Способ определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении и установка для его осуществления

 

Использование: в тепличном овощеводстве в условиях искусственной среды и может быть использовано для оптимизации условий выращивания различных растений. Сущность изобретения: способ основан на оценке скорости снижения концентрации СО в сооружении при отключении его подачи, причем эта скорость зависит от интенсивности фотосинтеза и величины утечек через неконтролируемые выходы сооружения. Способ реализуется в установке для определения интенсивности фотосинтеза, снабженной установленным снаружи культивационного сооружения дополнительным измерителем концентрации углекислого газа, измерителем временных интервалов и задатчиком максимального и минимального значений концентрации. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к тепличному овощеводству в условиях искусственной среды, и может быть использовано для оптимизации условий выращивания различных растений.

Известен способ, реализованный в устройстве регулирования факторов внешней среды для оптимизации фотосинтеза (авторское свидетельство СССР 535921, кл. А 01 G 7/00, 1977).

Способ включает измерение количества двуокиси углерода СО₂, поступающего во входящем потоке газовой смеси с известными параметрами по его концентрации в культивационное сооружение и выходящее из него, после чего производят сравнение этих величин.

Наиболее близки по технической сущности к изобретению - способ определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении и установка для его осуществления (1).

Способ включает определение количества СО₂, поглощаемого растением по разности концентраций углекислоты во входном и выходном потоках ассимиляционной камеры.

Устройство для определения оптимальной температуры воздуха по изменению концентрации СО₂ при выращивании растений в культивационных сооружениях включает установленный внутри культивационного сооружения измеритель концентрации углекислого газа, выход которого соединен с входом электронного вычислителя, и устройство подачи углекислого газа в сооружение.

Недостатками указанных способа и устройства является то, что измерение количества СО₂ в выходящем потоке воздуха возможно только в специальной камере с устройством выхода воздуха, где и осуществляется измерение. Реальные производственные культивационные сооружения имеют много неконтролируемых входных и выходных потоков воздуха (двери, окна, форточки, стыки стен и т. д.), поэтому измерить количество выходящего из сооружения СО₂, контролируя выходные потоки воздуха, невозможно.

Цель изобретения - повышение точности определения поглощения растениями СО₂ в сельскохозяйственных культивационных сооружениях.

Поставленная цель достигается тем, что по способу определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении, включающем подачу в сооружение двуокиси углерода и измерение его количества по концентрации в вегетационном объеме культивационного сооружения, подачу двуокиси углерода производят периодически в дневную фазу роста растений, причем каждый период подачи начинают после снижения концентрации двуокиси углерода до минимально заданного значения и прекращают подачу по достижении концентрацией двуокиси углерода заданного максимального значения, при этом одновременно производят измерение интервала времени, определяющего снижение концентрации двуокиси углерода от максимально заданного до минимально заданного значений и дополнительно измеряют концентрацию двуокиси углерода вне культивационного сооружения, а в ночную фазу роста растений определяют показатель герметичности сооружения по формуле λ = - (1) где χ - текущее значение концентрации СО₂ в ночную фазу, t - текущее значение времени, после чего определяют интенсивность фотосинтеза по скорости поглощения двуокиси углерода по формуле K_F= 0,00578 λP_o· (2) где К_F - скорость поглощения двуокиси углерода растениями в процессе фотосинтеза, кг/ч; λ - показатель герметичности культивационного сооружения; Р_о - атмосферное давление, Па; V_о - свободный объем культивационного сооружения, м³;
χ_m1, X_m2 - нижний и верхний заданные пределы молярной концентрации СО₂, ppм;
τ - интервал времени, в течение которого происходит снижение концентрации СО₂ от χ_m2 до χ_m1, ч;
Т - температура внутри культивационного сооружения в дневной фазе, К (в градусах Кельвина);
χ_α - молярная концентрация СО₂ вне культивационного сооружения, ppм.

Устройство для определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении, содержащее установленный внутри сооружения измеритель концентрации углекислого газа, выход которого соединен с входом электронного вычислителя и устройство подачи углекислого газа в сооружение, снабжено установленным снаружи культивационного сооружения дополнительным измерителем концентрации углекислого газа, измерителем временных интервалов и задатчиком максимального и минимального значений концентрации, вход которого соединен с выходом измерителя концентрации, а первый и второй выходы соединены соответственно с входами устройства подачи углекислого газа и через измеритель временных интервалов с вычислителем, соединенным с выходом дополнительного измерителя концентрации.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "Новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые объекты от прототипа, выявлены не были и потому они обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 показана установка для определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении; на фиг. 2 дан график изменения концентрации СО₂ в ходе периодической подачи СО₂ в культивационное сооружение в дневное и убыль СО₂ в ночное время.

Устройство содержит установленный внутри культивационного сооружения измеритель 1 концентрации СО₂, выход которого подключен к задатчику 2 минимальных и максимальных значений, который подключен к устройству 3 подачи СО₂ и к измерителю 4 временных интервалов.

