Способ искусственного облучения растений в процессе выращивания

 

Использование: сельское хозяйство, в растениеводстве в условиях защищенного грунта, преимущественно светокультура растений в селекционных климатических сооружениях, где требования к спектральному составу потока излучения наиболее высокие. Сущность изобретения: применение способа искусственного облучения растений в процессе выращивания позволяет добиться снижения эксплуатационных расходов на облучение, повышения эффективности использования и увеличения полезного срока службы применяемых источников оптического излучения. Способ основан на учете в процессе эксплуатации газоразрядных ламп явления значительного изменения их спектральных параметров. Способ ведут путем периодической оценки близости к нормативному спектральному распределению действительного состава потока излучения применяемых источников излучения, оцениваемого по указанной в описании формуле. Из условия минимального значения коэффициента конкретных источников оптического излучения компонуются группы источников со спектральными параметрами, наиболее близкими к нормативным для отдельных культур или текущих вегетационных фаз их развития. Далее облучение последних производят источниками излучения из соответствующих групп. 2 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к растениеводству в условиях сооружений защищенного грунта, в частности к светокультуре растений, и может быть использовано при выращивании растений, преимущественно в селекционных климатических сооружениях, где требования к спектральному составу потока излучения наиболее высокие.

Известен способ облучения растений в процессе выращивания, предполагающий создание нормируемой облученности с помощью электрических источников света (Мошков Б. С. Выращивание растений при искусственном освещении. Л. Колос, 1966).

Недостатком известного способа является отсутствие учета соответствия спектральной чувствительности выращиваемых растений и спектрального состава излучения применяемых источников излучения, что приводит к недостаточной эффективности использования последних.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ облучения растений, включающий формирование воздействующего на них потока оптического излучения определенной интенсивности и спектрального состава, для чего используются наборы горелок со специальным наполнением, создающие преимущественное излучение в отдельных участках спектра. Требуемого спектрального распределения потока энергии добиваются путем комбинации таких горелок в разном количестве внутри общего светильника.

Недостатком данного способа является низкая технологичность указанных мероприятий, не позволяющая реализовать способ в реальных производственных условиях. Кроме того, необходимо наличие специальных источников излучения с заданным спектральным составом потока облучения, что снижает общую эффективность процесса облучения и, следовательно, увеличивает себестоимость культур.

Целью изобретения является снижение эксплуатационных расходов на облучение, повышение эффективности использования и увеличение полезного срока службы применяемых источников излучения.

В основе изобретения лежит использование явления значительного изменения в процессе эксплуатации спектрального состава потока излучения современных газоразрядных ламп, широко применяемых для облучения растений. Из теории газового разряда известно, что спектр его излучения зависит от концентрации атомов в плазме и величины подводимой энергии. В качестве излучаемых добавок используются галоидные соединения различных химических элементов. Концентрация добавляемых соединений по сравнению с концентрацией ртути (основного наполнителя) мала однако почти все излучение разряда создается высвечиванием атомов добавок, что объясняется более низкими потенциалами их возбуждения. Наибольшее распространение получили металлогалогенные лампы с добавками иодидов натрия, скандия, таллия, индия и редкоземельных элементов.

В процессе эксплуатации газоразрядной лампы происходит диффузия атомов металлов через стенки кварцевой горелки, что приводит к изменению исходных концентраций излучающих добавок, и, как следствие, к перераспределению энергии в спектре потока излучения. Из-за возрастания концентрации свободного иода изменяются и электрические характеристики разряда. Под воздействием мощных потоков собственного излучения происходит также необратимые изменения излучательных характеристик ламп. Распыление активного вещества электродов приводит к поглощению молекул наполняющего лампу газа, образованию на стенках горелки темного налета. Этот налет поглощает значительную долю коротковолновой части излучения, вызывая снижение световой отдачи в целом и изменение спектрального состава потока оптического излучения.

Такие изменения происходят с газоразрядными лампами непрерывно в процессе их эксплуатации. Лампы с различным сроком наработки имеют существенно различающиеся между собой спектральные параметры поток излучения. Имеет место и некоторый технологический разброс основных параметров газоразрядных ламп, обусловленный особенностями процесса их производства. Путем аттестации имеющихся экземпляров ламп возможно такое разбиение их на группы, чтобы лампы различных групп по своим спектральным параметрам наиболее близко соответствовали биологическим требованиям, заданным для различных культур (или фаз развития растений). Далее лампы одной группы эксплуатируют совместно в одной облучательной установке.

Способ облучения растений в процессе их выращивания осуществляется следующим образом.

