ES2935597T3 - Sistema y método para hacer crecer una planta en un entorno al menos parcialmente acondicionado - Google Patents

Abstract

Un sistema para hacer crecer una planta (1) en un entorno al menos parcialmente acondicionado comprende una base de cultivo (11) para recibir un sustrato de cultivo (3) con un sistema de raíces (4) de la planta en el mismo. Se proporcionan medios de control de la temperatura de la raíz (12) que pueden y están adaptados para imponer una temperatura de raíz predeterminada en el sistema de raíces, y medios de iluminación (20, 21, 22) que pueden y están adaptados para exponer las hojas de la planta a la luz artificial actínica. . De acuerdo con la invención, también se proporcionan medios de calentamiento de hojas, que son capaces y están adaptados para imponer a la hoja de la planta una temperatura de hoja que varía de la temperatura ambiente. En un método para hacer crecer la planta, se influye así en la gestión de la asimilación de dióxido de carbono de un sistema foliar de la planta y en el suministro de luz actínica, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para hacer crecer una planta en un entorno al menos parcialmente acondicionado

La presente invención se refiere a un sistema agrícola para hacer crecer y cosechar cultivos en un entorno sin luz natural, en el que dicho entorno está al menos parcialmente acondicionado, que comprende una base de cultivo para recibir un sustrato de cultivo con un sistema radicular de la planta en él y una fuente de luz artificial que es capaz y está adaptada para exponer hojas de la planta a luz artificial actínica. Además, la invención se refiere a un método para hacer crecer un cultivo de manera al menos parcialmente acondicionada en un entorno sin luz natural, en el que se suministra luz actínica artificial a la planta y en el que la temperatura de la raíz de un sistema radicular de la planta se mantiene en un valor deseado.

Aquí se crea un clima artificial en un entorno al menos acondicionado detrás de vidrio, y se adapta en la medida de lo posible a las condiciones de crecimiento óptimas de la planta a cultivar. De este modo, es posible hacer crecer plantas en áreas y estaciones en las que la planta no sobreviviría al aire libre, o al menos no alcanzaría su pleno desarrollo. Además, la producción de la planta se puede adaptar así, con precisión, a un tiempo de cosecha deseado. Por lo tanto, es posible estimar de antemano con relativa precisión cuanto de qué planta estará lista y cuándo. Si se desea, se puede hacer crecer el mismo producto durante todo el año y se pueden cultivar plantas y flores en todas las etapas de la vida.

En la horticultura de vidrio tradicional, la luz solar se aplica como fuente principal de luz actínica, es decir, opcionalmente luz visible de una longitud de onda tal que de esta forma se inicia o se influye en una respuesta de la planta, tal como una fotosíntesis en la hoja o un modo determinado de crecimiento. Además, la luz del sol proporciona calor en forma de radiación infrarroja, por lo que se puede mantener una temperatura del aire elevada en los invernaderos con respecto a la temperatura exterior. En ausencia de luz solar, tal como especialmente durante la noche, es posible calentar para mantener una temperatura del aire tan elevada, mientras que durante el día se puede evitar la entrada excesiva de luz solar mediante obstrucción y filtración parciales, y el clima también se puede regulado por medio de ventilación. En general, el clima en un invernadero se puede controlar dentro de ciertos límites y se puede adaptar al desarrollo de crecimiento deseado de una planta para el cultivo, que se controla aún más mediante una dosificación controlada de humedad y nutrientes, además de pesticidas. Un componente adicional aquí es la temperatura de la raíz. Se ha encontrado que el crecimiento de la planta puede verse influenciado por el control de la temperatura de la raíz. Con miras a esto, se pueden proporcionar medios de control de la temperatura de la raíz para mantener una temperatura de la raíz que varíe de la temperatura del aire.