Выходы измерителей концентрации и временных интервалов подключены к входу вычислителя 5, к которому, кроме того, подключен дополнительный измеритель 6 концентрации СО₂, установленный снаружи культивационного сооружения. Выход вычислителя 5 соединен с алфавитно-цифровым устройством 7 отображения информации.

Способ определения интенсивности включает измерение концентрации СО₂ в культивационном сооружении и анализ с помощью вычислителя в соответствии с приведенным выше выражением для показателя интенсивности К. Этот способ основан на оценке скорости снижения концентрации СО₂ в сооружении при отключении его подачи, причем эта скорость зависит от интенсивности фотосинтеза и величины утечек через неконтролируемые выходы сооружения. Величина этих утечек определяется измерением динамики снижения концентрации СО₂ в ночную фазу, когда фотосинтеза нет.

Сравнение скорости спада в дневное и ночное время дают усредненную величину интенсивности фотосинтеза за дневной период роста и по ее оценке ведут оптимизацию всего процесса выращивания растений.

Устройство для определения интенсивности фотосинтеза растений работает следующим образом.

Измеритель 1 концентрации генерирует электрический сигнал, соответствующий концентрации СО₂ внутри сооружения и поступает в задатчик 2, где установлены два значения концентрации СО₂ - минимальное и максимальное. При снижении концентрации СО₂ вследствие фотосинтеза и утечек (двери, форточки, стыки остекления и пр.) до минимально заданного, на вход устройства 3 подачи СО₂ поступает сигнал включения подачи СО₂, вследствие чего концентрация СО₂ в сооружении растет.

По достижении максимально заданного значения задатчик 2 выключает устройство 3 подачи СО₂. Измеритель 4 временных интервалов производит измерение временных интервалов между выключением подачи СО₂ и включением. Результат измерения в виде электрического сигнала подается в вычислитель 5, сюда же поступает сигнал от дополнительного измерителя 6 концентрации, после чего вычислитель 5 осуществляет вычисления в соответствии с программой и постоянными величинами, заложенными в его память. Результаты расчета в соответствии с зависимостями от λ и К_F отображаются на устройстве 7 отображения и могут быть использованы в дальнейшем для оптимизации режимов выращивания (см. выражения (1) и (2)).

Способ определения интенсивности фотосинтеза растений реализуется в работе установки для определения интенсивности фотосинтеза. Такое выполнение технических решений для определения интенсивности фотосинтеза позволяет вести контроль в реальных культивационных сооружениях, где невозможно контролировать концентрацию СО₂ во всех возможных точках выхода воздуха.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА РАСТЕНИЙ В КУЛЬТИВАЦИОННОМ СООРУЖЕНИИ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении, включающий подачу в сооружение двуокиси углерода и измерение его количества по концентрации в вегетационном объеме культивационного сооружения, отличающийся тем, что задают величину максимального и минимального значений концентрации двуокиси углерода в культивационном сооружении, подачу двуокиси углерода производят периодически в дневную фазу роста растений, причем каждый период подачи начинают после снижения концентрации двуокиси углерода до минимально заданного значения и прекращают подачу по достижении концентрации двуокиси углерода заданного максимального значения, при этом одновременно производят измерение интервала времени, определяющего снижение концентрации двуокиси углерода от максимально заданного до минимально заданного значений, и дополнительно измеряют концентрацию двуокиси углерода вне культивационного сооружения, а в ночную фазу роста растений определяют показатель герметичности сооружения по формуле

где x - текущее значение концентрации CO₂ в ночную фазу, в моменты регистрации t₁ и t₂,
после чего определяют интенсивность фотосинтеза по скорости поглощения двуокиси углерода по формуле

где K_F - скорость поглощения двуокиси углерода растениями в процессе фотосинтеза, кг/ч;
λ - эффективный показатель герметичности культивационного сооружения;
P₀ - атмосферное давление, Па;
V₀ - свободный объем культивационного сооружения, м³;
- нижний и верхний заданные пределы молярной концентрации CO₂, ррм;
τ - интервал времени, в течение которого происходит снижение концентрации CO₂ от ч;
T - температура в дневной фазе, К;
x_α - молярная концентрация CO₂ в воздухе, ррм.

2. Установка для определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении, содержащая измеритель концентрации углекислого газа для установки внутри сооружения, выход которого соединен с входом электронного вычислителя, и устройство подачи углекислого газа в сооружение, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным измерителем концентрации углекислого газа для установки снаружи культивационного сооружения, измерителем временных интервалов и задатчиком максимального и минимального значений концентрации, вход которого соединен с выходом измерителя концентрации, а первый и второй выходы соединены соответственно с входами устройства подачи углекислого газа и через измеритель временных интервалов - с вычислителем, соединенным с выходом дополнительного измерителя концентрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2