СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ТЕПЛИЦЕ НА СТЕЛЛАЖАХ ГИДРОПОННЫХ УСТАНОВОК Российский патент 1995 года по МПК A01G9/24 A01G9/22 A01G9/14 A01G31/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству овощей в защищенном грунте, теплицах при искусственном освещении.

Известен способ выращивания растений в теплицах на многоярусных узкостеллажных гидропонных установках при искусственном освещении ("Проект теплицы пл. 1190 м² с многоярусной узкостеллажной гидропонной технологией в совхозе "Пригородный" г. Сыктывкар", г. Орел, Гипронисельпром, 1989).

Недостатками такого способа являются низкий коэффициент использования света и невысокая урожайность выращиваемых растений.

Известно также, что лазерное излучение стимулирует биопродуктивность растений, увеличивает развитие биомассы (Безверхний Ш.М. Сельские профессии лазерного луча. М.: Агропромиздат, 1985).

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ выращивания растений в теплицах при искусственном облучении ртутными газоразрядными лампами [1].

Недостатком известного способа является то, что листовой покров растений поглощает всего 1...5% энергии света в спектральной области фотосинтетически активной радиации (ФАР), а следовательно, нерационально используется энергия излучения ламп, и поэтому низка урожайность выращиваемых овощей.

Была поставлена задача создания способа выращивания растений, при котором более рационально используется энергия искусственного излучения, что повлияет на период вегетации растений и на урожайность.

Заявленным изобретением решена задача лучшего использования энергии искусственного излучения, т.е. улучшения поглощения листовым покровом энергии света в спектральной области ФАР, что стимулирует рост растений и, следовательно, сокращает период вегетации и повышает урожайность.

В способе выращивания растений в теплице на многоярусных узкостеллажных гидропонных установках, заключающемся в том, что высаживают рассаду в лотки с питательным раствором и культивируют растений с искусственным облучением, согласно изобретению растение дополнительно облучают лазерным излучением, которое подают совместно с искусственным ламповым облучением в видимой области спектра с двух сторон, осуществляя сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, при этом получают комплексным лазерным излучением, которое подают полным диапазоном спектральной области ФАР света 380-710 нм и/или ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм.

Заявляемое изобретение позволяет достичь следующего технического результата.

Облучение растений дополнительным лазерным монохроматическим излучением создает возбужденное состояние молекулы, в котором наилучшим образом усваиваются питательные вещества, т.е. стимулирует рост растения, а следовательно, сокращает пеpиод вегетации.

Совместное облучение искусственным ламповым излучением в видимой области спектра и лазерным монохроматическим повышает способность листового покрова растений поглощать энергию в спектральной области ФАР и, следовательно, повышает использование энергии искусственного излучения.

Подача искусственного излучения в видимой области спектра и лазерного излучений одновременно с двух сторон на ценоз создает наилучшие условия освещения и поглощения его листовым покровом и, следовательно, стимулирует его развитие.

Подача лазерного излучения так, что одновременно осуществляют сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, обеспечивает равномерное облучение всей поверхности ценоза - внутренней, наружной, левой, правой и горизонтальной (нижней, при ее наличии).

Облучение комплексным лазерным излучением, которое подают полным диапазоном спектральной области ФАР света (380-710 нм), позволяет достичь наибольшей фотосинтетической и продукционной деятельности для конкретной выращиваемой культуры, т.к. лазерное излучение в этом диапазоне стимулирует биопродуктивность растений, повышает развитие биомассы.

Облучение ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм позволяет повысить КПД света, т.е. создает условия более рационального использования энергии излучения газоразрядных ламп и Солнца (искусственного и естественного освещений).

Заявляемый способ выращивания растений в теплице на многоярусных узкостеллажных гидропонных установках, при котором в лотки высаживают рассаду и культивируют с искусственным облучением, отличается от известного, принятого за прототип, тем, что растение дополнительно облучают лазерным излучением, которое подают совместно с искусственным излучением в видимой области спектра с двух сторон, осуществляя сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, при этом облучают комплексным лазерным излучением, которое подают полным диапазоном спектральной области ФАР света (380-710 нм) и/или ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм.

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "новизна".

Из патентной и научно-технической литературы для специалиста не известен способ, в котором лазерным излучением совместно с искусственным ламповым облучением облучают ценоз с двух сторон, осуществляя сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, причем облучают комплексным лазерным излучением полным диапазоном спектральной области ФАР света 380-710 нм и/или ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм, позволяющий достичь описанный выше эффект.

Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение может быть использовано в сельском хозяйстве, оно позволяет улучшить поглощение листовым покровом растений энергии света в спектральной области ФАР, а следовательно, стимулировать его рост, снизить период вегетации и повысить урожайность на 8-11%. Таким образом, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображен схематично поперечный разрез гидропонной установки с источниками облучения; на фиг. 2 - пример суммарного спектрального состава потока излучения лампы, Солнца и лазера.