Sin embargo, la horticultura de vidrio clásica también tiene inconvenientes. En primer lugar, aquí se debe tener especialmente en cuenta el entorno. Cuesta energía mantener un invernadero cálido y, para algunas plantas, iluminado día y noche. Por lo tanto, es importante regular el manejo de la energía de la manera más eficiente posible. Cuando los invernaderos se construyen en áreas densamente pobladas o cerca de ellas, el aspecto del espacio es además un factor importante. Después de todo, los invernaderos tradicionales requieren la entrada de luz solar y ocupan una cantidad relativamente grande de terreno costoso en estas áreas, que de otro modo podría emplearse para oficinas, construcción de viviendas o infraestructura. Para abordar este problema, se buscan soluciones de poca luz, en particular subterráneas, sin luz natural y multicapa para permitir el uso múltiple de la misma área de tierra. Debido a que no solo el calor sino también la luz actínica se suministrarán artificialmente en tal caso, el manejo de la energía es un problema aún mayor y, por lo tanto, existe la necesidad de un cultivo de plantas que sea lo más eficiente posible. Por ejemplo, el documento US 5009029 A se refiere a un sistema y un método para hacer crecer un cultivo de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 8.

La presente invención tiene por objeto, entre otros, proporcionar un sistema y un método para hacer crecer un cultivo en un entorno al menos parcialmente acondicionado que permita una mejora adicional en la eficiencia.

Para lograr el objeto establecido, un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 define la invención.

La invención se basa aquí en la idea de que tres factores son esencialmente responsables del desarrollo exitoso de la planta, es decir, la fotosíntesis, el flujo de savia en la planta empujada hacia arriba bajo la influencia de una presión prevaleciente de la raíz y la asimilación de dióxido de carbono a través de principalmente el sistema foliar de la planta, y que estos tres factores deben adaptarse en todo momento entre sí para lograr realmente un crecimiento óptimo de la planta. Además de la temperatura de la raíz y la entrada de luz actínica, también se puede controlar el manejo de la asimilación de dióxido de carbono de la planta proporcionando los medios de calentamiento de hojas en el sistema de acuerdo con la invención. Debido al calentamiento adicional, los estomas de la hoja se abrirán aún más, lo que mejorará la entrada de dióxido de carbono a la hoja y la evaporación de la humedad de la hoja. Esto último es particularmente importante si un flujo de savia en la planta es estimulado por un aumento de la temperatura de la raíz, ya que este flujo tendrá que salir por los mismos estomas. Por el contrario, la temperatura de la hoja se puede disminuir con un flujo de savia más bajo para evitar la desecación no deseada de la planta. En definitiva, se pueden controlar los parámetros climáticos más importantes responsables del desarrollo de la planta de forma que se pueda conseguir una eficiencia óptima en cada uno de estos componentes con un consumo energético mínimo.

Una realización particular del sistema tiene la característica de acuerdo con la invención de que los medios de iluminación son capaces y están adaptados para emitir un espectro de iluminación que puede adaptarse a una fotosíntesis y/o modo de crecimiento pretendido del cultivo a cultivar. Los componentes de luz actínicos necesarios para el desarrollo de la planta pueden ser suministrados solo en la intensidad exactamente suficiente, mientras que los componentes no actínicos o un exceso pueden evitarse en la medida de lo posible para limitar el consumo total de energía del sistema y/o posible efecto nocivo en el desarrollo del cultivo.

En otra realización particular, el sistema de acuerdo con la invención se caracteriza aquí porque los medios de iluminación comprenden un conjunto de diodos emisores de luz, estos diodos son capaces y están adaptados para emitir radiación en diferentes longitudes de onda y son controlables individualmente, opcionalmente en grupos Dichos elementos llamados LED producen luz sustancialmente monocromática y se pueden obtener para diferentes longitudes de onda, particularmente en la parte visible del espectro del rojo lejano, amarillo, verde y azul. Por lo tanto, se puede construir un espectro fotosintéticamente activo (PAR) que mejor se adapte a las necesidades concretas de la planta, y opcionalmente modificarlo, mediante la combinación y selección de LED individuales.

