ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ УКРЫВНОЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2005 года по МПК C09K11/08 A01G9/20 A01G13/02 

Изобретение относится к пленочным материалам, которые применяются в качестве укрывных материалов в растениеводстве при выращивании растений в защищенном фунте.

Уровень техники

Известно, что листья растений поглощают свет различных спектральных диапазонов, который выполняет субстратную (синтез веществ) и регулятивную (морфогенез) функции. Под действием света происходят различные фотобиохимические реакции. Спектральные диапазоны света имеют следующие физиологические значения:

- 280-320 мм: оказывает вредное воздействие;

- 320-400 нм (УФ): регуляторная роль, необходимо несколько процентов;

- 400-500 нм (“синий”): необходим для фотосинтеза и регуляции;

- 500-600 нм (“зеленый”): полезен для фотосинтеза оптически плотных листьев, листьев нижних ярусов, густых посевов растений благодаря высокой проникающей способности;

- 600-700 нм (“красный”): ярко выраженное действие на фотосинтез, развитие и регуляцию процессов;

- 700-750 нм (“дальний красный”): ярко выраженное регуляторное действие, достаточно несколько процентов в общем спектре;

- 1200-2000 нм (ИК): поглощается внутри- и межклеточной водой, увеличивает скорость тепловых биохимических реакций.

Соотношение лучей синего, зеленого и красного диапазонов в “эталонном” свете С:3:К=15-20:20-40:40-65.

Соотношение ИК-лучей и фотосинтатически активной радиации (ФАР) - 50-85% в зависимости от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы [1].

Парниковые пленки и укрывные материалы существенно изменяют спектральный состав света в ультрафиолетовом (УФ), видимом (ФАР) и инфракрасном (ИК) диапазонах, так как сами материалы и вводимые в них различные добавки (УФ-абсорберы, УФ-стабилизаторы, антифоги, ИК-абсорберы и др.) поглощают и рассеивают свет [2], особенно сильно свет УФ, синего и ИК диапазонов.

В известных пленках и покрытиях для парников, содержащих люминофоры синего и красного, а также дальнего красного диапазонов свечения [3, 4], происходит преобразование и усиление только синего и красного света, причем красный свет усиливается, в том числе за счет поглощения и ослабления зеленого света.

Недостатками этих материалов являются:

- отсутствие люминесценции в зеленой (500-600 нм) области спектра;

- изменение соотношения спектральных потоков, что может приводить к снижению урожая, а при сильном солнечном свете - к гибели листьев растений, так как известно, что при повышении интенсивности света в области ФАР действие синих лучей продолжает быть эффективным, а действие красных становится вредным [1];

- экранирование солнечной радиации в области молекулярного поглощения воды в клетках растений 1,2-2,0 мкм.

Известны полимерная пленка и полимерная композиция для изготовления сельскохозяйственных пленок, содержащие пигменты и люминофоры синего и красного свечения, в которых для ослабления интенсивного светового потока (затенения) используются светорассеивающие добавки (например, диоксид титана, карбонат кальция, порошки металлов - алюминий, медь, слюда и т.д.) [5, 6]. Недостатком этих материалов является высокое содержание пигмента (0.05-2%) и добавок (0.5-1.0%), следствием чего является большое поглощение, отражение и рассеивание света, из-за чего люминофоры внутри материала не получают достаточно света для люминесценции.

В то же время даже однократное отражение солнечного луча в плоскости парникового покрытия приводит к увеличению вероятности поглощения и переизлучения квантов луча люминофорами в материале.

В известном парниковом покрытии [4] предложены к использованию в материале покрытия органические и неорганические светорассеивающие добавки, увеличивающие путь преломленных лучей света внутри материала. Это приводит к тому, что повышается вероятность кванта света быть поглощенным соответствующим люминофором. При этом повышается общий выход люминесценции. Для того чтобы переизлученный люминофором фотон не был поглощен добавками или материалом покрытия, предложена микроперфорация покрытия, образующая поры, которые названы “истинными световодами”, выводящими фотон из материала внутрь покрытия.

Недостатками этого предложения являются следующие:

- не предусмотрено использование светоотражающих добавок (например, алюминия, меди, слюды и др.);

- слишком велик диаметр отверстий микроперфорации (0,01-1,0 мм), что приводит к излишнему воздухообмену и как следствие к потере тепла в холодные дни; кроме того, в дождь повышается вероятность проливания холодных капель на созревающие плоды, что приводит к их заболеваниям и порче;

- слишком велико расстояние между отверстиями (2-20 мм), что повышает вероятность поглощения в материале световых лучей и переизлученных фотонов.

