專利名稱：流體和養分傳送系統及相關方法
技術領域：
本發明大致涉及用于澆水和提供養分到植物的系統和方法，特別涉及這樣的系統和方法，其通過“按需”傳送水和養分而使水的使用最少化并使可能的農作物密度最大化。
背景技術：
對于植物自澆水系統的需求是相當確定的，由于農業中使用了世界淡水資源的約 70%，許多產品已經設計和建造出以在不同程度上滿足該需求。一些系統供應少量連續的水，通常提到的有滴灌，其供應水到根區域而不顧植物的需求。其他系統依賴于土中的潮濕水平而指示對水的需求。還有其他的采用毛細管，其基于表面張力和毛細上升效應而將水帶給植物。滴灌是很好地建立起來的用于在干旱地區生長植物的方法。宣稱其水利用的效率為90 %，相比于灑水系統的75-85 %。基本的滴灌系統通常包括地面管，其上安裝有小滴管 /噴射器，以將水從供應管送到在供應管任一側上的植物的根部。該滴管/噴射器限制水到根部一滴一滴的流動，這基于發射器/滴管內對水流的粘滯阻力。滴速基于對專門植物、土條件、預期的降雨和土壤水分蒸發蒸騰損失率進行計算后的需求而定，并可以在1至4L/hr 每植物之間變動。估計農作物水需求的需要或者提供到水中的養分量很少確切和不變，這導致水的浪費。已經示出，植物根部可以控制水的釋放，該水存儲在薄的多孔滲水的親水膜后面，該膜相信由于吸收水中的有機雜質而變得疏水性。該機制還沒有被完全理解，盡管推測在根釋放物中有表面活性劑，其打開由于吸收水中的有機雜質而變為疏水性的膜的孔。該疏水膜抑制了水到植物的流動。然而，植物的根部流出多種化學物，其中包括表面活性劑，其通過使膜親水而打開膜孔。這樣水現在可以流到根部，而當植物已經具有足夠水時，膜變為疏水性。還示出的是，當兩個帶膜的存儲器(一個存水，另一個包含養分溶液)提供給植物時，植物能夠區分這兩個源，并取得所需的水和所需的養分。水對養分的比率可以在2-5比 1的范圍內變動，這依賴于養分溶液的濃度。已經開發了許多地面下的系統，其包括管，該管是多孔滲水的或打孔的，以允許水連續緩慢的釋放。然而，這樣疏水管，其要求達到兩個大氣壓的水壓力，不能在植物已經具有足夠水或者例如下雨時自動停止水的傳送。沒有采用膜系統的商業灌溉系統的一個理由可能在于獲得膜的困難性，其能夠為新植物或秧苗，還能夠為萌發的、生產水果和產品的完全長成的和成熟的植物提供必要的水量。另一個可能的理由是對水中恒定的微量有機溶液的依賴，其將吸收在膜的親水孔通道的出口壁上，將該膜轉化為疏水系統，進而阻止或大大地減少通過膜的水流。另一個理由可能是獲得具有合適壁厚和直徑的親水管的困難性，該管具有足夠的耐久性，以使該過程是經濟的。俄羅斯的SVET太空種植生長系統包括具有IOOOcm2生長面積的盒式溫室，其具有房間用于直至40cm高的植物。根部生長在天然多孔滲水的沸石上，高純潔水保持根處于所需的潮濕水平。NASA使用的零重力生長腔包括多微孔陶瓷或不銹鋼管，帶有養分的水從中通過，提供用于灌溉溫室植物。采用多孔滲水陶瓷、不銹鋼或疏水膜傳送水和/或養分到植物的系統基本上是滴灌的形式，其中水/養分總是在傳送而不管植物是否需要。本領域技術人員顯而易見的是，陶瓷或不銹鋼管比較厚，有機成分吸收在通道的整個長度上而不能通過植物的釋放物除去。圖7表示對于單個植物，水和養分溶液的流動。特別地，圖7是通過安裝于兩個相同尺寸和形狀的存儲器(1號用于水，2號用于養分溶液)底部的12cm2的多微孔
