DE2306061A1

DE2306061A1 - Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung des pflanzenwachstums

Info

Publication number: DE2306061A1
Application number: DE19732306061
Authority: DE
Inventors: Frank Slaughter Davis; James Robert Wayland
Original assignee: OCEANOGRAPHY INT CORP
Current assignee: OCEANOGRAPHY INT CORP
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1973-02-08
Publication date: 1973-08-16
Also published as: GB1419429A; DE2306061B2; FR2171287A1; IT983050B; FR2171287B1; BE795218A; CA1037257A; NL7301738A; JPS4885329A; DE2306061C3; AU5180173A; ES411485A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung des Pflanzenwachstums

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Pflanzenwachstums.

Zur Beeinflussung das Pflanzenwachstums werden zur Zeit am wirksamsten Chemikalien, d.h. Herbizide eingesetzt. Derartige Chemikalien haben schädliche Rückstände_s die unterschiedlich lange beständig sind und daher ökologisch schädliche Wirkungen haben. Andere übliche Verfahren zur Beeinflussung des Pflanzenwachstums bestehen in der Verwendung von Feuer oder mechanischen Einrichtungen. Die Anwendung von Feuer ergibt neben der Umweltverschmutzung Schwierigkeiten bei der Steuerung. Mechanische Einrichtungen, die nicht umweitschädlich sind, sind häufig von geringer Wirksamkeit und im allgemeinen sehr teuer.

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Es wurde in der Literatur (Idaho Agricultural Experimental Station Research Bulletin 25 (1954); Agron. J. 42,230 (195O)) bereits vorgeschlagen, zur Beeinflussung des Pflanzenwachstums niederfrequente Felder geringer Intensität zu verwenden. Beide Veröffentlichungen kommen jedoch zu dem Schluß, daß sich dieses Verfahren nicht im wirtschaftlichen Umfang anwenden läßt.

Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beein- fiussung des' Pflanzenwachstums, bei dem dem zu beeinflussenden Bereich erfindungsgemäß elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 300 MHz und 300 GHz zugeführt werden. _

Nachdem die Pflanzen in dem beeinflußten Bereich abgetötet worden sind, ergeben sich keine schädlichen Rückstände und keine Umweltverschmutzung. Die behandelten Bereiche können ohne schädliche Einflüsse auf neue Pflanzen sofort wieder bepflanzt werden. f

Zur Durchführung des Verfahrens können zuverlässige und billige Geräte verwendet werden. Diese bestehen im wesentlichen aus einem Generator zur Erzeugung von Mikrowellenenergie mit Frequenzen zwischen 300 MHz und 300 GHz, einem Hohlleiter und einem mit diesem gekoppelten Strahler zum Abstrahlen der Energie in den zu beeinflussenden Bereich. .

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Die zugeführte Energie wird von den Pflanzen oder den Samen absorbiert und bewirkt deren Absterben oder Schwächung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung vereinfacht und schematisch ein Fahrzeug zum Transport einer Vorrichtung zur Beeinflussung des Pflanzenwachstums über einen zu beeinflussenden Bereich.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Pflanzenwachstums.

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen typischen Energiestrahler zum Aufbringen des elektromagnetischen Feldes auf den zu beeinflussenden Bereich.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung einer Vorrichtung zur Beeinflussung des Pflanzenwachstums, bei der ein in der Erde befindlicher Energiereflektor die Energiedichte im zu beeinflussenden Bereich erhöht. <

In den Figuren ist eine typische Vorrichtung zur Anwendung der Erfindung dargestellt, die sich auf einem Fahrzeug 10 befindet, das einen benzingetriebenen Generator 12 aufweist, der gegebenenfalls auch vom Antrieb des Fahrzeuges betrieben werden kann.

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Der Generator liefert eine niederfrequente Speisespannung für eine Reihe von vier Mikrowellengeneratoren 1*1, die elektromagnetische Energie mit einer Frequenz zwischen 300 MHz und. 300 GHz erzeugen» Sie können aus Magnetrons, Klystrons oder anderen Mikrowellen erzeugenden Anordnungen bestehen. Beispielsweise können Generatoren verwendet werden, wie sie unter der Bezeichnung Modell HI-1200 von der Firma Holaday Industries hergestellt werden. Hierbei handelt es sich um einen Mikrowellensender der Energie einer Frequenz von 2^50 ^20 MHz erzeugt und Steuerungen zur Änderung der Energiedichte aufweist. Außerdem können anstelle von kontinuierlich arbeitenden Generatoren auch solche verwendet werden, die im Impulsbetrieb arbeiten. Für gewisse besondere Anwendungsfäll/e werden den zu beeinflussenden Pflanzen modulierte Signale zugeführt.

