DE2602759A1

DE2602759A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung spezifischer organischer nahrung fuer lebende organismen

Info

Publication number: DE2602759A1
Application number: DE19762602759
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Gruber; Dezsoe Tibor Kabai
Original assignee: CONTROLINVEST AG fur INVESTIT
Current assignee: CONTROLINVEST AG fur INVESTIT
Priority date: 1976-01-26
Filing date: 1976-01-26
Publication date: 1977-07-28

Description

CK - DC 26. Januar 1976

Patentanwalt

Dipl.-Ing. Dr. Heinz Agular D-8000 München 2, Geroltstr.39

Controlinvest Aktiengesellschaft für Investition und Kontrolle, Vaduz (Fürstentum Liechtenstein)

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung spezifischer organischer Nahrung für lebende Organismen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung spezifischer organischer Nahrung für lebende Organismen.

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Das optimale Wachstum von Pflanzen hängt in der Natur von vielen Faktoren a"b. Boden, Klima, Witterung, Dünnung, Pflege, Schädlinge etc. beeinflussen das Pflanzenwachstum. Der Landwirt kann einige dieser Faktoren, wie Pflege durch geeignete Maßnahmen oder Schädlingsbekämpfung gegen Schädlingsbefall, voll beeinflussen· Anderen Faktoren, wie Boden, Klima, Witterung, kann er entweder gar nicht oder höchstens durch Pflanzenauswahl begegnen, während auf die Düngung nur in beschränktem Maße eingewirkt werden kann. Man könnte annehmen, daß durch Verwendung von Kunstdünger die Nährstoffversorgung der Pflanze voll gewährleistet werden kann, aber diese Annahme täuscht. Durch Witterung und Bodenbeschaffenheit werden die auf das Feld aufgetragenen Düngemittel für die Pflanze nur zum Teil und unkontrollierbar verfügbar. Das bedeutet einerseits, daß die Pflanze nicht die größtmögliche Wachstumshöhe erreicht und daß andererseits die Endprodukte, wie Grünfutter, Heu, Silage, die wichtigen Bestandteile, wie Protein, Kohlenhydrate, Vitamine, Hormone und Spurenelemente, in einem für die Tiere oder Menschen notwendigen und optimalen Verhältnis nicht enthalten«,

Die menschlichen oder tierischen Organismen brauchen für ihre Körper-Bildung und -Erhaltung organische Nahrung, bestehend aus

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a) Energieträgern, wie Kohlenhydrate und Fette,

b) Strukturstoffe, wie Eiweiß, essentielle Aminosäuren, essentielle Fettsäuren, Wasserverbindungen von Calcium, Magnesium, Phosphor, Kalium, Natrium, Chlor, Eisen, Schwefel, sowie Vitamine, Hormone und Spurenelemente.

Ohne organisches Material ist menschliches oder tierisches Leben nicht denkbar,, Neben den oben aufgeführten Massenelementen haben Mangan, Kupfer, Kobalt, Silicium, Zink, Vanadin, Lithium, Molybdän, Nickel, Fluor, Jod und Selen als Spurenelemente eine nachgewiesene biologische Bedeutung. Alle mineralischen Elemente sind unentbehrliche Nahrungsbestandtsile. In Fachbüchern der Tierernährung sind Bedarfsnormen zu finden, die genau vorschreiben, wieviel an solchen Stoffen die Nutztiere je nach Art, Typ, Größe und Leistungsrichtung benötigen.

In der Praxis nützen solche Empfehlungen kaum. Der Mineralstoffgehalt des landwirtschaftlichen Grünfutters schwankt aus bekannten Gründen derart, daß eine optimale Versorgung auch durch Zusatzfütterung mit Mineralfutter als undurchführbar erscheint.

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Es ist bekannt, daß Zuführung von CO^ in Nährlösungen oder Pflanzenaufzuchträume vorteilhaft für das Wachstum der Pflanzen sein kann und daß der durch den PjT-Wert meßbare Säuregrad der Lösungen im Boden große Bedeutung für das Pflanzenleben hat„ Eine gezielte Verwertung dieser Erkenntnisse ist bisher jedoch nicht erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, das bzw. die unter Berücksichtigung aller zeitlich konstanten und veränderlichen, individuellen Belange der Anbaupflanzen und Verbraucher die Herstellung optimaler organischer Nahrung unter bester, kontrollierter Ausnutzung der zugeführten Stoffe in ertragsdynamischer sowie weitgehend ökonomischer und ökologischer Weise ermöglicht.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß unter Anwendung des an sich bekannten Feuchtkultur-Verfahrens zunächst die Nährlösung hergestellt wird, indem einer Wassermenge mineralische Massen- und Spurenelemente in genauer, pflanzen- und verwendungsspezifisch gezielter Dosierung zugemischt werden, eine pflanzenspezifische Menge CO_n zugesetzt wird und p„-Wert sowie Temperatur der Nähr-

