СПОСОБ СВЕТОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ РАСТЕНИЙ Российский патент 2005 года по МПК A01G7/04 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам светоимпульсной обработки вегетирующих растений.

Известен способ светоимпульсной обработки вегетирующих растений (Повышение урожайности концентрированным светом. Под ред. А.А.Шахова. - М.: Колос, - 1972), включающий воздействие импульсным световым потоком, формируемым концентраторами солнечного света. Импульсный концентрированный солнечный свет получают путем фокусирования потока солнечного излучения зеркальными концентраторами. Импульсность облучения достигается вращением концентратора вокруг горизонтальной оси. Время облучения определяется видом биологического объекта, концентрированностью света, длительностью импульсов света и интервалов между ними, энергией импульсов. Недостатками способа являются зависимость от погодных условий, громоздкость установки и сложность использования в полевых условиях, низкая производительность, возможность перегрева растений.

Известен другой способ светоимпульсной обработки растений (по пат. RU 2071232, А 01 В 79/00, А 01 G 7/00, А 01 G 25/00, А 01 G 7/04, опубл. 10.01.97. «Способ обработки почвы и растений»), выбранный в качестве прототипа, как наиболее близкий по количеству сходных признаков и решаемой задаче. Данный способ в применении к обработке растений в период цветения и завязи плодов включает в себя последовательное воздействие на растение импульсным световым потоком путем сканирования сконцентрированного посредством линзы или отражателя солнечного излучения на растение. При этом задают общую дозу облучения в пределах комфортно необходимой энергетики для данного вида растений в данный период онтогенеза. Определяют разность величин между заданной плотностью потока облучения и естественного солнечного излучения и при положительной величине данной разности осуществляют воздействие на растения потоком сконцентрированного солнечного излучения до ее компенсации. Аналогичным способом осуществляют также обработку почвы перед посевом и растений в период всей их вегетации. Данный способ обработки позволяет оптимизировать бактериальную активность и интенсифицировать процесс фотосинтеза. Недостатком способа является его зависимость от погодных условий.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение эффективности обработки за счет сокращения длительности процесса и возможности применения ее при любых погодных условиях в любое время суток.

Указанный технический результат достигается за счет того, что по сравнению с известным способом светоимпульсной обработки растений, включающим последовательное воздействие на растение импульсным световым потоком в период цветения и завязи плодов, импульсный световой поток формируют электрическими разрядами в искровых разрядниках, инициируемыми скользящим разрядом. Длительность светового импульса составляет десятки микросекунд и зависит от параметров источника импульсного энергопитания, а также количества разрядников. Разряд осуществляется в воздухе при атмосферном давлении. К электродам разрядного промежутка подводится импульсное напряжение от емкостного накопителя энергии. Электрические разряды в атмосфере воздуха сопровождаются световым импульсным излучением со спектром, соответствующим солнечному излучению в августе месяце.

В основу теории, описывающей влияние света на растения, положен фотосинтез и другие фотобиологические процессы растений, которые избирательны к излучениям различных длин волн.

Общая направленность авторегуляционных и адаптационных процессов растений устремлена к наиболее полному использованию в существующих условиях среды приходящей к ним фотосинтезной энергии излучения. Известно, что фитохромная система позволяет растению реагировать на качество, интенсивность и продолжительность освещения изменением ростовых и формообразовательных процессов, и поэтому играет огромную приспособительную роль, синхронизируя рост растений, цветение, клубнеобразование, переход почек в состояние покоя и многие другие процессы в жизни растений с суточными и сезонными изменениями спектра солнечного света.

Особенностями светоимпульсного облучения являются импульсность, большая плотность энергии импульса и широта спектрального диапазона светового излучения. Это обеспечивает высокую плотность возбужденных состояний фотоактивных молекул.

Обработку растений проводят на расстоянии 0,3-0,8 м от разрядников, закрепленных над растениями или сбоку между рядами. Облучение растений проводят периодической последовательностью одиночных импульсов. Задают от двух до восьми импульсов на одну обработку в зависимости от вида растения и стадии его развития. В период цветения и завязи плодов обработку повторяют с периодичностью в 5-9 дней.

При использовании десяти разрядников, установленных равномерно и излучающих одновременно, световой поток от одного разрядного промежутка на расстоянии 0,5 м составляет 20 кВт.

Формирование импульсного светового потока электрическими разрядами позволяет обрабатывать растения при любых погодных условиях и в любое время суток.

Применение разрядов микросекундного диапазона приводит к увеличению мощности импульсного светового потока, что обеспечивает высокую плотность возбужденных состояний фотоактивных молекул, интенсификацию фотосинтеза и повышение урожайности культур, что обеспечивает эффективность способа.

Осуществление разрядов в искровых разрядниках в атмосфере воздуха приводит к повышению эффективности способа за счет повышения надежности установки в результате применения искровых разрядников. Электрические разряды в атмосфере воздуха сопровождаются световым излучением в широком спектральном диапазоне длин волн (от инфракрасного до ультрафиолетового), что приближает растения к условиям естественного развития при солнечном освещении, а выделяемый в процессе открытого электрического разряда озон оказывает обеззараживающее действие на окружающее пространство.

Размещение разрядников на расстоянии 0,3-0,8 метра исключает ожог растений и приводит к максимальному использованию энергии разряда для обработки растений, что повышает эффективность обработки.

