Способ резонансной электростимуляции роста и развития растений, выращиваемых в изолирующем модуле Российский патент 2024 года по МПК A01G7/04 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно защищенного растениеводства, и может быть использовано для активирования жизнедеятельности растений.

В настоящее время, в уровне техники, раскрыты следующие технические решения:

- устройство для выращивания растений (RU 2248120, 20.03.2005) на вертикальной поверхности без субстрата, путём воздействия на корневую систему питательного раствора, содержащее модульные элементы для размещения растений с возможностью их замены, системы и приспособления для подачи питательного раствора и других компонентов роста в виде аэрозоля, газовых смесей, и выполненное в виде трубы, предпочтительно конусной с отверстиями для культивирования растений, а система для подачи питательного раствора выполнена в виде магистрали и установлена по верху труб, при этом в нижней части каждой трубы установлен сборник отработанного питательного раствора и отводящие трубы для доставки жидкости к корневой системе других растений вне данного устройства для утилизации питательных веществ и предотвращения загрязнения окружающей среды;

- способ выращивания растений (SU 1014520, 30.04.1983), заключающийся в подаче в зону растений поливной воды в состоянии тумана с электрическим потенциалом направленного знака, микроэлементов и углекислого газа с целью обеспечения возможности управления ростом и развитием растений, при этом дополнительно осуществляют контроль характеристик транспирации в зависимости от факторов внешней среды и по полученным характеристикам регулируют плотность тумана в приземном слое растений, а туман формируют конденсацией влаги в зоне растений;

- способ электростимуляции жизнедеятельности растений (RU 2555449, 10.07.2015), заключающийся в том, что растения выращивают «ин витро», электропроводящую пробирку для выращивания растений с металлическим наконечником и пробкой устанавливают на штатив таким образом, чтобы металлический наконечник касался металлической основы штатива, к которой подсоединен проводник от плюсовой клеммы батареи, при этом для прекращения подачи тока используют выключатель, регулируют подачу тока с помощью регулятора тока с приборами регистрации силы тока и напряжения, подачу тока устанавливают с помощью реле времени, а электростимуляцию начинают тогда, когда срез меристемы растения помещают в питательный раствор, таким образом, чтобы электропроводник пробки касался зеркала питательного раствора, пробку с электропроводником соединяют с минусовой клеммой батареи, затем растение переносят в открытый грунт после достижения необходимого уровня развития.

Основным недостатком известных технических решений является недостаточно эффективная электростимуляция ростовой зоны растений, вследствие использования растворов без образования источников ЭДС и недостаточных уровней стимулирующих токов.

Технический результат заявленного изобретения заключается в ускорении физиологических процессов роста и развития растений в изолирующем модуле, и, как следствие, увеличении урожая и сокращения сроков его получения, что позволяет стимулировать создание растениеводческих хозяйств в контейнерах с эффективным использованием их объема и их организацию на территориях с холодным климатом и редким расположением малых населенных пунктов.

Заявленный технический результат обеспечивается способом резонансной электростимуляции роста и развития растений, выращиваемых в изолирующем модуле, путем воздействия на них положительно и отрицательно заряженных капель туманов, генерируемых из противоположно заряженных питательных растворов, подаваемых синхронно не смешиваемыми воздушными потоками на побеги и корневые системы растений, при этом положительно заряженные капли тумана, подаются на побеги растений, а отрицательно заряженные на их корневые системы, формируя тем самым в растениях волну тургорного давления, и заряженные туманы подаваемые в течение полутора минут в фазу положительной полуволны трехминутных навязанных волн тургорного давления, аналогичных нативным, автоматически замыкают электрический ток через осевые органы растений, и противоположно заряженные питательные растворы, последовательно соединенные обратимыми электродами, являются источником ЭДС, а изолирующий модуль для растений, выращиваемых этим способом, состоит из верхнего короба для размещения побегов, и нижнего короба для размещения корневых систем, которые установлены друг на друга и разделены двумя полыми панелями, перфорированными с внутренней стороны коробов, для сбора излишков тумана и отведения воздуха, которым переносится туман, и имеющих сквозные отверстия для установки горшков с растениями, а также короба с оборудованием, содержащего генераторы туманов, емкости с питательными заряженными растворами, соединенные обратимыми электродами, связанные между собой медным изолированным проводом, ионизаторы с УФ-облучателем, генератор углекислого газа, и генератор молекулярного кислорода, магистрали тумановодов, все перфорированные панели соединены с соответствующими емкостями магистралями тумановодов, между ионизатором и емкостью с питательным заряженным раствором в магистрали тумановода, который подает туман в верхний короб, установлен генератор углекислого газа, в магистрали, подающей туман в нижний короб, установлен генератор молекулярного кислорода, и в обеих магистралях тумановодов установлены отделители влаги и отводящие воздуховоды к генераторам туманов, а на верхней панели верхнего короба установлены светодиодные светильники, при этом генераторы туманов установлены в емкостях с питательными заряженными растворами, верхняя панель верхнего короба выполнена алюминиевой, нижняя панель нижнего короба выполнена из пластика, а панели, разделяющие верхний и нижний короба, имеют ребра жесткости и изготовлены из пластика.

