СПОСОБ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОСТОЯННОГО ЗНАЧЕНИЯ ДНЕВНОГО ИНТЕГРАЛА СВЕТА ПРИ ОСВЕЩЕНИИ РАСТЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ИХ ВЫРАЩИВАНИЯ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ФЕРМАХ Российский патент 2023 года по МПК A01G7/04 A01G9/26 F21S4/20 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, светотехнике, агрофотонике и может быть использовано в овощеводстве для электрического досвечивания растений в процессе их выращивания.

Известен и наиболее близок к предлагаемому изобретению способ освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающий поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, характеризующийся тем, что величина поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа поддерживается постоянной за счет обеспечения постоянного контроля расстояния от фитооблучателя до верхних листьев растений и регулирования значения поверхностной плотности фотосинтетического потока с учетом изменения данного расстояния в процессе роста, при этом регулирование уровня поверхностной плотности фотосинтетического потока в процессе роста растений осуществляется путем передачи информации о расстоянии от фитооблучателя до верхних листьев с датчиков определения расстояния в блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения, где происходит определение фотосинтетического потока фотонов облучателя в соответствии с заданной, предварительно полученной зависимостью данного потока от измеренного расстояния, далее блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на регулируемый драйвер питания фитооблучателей, где посредством уменьшения величины электрического тока, протекающего через светодиоды фитооблучателя, уменьшается значение фотосинтетического потока фотонов и обеспечивается постоянное значение поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа [патент RU 2764546, МПК A01G 7/04, 2006.01; A01G 9/20, 2006.01; A01G 9/26, 2006.01, опубл. 18.01.2022 Бюл. №2].

Указанный способ имеет следующие недостатки:

1. Сложная и дорогая система, обеспечивающая данный способ, за счет необходимого датчика для определения расстояния от фитооблучателя до поверхности листьев растений и регулятора фотосинтетического фотонного потока облучателя, требующие дополнительных капитальных затрат.

2. Стабилизация плотности фотосинтетического фотонного потока приводит к повышенным нитратам и уменьшению витамина С в конечном продукте, т.е. ухудшению качества продукции. Увеличение плотности фотосинтетического фотонного потока способствует уменьшению нитратов и увеличению витамина С (Liu, K.; Gao, M.; Jiang, Н.; Ou, S.; Li, X.; He, R.; Li, Y.; Liu, H. Light Intensity and Photoperiod Affect Growth and Nutritional Quality of Brassica Microgreens. Molecules 2022, 27, 883. https://doi.org/10.3390/molecules27030883).

Задачей настоящего изобретения является освещение растений в вертикальных фермах, обеспечивающее равный дневной интеграл света при растущей плотности фотосинтетического фотонного потока света на уровне верхних листьев растений в процессе их выращивания за счет уменьшения фотопериода (времени работы) систем освещения.

Решение поставленной задачи позволяет снизить потребляемую электроэнергию, снизить нитраты и повысить витамин С в растениях.

Поставленная задача решается выполнением способа, обеспечивающим поддержание постоянного значения дневного интеграла света при росте растений в процессе их выращивания, включающим измерение через заданный интервал времени высоты растений в процессе их выращивания и на ее основе вычисление расстояния между фитооблучателем и уровнем верхних листьев растений, определение величины плотности фотосинтетического фотонного потока на уровне верхних листьев растений по предварительно построенной функциональной зависимости величины плотности фотосинтетического фотонного потока от расстояния между фитооблучателем и уровнем верхних листьев растений, вычисление в относительных единицах коэффициента избыточности плотности фотосинтетического фотонного потока и на его основе вычисление в абсолютных единицах величины следующего фотопериода для облучения растений в процессе выращивания, включение фитооблучателя в новом интервале времени на величину вычисленного фотопериода для выравнивания дневного интеграла света.

Способ иллюстрируется на фиг. 1, где показан принцип действия освещения растений.

Дневной интеграл света DLI (моль⋅м^-2⋅день^-1) для освещения растений определяется по выражению:

где PPFD- плотность фотосинтетического фотонного потока, мкмоль⋅м^-2⋅с^-1; Т - фотопериод (время работы системы освещения в течение суток), часы⋅день^-1.