Die von den Sendern l4 erzeugte elektromagnetische Energie wird einzelnen Hohlleitern 16 zugeführt, die von bekannter Bauart sind und etwa RG-284-Hohlleiter sein können. Diese Hohlleiter l6 sind unmittelbar an einen Energiestrahler 18 ange- ' koppelt, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines rechteckförmigen Kastens mit einer Basisauflage 20 hat und Hohlräume 22 bis 25 aufweist (Fig. 3). Um die Energiekopplung von den Hohlleitern 16 in den Strahler 18 zu verbessern, ist im Hohlraum des Strahlers 18 ein dielektrisches Material enthaltender Absorber 26 (Fig. 2) befestigt. Wie bei .

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Mikrowellenschaltungen üblich, ist in jedem der Hohlleiter 16 ein Abgleichkern (nicht gezeigt) zur Anpassung des Feldes an eine maximale Energieabstrahlung des Strahlers 18 und an eine minimale Reflektion zu den Sendern 14 vorgesehen.

In Fig. 2 ist in einem Blockschaltbild die Vorrichtung zur Energieerzeugung für die Beeinflussung des Pflanzenwachstums gezeigt. Der Generator 12 liefert die niederfrequente Betriebsspannung für eine Hochspannungsquelle 28, die ein Magnetron betreibt. Bevor die Ausgangshochspannung von der Spannungsquelle 28 auf das Magnetron 30 geschaltet wird, ist eine Einlaufzeitspanne für die Spannungsquelle erforderlich. Diese Einlaufzeitspanne wird mit einer vom Ausgangssignal des Generators 12 abhängigen Zeitgeberschaltung 32 gesteuert, die in Reihe zwischen die Spannungsquelle 28 und das Magnetron 30 geschaltet ist.

Elektromagnetische Energie vom Magnetron 30 wird über einen Hohlleiter 16 geführt, der starre Abschnitte l6a, l6b und l6c sowie einen flexiblen Abschnitt l6d aufweist. Der flexible Abschnitt gestattet eine Anpassung der Lage des Strahlers 18 bezüglich der Erdoberfläche.

Im Hohlleiterabschnitt l6c sind Abtaster J>k und 36 zur Messung der zum Strahler 18 fließenden und der reflektierten Energie

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vorhanden. Die Signale von diesen Abtastern gelangen zu einer Rückkopplungsschaltung 38 zur Steuerung der Ausgangsleistung des Magnetrons 30 auf eine optimale Energieeinkopplung in den. Strahler.

Wie vorstehend erwähnt, beträgt bei einem möglichen Typ eines Magnetrons 30 die Ausgangsfrequenz 2450 -20 MHz. Während sich diese besondere Frequenz als sehr wirksam erwiesen hat, sind andere Frequenzen im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz ebenfalls sehr brauchbar für die Beeinflussung des Pflanzenwachstums. So können beispielsweise für diesen Zweck die Frequenzen 915 MHz, 5185 MHz und 21000 MHz benutzt werden. Wegen der behördlichen Vorschriften über die Benutzung von Frequenzen in äiesem Bereich ist jeweils eine entsprechende Genehmigung erforderlich.

In dem betrachteten Frequenzbereich erfolgt die Absorption durch die Pflanzen wahrscheinlich im wesentlichen durch Ände- , rungen der Rotationsenergie der Moleküle der bestrahlten Pflanzen. Die Absorption von elektromagnetischer Energie durch Rotation ist die Folge einer Wechselwirkung von molekularem Dipolmoment mit dem elektromagnetischen Feld. Die Moleküle müssen ein permanentes Dipolmoment haben, um in diesem Frequenzbereich zu absorbieren.

