Έλεγχος θρέψης σε κλειστά υδροπονικά συστήματα

Transcript

1 Έλεγχος θρέψης σε κλειστά υδροπονικά συστήματα

2 Κλειστά υδροπονικά συστήματα Πλεονεκτήματα Εξοικονόμηση λιπασμάτων και νερού Μείωση απορροής υπολειμμάτων λιπασμάτων (νιτρικά, φωσφορικά) στα επιφανειακά και υπόγεια νερά Δυνατότητα εφαρμογής φυτοφαρμάκων μέσω θρεπτικού διαλύματος

3 Συστήματα ανακύκλωσης Συνεχής ανακύκλωση (επανακυκλοφορία) Συλλογή και ανακύκλωση απορροών (επαναλαμβανόμενα ποτίσματα μικρής διάρκειας)

4 Σχηματική αναπαράσταση ενός υδροπονικού συστήματος με αδιάλειπτη επανακυκλοφορία του θρεπτικού διαλύματος

5 Σχηματική αναπαράσταση ενός υδροπονικού συστήματος με επαναλαμβανόμενα ποτίσματα μικρής διάρκειας Pots with plants

6 Ημερήσιος όγκος επαναχρησιμοποιούμενου διαλύματος απορροής σε μία καλλιέργεια τομάτας η οποία τροφοδοτείται με θρεπτικό διάλυμα μέσω συχνών, μικρής διάρκειας ποτισμάτων. Έκταση 1,0 ha Συνολικός αριθμός φυτών Παροχή θρεπτικού διαλύματος ανά φυτό & ημέρα 4 L Συνολική ημερήσια παροχή θρεπτικού διαλύματος 100 m 3 Κλάσμα απορροής 0.3 (30%) Συνολικός όγκος διαλύματος απορροής που ξαναχρησιμοποιείται ανά εκτάριο & ημέρα 30 m 3

7 Ημερήσιος όγκος επαναχρησιμοποιούμενου διαλύματος απορροής σε μία καλλιέργεια τομάτας με συνεχή κυκλική κυκλοφορία του θρεπτικού διαλύματος Έκταση 1,0 ha Συνολικός αριθμός φυτών Αριθμός φυτών ανά m στο κανάλι 2,5 Συνολικό μήκος καναλιών Μήκος ανά κανάλι m 25 m Αριθμός καναλιών 400 Παροχή θρεπτικού διαλύματος ανά κανάλι Συνολικός όγκος θρεπτικού διαλύματος που παρέχεται στα φυτά ανά ημέρα *1140 min per day 3,5 lit/min* m 3

8 Σχηματική απεικόνιση κλειστού συστήματος

9 Δυσκολίες που παρουσιάζει η ανακύκλωση του θρεπτικού διαλύματος Η ανακύκλωση του θρεπτικού διαλύματος μπορεί να οδηγήσει και σε ανακύκλωση παθογόνων Η σύνθεση του διαλύματος απορροής μεταβάλλεται σημαντικά σε σύγκριση με το διάλυμα τροφοδοσίας

10 Ορισμοί για E E t Ε r : E στο διάλυμα τροφοδοσίας : E στο διάλυμα ριζοστρώματος E d : E στο διάλυμα απορροής E m : E στο μίγμα νερού - διαλύματος απορροής E u : E απορρόφησης E f : E οφειλόμενη στην προσθήκη λιπασμάτων E = + r ( E E t d ) / 2

11 Ορισμοί συγκεντρώσεων it ir id : Συγκέντρωση στο διάλυμα τροφοδοσίας : Συγκέντρωση στο διάλυμα ριζοστρώματος : Συγκέντρωση στο διάλυμα απορροής im : Συγκέντρωση στο μίγμα νερού - διαλύματος απορροής iu if : Συγκέντρωση απορρόφησης : Συγκέντρωση οφειλόμενη στην προσθήκη λιπασμάτων a : Κλάσμα απορροής (0-1) it = iu + a ( id iu ) = + ir ( it id ) / 2