Способ резонансной электростимуляции роста и развития растений, выращиваемых изолирующем модуле, заключается в синхронной подаче противоположно заряженных питательных растворов в виде туманов на корни и побеги растений, при этом, электрохимически насыщенный анионами HCO₃^- , H₂PO₄^- и NO₃^- (не скомпенсированных катионами) отрицательно заряженный универсальный питательный раствор модифицированный (далее - УПРМ) в составе: NO₃^- - 14,9; NH₄⁺ - 0,9; K⁺ - 8,27; Ca²⁺ - 3,81; Mg²⁺ - 0,81; H₂PO4^- - 1,83; SO₄^2- - 0,8 [мМ] подается на корни растений, а электрохимически насыщенный протонами (H⁺) (не скомпенсированных анионами) положительно заряженный специальный питательный раствор (далее - СПР) подается на побеги в составе: H⁺ - pH 4,5 и гуминовые вещества (ГВ) в концентрации 0,0001% - смесь, так называемых, гуминовых кислот и фульвокислот, химически выделяемых из компостированных бытовых органических отходов. УПРМ разработан на основе УПР - универсального питательного раствора, созданного проф. В.А. Чесноковым, и доработанного его учениками и последователями. При этом, основное свойство УПР и УПРМ заключается в том, что в течение всего периода роста различные культуры поглощают из таких растворов за сутки минеральные ионы и воду пропорционально, что позволяет не проводить никакой коррекции состава питательного раствора.

Размещение растений в изолирующем модуле позволяет не только обеспечить изоляцию размещаемых в нём растений от внешней среды, а также повысить эффективность способа, за счет предотвращения разлета разноименно “заряженных” капель растворов УПРМ и СПР. На фиг. 1 и 2 представлен изолирующий модуль, принцип его работы и пример ускорения роста осевого органа растений (например, колеоптиля кукурузы) при резонансном воздействии на него электрическим током:

Фиг. 1 - Схематичное изображение изолирующего модуля для выращивания растений способом резонансной электростимуляции;

Фиг. 2 - Осцилляции скорости роста отрезков колеоптилей кукурузы и влияние на них прямоугольных импульсов электрического тока с периодом 3 минуты (1,5 минуты в базипетальном направлении и 1,5 минуты в акропетальном).

Схема работы и составные части изолирующего модуля (фиг. 1):

1 - побеги;

2 - корневые системы;

3 - панель для сбора излишков положительно заряженного тумана;

4 - панель для сбора излишков отрицательно заряженного тумана;

5 и 6 - отделители влаги, которая образуется из воздуха в виде конденсата;

7 - панель для распределения положительно заряженного тумана и крепления светодиодных светильников;

8 - светодиодные светильники;

9 - генераторы тумана;

10 - ионизаторы с УФ-облучателем;

11 - генератор углекислого газа;

12 - генератор молекулярного кислорода;

13 - панель для распределения отрицательно заряженного тумана;

14 - короба (верхний, нижний, и с оборудованием);

15 - горшки для растений;

16 - обратимые электроды;

17 - медный изолированный провод;

18 - корпус изолирующего модуля;

19 - емкость с питательным раствором СПР;

20 - емкость с раствором УПРМ;

21 - магистраль тумановода, подающий тумановод на корни;

22 - магистраль тумановода, подающий тумановод на побеги;

23 - магистраль тумановода, отводящий тумановод от корней;

24 - магистраль тумановода, отводящий тумановод от побегов;

25, 26 - отводящие воздуховоды от отделителей влаги к генераторам тумана.

Верхний и нижний короба 14 изолирующего модуля 18, в которых размещены корневые системы 2, и побеги 1, разделены двумя полыми, перфорированными панелями 3 и 4, со сквозными отверстиями, в которые установлены горшки 15 с растениями. Заряженные туманы обоих растворов, содержащиеся в емкостях 19 и 20, при помощи генераторов тумана 9, поступают внутрь коробов 14, через отверстия в панелях 7 и 13, и раздельно переносятся воздушными потоками на корневые системы 2 и побеги 1, при этом их избытки выносятся через отверстия в панелях 3 и 4, отделяются от воздуха в отделителях влаги 5 и 6, а конденсаты возвращаются в свои растворы 19.