Die elektromagnetische Energie vom Strahler 18 wird dadurch den Samen oder Pflanzen zugeführt, daß der Absorber 26 in

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unmittelbarer Berührung mit den zu behandelnden Pflanzen oder dem zu behandelnden Boden bewegt wird. Typischerweise hat der Absorber eine Dielektrizitätskonstante, die etwa in der Mitte zwischen derjenigen der Luft und des Erdbodens liegt (beispielsweise aus Pyro-Ceran). Der Energiepegel, auf den das Magnetron 30 eingestellt wird, wird durch die zu beeinflussenden Pflanzen bestimmt. Als allgemeine Regel kann gelten, daß Energiedichten zwischen 150 und 300 Joule/cm tödlich für die meisten Pflanzen und Samen sind.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Erfindung die Beeinflussung des Pflanzenwachstums dadurch bewirkt, daß elektromagnetische Wellen in kontinuierlicher, pulsierender oder modulierender Form mit einer Frequenz zwischen 300 MHz und 300 GHz erzeugt werden, welche über einen Energiestrahler 18 abgegeben werden, der über den ausgewählten, zu beeinflussenden Bereich bewegt wird. Durch Steuerung der Energiedichte der vom Strahler 18 abgegebenen elektromagnetischen Wellen und der Zeit der Bestrahlung lassen sich unterschiedlich starke Wirkungen erreichen.

Die Ergebnisse verschiedener Behandlungen von Pflanzen mittels der Erfindung werden in den folgenden Beispielen beschrieben. Dabei wurde jede dieser Behandlungen mit einer Vorrichtung durchgeführt, die elektromagnetische Energie mit einer Frequenz

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von 2*150 -20 MHz erzeugt und über einen Strahler mit einer wirksamen Fläche von 206,5 cm abstrahlt., Mit dem Strahler sind Magnetrons gekoppelt_s die alle Energie"mit gleicher Frequenz erzeugen. . ΐ-

Beis/piel 1 . ■ ;

Die^^; Behandlung wurde zur Trocknung/Entblätterung im Bereich von Freeport, Florida, unter den nachfolgend beschriebenen

Bedingungen durchgeführt. Der zu bearbeitende Bereich war vor der Behandlung einem l6-stündigen leichten Regen ausgesetzt. . Die Lufttemperatur betrüg 26 C, die Bodentemperatur 23°C und die relative Luftfeuchtigkeit 69 % bei geringer oder gar keiner Luftbewegung und bei bewölktem Himmel«, Der Boden bestand an dieser Stelle im wesentlichen aus Lakeland-Sand, und die Bodenfeuchtigkeit in Gew.% betrug zur 2eit der Behandlung etwa 10 %. Der Boden war nahezu frei von Schlamm_s Ton und organischen Bestandteilen, und der Sandgehalt lag bei nahezu 99 %> Es ergaben sich unter den nachfolgenden Bedingungen die nachfolgenden Ergebnisse:

Intensität	Dauer	Prozentsatz der ver trockneten Pflanzen
(Watt)	(Sekunden)
1300		87
1300	8	94 :
1000	H	\ 85
1000	8	95 :"■ ·■

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Beispiel 2

Bei einer zweiten Behandlung erfolgte die Beeinflussung der Pflanzen und/oder des Bodens, nachdem die angepflanzten Setzlinge bzw. die Keime der Samen eben aus der Erde ausgetreten waren. Die Behandlung erfolgte bei einer Lufttemperatur von 27°C, einer Bodentemperatur von 26⁰C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 48 %. Bei klarem Himmel und Sonnenschein
wehte ein Wind mit Böen bis zu 65 km/h. Der Boden bestand aus sandigem Hidalgo-Lehm und die Bodenfeuchtigkeit während der Behandlung betrug etwa 12 %. Der Boden setzte sich zusammen aus 75 % Sand, 16 % Ton, 9 % Schlamm und 0,8 % organischen Bestandteilen und hatte einen pH-Wert von 8,1. Die Ergebnisse waren wie folgt:

Intensität Dauer breitblättrige Pflanzen Gräser

(Watt)	(Sekunden)	Pflanzen	% Ver	Pflanzen	% Ver
		je 400 cm²	nichtung	je 400 cm²	nichtung
500	8	9,7	69,4	12,3	49,4
500	16	9,6	69,7	14,3	41,2
500	32	3,0	90,4	1,7	93,1.
IpOO	8	5,7	82,0	10,1	58,5
1000	16	4,0	87,4	14,3	41,2
1000	32	1,3	95,9	7,3	70,0
1300	8	8,4	73,5	11,0	54,8
1300	16	1,0	96,9	4,4	81,9
1300	32	1,3	95,9	2,7	88,9

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Beispiel 3 '

Eine dritte Behandlung erfolgte vor dem Pflanzen und.-vor dem Austreten der Unkraufpflanzen aus dem Boden. Diese Behandlung wurde in Weslaco, Texas, bei einer Lufttemperatur von 27°C, einer Bodentemperatur von 36⁰C und einer relativen Luftfeuchtigkeit' von 48 %durchgeführt* Bei*klarem Himmel und Sonnenschein herrschte ein leichter Wind bis zu 8 km/h. Der Boden war von der gleichen Art wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel, und es ergaben sich folgende Ergebnisse:

