暗期內(nèi)向植物噴撒和供給溶有O2的水的方法，或者一種用后面描述的溶有CO2的水更換所述水的方法，或者一種用后面描述的溶有O2的水灌溉植物的方法。
高濃度的溶有N2的水所表現(xiàn)出的植物生長促進(jìn)作用的操作可以按如下考慮。首先，當(dāng)由本設(shè)備得到的高濃度的溶有N2的水被噴撒到植物上時(shí)，在植物葉子的外周邊和內(nèi)部之間將會產(chǎn)生濃度梯度，從而N2被分散且被植物吸收，這是因?yàn)槿苡蠳2的水的濃度高于在大氣壓的氮?dú)夥謮合氯芙庥谒腘2濃度。N2被一種固定N2的酶即固氮酶還原，并轉(zhuǎn)化為與活性有機(jī)物相關(guān)的氨，而所述活性有機(jī)物與植物生活在一起并具有固氮能力。氨通過谷氨酰胺-谷氨酸合成路線或谷氨酸脫氫酶合成有機(jī)氮化合物，如蛋白質(zhì)或核酸。通過供給N2來促進(jìn)有機(jī)氮化合物如蛋白質(zhì)或核酸的合成，并使植物的產(chǎn)量得到提高。
下面，將描述在本設(shè)備操作過程中當(dāng)故障發(fā)生時(shí)各設(shè)備部件的控制機(jī)理。設(shè)置在中空纖維膜組件MO出口部位的第二壓力表P2用于監(jiān)測來自中空纖維膜組件MO出口部位的在噴撒器6中的溶有CO2的水的液壓。本設(shè)備需要在中空纖維膜組件MO的機(jī)械強(qiáng)度不被損壞的范圍內(nèi)運(yùn)行，并且因?yàn)槿芙獾乃匦枰造F的形式被噴撒出去，本設(shè)備通常在壓力為3kgf/cm2或更高的范圍內(nèi)操作。
當(dāng)由于噴撒元件61的堵塞而造成所述液壓超出前述范圍時(shí)，使用設(shè)置在第二壓力表P2和噴撒器6之間的泄放閥S來降低所述液壓至預(yù)定壓力。也就是說，一旦第二壓力表P2的液壓超過預(yù)定壓力，則泄放閥S打開從而降低液壓。
優(yōu)選地，當(dāng)泄放閥S如上面所述被驅(qū)動(dòng)時(shí)，則壓力泵P對此作出響應(yīng)而被停止。為了卸壓，如果需要中空纖維膜組件MO可以配有一個(gè)通過控制閥SV1的排氣通道。
所述控制單元按如下過程控制本設(shè)備的每個(gè)元件。首先，對應(yīng)于壓力泵P控制閥SV2打開，供給CO2氣體同時(shí)從中空纖維膜3的外部加壓，并同時(shí)使原水流入組成中空纖維膜組件MO的中空纖維膜3的內(nèi)部，從而連續(xù)產(chǎn)生溶有CO2的水。當(dāng)溶有CO2的水被噴撒時(shí)由于某種原因使第二壓力表P2的液壓超過預(yù)定的上限時(shí)，打開泄放閥S以降低液壓，并使壓力泵P達(dá)到停動(dòng)狀態(tài)，使控制閥SV2達(dá)到關(guān)閉狀態(tài)。然后，打開控制閥SV1以進(jìn)行卸壓。
由
圖1的實(shí)施方案所給出的設(shè)備是用于產(chǎn)生和供給適合于植物生長的高濃度的溶有CO2的水的一種設(shè)備。但除了溶有CO2的水外，本設(shè)備也可以產(chǎn)生適合于植物生長的高濃度的溶有O2的水和高濃度的溶有N2的水。
圖3給出了用于產(chǎn)生適合于植物生長的溶有O2的水的設(shè)備的一個(gè)例子，以及一種供給溶有O2的水的方法的一個(gè)例子。圖3的設(shè)備幾乎由與
圖1的實(shí)施方案中所示的設(shè)備相同的設(shè)備元件組成，其與
圖1設(shè)備的區(qū)別在于圖3的設(shè)備沒有泄放閥S。另外，溶有氣體的水的供給方法與
圖1的實(shí)施方案中所示的不同。針對供給由本設(shè)備產(chǎn)生的溶有氣體的水的方法，優(yōu)選的是由植物的根部或由植物中所形成的區(qū)域供給溶有氣體的水。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，優(yōu)選的是采用一種供給方法，按照該方法將溶有氣體的水噴撒到支持植物的土壤中，從而溶有氣體的水可以由植物的根部或由植物中所形成的區(qū)域被吸收。因此，圖3給出了一種情況，其中在植物下面設(shè)置了一個(gè)滴灌裝置7。溶有氣體的水不需要故意以霧的形式噴撒。