С целью обеспечения воздухообмена панели 3, 4, 7, 13 выполнены перфорированными с внутренней стороны коробов. При этом панели 3 и 4 выполнены пластиковыми двуслойными с ребрами жесткости, панель 13 - пластиковой, а панель 7 - алюминиевой, для обеспечения отвода тепла от светодиодных светильников 8. Короба 14 выполнены пенопластовыми, а горшки для растений 15 - пластиковыми с перфорированным дном.

Заряженные туманы подаются с помощью генераторов 9 резонансно, с положительными полуволнами навязанных трехминутных волн продольных электрических градиентов, вызывающих нативные трёхминутные волны тургорного давления в ростовых зонах растений.

При этом резонансная стимуляция электрическим током положительных полуволн тургорного давления не требует выявления начала положительной фазы этих волн потому, что их период задан (три минуты) и легко усваивается при навязывании начала фаз. Таким образом, когда на побеги 1 в течении полутора минут подаются положительно заряженные капли СПР, а на корневые системы 2 отрицательно заряженные капли УПРМ, в растениях формируется высоко амплитудная положительная полуволна тургорного давления, и, в течение следующих полутора минут, когда туманы не генерируются и ток отсутствует, формируется небольшая отрицательная фаза волны (тургорное давление немного уменьшается) с общим трёхминутным периодом. Этот процесс повторяется в течение всего этапа роста растений и весьма значительно ускоряет её (Шевцов Ю.И. Роль осцилляций электрических потенциалов в зонах роста осевых органов растений//Вестник СПбГУ. Сер.3. 2001. вып.3 (№ 19). С. 40-49), и поясняется фиг. 2, где:

1 - фаза минимальной скорости роста отрезка;

2 - фаза становления секреции и транспорта ауксина;

3 - фаза высокоамплитудных осцилляций скорости роста отрезка;

а, б, в - стимуляция электрическим током 4,5 мкА 3-х минутных осцилляций скорости роста;

г - стимуляция электрическим током 3,0 мкА 3-х минутных осцилляций скорости роста.

Таким образом, увеличение амплитуды положительной полуволны продольных трёхминутных электрических волн резонансным пропусканием слабого электрического тока вдоль ростовых зон, может увеличивать в 8 - 10 раз амплитуду положительной полуволны тургорного давления, что приводит к увеличению скорости роста побегов в 1,5 - 1,8 раза, уменьшению в 1,2 - 1,3 раза продолжительности ростовой фазы их развития. Размещение растений в изолирующем модуле 18 позволяет избежать неконтролируемого разлета «заряженных» питательных растворов, переносимых воздухом, и, как следствие, неконтролируемых утечек тока, а также оседания туманов на стенки опорно-защитных устройств и помещения, приводящего к росту микроорганизмов, при этом подача заряженных туманов одновременно на корневые системы 2 и побеги 1, двумя не смешиваемыми, противоположно заряженными воздушными потоками, позволяет контролировать время, величину и направление электрического тока вдоль растений в производственном масштабе.

Для поддержания усиленных и ускоренных физиологических процессов роста требуется интенсификация газообмена и в атмосфере корневых систем 2, и в атмосфере побегов 1. При этом, в темное время фотопериода, необходимо обогащать воздух, подаваемый на корни и на побеги кислородом (О₂), а в светлое время фотопериода обогащать воздух, подаваемый на побеги углекислым газом (СО₂). Это частично достигается перекрестным воздухообменом, т.е. воздух, переносящий туман из УПРМ, проходя через панель 13 обдувает корневую систему 2, обогащается СО₂ и обедняется О₂ и уходит через панель 4. Затем, этим освобожденным от остатков питательного раствора 19 воздухом, туман из СПР переносится через панель 7 и обдувает побеги 1, где он обогащается кислородом и обедняется СО₂, и, освобожденный от остатков СПР, уходит через панель 3, после чего, после коррекции температуры, подается на корневые системы 2 и далее процесс повторяется. При размещении растений в изолирующем модуле 18 и воздух, и растворы (УПРМ и СПР) не улетают в атмосферу помещения, а после обеззараживания с помощью ионизаторов с УФ-облучателем возвращаются в емкости с растворами СПР и УПРМ (19 и 20 соответственно), в которые растворы доливаются по мере использования до исходно заданного уровня (до обозначенной на каждой емкости метки). Так как изолирующий модуль 18 исключает возможность попадания солнечного света на растения для фотосинтеза, светильники 8 на основе RB светодиодов, установленные непосредственно над растениями, позволяют увеличить фотосинтез.

