RU2028760C1

RU2028760C1 - Method of plants cultivation on greenhouse hydroponic aggregates shelves

Info

Publication number: RU2028760C1
Application number: SU5057024/15A
Authority: RU
Inventors: В.П. Шарупич
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: agriculture. SUBSTANCE: method provides for cultivation of plants on multilevel narrow shelves of hydroponic aggregates in greenhouse . Seedlings are first planted in troughs with nutrient solution and cultivate, using fluorescent lamps to radiate plants. According to the innovation plants are additionally radiated by streams of emission of lasers, that is sent together with stream of emission from bulbs in visual part of spectrum from two sides, exercising angular scanning and reciprocate movement along surface of cenosis. Radiation is exercised by complex laser emission in full range of spectral sphere of photosynthetic active radiation of light of 380 - 710 nm and/or ultraviolet emission in range of 230 - 380 nm. EFFECT: method allows due to complex radiation of plants by fluorescent lamps and lasers emission to increase crop capacity of plants and to decrease power consumption of emitting devices. 2 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству овощей в защищенном грунте, теплицах при искусственном освещении. The invention relates to agriculture, in particular to the production of vegetables in greenhouses, greenhouses under artificial lighting.

Известен способ выращивания растений в теплицах на многоярусных узкостеллажных гидропонных установках при искусственном освещении ("Проект теплицы пл. 1190 м² с многоярусной узкостеллажной гидропонной технологией в совхозе "Пригородный" г. Сыктывкар", г. Орел, Гипронисельпром, 1989).There is a method of growing plants in greenhouses on multi-tiered narrow-rack hydroponic installations under artificial lighting ("Design of a greenhouse with an area of 1190 m ² with multi-tiered narrow-rack hydroponic technology at the Prigorodny state farm, Syktyvkar, Orel, Giproniselprom, 1989).

Недостатками такого способа являются низкий коэффициент использования света и невысокая урожайность выращиваемых растений. The disadvantages of this method are the low utilization of light and low productivity of cultivated plants.

Известно также, что лазерное излучение стимулирует биопродуктивность растений, увеличивает развитие биомассы (Безверхний Ш.М. Сельские профессии лазерного луча. М.: Агропромиздат, 1985). It is also known that laser radiation stimulates the bioproductivity of plants, increases the development of biomass (Bezverkhny Sh. M. Rural professions of the laser beam. M: Agropromizdat, 1985).

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ выращивания растений в теплицах при искусственном облучении ртутными газоразрядными лампами [1]. The closest technical solution selected for the prototype is a method of growing plants in greenhouses under artificial irradiation with mercury discharge lamps [1].

Недостатком известного способа является то, что листовой покров растений поглощает всего 1...5% энергии света в спектральной области фотосинтетически активной радиации (ФАР), а следовательно, нерационально используется энергия излучения ламп, и поэтому низка урожайность выращиваемых овощей. The disadvantage of this method is that the leaf cover of plants absorbs only 1 ... 5% of the light energy in the spectral region of photosynthetically active radiation (PAR), and therefore, the radiation energy of the lamps is irrationally used, and therefore the yield of grown vegetables is low.

Была поставлена задача создания способа выращивания растений, при котором более рационально используется энергия искусственного излучения, что повлияет на период вегетации растений и на урожайность. The task was to create a method for growing plants, in which the energy of artificial radiation is used more rationally, which will affect the period of plant vegetation and yield.

Заявленным изобретением решена задача лучшего использования энергии искусственного излучения, т.е. улучшения поглощения листовым покровом энергии света в спектральной области ФАР, что стимулирует рост растений и, следовательно, сокращает период вегетации и повышает урожайность. The claimed invention solved the problem of better utilization of artificial radiation energy, i.e. improving the absorption of sheet energy of light energy in the spectral region of the PAR, which stimulates plant growth and, therefore, shortens the growing season and increases productivity.