12 Τυπική σύνθεση θρεπτικού διαλύματος για αγγούρι Επιθυμητά χαρακτηριστικά Διαβροχή υποστρώματος Βλαστικό στάδιο Στάδιο καρποφορίας Δ.Τ. Σ.Α. Δ.Ρ. Δ.Τ. Σ.Α. Δ.Ρ. E 2,30 2,20 1,80 2,50 2,10 1,70 2,70 ph 5,60 5,60-5,60 6,60 5,60-6,00-6,70 [K + ] 5,70 5,40 5,30 6,00 5,80 6,00 5,50 [a 2+ ] 5,30 4,65 3,15 6,50 4,50 2,70 7,25 [Mg 2+ ] 1,65 1,60 1,10 2,00 1,40 1,00 2,00 [NH4 + ] 0,50 1,20 1,40 <0,60 0,60 0,80 <0,40 [SO4 2- ] 2,00 1,85 1,00 2,70 1,75 1,00 3,10 [NO3 - ] 14,40 13,70 11,60 15,60 13,00 10,60 16,00 [H2PO4 - ] 1,20 1,20 1,10 1,20 1,20 1,10 1,10 [Fe] 20,0 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 [Mn] 12,00 10,00 10,00 6,00 10,00 10,00 5,00 [Zn] 6,00 5,00 4,00 7,00 5,00 4,00 8,00 [u] 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,70 0,80 [B] 45,00 30,00 30,00 80,00 30,00 25,00 80,00 [Mo] 0,50 0,50 0,50-0,50 0,50 - t u r t u r

13 Μείκτης διαλύματος απορροής με νερό ή θρεπτικό διάλυμα για κλειστό σύστημα (NSS)

14 Παράδειγμα at : ; (4,50 mmol L -1 από βιβλιογραφία) ar : 7,25 mmol L -1 (τιμή - στόχος) ad : 9 mmol L -1 (μέτρηση) am : - au : 2,70 mmol L -1 (από βιβλιογραφία) a : 0,35 (35%) it = iu + a ( id iu ) at = 2,70 + 0,35(9-2,70) = 4,90 mmol L -1 = + ) / 2 car = (4,9 + 9)/2 = 6,95 mmol L -1 ir ( it id

15 Μέθοδοι συμπλήρωσης διαλύματος απορροής με θρεπτικά στοιχεία και νερό Συμπλήρωση θρεπτικών στοιχείων με βάση τις συγκεντρώσεις απορρόφησης Συμπλήρωση θρεπτικών στοιχείων με βάση το διάλυμα απορροής

16 Mg a K mmol w - L -1 L. mmol/φυτό p-d ημέρα Σύγκριση συγκεντρώσεων απορρόφησης με ημερήσια πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων σε μελιτζάνα P 1 N

17 Σύγκριση συγκέντρωσης απορρόφησης K με ημερήσια πρόσληψη K σε τομάτα mmol L -1 L -1 mmol/φυτό mmol/φυτο ' ημέρα x ηµερα '

18 Συμπλήρωση θρεπτικών στοιχείων με βάση τις συγκεντρώσεις απορρόφησης Επεξήγηση προτύπου input = root = uptake = 3 mmol L -1 5 mmol L -1 3 mmol L -1 Συνεπώς, η συγκέντρωση στο διάλυμα συμπλήρωσης (NSS) πρέπει να είναι ίση με την συγκέντρωση απορρόφησης