De acuerdo con la invención, los medios de calentamiento de hojas comprenden, al menos, una fuente de calor capaz y adaptada para irradiar la hoja con radiación infrarroja.

Esto no solo da como resultado un calentamiento altamente eficaz y eficiente del sistema foliar, sino que la diferencia de temperatura deseada con el entorno que contribuye a un ensanchamiento deseado de los estomas también se logra de una manera particularmente eficaz. En otra realización preferida, el sistema de acuerdo con la invención se caracteriza aquí porque los medios de iluminación y la fuente de calor están alojados en accesorios separados entre sí para excluir así una posible influencia perturbadora de una disipación de calor inevitable en la propia fuente de calor desde la esfera acondicionadora de la fuente de luz actínica.

Aunque los medios de control de la temperatura de la raíz per se también pueden realizarse de diversas formas, una realización preferida del sistema de acuerdo con la invención tiene la característica de que los medios de control de la temperatura de la raíz comprenden un sistema de conductos cerrados para recibir en su interior durante el funcionamiento un flujo de líquido con una temperatura controlada, donde el sistema de conductos es capaz y está adaptado para entrar en contacto de intercambio de calor con el sustrato de cultivo. Dicho sistema de conductos puede estar formado, por ejemplo, por un sistema de tubos o aletas en o debajo del sustrato de cultivo, en el que un flujo de líquido serpentea alternativamente. La temperatura de la raíz se puede controlar uniformemente calentando o enfriando así el sustrato de cultivo en el que se recibe el sistema radicular. El sistema de acuerdo con la invención tiene aquí la característica de que se proporciona un control entre los medios de calentamiento de las hojas y los medios de control de la temperatura de la raíz que impone una dependencia mutua de la temperatura de la hoja y la temperatura de la raíz. Por ejemplo, en una trayectoria de crecimiento normal, la temperatura de la hoja seguirá, opcionalmente de manera directamente proporcional, un cambio en la temperatura de la raíz para que el manejo de la asimilación siga el ritmo de una variación en la presión de la raíz.

Para lograr el objeto establecido, un método de acuerdo con la reivindicación 8 define la invención.

Este método está en línea con la idea descrita anteriormente de que la temperatura de la raíz, el espectro de luz suministrado y el manejo de la asimilación de dióxido de carbono de la hoja no son entidades separadas, sino que solo llegarán al resultado óptimo en relación mutua. El método de acuerdo con la invención proporciona la opción de disponer esta relación mutua en forma de, por ejemplo, una relación dependiente del cultivo.

De acuerdo con la invención, ésta se caracteriza porque el manejo de la asimilación de dióxido de carbono se ve influenciado por la regulación de la temperatura de la hoja del sistema foliar de modo que difiera de la temperatura ambiente. El sistema descrito anteriormente de acuerdo con la invención es muy adecuado para una implementación de este método porque la temperatura de la hoja puede regularse de manera que difiera del entorno, además de un control de los otros factores de crecimiento mencionados. En otra forma de realización particular, el método de acuerdo con la invención se caracteriza aquí porque la aportación de luz, la temperatura de las raíces y la temperatura de las hojas se adaptan entre sí en función del cultivo.

Con el propósito de una fotosíntesis y un modo de crecimiento óptimos del cultivo, otra realización particular del método de acuerdo con la invención tiene la característica de que se suministra luz artificial actínica con un espectro adaptado a una fotosíntesis y/o modo de crecimiento del cultivo previsto.

Adaptando así específicamente la proporción mutua y la intensidad de los diversos componentes de la luz que juegan un papel en la fotosíntesis y el desarrollo del crecimiento de la planta, no obstante, se puede lograr un alto rendimiento con una intensidad de luz total y un consumo de energía relativamente bajos. El método de acuerdo con la invención tiene aquí la característica de que el espectro de luz artificial, la temperatura de la hoja de la hoja y la temperatura de la raíz se controlan individualmente entre sí, pero en relación mutua, dependiendo del cultivo.