В способе выращивания растений в теплице на многоярусных узкостеллажных гидропонных установках, заключающемся в том, что высаживают рассаду в лотки с питательным раствором и культивируют растений с искусственным облучением, согласно изобретению растение дополнительно облучают лазерным излучением, которое подают совместно с искусственным ламповым облучением в видимой области спектра с двух сторон, осуществляя сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, при этом получают комплексным лазерным излучением, которое подают полным диапазоном спектральной области ФАР света 380-710 нм и/или ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм. In the method of growing plants in a greenhouse on multi-tiered narrow-rack hydroponic plants, which consists in planting seedlings in trays with a nutrient solution and cultivating plants with artificial radiation, according to the invention, the plant is additionally irradiated with laser radiation, which is supplied together with artificial lamp radiation in the visible spectrum from two sides, scanning along the angle and reciprocating along the surface of the cenosis, while receiving complex laser m radiation that serves the full range of the spectral region of the PAR light of 380-710 nm and / or ultraviolet radiation in the range of 230-380 nm.

Заявляемое изобретение позволяет достичь следующего технического результата. The claimed invention allows to achieve the following technical result.

Облучение растений дополнительным лазерным монохроматическим излучением создает возбужденное состояние молекулы, в котором наилучшим образом усваиваются питательные вещества, т.е. стимулирует рост растения, а следовательно, сокращает пеpиод вегетации. Irradiation of plants with additional laser monochromatic radiation creates an excited state of the molecule in which nutrients are absorbed in the best way, i.e. stimulates the growth of plants, and therefore, reduces the growing season.

Совместное облучение искусственным ламповым излучением в видимой области спектра и лазерным монохроматическим повышает способность листового покрова растений поглощать энергию в спектральной области ФАР и, следовательно, повышает использование энергии искусственного излучения. Co-irradiation with artificial tube light in the visible spectral region and with laser monochromatic radiation increases the ability of the leaf cover of plants to absorb energy in the spectral region of the PAR and therefore increases the use of artificial radiation energy.

Подача искусственного излучения в видимой области спектра и лазерного излучений одновременно с двух сторон на ценоз создает наилучшие условия освещения и поглощения его листовым покровом и, следовательно, стимулирует его развитие. The supply of artificial radiation in the visible region of the spectrum and laser radiation simultaneously from two sides to the cenosis creates the best conditions for lighting and absorption by its sheet cover and, therefore, stimulates its development.

Подача лазерного излучения так, что одновременно осуществляют сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, обеспечивает равномерное облучение всей поверхности ценоза - внутренней, наружной, левой, правой и горизонтальной (нижней, при ее наличии). The supply of laser radiation so that they simultaneously scan along the angle and reciprocate along the surface of the cenosis ensures uniform irradiation of the entire surface of the cenosis - internal, external, left, right and horizontal (lower, if any).

Облучение комплексным лазерным излучением, которое подают полным диапазоном спектральной области ФАР света (380-710 нм), позволяет достичь наибольшей фотосинтетической и продукционной деятельности для конкретной выращиваемой культуры, т.к. лазерное излучение в этом диапазоне стимулирует биопродуктивность растений, повышает развитие биомассы. Irradiation with complex laser radiation, which is fed with the full range of the spectral region of the PAR light (380-710 nm), allows you to achieve the greatest photosynthetic and production activity for a particular cultivated crop, because laser radiation in this range stimulates the bioproductivity of plants, increases the development of biomass.

Облучение ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм позволяет повысить КПД света, т.е. создает условия более рационального использования энергии излучения газоразрядных ламп и Солнца (искусственного и естественного освещений). Irradiation with ultraviolet radiation in the range of 230-380 nm can increase the efficiency of light, i.e. creates the conditions for a more rational use of the radiation energy of gas discharge lamps and the Sun (artificial and natural lighting).

Заявляемый способ выращивания растений в теплице на многоярусных узкостеллажных гидропонных установках, при котором в лотки высаживают рассаду и культивируют с искусственным облучением, отличается от известного, принятого за прототип, тем, что растение дополнительно облучают лазерным излучением, которое подают совместно с искусственным излучением в видимой области спектра с двух сторон, осуществляя сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, при этом облучают комплексным лазерным излучением, которое подают полным диапазоном спектральной области ФАР света (380-710 нм) и/или ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм. The inventive method of growing plants in a greenhouse on multi-tiered narrow-rack hydroponic plants, in which seedlings are planted in trays and cultivated with artificial radiation, differs from the well-known adopted as a prototype in that the plant is additionally irradiated with laser radiation, which is supplied together with artificial radiation in the visible region spectrum from two sides, scanning along the angle and reciprocating along the surface of the cenosis, while irradiating with complex laser radiation m, which serves the full range of the spectral region of the PAR of light (380-710 nm) and / or ultraviolet radiation in the range of 230-380 nm.