Amerace A_10的水流量(單位為Ml/day)的日常記錄，所述存儲器嵌入在很好建立的Ficus indica的盆栽土中(插入)，表示水流方式的效果，當(i)建立根與膜的接觸，和(ii)總流量不再大于吸水速率時( 天后)。通常，水的流量大約比養分溶液大約大三倍。已經示出的，養分濃度的改變將改變來自兩個存儲器的流率。在圖7中，植物根部的釋放物將圖8中的步驟3改回到步驟1。這已經在一個通過允許膜在專門的水量通過Amerace-10膜后閉合的實驗中示出。然后，膜的出口側用酒精清洗，流過膜的水再繼續，當所有酒精清洗掉后最終停止，有機雜質允許吸附在孔的出口壁上，如圖8所示。再次參見圖8，在步驟1，當水離開膜的孔時，其在親水的膜表面上伸展開。大滴形成并離開表面。當表面通過吸附水中的疏水雜質而被涂敷時，離開膜的毛細孔的水不能在表面上展開，較小的液滴可以形成(步驟幻。當繼續涂敷時，沒有空間留給水在表面上展開了，需要更大的力推動水通過疏水區域，如步驟3所示。這是通過吸附水和/或養分溶液中的有機雜質而變為疏水性。這閉塞了孔，并防止水在通常的壓力條件下離開膜。如果增加壓力，液體能夠再次流動，因為水的表面張力不再能夠防止水突破孔。

發明內容
本發明一方面致力于有效傳送水溶液到植物的系統。該系統包括親水裝置，其末端部放置于鄰近植物根系統處。該親水裝置具有從中通過的內腔，用于將水溶液從入口引導到該末端部。該親水裝置還具有圍繞內腔的壁。至少部分沿著末端部的壁具有孔隙，當受到由植物根部實驗水壓力產生的表面活性劑的根釋放物的作用時，該孔隙適合于允許水溶液從中流過。該系統還包括存儲器，該存儲器適合于在其中容納水溶液。該存儲器設置為與親水裝置入口流體連通。在一個實施例中，放置于存儲器和親水裝置之間的是壓力調節設備， 該設備用于提供至少一個最小的壓力值以允許流體流過該親水裝置，和至多一個最大的壓力值，在該最大的壓力值之上時，即使沒有表面活性劑的根釋放物，流體也將流過該親水裝置。本發明另一方面還致力于用于有效傳送水溶液到植物的方法。本發明的該方面包括放置親水裝置的末端部于鄰近植物根系統處的步驟，如上述系統中所述的。該水溶液導入到親水裝置的入口，且該水溶液從親水裝置入口引導到該末端部。在專門的實施例中，水溶液的壓力在親水裝置入口的上游被調節。本發明另一方面還致力于建立用于傳送水溶液到植物的有效系統的方法。本方法的該方面包括放置親水裝置的末端部于鄰近植物根系統處的步驟，如上所述。水溶液的壓力在親水裝置入口的上游被調節，在壓力調節器上游提供有用于在其中容納水溶液的存儲器。還提供用于建立水溶液從存儲器到親水裝置入口的流動的通道。本發明的特征，包括組織和運行方法，以及其他目的和優點，將通過下面結合附圖的描述而得到更好的理解。可以清楚理解的是，附圖只用于示例和描述而不旨在限定本發明的范圍。通過本發明獲得的這些和其他目的及提供的優點將通過閱讀下面結合附圖的描述后變得完全的顯而易見。


圖IA和IB分別以頂視圖和橫截面圖的方式示出了用于供應水和養分到植物根部的雙澆灌管；圖IC是具有被插入其中的支撐螺旋的管的橫截面圖。圖2是用于澆灌草的系統的橫截面圖。圖3示出了用于種植植物的示例系統，該系統可在無重力下運行。圖4是具有覆蓋有親水膜的孔的管的實施例的側視圖。圖5A和5B分別以頂視圖和橫截面圖的方式示出了包括表面和地下部的種植系統。圖6是多羥基苯乙烯的化學圖。圖7 (現有技術)圖示了用于單個植物的水和養分溶液的流動。(·)從1號存儲器吸水；(▼)從 2 號存儲器吸養分。(來自L. A. Errede, Ann. Botany 52，22-29，1983.)