СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ РАСТЕНИЙ Российский патент 2004 года по МПК A01G7/00 

Описание патента на изобретение RU2233577C1

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, фитотронах, биотехнических системах жизнеобеспечения человека в научных исследованиях в области физиологии, а также в научных исследованиях для изучения потенциальных возможностей растений.

Известен способ регулирования факторов внешней среды для оптимизации фотосинтеза растений (А.с. СССР №535921, кл. А 01 G 7/00, 1975), где управление факторами внешней среды производится в зависимости от уровня фотосинтеза, определяемого по газовому составу атмосферы ассимиляционной камеры с растениями. Однако такой способ оптимизации фотосинтеза связан со значительными энергетическими затратами на поддержание факторов внешней среды на высоком уровне.

Наиболее близким по технической сущности и достижимому положительному эффекту и принятый автором в качестве прототипа является способ оптимизации факторов внешней среды при выращивании растений (А.с. СССР №456595, МКИ А 01 G 7/00, 1975), включающий их автоматическое регулирование в соответствии с потребностями растений, для чего факторы внешней среды непрерывно изменяют в соответствии с изменяющейся во времени максимальной точкой критерия оптимальности фотосинтетической продуктивности растений в n-мерном пространстве регулируемых факторов. В этом способе используется информация о состоянии объекта только по его фотосинтетической продуктивности. Однако известно, что интенсивность фотосинтеза и уровень концентрации фотосинтезирующих пигментов (хлорофилла, каротиноидов и др.) находятся в прямо пропорциональной зависимости, т.е. с понижением концентрации пигментов снижается интенсивность фотосинтеза и наоборот (Рабинович Е. Фотосинтез. - М.: ИЛ, 1959). Известно также, что для поддержания интенсивности фотосинтеза на относительно высоком уровне необходимы относительно высокие уровни факторов внешней среды. Так, например, для большинства сортов огурцов, томатов, перца, пшеницы, подсолнечника и других сельскохозяйственных культур оптимальные уровни температуры, освещенности, концентрации СО2 находятся соответственно в пределах 30...40°С, 20000...80000 лк, 0,3...1,5%. Но такие относительно высокие уровни температуры, освещенности, концентрации СO2 оказывают угнетающее действие на процесс накопления фотосинтезирующих пигментов, более того, высокие уровни факторов внешней среды обитания растений способствуют быстрому выведению из листьев хлорофилла, каротиноидов и других фотосинтезирующих пигментов (1. Акимова Т.В. и др. Влияние температуры и освещенности на содержание пигментов в листьях огурцов. - В кн.: Экологофизиологические механизмы устойчивости растений к действию экстремальных температур. - Петрозаводск, 1978, с.74...80. 2. Проблемы биосинтеза хлорофилла / Под ред. Шлыка А.А. - Минск: Наука и техника, 1971, 252 с. 3. Гапоненко В.И. Влияние внешних факторов на метаболизм хлорофилла. - Минск: Наука и техника, 1976, 240 с. 4. Калер В.Л. Авторегуляция образования хлорофилла в высших растениях. - Минск: Наука и техника, 1976, 192 с. 5. Рабинович Е. Фотосинтез. - М.: ИЛ, 1959, 715 с. 6. Лебедев С.И. и др. Изменение структуры и функции хлоропластов сельскохозяйственных растений при различных условиях прорастания. - В кн.: Хлоропласты и митохондрии. - М.: Наука, 1969, с.164...172).

Следовательно, если факторы внешней среды поддерживать на относительно высоком уровне для высокоинтенсивного фотосинтеза (как это предлагается в известном способе А.с. №456595), то это неизбежно приведет к снижению концентрации фотосинтезирующих пигментов. Снижение концентрации пигментов, естественно, приведет к снижению интенсивности фотосинтеза при относительно высоких уровнях внешней среды (Рабинович Е. Фотосинтез. - М.: ИЛ, 1959, 715 с.). Поэтому для повышения интенсивности фотосинтеза до оптимальных величин необходимо увеличивать уровень освещенности, температуры, СО2. Это значит, что фотосинтез растений осуществляется с очень низким энергетическим коэффициентом полезного действия, что ведет к неоправданно большому расходу тепловой, электрической энергии.