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lösung pflanzenspezifisch eingestellt werden, daß die Nähr2n-

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sung dem Keim- und Pflanzbereich in kompaktflüssiger öler vernebelter Form zeitlich gesteuert zugeführt wird und daß gemäß einem pflanzen- uni verwendungsspezifischen Programm außer dem Lichtbedarf, der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur im Keim— und Pflanzbereich der Bedarf an Wasser, Mineralien und COp gesteuert sowie der p^-Wert und die Temperatur der iiährlösung geregelt werden.

Das Feuchtkultur-Terfahren kann vorteilhaft ein erdloses Verfahren sein, bei dem ein neutrales, verfütterbares Substrat, z.B. Holzcellulose in reiner Form, vorzugsweise Natron— oder Sulfitzellstoff, bzw. ein anderes ernährungsbiologisch geeignetes, z.B. aus Meerespflanzen, wie Algen oder Tang, gewonnenes Substrat, verwendet wir-d.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die zum Anschluß an oder Einbau in an sich bekannte Klimakammern, Produktionseinheiten oder Unterflurbewässerungsanlagen geeignet ist, umfaßt erfindungsgemäß eine Misch- und Dosiereinrichtung, eine elektronische Steuer- und "Regeleinrichtung mit daran angeschlossenen Meßsensoren, ein Klimagerät, eine C0„-Versorgung mit Steuerventil und Reduzierventil, einen Vasseranschliiß mit Steuerventil, ein p^-Gerät, eine Druckluftversorgung und einen Lichtsteuerschalter,

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Die vorzugsweise mit Druckluft betriebene Hischund Dosiereinriciitun^ umfaßt einen Mischbehälter mit Rührwerk unl Dosierpumpen mit Behältern für die einzelnen Hassen- und Spurenelemente.

Die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung umfaßt eine von pflanzen- und verwendungsspezifisch programmierten Datenträgern, wie Loch- oder Magnetkarten, steuerbare Solldateneingabevorrichtung, ein mit dieser verbundenes Datenerfassungsgerät, das gemäß den von diesem aufgegliederten Solldaten den Licht-, COp-, Wasser- und Mineralienbedarf steuert und mit den Meßsensoren Regelkreise für die Luftfeuchtigkeit and Temperatur im Keim- und Pflanzbereich sowie für den p-rr-Wert und die Temperatur der Nährlösung zur Regelung dieser Parameter bildet. In anderer Weise können .die Solldaten von einer Programmwählschaltung an einen Eingang des Datenerfassungsgeräts geliefert werden.

Zur "Überwachung der Arbeitsweise der Vorrichtung kann erfindungsgemäß ein Kontrollgerät verwendet werden, mit dem der p^-Wert, das Niveau und die Leitfähigkeit der Nährlösung und die Füllstände der Mischbehälter kontrolliert und zusätzliche Wasserzufuhr gesteuert werden können.

Besondere Vorteile ergeben sich dadurch, daß durch

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Anwendung des Feuchtkultur-Verfahrens Schädlingsbefall infolge kurzzeitigen Wachstums im geschlossenen Raum und eine Auswaschung von Düngemitteln nicht erfolgen kann. Zur Erzielung der optimalen Ergebnisse bei der Pflanzenaufzucht tragen die Ausnutzung der großen pflanzlichen Kapazität zur photo- und chemosynthetischen Kohlensäureassimilation und die Einstellbarkeit des Pg-Wertes der Nährlösung in steuer- bzw. regelbarer Weise bei. Die Messung der Leitfähigkeit der Nährlösung läßt auf die Salzkonzentration schließen und bietet eine zusätzliche Kontrolle für die Funktion der Vorrichtung, z,B. bei Ausfall einer Dosierpumpe.

Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Weise das Verfahrensprinzip und ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung, Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Programmwählvorrichtung.