19 Συμπλήρωση θρεπτικών στοιχείων με βάση τις συγκεντρώσεις απορρόφησης Πυκνά διαλύματα Πυκνό διάλυμα A Πυκνό διάλυμα B Πυκνό διάλυμα οξέως Επιλογή λιπάσματος φωσφόρου: Επι λέξτε 1 γι α φωσφορι κ ό μονοκ άλι ο ή 2 γι α φωσφορι κ ό οξύ Επιλογή λιπάσματος βορίου: Επι λέξτε 1 γι α βορι κ ό οξύ, 2 γι α τετραβορικό νάτριο (βόρακας) ή 3 για οκταβορικό νάτριο (solubor) Επιλογή λιπάσματος μολυβδαινίου: Επιλέξτε 1 για επταμολυβδαινικό αμμώνιο ή 2 για μολυβδαινικό νάτρι ο ΚΛΕΙΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ - ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΙΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ (D + W) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Καλλιεργητής: Πολιουδάκης V, m 3 A Επιθυμητά χαρακτηριστικά Θ.Δ. Χημική σύσταση νερού Καλ λ ιέργ εια: Τριαντάφυλλο (Λατζιμάς) E u * 1.70 ds/m E w 0.70 ds/m Τύπος σχήματος θρέψης: Κανονική (κόκος - ανακύκλωση) ph opt. 5.6 ph [K] mmol/l a mmol/l [a] mmol/l Mg mmol/l E.. διαλύματος ανάμειξης 1.20 ds/m 1 [Mg] mmol/l K mmol/l E.. τελικού διαλύματος 2.00 ds/m [NO3] mmol/l NH mmol/l ph 5.60 [NH4] mmol/l Na mmol/l Πυκνό διάλυμα A 1000 ΛΙΤΡΑ 2 [H 2 PO 4 - ] mmol/l SO mmol/l 1 Νιτρικό ασβέστιο Kg [Fe ] t μm ol/l NO mmol/l 2 Νιτρικό κάλιο Kg [Mn] t 8.00 μm ol/l H 2 PO mmol/l 3 Νιτρικό αμμώνιο Kg 2 [Zn ] t 5.00 μm ol/l HO mmol/l 4 Χηλικός σίδηρος Kg [u ] t 0.80 μm ol/l l mmol/l Πυκνό διάλυμα B 1000 ΛΙΤΡΑ Επι θυμητές τι μές K, a, M g: [B ] t μm ol/l Fe 0.00 μm ol/l 1 Νιτρικό κάλιο Kg Επι λέξτε 1 γι α αναλογί α K:a:M g 2 [Mo] t 0.50 μm ol/l Mn μm ol/l 2 Θειικό μαγνήσιο Kg (mmol /mmol ) ή 2 γι α συγκεντρώσεις (mmol /L) [Si ] 0.00 mmol/l Zn μm ol/l 3 Νιτρικό μαγνήσιο Kg Επι λέξτε 1 γι α ει σαγωγή επι θυμητής % καθαρό λίπασμα u μm ol/l 4 Φωσφορικό μονοκάλιο Kg τι μής N/K (mmol /mmol ) ή 2 γι α επιθυμητή συγκέντρωση ΝΟ 2 καθαρό HNO 3 58 (% w/w) B 0.00 μm ol/l 5 Θειικό κάλιο Kg 3 (mmol/l) καθαρό H 3 PO 4 85 (% w/w) Mo 0.00 μm ol/l 6 Φωσφορικό οξύ λίτρα Επι λέξτε 1 γι α ει σαγωγή επι θυμητής Fe σε χηλ ικό Fe 6.5 (% w /w ) Si 0.00 mmol/l 7 Θειικό μαγγάνιο 135 g τι μής ΝΗ 4 /(ΝΗ 4 +ΝΟ 3 ) 2 Σcat w 6.90 meq/l 8 Θειικός ψευδάργυρος 72 g (mmol /mmol ) ή 2 γι α επι θυμητή συγκέντρωση ΝΗ a 0.20 Σan w 4 (mmol/l) 6.90 meq/l 9 Θειικός χαλκός 20 g E a u 1.70 ds/m λιπάσματα (kg/δοχείο) E t 2.00 ds/m 10 Βορικό οξύ 0 g Κατιόντα/ανιόντα..S..W..A.F. SO 4 2- NO 3 - H 2 PO 4 - HO 3-11 Βόρακας 238 g l - Si 12 Solubor 0 g.a.s Επταμολυβδαινικό αμμώνιο 0 g.a.w Μολυβδαινικό νάτριο 12 g A.A.F Πυκνό διάλυμα οξέως 1000 ΛΙΤΡΑ a Νιτρικό οξύ λίτρα Mg K [H 3 O + ] w E-08 NH 4 + ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Ημερομηνία: B w Na [O 2-3 ]+[HO - 3 ]+[H 2 O 3 ] H [H 3 O + ] (n.s. ) E-06 * Σημαντική παρατήρηση: Επιθυμητή τιμή ηλεκτρικής αγωγιμότητας (E u ) εισάγεται μόνο όταν καθορίζονται επιθυμητές αναλ ογ ίες γ ια τα μακροκατιόντα (K:a:Mg). Όταν εισάγ ονται επιθυμητές συγ κεντρώσεις K, a, Mg, τότε το πρόγ ραμμα θα υπολ ογ ίσει αυτόματα την E που αντιστοιχεί σε αυτές τις συγ κεντρώσεις. 16/6/2011 ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΜΑΖΕΣ ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ Υπολογισμοί ( b ) γ ια προσθήκη οξέως B (n.s. ) [K] #DIV/0! Σ cation(n.s) [ NH + 4 ] 40.5 Σ anion(n.s.) 15.20

20 Συμπλήρωση θρεπτικών στοιχείων με βάση τις συγκεντρώσεις απορρόφησης if = iu iw E = tu u tu i + = u Et ae Eu = 1 a d

