Гидропоника - это безпочвенный метод выращивания, при котором корни сельскохозяйственных культур погружаются в питательный раствор. Метод питательной пленки или NFT - это гидропонная система, в которой питательный раствор проходит через трубу, а корни сельскохозяйственных культур забирают питательное вещество из текущего раствора. Основная механика работы системы NFT работает следующим образом. Питательный раствор питает трубы через насос, трубы, расположенные с небольшим уклоном, возвращают питательный раствор в резервуар. По мере того, как питательный раствор циркулирует по системе, растения забирают воду и питательные вещества из этого раствора, истощая питательные вещества и воду в системе.
Основываясь на базовом описании системы NFT, можно предположить следующее. Существует три основных водных отсека: резервуар с питательным раствором (запасная вода), трубы, по которым течет раствор (циркулирующая вода), и культуры, которые забирают питательные вещества и воду для своих физиологических нужд (поглощение культур). Насос, используемый для подпитки системы, имеет критический объем для работы, когда объем в резервуаре с питательным раствором меньше критического объема, насос не может питать систему. Трубы содержат небольшой запас воды, поскольку вода проходит через них. Кроме того, растения забирают воду и питательные вещества из проточного раствора в трубах, только если в трубах есть вода, и теряют часть воды из-за транспирации.
Используя эти основные предположения, модель динамики питательного раствора может быть определена в r следующим образом.
Из-за физических ограничений может быть только два возможных сценария, связанных с вводом / выводом: один - скорость подачи насоса больше, чем скорость восстановления системы, либо обе скорости равны. При равных условиях запас воды и оборотная вода разлагаются с одинаковой скоростью. В то время как траектория, по которой движутся запас воды и оборотная вода, показывает линейное увеличение, за которым следует уменьшение объема воды.
В условиях неравномерного расхода в динамике можно выделить три разные фазы, которые можно наблюдать на оборотной воде и обратную - на резерве. Для оборотной воды у нас есть увеличение общего объема, за которым следует медленное уменьшение объема и более медленное уменьшение, когда запас воды исчерпан. Траектория, по которой идет запасная вода и циркулирующая вода, легко отображает эти фазы. Также можно отметить большее поглощение воды культурами при неравной норме водопотребления.
По мере изменения объема воды в системе изменяется концентрация питательного раствора. Простым предположением было бы брать питательный раствор в целом, а не смесь компонентов. И то же самое, что и потребление питательных веществ растениями. Таким образом, модель поглощения питательных веществ может быть определена в r следующим образом.
По мере увеличения количества параметров мы также расширяем возможные сценарии, которые можно моделировать. С двумя уже представленными зависимыми от воды сценариями можно представить два возможных сценария с одинаковой скоростью поглощения воды и питательных веществ и более высокой скоростью поглощения воды. Кроме того, в этих сценариях, основанных на сельскохозяйственных культурах, в сценариях, зависящих от воды, у нас есть четыре сценария, которые могут быть представлены в соответствии с предыдущими предположениями и моделью.
В сценарии равенства по мере развития системы концентрация питательных веществ начинает расти из-за потребления воды. Траектория между концентрацией питательных веществ и водопоглощением сельскохозяйственных культур проходит по прямой линии. В то время как высокая скорость кормления приводит к ускорению процесса концентрации питательного раствора, в основном там, где начинает истощаться запас воды. Траектория концентрации / поглощения иллюстрирует более высокую концентрацию питательного раствора.
При более высоком водопотреблении и одинаковой скорости кормления концентрация питательного раствора начинает расти, особенно когда запасы начинают истощаться. Траектория концентрации / поглощения показывает ступенчатое увеличение при высоких значениях поглощения культур. Высокая скорость подачи приводит к истощению циркулирующей воды в системе и ступенчатому увеличению концентрации питательного раствора.
Эти сценарии показывают динамику системы NFT на базовом уровне абстракции. При выращивании гидропоники задействовано больше переменных, однако оцененные сценарии могут помочь нам понять немного больше о процессе. Уравнивание входных и выходных скоростей в системе помогает системе в целом стабильно. Уменьшает потребление воды растениями, а также предотвращает повышение концентрации питательного раствора. Высокая концентрация питательного раствора может привести к низкой урожайности или даже к токсичности сельскохозяйственных культур.
Знайте, что у вас есть пример того, как создать простую математическую модель гидропонной системы. Кроме того, как предложить несколько сценариев и преобразовать результаты моделирования в идеи и системные вмешательства, которые могут быть реализованы в системе гидропоники. Полный код этого сообщения можно найти на моем GitHub, нажав здесь. Увидимся в следующем.