Целью настоящего изобретения является интенсификация процесса фотосинтеза и экономия энергии.

Цель изобретения достигается тем, что способ регулирования факторов внешней среды при выращивании растений включает их автоматическое изменение в зависимости от фотосинтетической продуктивности растений, при этом изменение факторов внешней среды осуществляют дополнительно в зависимости от накопления основных фотосинтезирующих пигментов, при этом при достижении максимума в дневном ходе фотосинтеза уровни факторов внешней среды изменяют до оптимальных величин из условия обеспечения наибольшего накопления основных фотосинтезирующих пигментов, после чего уровни факторов внешней среды изменяют из условия обеспечения максимальной фотосинтетической продуктивности растений.

Сущность предлагаемого способа поясняется функциональной схемой, приведенной на фиг.1 и графической иллюстрацией, приведенной на фиг.2.

Функциональная схема (фиг.1) содержит:

1 - объект регулирования (ассимиляционная камера с растениями);

2 - датчик состояния объекта регулирования по фотосинтезу;

3 - датчик состояния объекта регулирования по хлорофиллу;

4 - датчики уровней факторов внешней среды;

5 - многоканальный блок управления;

6 - исполнительные механизмы.

На фиг.2 изображены:

а) - изменение уровней факторов внешней среды;

б) - изменение концентрации основных фотосинтезирующих пигментов (хлорофилла) во времени в соответствии с изменяющимися уровнями факторов внешней среды;

в) - изменение интенсивности фотосинтеза как результат воздействия на растения разными по уровню факторами внешней среды.

При этом приняты следующие обозначения:

M1 и М2 - значение уровней факторов внешней среды;

Т1 - время действия уровней факторов внешней среды со значениями M1;

Т2 - время действия уровней факторов внешней среды со значениями М2;

С1 - наибольшая концентрация фотосинтезирующих пигментов, полученная в результате воздействия на растения уровней факторов внешней среды со значениями M1;

С2 - концентрация фотосинтезирующих пигментов, оставшаяся в растении в результате воздействия уровнями факторов внешней среды со значениями М2 за время Т2;

Ф1 - наименьшая интенсивность фотосинтеза при воздействии на растения уровнями факторов внешней среды со значениями M1;

Ф2 - наибольшая интенсивность фотосинтеза, которое растение развивает при значениях М2 уровней факторов внешней среды за время Т2, после повышения концентрации фотосинтезирующих пигментов до значения С1.

Штриховые линии на фиг.2 показывают возможное изменение концентрации фотосинтезирующих пигментов (б) и интенсивности фотосинтеза (в), если бы значения М2 уровней факторов внешней среды (а) не изменяли до значения M1 после достижения фотосинтезом значения Ф2.

Суточному ходу интенсивности фотосинтеза свойственна значительная неравномерность - периоды подъема сменяются периодами спада. По предлагаемому способу регулирования уровней факторов внешней среды в период спада фотосинтеза в объекте 1 (фиг.1) создаются условия для наибольшего накопления фотосинтезирующих пигментов. Значения уровней факторов внешней среды, при которых в растении образуется наибольшая концентрация фотосинтезирующих пигментов, принимают за M1, а время, за которое концентрация фотосинтезирующих пигментов достигает наибольшего значения, - Т1 (фиг.2, б).

Создав в растении за время Т1 наибольшую концентрацию фотосинтезирующих пигментов С1, т.е. этим приемом увеличивают потенциальную возможность растений повысить интенсивности фотосинтеза, с помощью блока управления 5 и исполнительных механизмов 6 изменяют уровни факторов внешней среды до оптимальных значений М2 для обеспечения максимальной интенсивности фотосинтеза Ф2.

