УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ Российский патент 2002 года по МПК A01G7/04 A01G13/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для защиты растений от грибков и повышения их морозоустойчивости с помощью обогащения растений ионами микроэлементов, получаемых в результате электрохимической реакции. Изобретение может быть использовано для усиления роста растений посредством улучшения условий их питания, а также в аквакультуре для обработки воды с целью защиты гидробионтов.

Известно, что дефицит некоторых микроэлементов, например меди, снижает морозоустойчивость растений. Медь также является сильным фунгицидом и входит в состав многих противогрибковых веществ, применяемых в сельском хозяйстве. Как правило, они токсичны и представляют определенную экологическую опасность. Известно устройство для повышения урожайности и снижения сроков вегетации растений /1/ путем воздействия на почву в корневой зоне постоянным электрическим током с помощью агроэлектростимулятора. Последний состоит из фотоэлектрического преобразователя солнечной энергии и двух медных электродов, заглубленных в почву. Корневая система располагается между электродами.

Под воздействием электрического тока происходит электролиз минеральных солей с выделением ионов металлов, которые, перемещаясь в сторону анода, усваиваются корневой системой. Такой же процесс происходит с катионами меди, выделяющимися из электрода.

Недостаток данного устройства заключается в том, что по мере усвоения растением питательных веществ, находящихся между электродами, в корневой зоне будет образовываться дефицит минеральных солей, так как их ионы, поступающие с раствором из более отдаленных зон почвы, будут аккумулироваться у анода и катода, что также приведет к поляризации электродов и снизит ожидаемый эффект. Для устранения данного явления необходимо частое внесение удобрений в корневую зону, что, в свою очередь, ведет к удорожанию технологии и продукции.

Известно устройство /2/, образующее электрические сигналы и создающее электрофоретическое поле для переноса активных субстанций.

Устройство состоит из стабилизатора напряжения, которое модулируется синусоидальными или импульсными сигналами, идущими от генератора. Выходное напряжение стабилизатора является составляющей поляризованных сигналов, накладываемых непосредственно на растение или окружающую среду.

Недостатком указанного устройства является высокое сопротивление электрической цепи, что требует высоких значений напряжения и тока, ведет к усложнению конструкции и увеличивает стоимость устройства.

Известно устройство для обогащения растений активными веществами и микроэлементами /3/, состоящее из источника тока, катода, накладываемого на верхнюю часть растения и анода, закрепленного у основания растения. Устройство создает электрофоретический эффект между растением и почвой, что способствует улучшению питания растения микроэлементами, находящимися в почве в виде ионов.

Недостатком рассматриваемого устройства является ухудшение условий питания растения макроэлементами, так как их ионы (NO₃ ^-, SO₄ ^- PО₄ ^-), будучи заряжены отрицательно, устремятся от растения (катода) к аноду. К тому же, необходимость во внешнем источнике тока повышает стоимость устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство по заявке Франции 2609860.

Устройство состоит из двух электродов - медного анода и железного катода. Электроды погружаются в почвенный субстрат или крепятся на стволе или стебле растения. Из медного электрода выделяются ионы, которые затем усваиваются растением.

Недостатком известного устройства является необходимость применения источника электропитания, так как выделение ионов меди в паре медь-железо возможно только в случае приложения внешнего электрического поля. В случае, если электроды устройства соединить, без источника тока, они превращаются в гальванопару, которая в электролитной среде станет выделять ионы железа, а ионы меди будут осаждаться на медном электроде. Получаемый результат станет противоположным требуемому.

Описываемый процесс широко известен в технике, как явление электрокоррозии.

Поскольку все известные устройства не являются приборами, обеспечивающими эффективное питание растений микроэлементами, в сочетании с технической простотой, - предпринимаются попытки их усовершенствования.