圖8A-8L(現有技術；共同地表示為圖8)示意地表示水流過多微孔膜的微毛細管路徑，作為圍繞微毛細管出口的親水區域長度的函數，并表示水中的有機雜質如何更可能地粘附于毛細管的出口端。在步驟1(圖8A-8D)中示出了圍繞微毛細管出口的區域的最初親水狀態。D1是親水區域的直徑，而R1是從出口冒出的水滴的半徑，其遠遠大于微毛細管出口的半徑r。步驟2(圖8E-8H)發生在疏水溶液在親水區域的外周包圍微毛細管出口的一些累積之后。這里Di〉!^〉〗!·，且R>&。步驟3(圖8I-8L)處在最終端狀態，其中圍繞出口的親水區域的直徑Df收縮為出口半徑r的兩倍。當八？ = 2^/&大于采用的壓力& 時，給定出口上的水流停止。(來自 L. A. Errede, J. Colloid Interface Sci. 100，414-22， 1984.)圖9是系統的示意圖，其中結合有壓力調節設備。圖10是用于圖9系統中的示例的壓力調節設備的示意圖。
具體實施例方式現在將參考圖1-10描述本發明的優選實施例。如同這里使用的，詞“管”指用于提供水和/或養分的管路。如同本領域技術人員所理解的，這樣的“管”不是必需為圓柱形的，而是可以具有任何合適的形狀，通過使用這些詞不旨在帶來任何限制。這里描述的是供應水和/或養分到生長植物根部的系統和方法，其中將單個植物所需的水和/或養分釋放給植物。這里術語“植物”應進行廣義地解釋，可以包括例如草。 盡管不旨在作為本發明的限制，可以相信的是，當在水壓下時，植物根部能夠排出釋放物或表面活性劑，這促進了在下面所述條件下存儲的水和/或養分的釋放。特別地，植物從供應管路或澆管得到水和/或養分的供應，其中至少部分是親水的。在一些實施例中，管可以包括多個由親水膜覆蓋的孔；在其他實施例中，整個管、 地下部分或絕大部分是親水的。在另外的實施例中，系統可以包括表面管，其不能滲水或疏水，該管可以連接到多個親水管，這些親水管可以插入到支撐介質內供應根部。一個或多個親水管可以插入到一些支撐介質中，使得管至少部分地位于支撐介質的表面下。支撐介質可以選自任何合適的適于支撐生長植物和根部的介質或介質的混合物。例如但不限于，這樣的支撐介質可以包括沙、土、Rockwool、聚氨酯類泡沫、Fleximat 、 SRI纖維素基生長介質等。其他現有技術所知的合適的介質，例如連續纖維生長介質，也可以采用。在專門實施例中，植物種植在支撐介質中，各個管連接到含有水、養分或它們的混合物的存儲器中。在一些實施例中，二個管可以供應一排植物水管和養分管。如上所述， 先前已經表示，植物能夠在這些管之間進行區分。可選地，養分可以添加到水存儲器中以通過一個管進行分配。薄壁多微孔親水管在商業上獲得以用作灌溉管，這在當前是未知的。在專門的實施例中，親水材料，包括Cell-Force 和Flexi-Sil ，可以制造為親水管。可選地，一些現有的疏水薄壁管可以通過采用不溶水的親水聚合物(例如多羥基苯乙烯，美國專利第6045869號，通過參考結合于此；結構如圖6所示)作為表面涂層的過程而成為親水性。作為涂層進行涂敷并滲入多微孔疏水塑料管的這些溶體已經表明多年不堵塞孔并保持親水性。這樣，半徑為5-10mm的TyvekK(—種多微孔聚乙烯材料，由非常精細、高密度的 M^M^f^'JM, DuPont, Richmond, VA)白勺會賣iW (Irrigro-International Irrigation Systems)在變為親水性后被使用，并已經表明用作膜，其在地下灌溉系統中響應于植物的根部。