Контроль уровней факторов внешней среды производится датчиками 4, интенсивность фотосинтеза - датчиком 2, концентрация окрашенных пигментов - датчиком 3. После достижения интенсивности фотосинтеза максимального значения Ф2, определяемого датчиком 2 и блоком управления 5, производится изменение уровней факторов внешней среды блоком управления 5 с помощью исполнительных механизмов 6 до значений M1, которые обеспечивают наибольшее накопление фотосинтезирующих пигментов. После наибольшего накопления фотосинтезирующих пигментов, определяемого датчиком 3 и блоком управления 5, производится изменение уровней факторов внешней среды блоком управления 5 с помощью исполнительных механизмов 6 до значений М2, которые обеспечивают максимальный фотосинтез на фоне высокой концентрации пигментов. Безусловно, что эти уровни М2 гораздо ниже, чем те, которые обеспечивали бы тот же уровень интенсивности фотосинтеза, но на фоне низкой концентрации пигментов (А.с. №456595). А это значит, что интенсивный фотосинтез обеспечивается в предлагаемом способе меньшими энергетическими затратами. Затем процесс регулирования уровней факторов внешней среды периодически с интервалами Т1 и Т2 повторяется.

В отличие от прототипа после достижения максимума фотосинтеза изменяют уровни факторов внешней среды для создания условий, при которых происходит наибольшее накопление фотосинтезирующих пигментов, а после того как в растении произошло наибольшее накопление фотосинтезирующих пигментов, уровни n факторов внешней среды изменяют до величин, обеспечивающих максимальную интенсивность фотосинтеза с одновременной экономией энергии, т.к. в этом случае максимальный фотосинтез обеспечивается меньшими энергетическими затратами из-за наличия в растении сильно развитой фотосинтетической системы.

Предлагаемый способ был испытан в лабораторных условиях в климатической камере типа КТДК 1250 производства Германии. Лабораторные испытания показали высокую эффективность и перспективность данного способа. Растения опытного варианта выгодно отличались качеством и темпами развития по сравнению с растениями в контрольном варианте. При этом экономия электроэнергии составила 40%.

Похожие патенты RU2233577C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ В ТЕПЛИЦЕ 2008
  • Изаков Феликс Яковлевич
  • Попова Светлана Александровна
  • Антонов Дмитрий Николаевич
  • Антонов Игорь Николаевич
RU2400968C2
Способ регулирования уровня облученности растений 1980
  • Молчанов Анатолий Георгиевич
SU1034653A1
Способ оценки селекционного материала гороха посевного на интенсивность фотосинтеза листьев 2016
  • Амелин Александр Васильевич
  • Чекалин Евгений Иванович
  • Кондыкова Наталия Николаевна
RU2626586C1
СПОСОБ И УСТАНОВКА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ 1994
RU2126053C1
ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧИСТОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА ЛИСТЬЕВ СМОРОДИНЫ ЧЕРНОЙ 2010
  • Будаговская Ольга Николаевна
  • Будаговский Андрей Валентинович
  • Жидёхина Татьяна Владимировна
  • Родюкова Ольга Сергеевна
RU2448454C2
СПОСОБ ФЛУОРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФОТОСИНТЕЗА ФОТОАВТОТРОФНЫХ ОРГАНИЗМОВ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА 2006
  • Рубин Андрей Борисович
  • Погосян Сергей Иосифович
  • Маторин Дмитрий Николаевич
  • Казимирко Юрий Валерьевич
  • Ризниченко Галина Юрьевна
RU2354958C2
Способ повышения продуктивности и качества салатных культур 2020
  • Зеленков Валерий Николаевич
  • Осман Али Джамиль
  • Елисеева Людмила Геннадьевна
  • Латушкин Вячеслав Васильевич
  • Лапин Анатолий Андреевич
  • Барышок Виктор Петрович
  • Иванова Мария Ивановна
  • Разин Анатолий Федорович
RU2741107C1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ РАСТЕНИЙ EX VITRO И IN VITRO 2018
  • Будаговская Ольга Николаевна
  • Будаговский Андрей Валентинович
RU2688464C1
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ КЛУБНЕОБРАЗОВАНИЯ И ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ГИДРОПОНИКИ 2017
  • Головацкая Ирина Феоктистовна
  • Ефимова Марина Васильевна
  • Кузнецов Владимир Васильевич
  • Хрипач Владимир Александрович
  • Бойко Екатерина Владимировна
  • Малофий Марина Константиновна
  • Плюснин Иван Николаевич
  • Коломейчук Лилия Викторовна
  • Видершпан Алена Николаевна
  • Мурган Ольга Константиновна
  • Медведева Юлия Валерьевна
  • Большакова Марина Александровна
  • Дорофеев Вячеслав Юрьевич
  • Лаптев Николай Иннокентьевич
RU2660918C1
Способ активации проращивания семян редиса при импульсном освещении 2020
  • Зеленков Валерий Николаевич
  • Латушкин Вячеслав Васильевич
  • Иванова Мария Ивановна
  • Гаврилов Сергей Викторович
  • Верник Петр Аркадьевич
RU2735025C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 233 577 C1