La invención se aclarará ahora con más detalle sobre la base de un ejemplo de realización y un dibujo adjunto. En el dibujo:

la Figura 1 muestra una vista parcial en sección transversal de un dispositivo en un ejemplo de realización de un sistema de acuerdo con la invención.

Por lo demás, la figura es puramente esquemática y no está dibujada a escala. Algunas dimensiones en particular pueden exagerarse en mayor o menor medida en aras de la claridad. Las partes correspondientes se designan en la medida de lo posible en la figura con el mismo número de referencia.

El sistema que se muestra en la Figura 1 hace uso de un cultivo de múltiples capas de la planta 1 para permitir el mejor uso posible de un área de superficie disponible. La planta se aloja aquí en bandejas 2 de cultivo con un sustrato 3 de cultivo adecuado en ellas, tal como tierra, lana de vidrio, lana de roca o simplemente agua, con el fin de recibir un sistema 4 radicular de la planta en ellas. Las bandejas 2 de cultivo se colocan una encima de la otra sobre las vigas 11 de un marco construido casi en su totalidad de acero inoxidable. Cualquier número deseado de dichos carros 10 puede combinarse así para formar un sistema de cultivo completo en un entorno acondicionado, en el que la planta se desarrolla por completo de una manera totalmente controlada. Las provisiones de riego y fertilización (no mostradas más adelante) están dispuestas en los vagones 10 para proporcionar a la planta suficiente agua y los nutrientes necesarios.

Cada una de las vigas 11 de los carros comprende un sistema 12 de conductos cerrados de una manguera o tubo que serpentea en un paso regular. A este respecto, también se puede aplicar opcionalmente un sistema de aletas huecas sucesivas como sistema de conductos. Este sistema 12 de conductos, a través del cual se puede guiar un medio termoportador tal como agua a temperatura controlada para controlar la temperatura del sistema radicular, forma parte de los medios de control de la temperatura radicular. El medio calentado cede calor durante el funcionamiento a, por ejemplo, las vigas, que a su vez conducen el calor a través de las bandejas de cultivo al sustrato de cultivo con el sistema radicular de la planta en él. Por el contrario, el calor también se puede extraer del lecho de la raíz por medio de un medio termoportador enfriado. De este modo, el sistema radicular se mantiene más o menos exactamente a una temperatura radicular deseada durante el funcionamiento de acuerdo con el método aquí descrito. Para dar a este transporte de calor un control más específico, y por lo tanto una capacidad de intercambio de calor más eficiente, las vigas adoptan una forma multicapa con una base 13 aislante de plástico espumado tal como espuma de poliuretano o espuma de poliestireno, con una capa 14 superior reflectante, por ejemplo un revestimiento de metal reflectante o una capa intermedia adicional provista de dicho revestimiento, seguido del sistema 12 de conductos y sobre él una placa 15 de metal, por ejemplo de acero inoxidable, que tiene una buena conductividad térmica.

Cada capa del sistema 10 de cultivo está provista de una fuente 20 de luz artificial en la forma de accesorio de iluminación que tiene en su interior grupos 21 de diodos emisores de luz (LED), además de otras posibles fuentes 22 de luz tal como radiadores ultravioleta o infrarrojos. Los diodos LED de los primeros grupos emiten luz, al menos, principalmente, en la parte visible del espectro, en particular luz roja, amarilla, verde o azul, mientras que los segundos grupos 22 añaden componentes invisibles como luz infrarroja y luz casi ultravioleta. Los accesorios 20 de iluminación están provistas de un control (no mostrado adicionalmente) con el que los diferentes grupos y los elementos dentro de los grupos pueden controlarse selectiva e individualmente para durante la operación adaptar una composición espectral específica de la luz emitida a los requisitos y tipo de la planta 1 que se está cultivando. Debido a que las vigas están ópticamente separadas entre sí a una distancia significativa, si se desea, se puede suministrar un espectro diferente por viga para así cultivar diferentes plantas en combinación entre sí y proporcionar a cada una un espectro óptimo. El sistema es muy adecuado aquí para su aplicación en un entorno sin luz natural, tal como por ejemplo en una situación subterránea.