Многоярусные узкостеллажные гидропонные установки 1 (фиг. 1) оснащены стеллажами 2, на которых установлены лотки с растениями (не показано). Гидропонные установки 1 оборудуют системой внешнего и внутреннего облучений растений с помощью ртутных газоразрядных ламп 3,4 с рефлекторами 5, а также пакетом сканирующих лазеров 6, установленным между (сверху) гидропонными установками 1, и пакетом сканирующих лазеров 7, установленным внутри (снизу) установок 1. Сканирующие лазеры, скомпонованные в пакеты, состоят из резонатора, снабженного дефлекторами непрерывного отклонения.

В пакеты собирают лазеры с заданными диапазонами излучаемого света, чтобы в наборе они охватывали полный диапазон спектральной области ФАР света (380-710 нм) или определенные диапазоны, оптимальные для определенной фазы развития растений, создавая совместно с ртутными лампами 3, 4 оптимальный режим облучения выращиваемой культуры.

Способ осуществляется следующим образом.

Выращиваемые растения на стеллажах 2 гидропонных установок 1 облучают одновременно ртутными газоразрядными лампами 3,4 и сканирующими лазерами 6, 7 скомпонованными в пакеты.

При сканировании по углу пакета лазера 6 образуется наружный луч, который последовательно перемещается по наружной поверхности ценоза - вначале сверху вниз по правому ценозу одной гидропонной установки, а затем снизу вверх по левому ценозу соседней гидропонной установки. Затем совершает обратное движение. И далее аналогично.

При сканировании по углу пакета лазера 7 образуется внутренний луч, который последовательно перемещается по внутренней поверхности ценоза одной гидропонной установки - вначале снизу вверх по левому ценозу, а затем снизу вверх по правому.

После чего совершает обратное движение. И далее аналогично.

Одновременно лазеры 6 и 7 перемещаются вдоль поверхности ценоза возвратно-поступательно (вперед-назад) и таким образом наружный и внутренний лазерные лучи облучают последовательно все растения со всех сторон.

Регулирование дозы интенсивности излучения пакетов лазеров определяют из соотношения:
D = · · E_л· t₃ , где D - доза облучения;
L - длина гидропонной установки;
t₁ - время перемещения пакета лазера вдоль гидропонной установки;
α - угол зрения системы сканирования (пакета лазеров);
t₂ - время поворота пакета лазеров в угле α ;
Е_л - интенсивность излучения пакета лазера;
t₃ - время экспозиции (продолжительность облучения).

На фиг. 2 показана спектральная интенсивность излучения Солнца, лампы и лазера. Набор пакета лазеров с заданными диапазонами излучения, оптимальными для конкретной выращиваемой культуры, значительно повышает спектральную интенсивность суммарного (естественного и искусственного) облучения растений.

Суммарное излучение E_o=E₁+ E₂ + E₃, где E₁ - интенсивность облучения от Солнца;
Е₂ - интенсивность облучения от лампы;
Е₃ - интенсивность облучения от лазера.

Применение предлагаемого способа выращивания растений с искусственным облучением их газоразрядными лампами и сканирующими лазерами в пакетах, расположенными во внешней и внутренней зонах ценоза, позволяет повысить урожайность выращиваемых культур примерно на 6-7% за счет наибольшей усваиваемости энергии света, получаемой в результате взаимодействия источников интегрального облучения (ламп и Солнца) и монохроматического облучения (лазеров).

Использование: сельское хозяйство, растениеводство в условиях сооружений защищенного грунта. Сущность изобретения: способ выращивания растений в теплице на многоярусных узкостеллажных гидропонных установках заключается в том, что высаживают рассаду в лотки с питательным раствором и культивируют растения с искусственным облучением газоразрядными лампами. Согласно изобретению растения дополнительно облучают потоком излучения лазеров, которое подают совместно с потоком излучения в видимой области спектра от ламп с двух сторон, осуществляя сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза. Облучают комплексным лазерным излучением, которое подают полным диапазоном спектральной области фотосинтетически активной радиации света 380-710 нм и/или ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм. Изобретение позволяет за счет комплексного облучения растений газоразрядными лампами и лазерным излучением повысить урожайность растений и снизить установочную мощность облучательных установок. 2 ил.

СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ТЕПЛИЦЕ НА СТЕЛЛАЖАХ ГИДРОПОННЫХ УСТАНОВОК, включающий высаживание рассады в стеллажные лотки с питательным раствором, культивирование растений и облучение верхней поверхности листьев растений в течение периода вегетации потоком оптического излучения в видимом диапазоне спектра, отличающийся тем, что в период вегетации дополнительно облучают нижнюю поверхность листьев растений потоком оптического излучения в видимом диапазоне спектра и одновременно воздействуют на обе листовые поверхности сканирующими по ним потоками лазерного излучения с длиной волны в спектральном диапазоне 380 - 710 нм и/или диапазоне 230 - 380 нм.