Die Vorrichtung zur Herstellung spezifischer organischer Fahrung nach der Erfindung, die an an sich bekannte Anbauanlagen, wie Klimakammern, Produktionseinheiten oder Unterflurbewässerungsanlagen, angeschlossen oder in solche Einheiten eingebaut werden kann, besteht im wesent-

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lichen aus einer Misch- und Dosiereinrichtung 10 und einer Steuer- und Regeleinrichtung 11, die miteinander durch eine Steuerleitung 12d, Steuerleitungen 12e bis 12x, eine Segelleitung 13a, eine Regelleitung 13b über ein eigenes oder in der Anbauanlage vorhandenes prr-G-erät 14 sowie zwei Meßleitungen 15a, 15b verbunden sind. Die Misch- und Dosiereinrichtung besteht aus einem Mischbehälter 16, in dem sich ein Rührwerk 17_} ein Heizkörper 18, ein prr-Vert-Sensor 19 und ein Temperatursensor 20 befinden, und aus einer Anzahl Dosierpumpen 21, deren Dosierventile 22 auf der Druckseite mit dem Mischbehälter 16 verbunden sind und deren Saugseite an Mineralbehälter 23 angeschlossen sind,, Die Anzahl der Dosierpumpen 21, Dosierventile 22 uni Mineralbehälter 23 richtet sich nach der Anzahl der zu dosierenden Mineralien, Die Dosierpumpen 21 werden über eine Rohrleitung 24 von einer eigenen oder in der Anbauanlage enthaltenen Druckluftversorgung 25 betätigt. Der Mischbehälter 16 ist über ein Steuerventil 26 an einen Wasseranschluß 27 und an eine eigene oder in der Anbauanlage enthaltene COp-Versorgung 28 mit Steuerventil 29 und Reduzierventil 30 angeschlossen. Die Steuer- und Regeleinrichtung 11 besteht aus einer Solldateneingabevorrichtung 315 einem damit verbundenen Datenerfassungsgerät 32 und einer an dessen Ausgänge angeschlossenen Datenverarbeitungsanlage 33. An das Datenerfassungsgerät 32 sind außer den Meßleitungen 15a und 15b noch Meßleitungen 15c und 15d angeschlossen, die zu einem in der

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Anbauanlage angeordneten weiteren Temperatursensor 34- bzw. einem Luftfeuchtesensor 35 führen. Die Kegelausgänge 13c und I3D der Datenverarbeitungsanlage 33 sind über Hegelleitungen 13g bzw. 13'i an das Luftfeuchteabteil Lf bzw. das Temperaturabteil T eines eigenen oder in der Anbauanlage enthaltenen Klimagerätes 36 angeschlossen. Steuerleitungen 12c, 12b und 12a verbinden die Steuerausgänge 120, 12B bzw. 12A der Datenverarbeitungsanlage 33 mit dem Steuerventil 26, mit dem Steuerventil 29 bzw. mit einem eigenen oder in der Anbauanlage enthaltenen Lichtsteuerschalter 371 der die Beleuchtung in der Anbauanlage steuert.

Zur Überwachung der einwandfreien Funktion der Vorrichtung dient ein Kontrollgerät 38. In diesem befinden sich ein Anzeiger 38A für das Flüssigkeitsniveau in dem Mischbehälter 16, eine Steuerung für zusätzliche Wasserzuführung in den Mischbehälter 16 mit einem Bedienungselement 38B, ein Anzeiger 38C für die Leitfähigkeit 'X der Nährlösung, ein Anzeiger 38D für den Ρττ-Wert der Nährlösung und eine der Anzahl der Mineralbehälter 23 entsprechende Anzahl Anzeiger 38E für die Füllstände der entsprechenden Mineralbehälter 23· Verbunden sind der Anzeiger 38A mit einem Pegelmeßelement 39, die Wassersteuerung mit der Leitung 12c, der Anzeiger 38C mit einem Leitfähigkeitsmeßelement 4-0, der Anzeiger 38D mit der Leitung 15a und die Anzeiger 38E mit den Mineralbehältern 23«