21 Ανακύκλωση με βάση τις συγκεντρώσεις απορρόφησης Κεφαλή υδρολίπανσης πριν τον μείκτη E w E u E t E d

22 Συμπλήρωση θρεπτικών στοιχείων με βάση τις συγκεντρώσεις απορρόφησης Κεφαλή υδρολίπανσης πριν τον μείκτη Irrigation water + Fertilizers Nutrient solution for closed systems + Drainage solution Nutrient solution supplied to the crop + + E w E f E u E d E t E = ae + ( 1 a) E t d u

23 Ανακύκλωση με βάση τις συγκεντρώσεις απορρόφησης Κεφαλή υδρολίπανσης μετά τον μείκτη E d E m E t E w

24 Κεφαλή υδρολίπανσης μετά τον μείκτη Εναλλακτικός υπολογισμός του E m χωρίς να είναι συνάρτηση του E d E m = E t + (1 - a)(e w - E u )

25 Αναπροσαρμογή σχήματος θρέψης για κλειστό σύστημα μετά από ανάλυση του διαλύματος απορροής

26 Υπολογισμοί αναπροσαρμογής Θ.Δ. για κλειστά συστήματα Ι. Ανάμειξη διαλύματος απορροής με νερό πριν την κεφαλή υδρολίπανσης. it = iu + a ( id iu ) iu = it a 1 a id = tu i + u E u = tu E = ae + ( 1 a) E t d u E m = E t + (1 - a)(e w - E u )

27 Δεδομένα υπολογισμών i t : H μέχρι τώρα εφαρμοζόμενη συγκέντρωση του i θρεπτικού στοιχείου στο διάλυμα τροφοδοσίας (mmol/l) α : Το μέχρι τώρα εφαρμοζόμενο κλάσμα απορροής id : Η συγκέντρωση του i θρεπτικού στοιχείου στο διάλυμα απορροής (mmol/l) Ε d Ε w : E στο διάλυμα απορροής (ds/m) : E στο νερό άρδευσης (ds/m) Ζητούμενα iu : Νέες (αναπροσαρμοσμένες) συγκεντρώσεις απορρόφησης E t : Νέα E-στόχος στο διάλυμα τροφοδοσίας E m : E στο μίγμα νερού - διαλύματος απορροής

28 Υπολογισμοί αναπροσαρμογής Θ.Δ. για κλειστά συστήματα ΙΙ. Ανάμειξη διαλύματος απορροής με θρεπτικό διάλυμα συμπλήρωσης μετά την κεφαλή υδρολίπανση. it = iu + a ( id iu ) iu = it a 1 a id = tu i + u E u = tu E = ae + ( 1 a) E t d u

29 Δεδομένα υπολογισμών i t : H μέχρι τώρα εφαρμοζόμενη συγκέντρωση του i θρεπτικού στοιχείου στο διάλυμα τροφοδοσίας (mmol/l) α : Το μέχρι τώρα εφαρμοζόμενο κλάσμα απορροής id : Η συγκέντρωση του i θρεπτικού στοιχείου στο διάλυμα απορροής (mmol/l) Ε d : E στο διάλυμα απορροής (ds/m) Ζητούμενα iu : Νέες (αναπροσαρμοσμένες) συγκεντρώσεις απορρόφησης E t : Νέα E-στόχος στο διάλυμα τροφοδοσίας

30 Παράδειγμα αναπροσαρμογής iu iu = it a 1 a Παράδειγμα: Σε μία καλλιέργεια σε κλειστό υδροπονικό σύστημα μετρήθηκε η συγκέντρωση a στο διάλυμα τροφοδοσίας ( at ) καθώς και στο διάλυμα απορροής ( ad ) βρέθηκε ότι είναι 5,5 και 10 mmol L -1, αντίστοιχα. Η τιμή ad με βάση τη βιβλιογραφία είναι υπερβολικά υψηλή, οπότε πρέπει να υπολογιστεί η πραγματική au και να εφαρμοστεί μέσω αναπροσαρμογής του παρεχόμενου διαλύματος απορρόφησης. Η νέα τιμή της au υπολογίζεται με την βοήθεια της παραπάνω σχέσης αντικαθιστώντας τις τιμές των at και cad με αυτές που μετρήθηκαν στο εργαστήριο και το α με την πραγματική τιμή που καταγραφόταν στο σύστημα (0,3). au = (5,5 0,3*10)/1-0,3 = 1,21 mmol L -1 id