Выбор периодичности в 5-9 дней с кратностью от 2-8 импульсов за обработку позволяет сократить длительность процесса, охватить обработкой всю заданную фазу онтогенеза растений, применять способ в условиях производства, не нарушая установленного технологического процесса.

Равномерность размещения разрядников в пространстве обеспечивает условия однородного облучения заданной площади обрабатываемых растений.

Выбор мощности светового потока в 20 кВт для выбранного расстояния от разрядника до растений 0,5 м обеспечивает оптимальную дозу воздействия на растение.

Влияние мощного светоимпульсного облучения растений неоднократно проверялось путем сравнения растений, подверженных различным режимам воздействия световых импульсов, с контрольными образцами (не подверженных какому-либо воздействию) в нескольких тепличных хозяйствах.

Далее приводим пример конкретной реализации способа светоимпульсной обработки растений.

Обработка растений, в частности огурцов, осуществлялась сериями световых импульсов с суммарной энергией электрического разряда, распределенного в десяти промежутках, равной 4 кДж. Световой источник представлял собой искровой излучатель, инициируемый скользящим вдоль диэлектрической подложки разрядом с пятью и десятью искровыми промежутками, равномерно распределенными в пространстве с интервалом через 1 метр. Излучатели монтировались на диэлектрической подложке, которая устанавливалась на расстоянии 0,5 метра от обрабатываемых растений. Облучение растений проводилось сериями импульсов в начальной стадии цветения растений с перерывом 5-9 дней между обработками. Количество обработок выбиралось от одной до трех. Количество световых воздействий на растения в одной серии обработки составляет 2-5 импульсов.

Результаты экспериментальных данных по обработке огурцов в период цветения и завязи плодов в различных хозяйствах за период 1998-2000 гг. приведены в таблице.

ТаблицаМесто проведения опытаРежим обработкиКультураРезультат сбора урожая, кгРезультат сбора урожая, % относительно контроляОпытные образцыКонтроль123456Теплица №1 (1998-1999г.)10-искровой излучатель. Три обработки: (2+4+4) импульсаОгурцы «Веренда»36,323,5154Теплица №2 (2000 г.)5-искровой излучатель. Две обработки: (4+4) импульсаОгурцы «Эстафета»2140,01850,0116Теплица
№2 (2000 г.)10-искровой излучатель. Три обработки: (2+4+4) импульсаОгурцы «Эстафета»2288,01818,5126Теплица №2 (2001 г.)10-искровой излучатель. Одна обработка: 4 импульсаОгурцы «Эстафета»2992,02662,011210-искровой излучатель. Две обработки: (4+4) импульса3132,02662,011810-искровой излучатель. Три обработки: (4+4+4) импульса2903,02662,0109

Как видно из таблицы, световая обработка огурцов приводила к повышению урожайности в зависимости от дозы и периодичности облучения. Так, при одной обработке с суммарной энергией электрических разрядов 16 кДж урожайность огурцов по сравнению с контролем увеличилась на 12%. Прибавка урожайности при двойной обработке (с энергией 16+16 кДж) составила от 16 до 18%. Тройная обработка позволила в различные годы увеличить урожайность огурцов на 54% по сравнению с контролем.

Предполагается также и обеззараживающее воздействие на вегетирующие культуры ультрафиолетового излучения и озона, сопровождающих электрический разряд в воздухе. Так, проведенный в 1998 году опыт по облучению вегетирующих растений огурцов в теплице с пленочным покрытием выявил устойчивость обработанных растений к антракнозу.

Отличительной особенностью заявляемого способа является светоимпульсное воздействие на обрабатываемые растения в сериях мощных электрических разрядов, осуществляемых в воздухе при атмосферном давлении. При инициировании воздушного разрядного промежутка и последующем вводе в него электрической энергии генерируется световой импульс в широком спектральном диапазоне длин волн, включая видимый свет. При запасенной электрической энергии, равной 4 кДж, мощность электрических разрядов достигает 150 МВт. Импульсная мощность светового потока одного из десяти разрядных промежутков в месте расположения обрабатываемых растений достигает 20 кВт. Суммарная площадь одновременно обрабатываемых растений занимает около 10 м².

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к обработке вегетирующих растений. В период цветения и завязи плодов на растение воздействуют импульсным световым потоком. Световой поток формируют искровыми разрядниками, размещенными равномерно в пространстве на расстоянии 0,5 м от растений. Мощность светового потока от одного разрядника составляет 20 кВт. Кратность воздействий составляет от 2-8 импульсов за одну обработку с периодичностью 5-9 дней. Это обеспечивает повышение эффективности способа за счет возможности применения его при любых погодных условиях в любое время суток. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ светоимпульсной обработки растений, включающий последовательное воздействие на растение импульсным световым потоком в период цветения и завязи плодов, отличающийся тем, что импульсный световой поток формируют электрическими разрядами микросекундного диапазона длительности, осуществляемыми в атмосфере воздуха искровыми разрядниками, которые устанавливают на расстоянии 0,3-0,8 м от растений, причем количество воздействий составляет от двух до восьми импульсов за одну обработку с периодичностью в 5-9 дней.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разрядники равномерно размещают в пространстве, при этом плотность светового потока одного излучателя на расстоянии 0,5 м составляет 20 кВт.