Сущность изобретения

Целью предлагаемого изобретения является люминесцентный материал:

а) с расширенным набором диапазонов люминесценции, обеспечивающий сбалансированный свето-тепловой режим выращивания растений;

б) с содержанием светорассеивающих и светоотражающих добавок в концентрации, достаточной для предотвращения перегрева растений и в то же время увеличивающей люминесценцию люминофоров;

в) с диаметром отверстий микроперфорации менее 0,01 мм, расстоянием между отверстиями менее 2 мм, улучшенной формой отверстий для направления световых потоков, выходящих из материала.

Сущность изобретения заключается в том, что:

1. Известный люминесцентный материал с люминесценцией в диапазонах 400-500 нм, 600-700 нм и 700-750 нм дополняют люминофорами с люминесценцией в диапазонах 500-600 нм и 1200-2000 нм, тем самым обеспечивают нормальный сбалансированный спектральный состав свата под покрытием для фотоморфологической регуляции процессов роста и развития растений.

2. Соотношение интенсивности люминесценции материала в диапазонах синий : желтый : красный=2-3:2-4:4-5, а соотношение интенсивности люминесценции материала в диапазонах ИК:ФАР=1:1,15-2,0, тем самым обеспечивают субстратное световое питание растений для повышения эффективности фотосинтеза, увеличения продуктивности растений, сокращения сроков созревания, повышения качества продукции.

Примеры осуществления изобретения

Полиэтиленовые парниковые пленки толщиной 120 мкм изготавливали методом экструзии из гранулированного полиэтилена и суперконцентрата пигментов люминофоров следующего состава

Марка люминофора в пигментеСпектральный диапазонИзлучение λ, нмCascade Blue, Аminoсоumarinсиний423, 445Флуоресцеин, Lucifer yellow, Родамин 6Жжелто-зеленый519, 528, 576Allophycocyanin (APС)красный660Alexa Fluor 750дальний красный750МО-комплекс эрбий-диспрозийинфра-красный1600-1900

Измерение интенсивности люминесценции образцов пленок в спектральных диапазонах проводили на спектрофотометре ЛОМО СФ-56А с инфракрасной приставкой ИКС-40 и источником излучения с набором фильтров, моделирующих дневной солнечный свет.

Парниковые пленки, образцы которых показали заявленные параметры сбалансированного свето-теплового потока, были испытаны на парниках с помидорами и огурцами. Контрольные парники были укрыты полиэтиленовой пленкой без добавок и пленкой со светоотражающими добавками.

Эффективность пленок с заявленными параметрами определялась относительно пленки без добавок и пленки со светоотражающими добавками. Во всех опытах растения под пленками с заявленными параметрами показали ускорение роста и развития, более раннее созревание, увеличение урожайности, снижение заболеваемости и поражения фитофторой, улучшение вкуса и усиление запаха, улучшение товарного вида и сроков сохранности после снятия урожая.

Литература

1. Тихомиров А.А., Шарупич В.П., Лисовский Г.М. Светокультура растений. Изд. СО РАН, Новосибирск, 2000 г.

2. Суперконцентраты для сельскохозяйственных пленок. Полимерные материалы, №12/2002, №1/2003.

3. Патент RU 2125063 С1.

4. Патент US 4952443.

5. ГОСТ 10354-82. М.: Стандарт, 1988.

6. Патент RU 2053247 С1.

Изобретение предназначено для сельского хозяйства и растениеводства и может быть использовано при выращивании растений в защищенном грунте. Люминесцентный укрывной материал содержит люминофоры с люминесценцией в спектральных диапазонах 400-500 нм, 500-600 нм, 600-750 нм и 1200-2000 нм. Соотношение интенсивности люминесценции в диапазонах синий : желто-зеленый : красный =(2-3):(2-4):(4-5), в диапазонах ИК:ФАР=1:(1,15-2). Материал имеет толщину 120 мкм и изготовлен методом экструзии из гранулированного полиэтилена и смеси указанных люминофоров. Изобретение обеспечивает ускорение роста и развития растений, более раннее созревание, увеличение урожайности, снижение заболеваемости и поражения фитофторой, улучшение вкуса, усиление запаха, улучшение товарного вида и сроков сохранности после снятия урожая. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Люминесцентный укрывной материал, содержащий люминофоры с люминесценцией в спектральных диапазонах 400-500 нм и 600-750 нм, отличающийся тем, что содержит люминофоры с люминесценцией в диапазоне 500-600 нм и 1200-2000 нм.2. Материал по п.1, отличающийся тем, что соотношение интенсивности люминесценции в диапазонах синий : желто-зеленый : красный=(2-3):(2-4):(4-5).3. Материал по п.1, отличающийся тем, что соотношение интенсивности люминесценции в диапазонах ИК:ФАР=1:(1,15-2).