Además, en el sistema de cultivo están previstos medios 30 de calentamiento de hojas en forma de radiadores infrarrojos que están dispuestos en capas a ambos lados de los estantes de los carros. Los radiadores de infrarrojos emiten radiación de calor directa en la dirección de la hoja de la planta y así, si se desea, aumentan la temperatura de la hoja de la hoja con respecto a la temperatura ambiente. El manejo de la asimilación de dióxido de carbono de la hoja puede así controlarse en un grado significativo y adaptarse particularmente a la presión de la raíz del flujo de savia en la planta que es producido por el sistema 4 radicular. Esto porque el calentamiento de la hoja da como resultado un ensanchamiento de los estomas en la hoja, por lo que podrán aliviar mejor el exceso de presión de la raíz al permitir que el agua se evapore, mientras que una asimilación suficiente de dióxido de carbono necesaria para la fotosíntesis, que a su vez se activa y controla mediante los medios de iluminación, continúa sin embargo a través de estos mismos estomas. Si, por el contrario, se toman esquejes de la planta, el sistema foliar no se calienta, o al menos se calienta menos, con una mayor simulación de raíces para limitar así la evaporación y garantizar un exceso de humedad en la superficie de corte. En total, los principales factores de crecimiento, es decir, la fotosíntesis, la presión radicular y la asimilación de dióxido de carbono, pueden así regularse individualmente en el sistema de acuerdo con la invención, y estos factores se adaptan con precisión en relación mutua en cada etapa de crecimiento y para cada cultivo con el fin de mejorar el crecimiento óptimo y el modo de crecimiento.

Aunque la invención se ha explicado más detalladamente anteriormente sobre la base de una sola realización ejemplar, será evidente que la invención no se limita de ningún modo a la misma. Por el contrario, son posibles muchas otras variaciones y realizaciones sin que un experto en la materia se aparte del alcance de la invención limitado por las reivindicaciones adjuntas.

Los medios de control de la temperatura de la raíz también pueden comprender un sistema de conductos directamente en el sustrato de cultivo que está en contacto de intercambio de calor más o menos directo con el sistema radicular. En el caso de cultivo sobre agua o sobre un sustrato acuoso, tal como lana de vidrio o lana de roca, la temperatura de la raíz también puede controlarse mediante un control controlado de la temperatura del agua que se le suministra.

Se hace uso en el ejemplo de luz artificial por medio de diodos emisores de luz (LED), aunque dentro del alcance de la invención también son adecuadas las lámparas de crecimiento incandescentes convencionales.

En el ejemplo dado se hace uso del cultivo de varias capas sobre carros móviles, aunque también se puede considerar el cultivo en una sola capa y/o el cultivo en una disposición fija.

La asimilación de dióxido de carbono y la evaporación de humedad a través del sistema foliar pueden controlarse y adaptarse en particular a la presión de las raíces. En lugar de por medio de lámparas infrarrojas directas, esto también se puede lograr por medio de filamentos en espiral, paneles térmicos o similares dispuestos cerca del sistema foliar. Si se desea, los medios de calentamiento de las hojas, como los radiadores de infrarrojos del ejemplo, pueden integrarse además en el mismo accesorio que los medios de iluminación artificial, por ejemplo, con el fin de ahorrar espacio y/o facilitar la instalación.