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "новизна". A comparative analysis of the claimed solutions with the known allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

Из патентной и научно-технической литературы для специалиста не известен способ, в котором лазерным излучением совместно с искусственным ламповым облучением облучают ценоз с двух сторон, осуществляя сканирование по углу и возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности ценоза, причем облучают комплексным лазерным излучением полным диапазоном спектральной области ФАР света 380-710 нм и/или ультрафиолетовым излучением в диапазоне 230-380 нм, позволяющий достичь описанный выше эффект. From the patent and scientific and technical literature, the specialist does not know a method in which cenosis is irradiated with laser radiation together with artificial lamp radiation from two sides by scanning along the angle and reciprocating along the surface of the cenosis, and irradiated with complex laser radiation with a full spectral range HEADLIGHT of 380-710 nm and / or ultraviolet radiation in the range of 230-380 nm, which allows to achieve the effect described above.

Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения "изобретательский уровень". Thus, the proposed solution meets the criteria of the invention of "inventive step".

Заявляемое техническое решение может быть использовано в сельском хозяйстве, оно позволяет улучшить поглощение листовым покровом растений энергии света в спектральной области ФАР, а следовательно, стимулировать его рост, снизить период вегетации и повысить урожайность на 8-11%. Таким образом, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "промышленная применимость". The claimed technical solution can be used in agriculture, it allows to improve the absorption of light energy in the spectral region of the PAR, and therefore stimulate its growth, reduce the growing season and increase productivity by 8-11%. Thus, the proposed technical solution meets the criteria of the invention of "industrial applicability".

На фиг. 1 изображен схематично поперечный разрез гидропонной установки с источниками облучения; на фиг. 2 - пример суммарного спектрального состава потока излучения лампы, Солнца и лазера. In FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a hydroponic plant with radiation sources; in FIG. 2 is an example of the total spectral composition of the radiation flux of a lamp, the Sun, and a laser.

Многоярусные узкостеллажные гидропонные установки 1 (фиг. 1) оснащены стеллажами 2, на которых установлены лотки с растениями (не показано). Гидропонные установки 1 оборудуют системой внешнего и внутреннего облучений растений с помощью ртутных газоразрядных ламп 3,4 с рефлекторами 5, а также пакетом сканирующих лазеров 6, установленным между (сверху) гидропонными установками 1, и пакетом сканирующих лазеров 7, установленным внутри (снизу) установок 1. Сканирующие лазеры, скомпонованные в пакеты, состоят из резонатора, снабженного дефлекторами непрерывного отклонения. The multi-tiered narrow-rack hydroponic units 1 (Fig. 1) are equipped with racks 2 on which trays with plants (not shown) are installed. Hydroponic installations 1 are equipped with a system of external and internal irradiation of plants using mercury gas discharge lamps 3.4 with reflectors 5, as well as a package of scanning lasers 6 installed between (above) hydroponic installations 1, and a package of scanning lasers 7 installed inside (bottom) of installations 1. Scanning lasers arranged in packets consist of a resonator equipped with continuous deflectors.

В пакеты собирают лазеры с заданными диапазонами излучаемого света, чтобы в наборе они охватывали полный диапазон спектральной области ФАР света (380-710 нм) или определенные диапазоны, оптимальные для определенной фазы развития растений, создавая совместно с ртутными лампами 3, 4 оптимальный режим облучения выращиваемой культуры. Lasers with preset ranges of emitted light are collected in packages so that in the set they cover the full range of the spectral region of the PAR light (380-710 nm) or certain ranges optimal for a certain phase of plant development, creating, together with mercury lamps 3, 4, the optimal irradiation regime for the grown culture.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Выращиваемые растения на стеллажах 2 гидропонных установок 1 облучают одновременно ртутными газоразрядными лампами 3,4 и сканирующими лазерами 6, 7 скомпонованными в пакеты. The grown plants on the racks 2 of the hydroponic plants 1 are irradiated simultaneously with mercury gas discharge lamps 3.4 and scanning lasers 6, 7 arranged in packages.

При сканировании по углу пакета лазера 6 образуется наружный луч, который последовательно перемещается по наружной поверхности ценоза - вначале сверху вниз по правому ценозу одной гидропонной установки, а затем снизу вверх по левому ценозу соседней гидропонной установки. Затем совершает обратное движение. И далее аналогично. When scanning along the corner of the laser package 6, an external beam is formed, which sequentially moves along the outer surface of the cenosis - first from top to bottom along the right cenosis of one hydroponic unit, and then from bottom to top along the left cenosis of a neighboring hydroponic unit. Then it makes a reverse movement. And then similarly.