因此，當(dāng)應(yīng)用本設(shè)備時(shí)，
圖1的實(shí)施方案所示的噴撒元件61并不需要。優(yōu)選的是采用一種方法，其中如圖3所示的盒狀滴灌裝置7與本設(shè)備相連，并通過它供給溶有氣體的水。因此，當(dāng)供給溶有氣體的水時(shí)，不需要考慮在滴灌裝置7中發(fā)生堵塞，因而不必設(shè)置
圖1所示的泄放閥S。
在
圖1實(shí)施方案中所示的設(shè)備和在圖3實(shí)施方案中所示的設(shè)備均為利用單個(gè)氣體鋼瓶產(chǎn)生溶有氣體的水的設(shè)備。作為本設(shè)備的另一種實(shí)施方案，可以提供選自CO2、O2和N2的多個(gè)氣體鋼瓶。圖4給出了具有CO2氣體鋼瓶1和O2氣體鋼瓶2的植物栽培設(shè)備的一個(gè)例子，以及供給由本設(shè)備產(chǎn)生的溶有氣體的水的方法的一個(gè)例子。本設(shè)備的第一個(gè)特征是CO2氣體管線和O2氣體管線在半路上相互連接，并與中空纖維膜組件MO相連，另外，在連接點(diǎn)之前，在CO2氣體管線和O2氣體管線上分別設(shè)置了控制閥SV2和SV3。
本設(shè)備的第二個(gè)特征是從中空纖維膜組件MO出口部位通向下游的管線在半路上分支為溶有CO2的水管線和溶有O2的水管線。在這些管線上分別設(shè)置控制閥SV4和SV5。在本設(shè)備中，控制閥SV4和SV5分別與相應(yīng)的噴撒器6和相應(yīng)的滴灌裝置7相連。
下面，將描述本設(shè)備的控制機(jī)理。當(dāng)溶有CO2的水產(chǎn)生并供給植物時(shí)，響應(yīng)壓力泵P，控制閥SV2和SV4被控制而打開。另一方面，當(dāng)溶有O2的水產(chǎn)生并供給植物時(shí)，響應(yīng)壓力泵P，控制閥SV3和SV5被控制而打開。當(dāng)在去植物的途中一種溶有氣體的水被另一種更換時(shí)，控制閥SV1即刻打開，從而噴淋尚未被更換的溶有氣體的水。其它設(shè)備元件的控制方法與
圖1實(shí)施方案中所描述的相同。因此按照本設(shè)備，如果需要，可以應(yīng)用單個(gè)設(shè)備產(chǎn)生多種溶有氣體的水，并且將它們供給植物。因此，可以大幅度提高可處理性、方便性等。
(實(shí)施例)下文將描述植物栽培方法，所述方法應(yīng)用通過本發(fā)明的植物栽培設(shè)備產(chǎn)生的溶有氣體的水。但這并不限制本發(fā)明。
(實(shí)施例1)將MHF(三層復(fù)合中空纖維)膜組件(由Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.制造)用作中空纖維膜組件MO。應(yīng)用
圖1的設(shè)備，在受光照的狀態(tài)(明亮期14小時(shí)，黑暗期10小時(shí)，24℃)下，在明亮期內(nèi)，按30分鐘間隔、每次60秒而將溶有CO2的水以霧的形式噴撒到已經(jīng)播種且發(fā)芽的洋麻(大麻槿)上。該植物被栽培18天。這種溶有CO2的水的濃度為2200 ppm。
(比較例1)除了應(yīng)用自來水替代實(shí)施例1的溶有CO2的水外，按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行比較例1。表1給出了關(guān)于實(shí)施例1和比較例1的已經(jīng)栽培了18天的洋麻的生長數(shù)據(jù)。表中的每一個(gè)數(shù)據(jù)均表示針對十次試驗(yàn)樣品的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。
從表1的數(shù)據(jù)可以理解，當(dāng)由本發(fā)明的植物栽培設(shè)備得到的高濃度的溶有CO2的水(2200ppm)被間歇噴撒到植物(洋麻)上時(shí)，植物的生長得到促進(jìn)。對各種植物如玉米(玉蜀黍)、蘿卜(蘿卜var.acanthiformis Makino)和菠菜(菠菜)也可以得到相似的結(jié)果。當(dāng)將溶有O2的水和溶有N2的水間歇噴撒到這些植物上時(shí)，也可以達(dá)到明顯的效果。