Lo que es realmente importante en la invención es que el desarrollo del crecimiento del cultivo está determinado por el eslabón más débil en una cadena de los factores de crecimiento más importantes, es decir, la fotosíntesis, la presión de la raíz y la asimilación de dióxido de carbono, y que todos estos factores son controlados en relación mutua de acuerdo con la invención y, si se desea, se modifican artificialmente para realizar una cadena óptima.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Sistema agrícola para hacer crecer y cosechar cultivos (1) que comprende un entorno al menos parcialmente acondicionado, una base (2) de cultivo para recibir un sustrato (3) de cultivo con un sistema (4) radicular del cultivo en el mismo, una fuente (20) de luz artificial que es capaz y está adaptada para exponer las hojas del cultivo a la luz artificial actínica, y medios (12) de control de la temperatura de la raíz en dicho entorno que son capaces y están adaptados para controlar la temperatura de la raíz del sistema radicular, (4) caracterizado porque dicho entorno es un entorno sin luz diurna, en el que dicho entorno comprende unos medios (30) de calentamiento de hojas que comprenden al menos un radiador de infrarrojos que irradia la hoja con radiación infrarroja y que controlan una temperatura foliar del sistema foliar del cultivo que difiere desde una temperatura ambiente, y porque el espectro de luz, la temperatura de la hoja y la temperatura de la raíz se controlan individualmente entre sí pero en relación mutua, dependiendo del cultivo.

2. Sistema como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque, en una trayectoria de crecimiento normal, dichos medios de calentamiento de la hoja hacen que la temperatura de la hoja siga, opcionalmente de manera directamente proporcional, a un cambio en la temperatura de la raíz.

3. Sistema como se reivindicó en la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los medios (20) de iluminación son capaces y están adaptados para emitir un espectro de iluminación que se adapta a una fotosíntesis y/o modo de crecimiento pretendido del cultivo a cultivar.

4. Sistema como se reivindicó en la reivindicación 3, caracterizado porque los medios (20) de iluminación comprenden un conjunto de diodos emisores de luz, estos diodos son capaces y están adaptados para emitir radiación en diferentes longitudes de onda y son controlables individualmente, opcionalmente en grupos.

5. Sistema como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de iluminación y la fuente (30) de calor están alojados en accesorios separados entre sí.

6. Sistema como se reivindicó en una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de control de temperatura de raíz comprenden un sistema (12) de conductos cerrados para recibir en su interior durante el funcionamiento un flujo de líquido con temperatura controlada, donde el sistema de conductos es capaz y adaptado para entrar en contacto de intercambio de calor con el sustrato de cultivo.

7. Sistema como se reivindicó en una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se proporciona un control entre los medios de calentamiento de la hoja y los medios de control de la temperatura de la raíz que impone una dependencia mutua de la temperatura de la hoja y la temperatura de la raíz.

8. Método para hacer crecer un cultivo de manera al menos parcialmente acondicionada, en el que se suministra al cultivo un suministro de luz actínica artificial y en el que la temperatura de la raíz de un sistema radicular del cultivo se mantiene en un valor deseado, caracterizado porque dicho cultivo se cultiva en un entorno sin luz diurna, porque la temperatura de la hoja del sistema foliar del cultivo se controla por medio de al menos un radiador de infrarrojos, porque el manejo de la asimilación de dióxido de carbono de dicho sistema foliar del cultivo está influenciada por regular dicha temperatura foliar del sistema foliar para que difiera de una temperatura ambiente, y que un suministro de luz actínica, la temperatura de la raíz y la temperatura foliar se adapten entre sí, dependiendo del cultivo.

9. Método como se reivindicó en la reivindicación 8, caracterizado porque, en una trayectoria de crecimiento normal, se hace que dicha temperatura de la hoja siga, opcionalmente, de manera directamente proporcional, a un cambio en la temperatura de la raíz.

10. Método como se reivindicó en la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque dicha luz artificial actínica se suministra con un espectro adaptado a una fotosíntesis y/o modo de crecimiento previsto del cultivo.

11. Método como se reivindicó en la reivindicación 10, caracterizado porque el espectro de luz artificial, la temperatura foliar de la hoja y la temperatura de la raíz se controlan individualmente entre sí, pero en relación mutua, dependiendo del cultivo.