Мелкокапельный (в виде тумана) способ подачи питательных растворов позволяет изготавливать изолирующие модули 18 из сверхлегких вспененных материалов, а это в свою очередь позволяет формировать облегчённые несущие конструкции в виде многоярусных стеллажей, состоящих из изолирующих модулей 18. Выбранное количество примыкающих друг к другу изолирующих модулей 18, оснащённых технологическим оборудованием необходимой производительности, составляет (подобно каталожному ящику) растениеводческое хозяйство в помещении равному по объему морскому контейнеру, которое может обслуживаться одним человеком, и обеспечивать потребности жителей малых населенных пунктов, расположенных на значительном удалении друг от друга (редко расположенных), с труднодоступной доставкой.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно защищенного растениеводства, и может быть использовано для активирования жизнедеятельности растений способом резонансной электростимуляции. Способ заключается в воздействии на растения положительно и отрицательно заряженных капель туманов, генерируемых из противоположно заряженных питательных растворов, подаваемых синхронно несмешиваемыми воздушными потоками на побеги и корневые системы растений. Положительно заряженные капли тумана подаются на побеги растений, а отрицательно заряженные на их корневые системы, формируя тем самым в растениях волну тургорного давления. Заряженные туманы, подаваемые в течение полутора минут в фазу положительной полуволны трехминутных навязанных волн тургорного давления, аналогичных нативным, автоматически замыкают электрический ток через осевые органы растений. Противоположно заряженные питательные растворы, последовательно соединенные обратимыми электродами, являются источником ЭДС. Изобретение касается также устройства для выращивания растений, состоящего из верхнего короба для размещения побегов, нижнего короба для размещения корневых систем и короба с оборудованием. Верхний и нижний короба разделены двумя полыми панелями, перфорированными с внутренней стороны коробов и имеющими сквозные отверстия для установки горшков с растениями. Короб с оборудованием содержит генераторы туманов, емкости с питательными заряженными растворами, соединенные обратимыми электродами, связанные между собой медным изолированным проводом, ионизаторы с УФ-облучателем, генератор углекислого газа и генератор молекулярного кислорода, магистрали тумановодов. На верхней панели верхнего короба установлены светодиодные светильники. Техническим результатом является ускорение физиологических процессов роста и развития растений в изолирующем модуле и, как следствие, увеличение урожая и сокращение сроков его получения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ резонансной электростимуляции роста и развития растений, выращиваемых в изолирующем модуле, включающий воздействие на них положительно и отрицательно заряженных капель туманов, генерируемых из противоположно заряженных питательных растворов, подаваемых синхронно несмешиваемыми воздушными потоками на побеги и корневые системы растений, при этом положительно заряженные капли тумана подают на побеги растений, а отрицательно заряженные на их корневые системы, формируя тем самым в растениях волну тургорного давления, и заряженные туманы, подаваемые в течение полутора минут в фазу положительной полуволны трехминутных навязанных волн тургорного давления, аналогичных нативным, автоматически замыкают электрический ток через осевые органы растений, а противоположно заряженные питательные растворы, последовательно соединенные обратимыми электродами, являются источником ЭДС.

2. Изолирующий модуль для растений, выращиваемых способом по п. 1, состоящий из верхнего короба для размещения побегов и нижнего короба для размещения корневых систем, которые установлены друг на друга и разделены двумя полыми панелями, перфорированными с внутренней стороны коробов, для сбора излишков тумана и отведения воздуха, которым переносится туман, и имеющих сквозные отверстия для установки горшков с растениями, а также короба с оборудованием, содержащего генераторы туманов, емкости с питательными заряженными растворами, соединенные обратимыми электродами, связанные между собой медным изолированным проводом, ионизаторы с УФ-облучателем, генератор углекислого газа и генератор молекулярного кислорода, магистрали тумановодов, при этом все перфорированные панели соединены с соответствующими емкостями магистралями тумановодов, между ионизатором и емкостью с питательным заряженным раствором в магистрали тумановода, который подает туман в верхний короб, установлен генератор углекислого газа, в магистрали, подающей туман в нижний короб, установлен генератор молекулярного кислорода, и в обеих магистралях тумановодов установлены отделители влаги и отводящие воздуховоды к генераторам туманов, а на верхней панели верхнего короба установлены светодиодные светильники.

3. Изолирующий модуль по п. 2, отличающийся тем, что генераторы туманов установлены в емкостях с питательными заряженными растворами.

4. Изолирующий модуль по п. 3, отличающийся тем, что верхняя панель верхнего короба выполнена алюминиевой, а нижняя панель нижнего короба - пластиковой, в то время как панели, разделяющие верхний и нижний короба, изготовлены пластиковыми, с ребрами жесткости.