(實(shí)施例2)應(yīng)用圖3的設(shè)備，在受光照的狀態(tài)(明亮期14小時(shí)，黑暗期10小時(shí)，24℃)下，在明亮期內(nèi)，按30分鐘間隔、每次60秒而將溶有O2的水由滴灌裝置供給已發(fā)芽的蘿卜。該植物被栽培18天。這種溶有O2的水的濃度為70ppm。
(比較例2)除了應(yīng)用自來水替代實(shí)施例2的溶有O2的水外，按照與實(shí)施例2相同的方式進(jìn)行比較例2。表2給出了關(guān)于實(shí)施例2和比較例2的已經(jīng)栽培了18天的蘿卜的生長數(shù)據(jù)。表中的每個(gè)數(shù)據(jù)均表示針對八次試驗(yàn)樣品的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。
從表2的數(shù)據(jù)可以理解，當(dāng)由本發(fā)明的植物栽培設(shè)備得到的高濃度的溶有O2的水(70ppm)被間歇澆灌到植物(蘿卜)上時(shí)，植物的生長得到促進(jìn)。對各種植物如玉米、洋麻和菠菜，也可以得到相似的結(jié)果。當(dāng)溶有CO2的水和溶有N2的水被間歇澆灌到這些植物上時(shí)，也可以達(dá)到明顯的效果。
應(yīng)用本發(fā)明的各種高濃度的溶有氣體的水的植物栽培方法和植物栽培設(shè)備可以被廣泛用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域以及通常的園藝領(lǐng)域。本發(fā)明適用于提高農(nóng)產(chǎn)品如谷物和蔬菜、花、果樹、樹木、和綠化用樹的產(chǎn)量，改善其質(zhì)量，并促進(jìn)其開花。另外，本發(fā)明對插條發(fā)根、接枝嫁接(binding of graftings)、組織培養(yǎng)秧苗的環(huán)境適應(yīng)都有很好的效果。
正如上面所描述，本發(fā)明的植物栽培設(shè)備可以僅產(chǎn)生必需量的適合于植物生長的溶有各種氣體的水，并將這種溶有氣體的水供給植物，其中所述溶有氣體的水具有比常規(guī)設(shè)備更高的濃度。另外，通過向植物供給由這種設(shè)備產(chǎn)生的高濃度的溶有氣體的水，植物的生長可以得到促進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種植物栽培方法，所述方法包括由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的相反一側(cè)的步驟，在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定濃度的步驟，以及間歇地將所形成的溶有CO2或O2或N2的水噴撒到植物上從而促進(jìn)植物生長的步驟，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。
2.權(quán)利要求1的植物栽培方法，其中將在加壓狀態(tài)下通過在原水中溶解CO2或O2或N2至飽和濃度所得到的溶有CO2或O2或N2的水噴撒到植物上，并且其中溶有CO2或O2或N2的水每次的噴撒時(shí)間設(shè)定為足以使附著在植物表面的水開始滴落，并且溶有CO2或O2或N2的水的噴撒間隔設(shè)定為足以使附著在植物表面的水被干燥。
3.一種植物栽培方法，所述方法包括由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的相反一側(cè)的步驟，在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定濃度的步驟，以及間歇地用所形成的溶有CO2或O2或N2的水灌溉植物從而促進(jìn)植物生長的步驟，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。