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Für den Fall, daß keine abtastbaren Datenträger * sondern signalförmige Daten festgelegter Programme gewählt werden sollen, ist eine Programmwählschaltung 41 gemäß Fig. 2 verfügbar, deren Ausgang über einen Schalter 42 an einen Eingang des Datenerfassungsgeräts 31 anschaltbar ist· Wie in Fig« 2 beispielsweise dargestellt ist, "besteht die Programmwählschaltung 41 aus einer pflanzen- und verwendung s orientiert en Programm-Eingabematrix 43 mit einem Decodierer 44 sowie aus einem mit dessen Ausgang verbundenen Programmspeicher 45· Die Programmwählschaltung 41 umfaßt weiterhin die Reihenschaltung eines zentralen Zeitgebers 46 und eines Rahmenprogrammspeichers 47, deren Ausgänge jeweils an weitere Eingänge des Programmspeichers 45 angeschlossen sind. Der Ausgang des Programmspeichers 45 ist mit dem Schalter 42 verbunden.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung wird entweder in eine Anbauanlage, wie Klimakammer, Produktionseinheit oder Unterflurbewässerungsanlage, eingebaut oder an diese angeschlossen. Für den Betrieb der Anordnung werden zunächst di-e Mineralbehälter 23 mit Wasserverbindungen der zu verwendenden mineralischen Massenelemente, wie Calcium, Magnesium, Phosphor, Kalium, Natrium, Chlor, Eisen, Schwefel, und Spurenelemente, wie Mangan, Kupfer, Kobalt, Silicium, Zink, Vanadin, Lithium, Molybdän, Nickel, Fluor, Jod, Selen, beschickt. Dann wird ein pflanzen- und

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verwendungsspezifisch geeignet programmierter Datenträger, wie eine Loch- oder Magnetkarte, in die Solldateneingabevorrichtung 31 eingegeben oder bei Verwendung der ProgrammwählSchaltung nach Pig· 2 der zugehörige Schalter in Betriebsstellung gebracht, worauf die Anlage eingeschaltet wird. Dadurch werden dem Mischbehälter 16 eine geeignete Wassermenge sowie die mineralischen Massen- und Spurenelemente in genauer, pflanzen- und verwendungsspezifisch gezielter Dosierung zugeführt und von dem Rührwerk 17 vermischt· Gleichzeitig wird eine pflanzenspezifische Menge CO^ durch Steuerung der COp-Versorgung 28 über das Steuerventil 29 und das Reduzierventil 30 zugesetzt, und der p-g-Wert sowie die Temperatur der in dem Mischbehälter 16 enthaltenen Nährlösung wird durch Regelung des p-rr-Gerätes 14 pflanzenspezifisch eingestellt. Die Nährlösung wird dem Keim- und Pflanzbereich der Anlage in kompakt/flüssiger oder vernebelter Form zeitlich gesteuert zugeführt. Gemäß dem von dem Datenträger gesteuerten oder vom Ausgang der Programmwählschaltung gelieferten Programm werden der Lichtbedarf über den Lichtsteuerschalter 37» die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur im Keim- und Pflanzbereich der Anbauanlage in Abhängigkeit von den Meßwerten des Temperatursensors 3^ und des Luftfeuchtesensors 35» der Wasserbedarf über das Steuerventil 26, der Bedarf an mineralischen Massen- und Spurenelementen über die Dosierventile 22 und der OOp-Bedarf über das Steuerventil 29 gesteuert sowie der

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und die Temperatur der Nährlösung in Abhängigkeit von den Meßwerten des p^-Wert-Sensors 19 und. des 'Temperatur-Sensors 20 in Verbindung mit dem geregelten Heizkörper 18 sowie die Luftfeuchtigkeit und Temperatur im Keim- und Pflanzbereich der Anbauanlage in Abhängigkeit von den Meßwerten des Luftfeuchtesensors 35 bzw. des Temperatursensors 34· über das Klimagerät 36 geregelt.

Bei entsprechender Gestaltung der Dosierventile 22, z.B. als geeignet bemessene, durch Druckluft betätigte Magnetventile, können die Dosierpumpen 21 wegfallen.

Das verwendete Feuchtkultur-Verfahren kann vorteilhaft ein erdloses Verfahren sein, bei dem ein neutrales, verfütterbares Substrat, wie Cellulose, Stroh oder Heu, verwendet wird. Es ist vorteilhaft, als Substrat z.B. HoIzcellulose in reiner Form, z,B_e Natron- oder Sulfitzellstoff, oder ein anderes ernährungsbiologisch geeignetes, z.B. aus Meerespflanzen, wie Algen oder Tang, gewonnenes Substrat zu verwenden.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung kann eine verwendungsspezifische organische Nahrung für Tiere und Menschen in ertragsdynamischer sowie weitgehend ökonomischer und ökologischer V/eise unter Erzielung

