СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК A01G31/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству овощей в защищенном грунте при искусственном облучении растений.

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

Недостатком известного способа является низкий коэффициент использования световой энергии, а поэтому и урожайность выращиваемых культур.

Известно также, что лазерное излучение стимулирует биопродуктивность растений, увеличивает развитие биомассы (Ш. М. Безверхний, "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 (авт. св. СССР N 1620062, МКИ АО1С 31/00, 1991).

Недостатком известного способа является то, что листовой покров растений поглощает всего 1.5% энергии света в спектральной области физиологически активной радиации (ФАР), следовательно, нерационально используется энергия излучения ламп и поэтому низка урожайность выращиваемых овощей.

Была поставлена задача более рационального использования энергии искусственного излучения при выращивании растений что в свою очередь повлияет на период вегетации растения и его урожайность.

Заявляемым изобретением решена задача повышения использования энергии искусственного излучения, то есть улучшения поглощения листовым покровом энергии света в спектральной области ФАР, что стимулирует рост растения и, следовательно, сокращает период вегетации и повышает урожайность.

В способе выращивания растений в теплице на многоярусных узкостеллажных установках, заключающемся в том, что высаживают рассаду в лотки с питательным раствором и культивируют растения с искусственным облучением, согласно изобретения, растение дополнительно облучают лазерным излучением, которое подают совместно с искусственным ламповым облучением на ценоз с двух сторон, при этом лазерное излучение подают, осуществляя одновременно сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза.

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, следовательно, сокращает период вегетации.

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

Подача искусственного лампового 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.

Заявляемый способ выращивания растений 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 попадают совместно с искусственным ламповым облучением на ценоз с двух сторон, при этом лазерное излучение подают, осуществляя одновременно сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза.

Сопоставительный анализ заявленного решения с известным 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 облучают ценоз с двух сторон и лазерное излучение подают, осуществляя сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, для достижения описанного выше эффекта. 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, следовательно, стимулировать его рост, снизить период вегетации и повысить урожайность. Таким образом предложенное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "промышленная применимость".

Способ поясняется чертежом, на котором изображено поперечное сечение многоярусных узкостеллажных гидропонных установок с искусственным облучением.

Многоярусные узкостеллажные гидропонные установки 1 оборудуют стеллажами 2, на которые устанавливают горшки с растениями (не показаны). Гидропонные установки 1 оснащают системой наружного и внутреннего облучений.

Система внешнего облучения растений выполняется из установленных между ними ртутных газоразрядных ламп 3, а система внутреннего облучения из ртутных газоразрядных ламп 4. Лампы 3 и 4 выполнены с рефлекторами 5.

В системы наружного и внутреннего облучений дополнительно введены лазеры, состоящие из кольцевого резонатора, снабженного оптическими дефлекторами непрерывного отклонения, соответственно лазеры 6 и 7.

Ценоз на стеллажах 2 гидропонных установок 1 облучают одновременно ртутными лампами 3, 4 и лазерами 6, 7.

Ртутными газоразрядными лампами 3, навешенными между гидропонными установками, облучают наружную поверхность растений, а лампами 4, помещенными внутри установок, облучают их внутреннюю поверхность, обеспечивая оптимальный спектральный состав ФАР для выращивания культуры.

Одновременно ценоз дополнительно облучают лазерным излучением с помощью лазеров 6 и 7, которые сканируют по углу α.

При сканировании по углу 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. После чего совершает обратное движение.

При сканировании по углу лазера 7 образуется внутренний луч, который последовательно перемешается по внутренней поверхности ценоза одной гидропонной установки/ вначале снизу-вверх по левому ценозу, а затем сверху-вниз 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 с задаваемой частотой сканирования по углу и скоростью возвратно-поступательного перемещения.

Угол сканирования лазеров 6 и 7 определяется удобством их расположения: в случае когда наружные лазеры 6 размещены на уровне верхних стеллажей 2 гидропонных установок, их угол α₁= 180^o, если же выше, то менее 180^o и соответственно, если ниже, то более 180^o. Соответственно угол сканирования внутреннего лазера 7, размещенного на уровне нижнего стеллажа 2 α₂= 180^o. Если же он размещен выше, то более 180^o, если же ниже, то менее 180^o.

Мгновенная энергия лазерного излучения в единицу времени определяют пропорционально общим коэффициентам сканирования, получаемым из соотношения:

где
Φ₁ и Φ₂ частота наружного и внутреннего сканирования лазеров,
V скорость горизонтального сканирования лазеров.

Соответственно E₁=K₁•E_O1 и E₂=K₂•E_O2, где E_O1 штатная (паспортная) энергия излучения одного лазера, E_O2 второго лазера.

Лазерные лучи попадают на фоторецепторы растений, составляющих ценоз гидропонной установки, и его фотореакционный центр возбуждается и более интенсивно поглощает энергию света, повышая КПД на 9-12% что в свою очередь способствует повышению урожайности выращиваемой культуры на 8-11% и сокращению периода вегетации за счет взаимодействия источников интегрального облучения (ламп и Солнца) и монохроматического облучения (лазеров).

Применение комплексного облучения растений газоразрядными лампами и сканирующими лазерами позволяет повысить урожайность и эффективность использования искусственного освещения и, как следствие, снизить установочную мощность облучательных установок.

Использование: сельское хозяйство. Сущность изобретения: растения выращивают на стеллажных гидропонных установках и в течение вегетационного периода воздействуют на листовую поверхность потоками сканирующего по углу и возвратно-поступательного перемещения вдоль рядов растений лазерного излучения и одновременно воздействуют на поверхность листьев потоком оптического излучения в видимом диапазоне спектра. 1 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, отличающийся тем, что в период вегетации дополнительно воздействуют на листовую поверхность растений потоками сканирующего по углу и возвратно-поступательного перемещения вдоль рядов растений лазерного излучения и одновременно воздействуют на поверхность листьев потоком оптического излучения в видимом диапазоне спектра,