В процессе выращивания растений при искусственном облучении на основании результатов текущего контроля путем измерения или путем прогноза, в зависимости от срока наработки источников, действительных спектральных параметров потоков излучения применяемых ламп оценивают близость спектрального состава их потока излучения к нормативному распределению, заданному в соответствии с биологическими требованиями для данного вида культур или фазы их развития по формуле K_s= где К_s коэффициент отклонения спектрального состава потока излучения, соответствующего источника от нормативного; Е_i действительная доля энергии потока излучения в i-ом спектральном диапазоне, соответствующего источника, причем F_i= 1 Е_iн нормативная доля энергии потока излучения в i-ом спектральном диапазоне, заданная в соответствии с требованиями, растений данной культуры или стадии их развития; N количество контролируемых фотосинтетических активных радиационных спектральных диапазонов, а для формирования воздействующего на растения потока оптического излучения, используют источники с минимальным значением коэффициента К_s. Причем величина Е_i может быть измерена с помощью различных приборов, начиная от пиранометров со сменными светофильтрами, позволяющими выделять отдельные спектральные диапазоны и кончая приборами для точных спектральных измерений монохроматоров.

П р и м е р 1. Способ осуществляется при искусственном облучении культур огурца и томата с помощью газоразрядных ламп типа ДНаТ-400. Результаты определения спектрального состава потока излучения партии ламп и вычисления коэффициентов отклонения спектра ламп относительно нормативных для этих культур представлены в табл. 1. Причем для создания оптимального радиационного режима светокультуры огурца необходимо формирование оптического потока излучения, имеющего при облученности 90-110 Вт/м² следующий процентный спектральный состав: Е_син:Е_зел:Е_кр (15.20)%(35.45)%(40.45)% А для светокультуры томата при той же облученности требуемый спектральный состав излучения задан соотношением Е_син:Е_зел:Е_кр (10.20)%(15.20%):(60.75)% В качестве нормативных приняты средние значения спектральных соотношений из приведенных выше для огурца Е_син:Е_зел:Е_кр. 17%40%43% для томата Е_син:Е_зел:Е_кр. 17%17%68% В табл. 2 представлены результаты компоновки групп источников излучения для облучения культур огурца и томата. Отнесение конкретной лампы в данную группу производится при условии меньшего значения коэффициента Кs отклонения спектра для этой группы. Так, на основании того, что спектр лампы N 1 более соответствует требуемому для культуры огурца (10,7 14,9), данная лампа комплектуется в установку для облучения этой культуры.

У лампы N 2 коэффициент отклонения спектра относительно требуемого для культуры томата меньше, чем для культуры огурца (10,2 < 10,8). Поэтому данная лампа комплектуется в установку для облучения томатов.

П р и м е р 2. Способ реализуется при эксплуатации ламп типа ДРИ-2000. Существующие методики предусматривают нормирование спектрального состава потока оптического излучения по соотношению интенсивностей излучения в диапазонах: 400. 500 нм (синий Е_сн) 500.600 нм (зеленый Е_зел и 600.700 нм (красный Е_кр.). Наилучшие результаты в промышленной технологии применительно к светокультуре огурца обеспечивают спектральные соотношения Е_син:Е_зел:Е_кр. 17%40%43% а к светокультуре томата Е_син:Е_зел:Е_кр.15%17%68% Считая указанные соотношения номинальными осуществляется оценка близости к ним спектрального состава потока излучения применяемых ламп. Результаты аттестации представительной выборки ламп согласно методике, изложенной в примере 1 показали, что по причине их изменения в процессе эксплуатации и технологического разброса у различных экземпляров ламп отклонения интенсивности спектральных диапазонов составляют: синего +23.-19% зеленого +11.-24% красного +40.-24% Производится разбиение имеющихся ламп на две группы из условия минимального значения вычисляемых коэффициентов Кs для культур огурца и томата.

Формула изобретения

СПОСОБ ИСКУССТВЕННОГО ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ВЫРАЩИВАНИЯ, включающий формирование посредством источников излучения воздействующего на растения потока оптического излучения с нормативным для растения данной культуры или текущей фазы их развития распределением энергии этого потока по фотосинтетически активным радиационным спектральным диапазонам, отличающийся тем, что задают или измеряют действительную долю потока энергии каждого источника излучения в каждом спектральном диапазоне, определяют значения коэффицентов отклонения спектрального состава потока излучения этих источников излучения от нормативного по формуле

где K_s - коэффициент отклонения спектрального состава потока излучения соответствующего источника от нормативного;
E_i - действительная доля энергии потока излучения соответствующего источника в i-м спектральном диапазоне;
E_iн - нормативная доля энергии потока излучения для растений данной культуры или текущей фазы их развития в i-м спектральном диапазоне;
N - количество контролируемых фотосинтетически активных радиационных спектральных диапазонов,
а для формирования воздействующего на растения данной культуры или текущей фазы их развития потока оптического излучения используют источники излучения с минимальным значениям коэффициента отклонения спектрального состава потока излучения от нормативного.

РИСУНКИ

Рисунок 1