TyvekK可以獲得許多類型，每種具有不同屬性。盡管不旨在限定，兩種類型發現最有利于在本發明中采用1059B和1073B。如上所述，已經表明隨著時間推移，由于水中的有機雜質吸收到膜上，親水膜可以變得疏水性。由于水中雜質的可變性，我們向水中添加了有機物質，其能夠吸收在出口孔壁上，使得膜疏水，從而減小了通過膜的水或養分溶液的流動。合適的有機物質的例子包括但是不限于，腐殖酸、煤油、松脂、菔烯、石蠟和十六烷。在其他實施例中，可以采用其他合適的C8-C16飽和碳氫化合物。添加到灌溉介質的量從IOppb到lOppm。本領域技術人員可以理解的是，在一些實施例中，有機物質的添加不是必要的，這依賴于水的質量。當在土中生長農作物時，養分在連續基上的添加不是必需的；然而，當在沙、 Fleximat或者Rockwool中生長農作物時，養分溶液，例如本領域已知的任何合適的養分溶液，如那些在疏水系統中普遍采用的，例如Hoegland Solution、Peter，s Solution、 Miracle-Gro,或者其他較少著色的化肥，例如khultz Export，可以添加到供水中，或者可以在不同管中直接供應給植物，如同上面所述，從而植物根部可以允許根據需要獲得水和養分。然而，對于在人工介質中的生長，包含養分和微養分是重要的。
圖IA和IB示出了系統10，其采用雙灌溉管11、12傳送水和養分溶液到在生長介質14中生長的植物13。在本實施例10中，管11、12通過植物13的根系統15。實驗中已經發現，在沙和盆栽圖中，采用的養分的濃度越高，釋放到根部15的養分溶液的容量就越小， 這是本發明獲得的水保持的示例。本領域技術人員可以理解的是，管11、12可以是單個復合雙腔管而不脫離本發明的精神。兩個部分的直徑可以與植物對水和養分的需求而比例相稱，例如使水管尺寸成倍， 盡管這不旨在作為限制。在一些實施例中，由于在施加有足夠壓力的情況下地下薄壁多微孔管可能塌陷， 例如包含塑料的螺旋60可以置入到例如管11或12中，以形成更抗塌陷的管61 (圖1C)。圖2示出了用于灌溉草21的系統20，其中地下管22間隔1_2英尺，并在低的恒壓下大致地持續供水，需要時往水溶液中添加養分。這里描述的灌溉系統和方法相信要優于當前采用的任何其他澆水系統，而且獨立于大氣壓力，使得它們同其他的一樣能夠用于航天培育或微重力條件。在本發明的一個實施例30中(圖3)，例如，連續纖維生長介質31，例如Rockwool或像海綿的Feximat(來自 Grow-Tech)，可以用于支撐植物32和它們的根部33。在本實施例30中，二個存儲器34都包括容器35，其具有內部空間36，用于容納水和養分溶液。容器35形成為類似于膜盒，并在含有溶液的膨脹狀態和溶液被移除的回收狀態之間可以運動。容器35還包括填充入口 37，其與容器的內部空間36流體連通，以向其中添加溶液。分配管38也與容器的內部空間36和親水管40的入口 39流體連通。分配管38還具有單向閥41，用以防止來自管40的溶液回流到容器的內部空間36。在本系統中，在零重力下可以提供對植物及它們根部的支撐，例如通過采用單塊連接材料，例如Rockwool或Fleximat、Grow-Tech生產的像海綿的親水多孔材料或者新開發的人工海綿，例如Agri-LITE (SRI Enviro-Grow) 0通過采用這些材料包圍雙多微孔親水灌溉管，其中一個供應水而另一個供應養分溶液，能夠實現供應到生長植物的水和養分的完全保持。