При сканировании по углу пакета лазера 7 образуется внутренний луч, который последовательно перемещается по внутренней поверхности ценоза одной гидропонной установки - вначале снизу вверх по левому ценозу, а затем снизу вверх по правому. When scanning along the corner of the laser package 7, an internal beam is formed, which sequentially moves along the inner surface of the cenosis of one hydroponic installation - first, from bottom to top, along the left cenosis, and then from bottom to top, on the right.

После чего совершает обратное движение. И далее аналогично. After which it makes a reverse movement. And then similarly.

Одновременно лазеры 6 и 7 перемещаются вдоль поверхности ценоза возвратно-поступательно (вперед-назад) и таким образом наружный и внутренний лазерные лучи облучают последовательно все растения со всех сторон. At the same time, lasers 6 and 7 move along the surface of the cenosis back and forth (back and forth) and thus the external and internal laser beams irradiate sequentially all plants from all sides.

Регулирование дозы интенсивности излучения пакетов лазеров определяют из соотношения:
D =

·

· E_л· t₃ , где D - доза облучения;
L - длина гидропонной установки;
t₁ - время перемещения пакета лазера вдоль гидропонной установки;
α - угол зрения системы сканирования (пакета лазеров);
t₂ - время поворота пакета лазеров в угле α ;
Е_л - интенсивность излучения пакета лазера;
t₃ - время экспозиции (продолжительность облучения).Dose regulation of the radiation intensity of laser packets is determined from the ratio:
D =

·

· E _l · t ₃ , where D is the radiation dose;
L is the length of the hydroponic installation;
t ₁ is the travel time of the laser package along the hydroponic installation;
α is the angle of view of the scanning system (laser package);
t ₂ is the time of rotation of the laser packet in the angle α;
E _l - the radiation intensity of the laser package;
t ₃ - exposure time (duration of exposure).

На фиг. 2 показана спектральная интенсивность излучения Солнца, лампы и лазера. Набор пакета лазеров с заданными диапазонами излучения, оптимальными для конкретной выращиваемой культуры, значительно повышает спектральную интенсивность суммарного (естественного и искусственного) облучения растений. In FIG. Figure 2 shows the spectral intensity of radiation from the sun, lamp, and laser. A set of a package of lasers with preset emission ranges that are optimal for a particular crop, significantly increases the spectral intensity of the total (natural and artificial) irradiation of plants.

Суммарное излучение E_o=E₁+ E₂ + E₃, где E₁ - интенсивность облучения от Солнца;
Е₂ - интенсивность облучения от лампы;
Е₃ - интенсивность облучения от лазера.The total radiation E _o = E ₁ + E ₂ + E ₃ , where E ₁ - the intensity of radiation from the Sun;
E ₂ - the intensity of the radiation from the lamp;
E ₃ - the radiation intensity from the laser.

Применение предлагаемого способа выращивания растений с искусственным облучением их газоразрядными лампами и сканирующими лазерами в пакетах, расположенными во внешней и внутренней зонах ценоза, позволяет повысить урожайность выращиваемых культур примерно на 6-7% за счет наибольшей усваиваемости энергии света, получаемой в результате взаимодействия источников интегрального облучения (ламп и Солнца) и монохроматического облучения (лазеров). The application of the proposed method of growing plants with artificial irradiation with gas discharge lamps and scanning lasers in packages located in the outer and inner zones of the coenosis allows increasing the yield of cultivated crops by about 6-7% due to the highest assimilation of light energy obtained as a result of the interaction of sources of integral radiation (lamps and the Sun) and monochromatic irradiation (lasers).

Claims

METHOD FOR GROWING PLANTS IN A GREENHOUSE ON HYDROPONIC INSTALLATION Racks, including planting seedlings in rack trays with nutrient solution, cultivating plants and irradiating the upper surface of plant leaves during the growing season with an optical radiation stream in the visible range of the spectrum, characterized in that the lower period is additionally irradiated the surface of the leaves of plants by the flow of optical radiation in the visible range of the spectrum and simultaneously affect both leaf surfaces by scanning E thereon fluxes of laser radiation having a wavelength in the spectral range 380 - 710 nm and / or the range of 230 - 380 nm.