Реферат патента 2004 года СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ РАСТЕНИЙ

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, фитотронах, биотехнических системах жизнеобеспечения человека в научных исследованиях в области физиологии, а также в научных исследованиях для изучения потенциальных возможностей растений. Способ включает автоматическое изменение факторов окружающей среды в зависимости от фотосинтетической продуктивности растений и от накопления основных фотосинтезирующих пигментов. При достижении максимума в дневном ходе фотосинтеза уровни факторов внешней среды изменяют до оптимальных величин из условия обеспечения наибольшего накопления основных фотосинтезирующих пигментов. После этого уровни факторов внешней среды изменяют из условия обеспечения максимальной фотосинтетической продуктивности растений. Способ позволяет повысить интенсивность процесса фотосинтеза и экономию энергии. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 233 577 C1

Способ регулирования факторов внешней среды при выращивании растений, включающий их автоматическое изменение в зависимости от фотосинтетической продуктивности растений, отличающийся тем, что изменение факторов внешней среды осуществляют дополнительно в зависимости от накопления основных фотосинтезирующих пигментов, при этом при достижении максимума в дневном ходе фотосинтеза уровни факторов внешней среды изменяют до оптимальных величин из условия обеспечения наибольшего накопления основных фотосинтезирующих пигментов, после чего уровни факторов внешней среды изменяют из условия обеспечения максимальной фотосинтетической продуктивности растений.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2233577C1

Способ оптимизации факторов внешней среды при выращивании растений 1972
  • Корбут Вадим Леонидович
  • Малиновский Андрей Владимирович
SU456595A1
Система регулирования факторов внешней среды для оптимизации фотосинтеза растений 1975
  • Малиновский Андрей Владимирович
  • Корбут Вадим Леонидович
SU535921A1
Способ регулирования факторов внешней среды при выращивании растений и устройство для осуществления способа 1979
  • Дорошек Александр Станиславович
  • Рыбин Игорь Алексеевич
SU886835A1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СРЕДУ ИЛИ ОБЪЕКТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1993
  • Никитин Петр Иванович
  • Белоглазов Анатолий Анатольевич
RU2021590C1
Система оптимизации факторов среды при выращивании растений 1978
  • Норкин Кемер Борисович
  • Суслова Ольга Борисовна
  • Тиме Игорь Викторович
  • Беркович Юлий Александрович
  • Корбут Вадим Леонидович
SU703064A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА РАСТЕНИЙ В КУЛЬТИВАЦИОННОМ СООРУЖЕНИИ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1991
  • Липов Ю.Н.
  • Яценко В.И.
  • Свириденко Ю.Ф.
  • Сысоев Е.С.
  • Галкин М.А.
RU2030855C1
US 3930335, 06.01.1976.

RU 2 233 577 C1

Авторы

Молчанов А.Г.

Даты

2004-08-10Публикация

2003-04-14Подача