這樣的系統還可以用于需要水保持的酸性或沙漠環境。先前的實驗室測試表明，采用在水中的養分，通過將AmeraceAlO膜42(聚乙烯中 50%二氧化硅凝膠體)膠合到地下PVC管44的孔43中(圖4)，能夠在沙中生長西紅柿。 PVC管44的孔43的直徑為12mm，間隔10cm，鉆在17mm內徑的堅硬的PVC管中。孔43認為具有有限的水和養分量以用于生長植物，當植物開始結果并需要更多膜區域以提供植物需要時，該系統證明是不充分的。通過鉆進并覆蓋更多的孔以增加膜的總表面積改進了該系統。然而，當前實現本發明的最好模式支持連續管的使用。由于Amerace易碎的特性，該材料制成的膜管傾向于破裂和泄漏。管狀的TyvekK(DuPont)已經用于在升高的水壓下花園和成排農作物的灌溉目的。 然而，聚乙烯材料疏水的特性允許其用作植物的滴水源而沒有通過植物根部的釋放物的任何控制。疏水表面到親水的轉變已經被描述(美國專利第6045869號)，并可用于使TyvekK 管親水并響應于植物對水和/或養分的需要。當通過涂敷并注入多羥基苯乙烯的酒精溶液而使管親水時，管被發現在很低的壓力下可滲水，并顯示當水中的有機化合物吸附在出口孔壁上時滲水性下降。這可以認為是“調節階段”，在該過程中，通過將碳氫化合物添加到自來水中，滲透性可以下降80 %。
首先確信的是，本發明提供多個供應管，布置用于在支撐介質表面之下延伸，以供給多個植物或一排植物。而且，含有親水材料的管的清楚的優點在于比起單個水平膜，有更大面積的支撐介質被供給以水和養分。現在本發明將通過例子進行描述；然而，本發明不旨在通過這些例子進行限定。實例1。4英尺長的TyvekK管(#1053D)通過多羥基苯乙烯的酒精溶液而變得親水性，并埋沒在4.5英尺乘以13cm寬乘以IOcm深的植物中，覆蓋以土，并連接到處于35cm 恒常水壓頭的養分溶液的恒常供應。十個櫻桃西紅柿(Lycopersicon sp.)種子以均勻的距離貼近提供水和養分的管種植。熒光照明每天18小時地提供給植物。當植物為15cm高時，平均耗水75士 10Ml/hr，當植物為25cm高時，平均耗水125士20Ml/hr。當通過在床上噴灑IOOmL水以模擬降水時，有2個小時的耗水量降到零，并通過接下來的3個小時緩慢地回復到正常速率。植物生長到二英尺高，大量西紅柿得到豐收。在實驗的末尾，系統被測量，以確定是否植物之間對膜上空間存在任何競爭。根部系統的測量指示根只在離莖約1-2英寸的范圍內圍繞膜。這表示能夠增加植物生長的密度到一個程度，使其只受到可得到的光化學流量和互相干涉的限制。當雙管系統用于分別供應水和養分時，對于沙中的8顆櫻桃西紅柿植物，消耗的水對于消耗的養分溶液的比率約為2. 5至1。再次地，當植物尺寸達到35cm高時，很少或沒有波動被觀察到。實例2。連續灌溉管對于諸如葡萄藤或獼猴桃藤這樣互相間隔開20至40cm的植物來說不是必需的。在這些情形50下，更實用的是采用20-30mm內徑的主柔軟表面分配管 51，從中抽出衛星管52，供應從10至30cm的短的長度，該長度依賴于藤、薄壁多微孔親水灌溉管53的尺寸，該灌溉管53在其端部M上閉合，圍繞著藤或灌木的根部55，如圖5A和 5B所示。實例3。西紅柿植物種植在盆栽土中，其中也放置有兩個半徑為1cm、長度為20cm 的多微孔親水管。該管連接到充滿水和養分的存儲器上。土保持干燥而植物生長以生成許多西紅柿。實例4。另一個實施例采用了 1. 25m長和Icm半徑的TyvekK管。該管在一端上密封，通過乙醇中3%的多羥基苯乙烯溶液(來自TriQuest的酚醛清漆級)制成。