Из выражения (1) видно, что равный дневной интеграл света при растущей плотности фотосинтетического фотонного потока света на уровне верхних листьев растений в процессе их выращивания может быть обеспечен за счет уменьшения фотопериода (времени работы) систем освещения.

Вычисление расстояния между фитооблучателем и уровнем верхних листьев растений в i-й период определяется по выражению:

где h_б - базовое расстояние (расстояния между фитооблучателем и уровнем верхней границы лотков для растений), см; h_p - высота растений в процессе их выращивания, см.

Зная расстояние между фитооблучателем и уровнем верхних листьев растений, в i-й период определяют величину плотности фотосинтетического фотонного потока PPFD_i (мкмоль⋅м^-2⋅с^-1) по функциональной зависимости, полученной до начала выращивания растений, и в общем виде описывающейся выражением:

где a, b - постоянные, зависящие от марки и длины световой волны светодиодов, применяемых в фитооблучателе.

Вычисление в относительных единицах коэффициента избыточности плотности фотосинтетического фотонного потока K_PPFD определяется по выражению:

где PPFD_б- базовая величина плотности фотосинтетического фотонного потока, мкмоль⋅м^-2⋅с^-1.

Вычисление в абсолютных единицах величины следующего фотопериода для облучения растений T_i в процессе выращивания определяется по выражению:

где Т_б- базовый фотопериод, часы⋅день^-1.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, светотехнике. Способ включает измерение через заданный интервал времени высоты растений в процессе их выращивания и на ее основе вычисление расстояния между фитооблучателем и уровнем верхних листьев растений по выражению h_i=h_б-h_p, где h_б - базовое расстояние (расстояния между фитооблучателем и уровнем верхней границы лотков для растений), см; h_р - высота растений в процессе их выращивания, см. Величину плотности фотосинтетического фотонного потока на уровне верхних листьев растений определяют по предварительно построенной функциональной зависимости величины плотности фотосинтетического фотонного потока от расстояния между фитооблучателем и уровнем верхних листьев растений по выражению PPFD_i=а⋅(h_i)^-b, где а, b - постоянные, зависящие от марки и длины световой волны светодиодов, применяемых в фитооблучателе, вычисление в относительных единицах коэффициента избыточности плотности фотосинтетического фотонного потока по выражению где PPFDб - базовая величина плотности фотосинтетического фотонного потока, мкмоль⋅м^-2⋅с^-1. Вычисляют в абсолютных единицах величину следующего фотопериода для облучения растений в процессе выращивания по выражению где Т_б - базовый фотопериод, часы×день^-1. Фитооблучатель включают в новом интервале времени на величину вычисленного фотопериода. Способ позволяет поддерживать равный дневной интеграл света при растущей плотности фотосинтетического фотонного потока света на уровне верхних листьев растений в процессе выращивания за счет уменьшения фотопериода системы освещения для снижения потребляемой электроэнергии, снижения нитратов и повышения витамина С в растениях. 1 ил.

Способ поддержания постоянного значения дневного интеграла света при освещении растений в процессе их выращивания в вертикальных фермах, включающий измерение через заданный интервал времени высоты растений в процессе их выращивания и на ее основе вычисление расстояния между фитооблучателем и уровнем верхних листьев растений по выражению h_i=h_б-h_p, где h_б - базовое расстояние (расстояния между фитооблучателем и уровнем верхней границы лотков для растений), см; h_р - высота растений в процессе их выращивания, см, определение величины плотности фотосинтетического фотонного потока на уровне верхних листьев растений по предварительно построенной функциональной зависимости величины плотности фотосинтетического фотонного потока от расстояния между фитооблучателем и уровнем верхних листьев растений по выражению PPFD_i=а⋅(h_i)^-b, где а, b - постоянные, зависящие от марки и длины световой волны светодиодов, применяемых в фитооблучателе, вычисление в относительных единицах коэффициента избыточности плотности фотосинтетического фотонного потока по выражению где PPFDб - базовая величина плотности фотосинтетического фотонного потока, мкмоль⋅м^-2⋅с^-1, и на его основе вычисление в абсолютных единицах величины следующего фотопериода для облучения растений в процессе выращивания по выражению где Т_б - базовый фотопериод, часы⋅день^-1, и включение фитооблучателя в новом интервале времени на величину вычисленного фотопериода.