Задачей предлагаемого изобретения является создание экологически безопасного, простого и надежного устройства для защиты растений от грибковых болезней и повышения их морозоустойчивости, с возможностью работы устройства без внешних источников тока. Кроме того, решаются задачи улучшения условий питания растений макроэлементами, а также - защиты гидробионтов в аквакультуре от грибков.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве с двумя электродами, электрод, генерирующий катионы, (анод) выполняется из меди, а второй электрод (катод) выполняется из серебра или любого другого металла и покрыт серебром или золотом. Оба электрода соединены между собой электропроводником. Способ осуществления работы данного устройства заключается в том, что в отличие от известного, где оба электрода заглубляются в почву, по меньшей мере, один из электродов (анод) имплантируется в ткань растений, а второй электрод (катод) либо также имплантируется в ткань растения, либо заглубляется рядом с растением в почву в области его корневой системы.

В случае погружения электродов в водную среду аквариума диффундирующие ионы меди будут усваиваться водными растениями. В этом случае имплантация электродов не потребуется.

Помимо этого предусмотрен вариант устройства, где для обогащения растений комплексом микроэлементов, анод выполняется в виде канюли с запрессованными в нее микроэлементами или из пористого материала, например металлокерамики, пропитанного раствором микроэлементов. Кроме того, для усиления процессов ионизации и электрофореза предусмотрен вариант устройства, где в образованную цепь из электродов и проводника введен низковольтный источник постоянного тока, например солнечная батарея.

Как говорилось выше, два разнородных металла могут работать как гальванопара, в сопровождении процессов электрокоррозии и без внешних источников тока. Для прохождения этих процессов необходимо, чтобы на электродах при их взаимодействии с электролитом проходили бы первичные химические реакции (БСЭ. Гальванические элементы). В случае, если по крайней мере один из электродов выполнен из металла инертного к электролиту, растворение другого электрода должно объясняться иными причинами. Для специалистов в области электрохимии однозначно неочевидно наличие таких причин.

Установлено, что биметаллические пары, состоящие из меди-серебра или из меди-золота, при их погружении в воду (даже в дистиллированную), выделяют ионы меди. Появление ионов в растворе подтверждается спектрофотометрическими измерениями. Наблюдаемые явления можно объяснить электродиффузионными термодинамическими процессами.

Металлы, кроме электрохимических потенциалов, одновременно обладают и собственной величиной работы выхода электронов - контактным потенциалом. При соединении двух разнородных металлов, тот из них, где работа выхода меньше зарядится положительно, а другой электрод - отрицательно. [4, стр. 476-477]. В предлагаемом устройстве положительно зарядится медь (анод), а отрицательно - серебро или золото (катод). При погружении такой пары в любой слабый электролит, в том числе в воду, с поверхности анода, за счет кулоновского отталкивания, будут диффундировать одноименно заряженные ионы меди. Здесь переход электронов с анода на катод и диффузия ионов будут являться сторонними силами друг для друга [4, стр. 190-191]. Окислительно-восстановительные процессы будут протекать не на электродах, а в электролите и носят вторичный характер. Электроды играют роль передатчика электронов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, иллюстрирующими достижение поставленной цели, где
на фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства;
на фиг.2 - электрическая схема варианта устройства с внешним источником тока;
на фиг.3 - растение с имплантированными анодом и катодом;
на фиг.4 - растение с имплантированным анодом и с катодом, заглубленным в почву;
на фиг. 5 - вариант устройства с источником тока, подвешенным на растение;
на фиг.6 - устройство, установленное на аквариуме;
где: 1 - анод, 2 - электропроводник между электродами, 3 - катод, 4 - внешний источник тока.