該管埋沒在1. 4m的種植器中，覆蓋以土，并連接到處于35cm恒定水壓頭的養分溶液供應上。十個櫻桃西紅柿(Lycopersicon sp)種子以等間距種植在管邊上，水和養分通過該管供應。植物在調節階段生長，同時暴露于16小時/天的熒光照明下。當植物為15cm高時，平均耗水 75士 10Ml/hr，當植物為25cm高時，平均耗水125士20Ml/hr。當通過在床上噴灑IOOmL水以模擬降水時，有2個小時的耗水量降為零，并通過接下來的3個小時緩慢地回復到正常速率。植物生長到60cm高，大量的西紅柿得到豐收。在實驗完成時，系統被測量，以確定是否植物之間對膜上空間存在任何競爭。根部系統的測量指示根只在離莖約2. 5-5cm的范圍內圍繞膜。該發現將指示能夠增加植物生長的密度到一個程度，使其只受到可得到的光流量和互相干涉的限制。還表明的是，要求不同水和養分比率的不同植物可以一起生長，每個各自得到滿足而沒有監控。
實例5。當雙膜系統用于分別供應水和養分時，對于8顆沙中的櫻桃西紅柿植物， 消耗的水對消耗的養分溶液的比率約為2. 5至1。再次地，當西紅柿植物尺寸達到35cm高時，很少或沒有波動被觀察到。長115cm、寬13cm、深IOcm的種植器建立在溫室中，用于水和養分的雙供應膜管通過床的中央，該床包括50cm的Flexmat和50cm的rockwool，通過15cm的聚亞安酉旨泡沫體分開。Canola(Brassicasp)、豆(Phaseolus sp)、玉米(Zea Mays sp)禾口西紅柿(Lycopersiconsp)的種子或秧苗種植在它們各自的介質和它們的生長模中。偏愛在 Fleximat中的生長正常地進行著，除了聚亞安酯泡沫體，每個農作物以其自身的速率在 50_60Mw/cm2的光流量下生長。根農作物,例如胡蘿卜(Saucus carota var sativa sp)、 蘿卜(Raphanus sativussp)、舌甘菜牛艮(Beta vulgaris sp)禾口洋蔥(Allium sp)在土禾口泥煤中生長，而土豆(Solanum tuberosum sp)、歐洲防風草(Pastinacasativa sp)和歐芹(Petroselinum sativum var tuberosum sp)在蛭石中成功地生長。纖維素材料(SRI Petrochemical Co.)也可以用作人工生長介質。確定的是，草(Gramineae sp)可以連續3年被灌溉，其中埋沒的管形膜間隔 40-50cm。實例6。在另外一個例子中，兩個疏水種植器(30X30X30cm)裝備用于水/養分溶液的膜管，離底部約7cm。該介質允許根農作物生產直的主根，這是消費者在購買蔬菜時所關注的。一個種植器種以歐洲防風草(Saucus carota var sativa sp)種子。其他種植器禾中以歐}Ψ (Petroselihum sativum var. tuberosum var. tuberosumsp),——禾中葉子禾口*艮狀莖的雙目的農作物。植物競爭控制著每個種植器的越種發出(over-seeding issue)。植物只接收天然陽光，減小了 “篩分(bolting)”的風險。極端溫暖的溫度是植物健康的關注點ο歐洲防風草根直著生長，產出總重38. 9g。質地和味道都很好。歐芹生成直的主根，總重為38. 3g。生成的葉比通常購買的具有更長的葉柄，總重為58. 9g。