Устройство и назначение АПИОНа

Аббревиатура АПИОН расшифровывается так: Автоматический Питающий Осмотический Насос.

Для различных целей разработано несколько конструкций АПИОНов. Для растений рекомендованы две, принципиальные схемы которых показаны на рис. 3.

Рис. 3

Внешний вид АПИОНов массой 1,5 – 6 г – монолитные ядра удобрений в форме крупных таблеток, покрытые полимерной оболочкой. АПИОНы массой от 30 до 200г выполнены в форме бумажных пакетов разных размеров, сваренных продольными и поперечными швами. Внутри пакета – плотное ядро или гранулы удобрений. Бумага покрыта специальным полимером, который обеспечивает работу АПИОНа.

АПИОН представляет собой устройство-дозатор, который работает без внешних источников энергии и состоит из корпуса-оболочки, целиком или частично изготовленной из специальной полупроницаемой мембраны. Вовнутрь оболочки помещается дозируемое вещество, в частном случае – удобрения. Внутренняя полость насоса с внешней средой сообщается специальными каналами или отверстиями, через которые раствор дозируемого вещества выводится наружу.

Механизм действия АПИОНа основан на известных химических законах для самопроизвольно протекающих процессов (законы Фика, Вант-Гоффа, Генри и др.).

Для простоты изложения опишем работу АПИОНа. На рис.4 представлена схема простейшего осмотического насоса.

 

Рис.4. Осмотический насос и схема его работы.

1 – мембрана, 2 – удобрения, 3 – выход раствора,

4 –раствор удобрений.

При погружении насоса в любую влажную среду (вода, влажная почва, увлажнённый воздух), вода через полупроницаемую мембрану проникает вовнутрь оболочки и начинает растворять твёрдую фазу (удобрения), образуя раствор. Внутри насоса возрастает давление и под его действием раствор через выводные отверстия выводится в ту среду, в которую он помещен (если не сделаны специальные отводные каналы в другие точки дозирования). Осмотический насос прекратит работать только тогда, когда в нём образуется раствор с такой же концентрацией солей, что и снаружи.

Пока в нём есть твёрдое растворимое вещество (удобрения), насос будет работать с постоянной скоростью, то есть в единицу времени выделять одинаковое количество раствора вещества, поддерживать во внешней среде (в нашем случае – в почве), постоянную концентрацию удобрений (см. кривую "В" на рис.1).

Если в почве будет работать и другой насос, биологический насос, а в нашем случае – это растение (см. выше описание "работы" растения), то, по мере вывода раствора питательных веществ из АПИОНа, они – ПВ – будут всасываться корневой системой растения.

В идеальном случае, если скорость вывода ПВ из АПИОНа и скорость всасывания ПВ растением будут одинаковы, то мы получим синхронно работающую систему из биологического объекта – потребителя и технического устройства – АПИОНа – дозатора. Один дозирует в почву, другой высасывает из почвы. Если иметь в виду, что в основном периоде растение развивается практически с постоянной скоростью, то и АПИОН должен работать с постоянной скоростью дозирования применительно к данному виду растения (данной культуре).

В этом случае почва, в которой работает АПИОН, превращается из временного контейнера для хранения ПВ в проводник раствора ПВ от АПИОНа к корневой системе растущего растения. В почве не убывает концентрация и не накапливаются избыточные соли.

Теперь поясним, почему мы назвали АПИОН "автоматическим питающим насосом".

Известно, что растения наилучшим образом развиваются (быстро растут) при определённой положительной температуре, но при её понижении рост замедляется, растения потребляют меньше питательных веществ, а зимой для большинства растений наступает период "спячки", то есть все биологические процессы почти останавливаются.

Так вот: АПИОН устроен и рассчитан таким образом, что с понижением температуры он тоже, как и растение, замедляет работу, снижается скорость дозирования, а зимой практически прекращает работать.

Более того, если растение по каким-то причинам перестаёт всасывать ПВ из почвенного раствора (срезали стебли, ствол, оставили корневую систему без надземной части), то повышение концентрации солей в зоне расположения АПИОНа также приведёт к замедлению его работы, снижению скорости дозирования.

Также АПИОН снижает скорость дозирования при сильном уменьшении влажности почвы, в сухой, без полива, почве АПИОН не работает. (Растение без полива также в большинстве случаев гибнет).

Таким образом, АПИОН "способен откликаться" на передряги, в которые попадает растение в процессе роста и развития, и поддерживать заданный режим дозирования питательных веществ в зависимости от внешних условий (температура, влажность, концентрация солей в почве).

Такие характеристики АПИОНов обусловлены температурно-концентрационной зависимостью свойств полупроницаемой полимерной мембраны, которая является основной составной частью осмотического насоса. В технике такая возможность управлять работой устройств называется управлением с положительной и отрицательной обратными связями.

Разработанные методы расчёта позволяют сконструировать и изготовить осмотические насосы и в том числе АПИОНы со временем дозирования от нескольких десятков часов до нескольких лет и со скоростями дозирования от долей миллиграмма до десятков грамм в час.

Применительно к растениям некоторых видов, в частности, для распространённых овощных культур, ягодников, плодовых деревьев, цветочных культур разработано 10 марок АПИОНов с массой от 3 до 200 грамм и временем работы от 2 месяцев до 2,5 лет. При этом учтены в целом потребности отдельных видов растений в количестве питательных веществ либо на сезон выращивания, либо с учётом скорости их развития, массы растущего растения (см. выше). Для каждой марки разработаны инструкции.

Применительно к мощным потребителям питательных веществ (например, специальные водоёмы для выращивания полезных водорослей, рисовые чеки) могут быть рассчитаны и изготовлены большие АПИОНы с массой загрузки удобрений в несколько килограмм. Дозировать можно как комплексные удобрения, так и индивидуальные вещества заданного химического состава.

Особо отметим, что все АПИОНы снаряжаются растворимыми комплексными удобрениями, которые к концу работы полностью выводятся и корпуса-оболочки.

< Назад________Вперед >