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optimalen Wachstums der Anbaupflanzen und unter "bester Ausnutzung der zugeführten Stoffe erreicht werden, die alle Energieträger und erforderlichen Strukturstoffe in der gewünschten Zusammensetzung enthält.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung spezifischer organischer Nahrung für lebende Organismen, dadurch gekennzeichnet,

daß unter Anwendung des an sich bekannten

Feuchtkultur-Verfahrens zunächst die Nährlösung hergestellt wird, indem einer Wassermenge mineralische Massen- und Spurenelemente in genauer, pflanzen- und verwendungsspezifisch gezielter Dosierung zugemischt werden, eine pflanzenspezifische Menge COp zugesetzt wird und p^-Wert sowie Temperatur der Nährlösung pflanzenspezifisch eingestellt werden;

daß die Nährlösung dem Keim- und Pflanzbereich in kompaktjflüssiger oder vernebelter Form zeitlich gesteuert zugeführt wird; und

daß gemäß einem pflanzen- und verwendungsspezifischen Programm außer dem Lichtbedarf der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur im Keim- und Pflanzbereich der Bedarf an Wasser, Mineralien und GOp gesteuert sowie der und die Temperatur der Nährlösung geregelt werden.

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2. Verfahren nach. Ansprucli 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Feuchtkultur-Verfahren ein erdloses Verfahren ist, bei dem ein neutrales, verfütterbares Substrat, z.B. Holzcellulose in reiner Form, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die Holzcellulose Natron- oder Sulfitzellstoff ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß das Substrat aus Meerespflanzen, wie Algen oder Tang, gewonnen ist.
5· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, zum Anschluß an oder Einbau in an sich bekannte Anbauanlagen, wie Klimakammern, Produktionseinheiten oder Unterflurbewässerungsanlagen, gekennzeichnet durch

eine Misch- und Dosiereinrichtung (iO);

eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (11) mit Meßsensoren (15c, 15d, 19, 20);

ein Klimagerät (36);

eine COp-Versorgung (28) mit Steuerventil (29) und Reduzierventil (30);

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einen Wasseranschluß (27) mit Steuerventil (26);

ein ρττ-G-erät (14-) ;

eine Druckluftversorgung (25) > "und einen Lichtsteuerschalter (37)·
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Misch- und Dosiereinrichtung (10) einen Mi seht» ehält er (16) mit Rührwerk (17) und Dosierpumpen (21) mit Behältern (23) für die einzelnen Massen- und Spurenelemente aufweist.
7· Tor richtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuer- und Segeleinrichtung (11) aufweist eine von pflanzen- und verwendungsspezifisch programmiert eil Datenträgern, wie Loch- oder Magnetkarten, steuerbare Solldateneingabevorrichtung (31 )₅ ein mit dieser verbundenes Datenerfassungsgerät (32), das gemäß den von diesem aufgegliederten Solldaten den Licht-, CCU-, Vasser- und Mineralienbedarf steuert und mit den Meßsensoren (I5d, 15c, 19, 20) Regelkreise für die Luftfeuchtigkeit und Temperatur im Keim- und Pflanzenbereich sowie für den p-^-Wert und die Temperatur der Nährlösung zur Regelung dieser Parameter bildet.

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8. Vorrichtung nach. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (11) eine
Prοgrammwählschaltung (4-1) aufweist, deren Ausgang über
einen Schalter (4-2) an einen Eingang des Datenerfassungsgeräts (31) wahlweise anschalfrbar ist.
9ο Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prοgrammwählschaltung (41) eine pflanzen- und verwendungsspezifisch orientierte Programm-Eingabematrix (4-3) mit Decodierer (44), einen mit dessen Ausgang verbundenen Programmspeicher (4-5) und die Reihenschaltung eines zentralen Zeitgebers (4-6) und eines Rahmenprogramm— Speichers (4-7) aufweist, deren Ausgänge jeweils an weitere Eingänge des Programmspeichers (4-5) angeschlossen sind,
dessen Ausgang den Ausgang der Pr ο grammwähl schaltung (4-1 ) bildet.
10. Torrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Eontrollgerät (38) das
einen mit einem Pegelmeßelement (39) verbundenen Anzeiger (38A) für das Flüssigkeitsniveau in dem Mischbehälter (16), eine an die Steuerleitung (12c) des Steuerventils (26)
führende Steuerung für zusätzliche Wasserzuführung in den Mischbehälter (16) mit einem Bedienungselement (38B),

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einen an ein Leitfähigkeitsmeßelement (40) angeschlossenen Anzeiger (38C) für die Leitfähigkeit der Nährlösung, einen mit der Regelleitung (15a) des Ρττ-Wert-Sensors (19) verbundenen Anzeiger (38D) und eine der Anzahl Mischbehälter (23) entsprechende Anzahl Anzeiger (38E) für die .Füllstände der entsprechenden Mineralbehälter (23).

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