4.一種能夠促進(jìn)植物生長的植物栽培設(shè)備，所述設(shè)備通過間歇地將溶有CO2或O2或N2的水噴撒到植物上從而促進(jìn)植物生長，這種植物栽培設(shè)備具有一個(gè)可滲透膜組件，其中由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的相反一側(cè)，并在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定濃度，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。
5.一種能夠促進(jìn)植物生長的植物栽培設(shè)備，所述設(shè)備通過間歇地用溶有CO2或O2或N2的水灌溉植物從而促進(jìn)植物生長，這種植物栽培設(shè)備具有一個(gè)可滲透膜組件，其中由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的相反一側(cè)，并在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定濃度，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。
6.一種能夠促進(jìn)植物生長的植物栽培設(shè)備，所述設(shè)備通過選擇性進(jìn)行間歇地將溶有CO2或O2或N2的水噴撒到植物上的步驟，或者間歇地用溶有CO2或O2或N2的水灌溉植物的步驟，從而促進(jìn)植物生長，這種植物栽培設(shè)備具有一個(gè)可滲透膜組件，其中由可滲透膜分離的一側(cè)在加壓狀態(tài)下選擇性供給CO2或O2或N2同時(shí)使原水流到所述可滲透膜的相反一側(cè)，并在原水中溶解CO2或O2或N2從而達(dá)到預(yù)定濃度，其中所述可滲透膜僅對氣體可滲透而對液體不可滲透。
7.權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)的植物栽培設(shè)備，進(jìn)一步包括與第一流路分開的通向植物的第二流路，所述第二流路設(shè)在所述可滲透膜下游側(cè)，還包括當(dāng)在第一流路中壓力超過預(yù)定值時(shí)自動(dòng)打開第二流路的切換閥。
8.權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)的植物栽培設(shè)備，進(jìn)一步包括第三流路，可滲透膜的相反一側(cè)通過所述第三流路與氣罐相連，設(shè)置在所述氣罐出口側(cè)的氣體循環(huán)閥，泵，所述泵向由可滲透膜分離的一側(cè)供給原水，和控制單元，用于控制各設(shè)備部件，其中只有當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)，控制單元間歇地驅(qū)動(dòng)泵同時(shí)控制氣體循環(huán)閥被打開。
9.權(quán)利要求6的植物栽培設(shè)備，進(jìn)一步包括第三流路，可滲透膜的相反一側(cè)通過所述第三流路與多個(gè)氣罐相連，第四流路，用于形成由可滲透膜相反一側(cè)的排氣通道，設(shè)置在多個(gè)氣罐的各出口側(cè)的氣體循環(huán)閥，打開和關(guān)閉第四流路的排氣閥，泵，用于向可滲透膜的相反一側(cè)供給原水，和控制單元，用于控制各設(shè)備部件，其中所述控制單元包括第一裝置，用于在預(yù)定時(shí)間內(nèi)打開任一氣體循環(huán)閥，第二裝置，用于在預(yù)定時(shí)間過后，當(dāng)排氣閥處于打開狀態(tài)時(shí)，打開剩余氣體循環(huán)閥中的任一個(gè)，和第三裝置，用于在此之后，只關(guān)閉排氣閥并將該狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時(shí)間。
全文摘要
一種用于栽培植物的設(shè)備，其中將溶有CO
文檔編號A01G7/04GK1498073SQ0280674
公開日2004年5月19日 申請日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月2日
發(fā)明者湊明久, 淺田隆之, 之 申請人:王子制紙株式會社