本領域技術人員將理解的是，具有不同水需求的植物可以通過本發明的實施例滿足，其中采用一個持續多孔親水灌溉管，以允許每個植物獨立于其他植物獲得其所需的水。 這樣的需求通常在溫室中需要，其中許多不同的植物在一個屋頂下培育。還示出的是，具有兩個通道一一個用于水，另一個用于養分一一的親水灌溉管完全能夠滿足植物的需要，并增加了植物的密度，而只受到可得到的光照的限制。還示出的是，商業上可得到的薄壁多微孔疏水管可以轉化為親水管，從而對植物及它們的根作出響應。這樣的管可以包括，但是不限于，高壓灌溉管，盡管它們在本發明中的使用不需要用高壓。還示出的是，雙膜管如何能夠為一個或多個植物連接到容器中，從而植物能夠根據需要從各個存儲器得到水和養分的供應，進而無需注意或檢測，只要在管存儲器中可以得到水。在專門的實施例中，水管對養分管的直徑比率為3 1是最佳的，盡管這不旨在限制，而且顯然依賴于養分濃度和植物類型。還示出的是，免除了污染的有機物質并對灌溉系統無響應的水系統可以通過添加微量的一種或多種碳氫化合物到水供應中而變得響應于灌溉系統。還示出的是，本發明的灌溉系統可以用于替換滴灌系統中的發射器，從而使水和/或養分的釋放響應于根部。在專門的實施例中，已經發現，在已知的滴灌系統和本發明的系統之間，使用的水量差100至500個因子。在另一個實施例70(圖9)中，壓力調節設備，例如浮動流量控制閥71 (圖10)置入到存儲器72、73和管74、75之間。此外，入口過濾器76可以添加用于過濾特殊物質。在專門的實施例中，浮動控制器71可操作用于在1和3psi之間調節壓力，盡管這些值不旨在作為限制。壓力值是可調的，例如通過將浮動流量控制閥設置于管74、75上特定水平，例如對于專門的管材料和系統，28英寸。圖10示例的浮動控制閥71，水入口 77進入腔79的頂端78，并附于浮子80上，該浮子浮動在維持水位81上。水經由腔79底部83上的出口 82流出，且空氣通孔84提供用于維持大氣壓力。該灌溉管74、75示出為位于地平面之下。管水平面之上的高度85可以調節，腔的容積可以例如根據想要的通過系統70的流速而選擇。已經發現，浮動流量控制閥71的加入允許最小的運行壓力得以維持，且不超出最大的壓力。不管管74、75相同還是不同，需要最小的壓力以使流體通過。如果提供太大的壓力，流體將流過管74、75的孔而不管表面活性劑根釋放物的存在或不存在。該系統70允許壓力的維持而無需采用其他更昂貴類型的壓力調節器、電子閥或流量調節器。該系統70在景觀應用中容易隱藏，并且足夠堅固以用于農業應用。草部分已知地在基本隔離的情況下生長，例如在高爾夫球場，其中綠地形成在地面充滿土的洼地上，并持續地或以預定的間隔供應水和養分。在這樣的布置中，本發明的系統可以基于需要理想地提供水和養分到草的根部，從而節省了水和養分，并確保了綠地最佳的營養物。下面的表1-4包括在室內(表1)和室外(表2、進行的實驗的數據，和水和養分的流速(表3)，及系列的和單個植物的給水結果(圖4)。
權利要求
1.用于有效地傳送水溶液到植物的方法，包括步驟將包括親水聚合物的多微孔疏水管的傳遞部分放置于鄰近植物根系統處，所述管具有包圍內腔的壁，所述管進一步具有孔隙，當受到表面活性劑的根釋放物的作用時，至少在所述傳遞部分適合于允許水溶液從中流過； 調節所述管入口上游的水溶液的壓力； 將壓力調節后的水溶液引入到所述管入口 ；和將水溶液從所述管入口引導到所述傳遞部。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述聚合物包括多羥基苯乙烯。