Устройство для электрохимической защиты растений состоит из двух электродов с различными электрохимическими потенциалами, один из которых выполняется из меди, и соединенными между собой электропроводником (фиг.1). Для получения требуемого эффекта устройство устанавливается на растении (фиг.3). При этом анод 1 и катод 3 имплантируются в ткань растения. Для этого в растении предварительно выполняются глухие отверстия, куда затем помещаются электроды и замазываются садовым варом. Расстояние между электродами принципиального значения не имеет, но длина проводника между электродами должна быть значительно больше расстояния между установленными электродами. Этого необходимо для предотвращения разрыва проводника в процессе роста растения. Поскольку по сосудистой системе растения циркулирует сок, который является электролитом, и между электродами образуется контактная разность потенциалов, это приводит к выделению из анода ионов микроэлементов, например меди. Разносясь потом соком растения по всем его системам, медь выполняет роль фунгицида, подавляя образование и рост грибков. Одновременно повышается морозоустойчивость растения.

Если анод выполнен в виде канюли с запрессованными в нее комплексными микроэлементами или если анод выполнен из пористого материала с пропиткой из комплексного раствора микроэлементов, устройство также выполняет роль системного питателя.

В случае, когда анод имплантируется в растение, а катод заглубляется в почву рядом с корневой системой растения (фиг.4), между растением и катодом возникает электрофоретический эффект. Находящиеся в почве отрицательные ионы макроэлементов (NО₄ ^-, РО₄ ^-, SО₄ ^-) устремляется к корням, что ускоряет диффузию питательных веществ в жидкую фазу слизистого чехла корня. Улучшаются условия питания.

Для усиления выделения ионов из анода, а также для усиления электрофореза в электрическую цепь устройства между электродами включается низковольтный источник тока 4 (фиг.2), например солнечная батарея, которая подвешивается на растение (фиг.5). Устройство также возможно использовать в аквакультуре для защиты гидробионтов ионами меди от грибков. Для этого устройство исполняется на кронштейне и подвешивается на стенку аквариума, таким образом, чтоб электроды были погружены в водную среду (фиг.6). Установленное на растении или аквариуме устройство может функционировать беспрерывно в течение длительного времени (несколько лет).

Настоящее устройство просто в изготовлении, экологически безопасно и надежно в применении в течение длительного времени. Оно может быть использовано в области сельского хозяйства и в аквакультуре для защиты растений и гидробионов от грибковых заболеваний.

Источники информации
1. Патент RU 2058717, Мкл. A 01 G 7/04, 26.09.94, авторы: Горшенин Б.А., Адамович Б.А., Адамович А.Б.

2. Заявка Франции 2642265, Мкл. A 01 G 7/04, 1989 г.

3. Заявка Франции 2638936, Мкл. A 01 G 7/04, 1988 г.

4. Сивухин Д. В. Общий курс физики, том III, электричество. М, Наука, 1977.

Устройство состоит из двух электродов из металлов с различными электрохимическими потенциалами. Один электрод (анод) выполнен из меди с возможностью его имплантации в ткань растения, второй электрод (катод) - из серебра или любого другого металла, покрытого серебром или золотом. Электроды соединены между собой электропроводником. Длина электропроводника больше расстояния между электродами. При контакте с соком растения и почвенным раствором между электродами возникает разность электрохимических потенциалов, и анод начинает генерировать ионы меди. Обогащение растения ионами меди повышает устойчивость растения к грибковым заболеваниям и их морозоустойчивость. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для электрохимической защиты растений, в том числе гидробионтов, состоящее из двух электродов, изготовленных из металлов с различными электрохимическими потенциалами, причем один из электродов (анод) выполнен из меди с возможностью его имплантации в ткань растения, отличающееся тем, что оно снабжено электропроводником, соединяющим электроды между собой, при этом длина электропроводника больше расстояния между электродами, а второй электрод (катод) выполнен из серебра или любого другого металла, покрытого серебром или золотом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что медный анод выполнен в виде канюли с запрессованными в нее микроэлементами. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что медный анод выполнен из пористого материала и пропитан раствором микроэлементов. 4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что второй электрод (катод) также выполнен с возможностью его имплантации в ткань растения или заглублен в почву рядом с растением в области его корневой системы. 5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно снабжено источником постоянного тока, введенного в образованную из электродов и электропроводника цепь.