Intensität Dauer breitblättrige Pflanzen Gräser

(W/103 cm*)	(Sekunden)	j	8 ■	Pflanzen-	% Ver	Pflanzen«	% Ver
	16	e 400 cm	nichtung	je 400 cm	nichtung
500	32	93,7	0	20,3	31,5
500	8	86,3	0	21,1	28,0
500	16	28,4	62,3	5,7	80,6
1000	32	59,3	21,3	14,4	50,9
1000 ;	8	21,6	71,4	6,7	77,2
1000 ■	16	15,0	80,1	2,7	90,8
1300	32	74,0	1,8	18,3	37,6
I3OO	38,9	49,4	7,3	75,1
I3OO	37,7	50,0	17,0	42,0

Die in den vorstehenden Beispielen dargelegten Ergebnisse zeigen, daß eine wirksame Wachstumsbeeinflussung vor und nach dem Austreten der Keime aus dem Boden möglich ist. Die Erfindung kann sowohl vor als auch nach dem Austreten der Keime

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zur Unkrautbeeinflussung bei Feldfrüchten, Gemüsen, Baumschulen und Gärtnereien eingesetzt werden. Weitere Anwendungen bestehen im Vertrocknen und Entblättern von Pflanzen für Gestrüppbeeinflussungen sowie für die Beeinflussung von wild wachsenden Bäumen in Monokulturen. Andere Anwendungsmöglichkeiten für das/erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich für den Fachmann auf? diesem Gebiet.

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich besteht in der Behandlung von Wasserunkraut. Dazu wird die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ohne das Fahrzeug 10 schwimmend befestigt, so daß der Strahler 18 den Absorber 26 in Berührung mit den zu beeinflussenden Pflanzen bringt. Schwimmende Pflanzen, die mit dem Absorber 26 in Berührung kommen, absorbieren die abgegebene Strahlung, so daß sie zusammen mit ihren unter der Wasseroberfläche befindlichen Teilen absterben oder geschwächt werden. Für das Absterben erforderliche Energiepegel lagen ebenso wie die erforderlichen Bestrahlungszeiten in der Größenordnung der vorstehend beschriebenen Beispiele.

In Fig. 4 ist eine Abwandlung eines Strahlers 18 gezeigt, der einen mittels einer Halterung 42 an ihm befestigten Wurzelpflug MO aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel bewegt sich der Strahler 18 entlang des Erdbodens und in Berührung mit diesem. Unterhalb der Bodenoberfläche bewegt sich zusammen mit

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dem Strahler der Pflug kO. Die vom Strahler abgegebene Energie tritt zur Beeinflussung des Wachstums.der Pflanzen oder des Samens in den Boden ein, und es wird vom Pflug ^O Energie zurück in den zu behandelnden Bereich reflektiert. Dadurch wii?d die Energiedichte erhöht und eine intensivere Beeinflussung als ohne Reflection möglich erreicht. . -

Obwohl die Erfindung vorstehend anhand von bestimmten Frequenzbereichen, Energiepegeln und Bestrahlungszeiten sowie anhand eines einzigen Ausführungsbeispiels der Vorrichtung besehrieben wurde, ist es klar, daß viele Änderungen und Abwandlungen möglieh sind, die alle unter die Erfindung fallen. .?.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Beeinflussung des Pflanzenwachstums, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu beeinflussenden Bereich elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 300 MHz und 300 GHz zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Wellen von einem Strahler in den zu beeinflussenden Bereich gestrahlt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe der elektromagnetischen Wellen in den Boden durch die Kopplung mit dem die Wellen abgebenden Strahler gesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungszeit für den zu beeinflussenden Bereich gesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiedichte der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen gesteuert wird.

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- 12} -
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch einen Mikrpweilengenerator zur Erzeugung von elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz im Bereich von 300 MHz' bis 300 GHz und durch einen Strahler, dem die elektromagnetischen Wellen zuführbar sind. ._""■·-
7.,"Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mikrowellengenerator und dem Strahler ein oder mehrere Hohlleiter vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Energiedichte der vom Strahler abgegebenen elektromagnetischen Wellen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen Reflektor zur Reflektion der vom Strahler abgegebenen Energie in den zu beeinflussenden Bereich.

su: kö

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