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述壓力調節步驟包括提供在約1至3psi范圍內的壓力值。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述壓力調節步驟包括在所述管入口的上游采用浮動流量控制閥。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括調節壓力到水溶液被調節的步驟，以獲得多個運行壓力。
6.根據權利要求1所述方法，其中所述管包括第一管，還包括步驟將涂敷有親水聚合物的第二多微孔疏水管的傳遞部分放置于鄰近植物根系統處，所述第二管具有包圍內腔的壁，所述第二管具有孔隙，當受到表面活性劑的根釋放物的作用時， 至少在所述傳遞部分適合于允許養分溶液從中流過； 將壓力調節后的水溶液引入到所述第二管入口 ；和將養分溶液從所述第二管入口引導到所述第二管傳遞部分。
7.用于有效地傳送水溶液到植物的方法，包括步驟將多微包括親水聚合物的親水管的傳遞部分放置于鄰近植物根系統處，所述管具有包圍內腔的壁，所述管進一步具有孔隙，當受到表面活性劑的根釋放物的作用時，至少在所述傳遞部分適合于允許水溶液從中流過； 調節所述管入口上游的水溶液的壓力； 將壓力調節后的水溶液引入到所述管入口 ；和將水溶液從所述管入口弓I導到所述遞送部分。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述聚合物包括多羥基苯乙烯。
9.根據權利要求7所述的方法，其中所述管包括第一管，還包括步驟將涂敷有親水聚合物的第二多微孔疏水管的末端部放置于鄰近植物根系統處，所述第二管具有包圍內腔的壁，所述第二管具有孔隙，當受到表面活性劑的根釋放物的作用時，至少在所述傳遞部分適合于允許養分溶液從中流過； 調節所述第二管入口上游的養分溶液的壓力； 將壓力調節后的養分溶液引入到所述第二管入口 ；和將養分溶液從所述第二管入口引導到所述第二管傳遞部分。
10.用于有效地傳送溶液到植物的系統，包括多微孔管，所述多微孔管包括親水或疏水聚合物，該管的傳遞部分可鄰近植物的根系統放置，所述管具有從中通過的內腔，用于將溶液從入口引導到所述傳遞部分，所述管具有孔隙，當受到表面活性劑的根釋放物的作用時，至少在所述傳遞部分適合于允許水溶液從中流過；和壓力調節設備，所述設備可以在上游部分與所述溶液的源和在下游部分與所述管的入口流體連通地放置，以提供至少一個最小的壓力值以允許流體流過所述管，和至多一個最大的壓力值，在所述最大的壓力值之上時，即使沒有表面活性劑的根釋放物，流體也將流過所述管。
全文摘要
本發明公開了一種用于有效地傳送水溶液到植物的系統和方法，包括涂敷有親水聚合物的多微孔疏水管，該管的末端部鄰近植物的根系統，和內腔，該內腔用于將水溶液從入口引導到該末端部。該管沿著該末端部具有孔隙，當受到由于水壓而由根產生的表面活性劑的根釋放物的作用時，該孔隙適合于允許水溶液從中流過。壓力調節設備位于管入口的上游，適合于在其中容納水溶液的存儲器與壓力調節設備的上游端流體連接。另外的管可以提供用于引導養分溶液到植物根部。
文檔編號A01G29/00GK102511361SQ20111035981
公開日2012年6月27日 申請日期2008年2月21日 優先權日2007年2月22日
發明者D·R·T·拉夫尼爾, 海曼·D·熱塞 申請人:發展科技有限公司