Результат интеллектуальной деятельности: Устройство анодно-водородного стимулятора роста растений

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к питательным субстратам для растениеводства открытого и закрытого грунта, которые содержат ряд отдельных питательных элементов для роста растений, предназначенных для высокоэффективного роста растений, с длительным использованием в процессе эксплуатации.

Известно устройство «Фильтрующий патрон для получения питьевой воды с улучшенными потребительскими свойствами» /Патент РФ № 169884, МПК B01D 24/10, 2017/. Он состоит из последовательно соединенных узлов: подачи очищаемой воды, включающего оболочку с радиальными прорезями и снабженного средством крепления в фильтре, выполненного в виде цилиндрической оболочки с резьбой на наружной поверхности, узла фильтрации, выполненного в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены сетки, и заполненного смесью гранулированных адсорбирующих и минерализующих компонентов и слоем нетканого ионообменного фильтрующего полотна, прилегающим с внутренней стороны к сетке в нижней части узла фильтрации; узла вывода очищенной воды, выполненного в виде воронки с тупым углом и отверстием посредине, при этом узел фильтрации содержит смесь гранулированных кальций и магний содержащих компонентов и гранулированных адсорбирующих компонентов.

Недостатком известного устройства является то, что при соприкосновении магний содержащего компонента с водой возникает процесс окисления, при котором образуется слой, защитного прочного гидроксида, предотвращающего взаимодействие с H₂O. В итоге подобный метод скоротечно прекратит свою работу и потребуется замена материала. Очистка магний содержащего компонента от гидроксида полностью отсутствует. Фильтрующий патрон используется для питьевой воды. Затруднена утилизация фильтра после использования.

Присутствие малого содержания водорода благоприятно воздействует на растения, в которых возникают процессы усиления фотосинтеза, с последующим увеличением содержания глюкозы, крахмала, каротиноидов, хлоропластов, а также ускорение химических реакций. [Экспериментальные исследования влияния водорода на оптические характеристики растений. Е.В. Тимченко, Е.А. Селезнева., Н.В. Трегуб, Л.А. Таскина, П.Е. Тимченко. Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (национальный исследовательский университет). Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 1. С. 281-285].

Известен «Питательный субстрат для выращивания растений» /Патент РФ № 2662772, МПК A01G 31/00, 2018/ состоящий из: смеси калиевой 10÷89 мас.%, аммониевой 20÷79 мас.% и водородной 0÷30 мас.% форм природного клиноптилолита и малорастворимых солей кальция, магния и фосфорной и/или серной кислоты 0÷10 мас.%. Изготовление питательных растворов производят по стандартным компонентам входящих в состав питательных веществ.

Недостатком известного состава является использование, в частности, сыпучих мелкодисперсных компонентов, которые в свою очередь легко подвержены разложению, старению. Изменение химического состава в процессе длительного хранения, под действием воздушного кислородного и влажного воздействия окружающей среды. Это является не безопасным стратегически важным элементом сохранения первоначальных химических свойств компонентов. Высока трудоемкость процесса изготовления состава, необходимо иметь химико-технологические знания в области смешивания компонентных частей.

Техническая задача изобретения состоит в обогащении почвы экологически чистыми питательными элементами в результате изменения свойств используемой поливочной воды для растениеводства.

Поставленная задача решается тем, что устройство анодно-водородного стимулятора роста растений, согласно изобретению, снабжено корпусом и размещенной с его торца крышкой с винтовой посадкой, регулируемыми кранами – впускным, расположенным в нижней части корпуса, и выпускным в верхней его части, магниево-стержневыми электродами, размещенными внутри корпуса в диэлектрических кассетах с отверстиями, при этом краны связаны трубопроводами с системами водопровода и полива растений. Кроме того, магниевые электроды выполнены в виде шариков.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства анодно-водородного стимулятора роста растений.

Устройство анодно-водородного стимулятора роста растений состоит из корпуса 1 с крышкой 2 с винтовой посадкой, размещенной с его торца, впускного 3 и выпускного 4 регулируемых кранов и магниево-стержневых электродов 5, размещенных внутри корпуса 1 в диэлектрических кассетах 6 с отверстиями.

Корпус 1 может быть различной конфигурации, например, цилиндрическим.

Устройство работает следующим образом.

Вода из водопровода поступает через впускной кран 3 и попадет в рабочую зону корпуса 1, где располагается пластиковая диэлектрическая кассета 6 с магниевыми стержневыми электродами 5. Жидкость, соприкасаясь с поверхностью электродов 5 в виде металлического магния, вступает с ним в слабую реакцию. В процессе взаимодействия воды и магния происходит окисление металла с выбросом мелко дисперсного водорода и отрицательными значениями окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) с ионами магния. Выполнение корпуса 1 может быть вертикальным или горизонтальным. Впускной кран 3 находится снизу, а выпускной 4 сверху. Такое расположение кранов 3 и 4 необходимо для беспрепятственного вытеснения газообразного скапливаемого мелко дисперсного водорода, а также скопившегося атмосферного воздуха, в момент запуска устройства. Регулируемые краны 3 и 4 служат для увеличения или уменьшения проходящего потока воды, они влияют на концентрацию раствора и насыщение водных слоев ионами магния, мелко дисперсным водородом и отрицательными значениями ОВП. Например, при более высокой скорости прохождения воды через устройство, насыщение раствора снижается, а при замедлении потока воды стремится к максимально допустимым значениям.

Насыщенная ионами магния и мелко дисперсным водородом с отрицательными значениями ОВП вода, прошедшая через устройство, поступает по трубопроводу в оросительную систему для полива сельскохозяйственных растений, открытого или закрытого грунта. Внесение такой воды возможно разными методами, в виде капельного полива, крупно и мелкодисперсного распыления.

Крышка 2 служит для обслуживания устройства, например, для замены кассет 6, очистки или замены электродов 5. В этом случае перекрывают оба крана 3 и 4 и жидкость остается заблокирована внутри рабочей зоны корпуса 1. Отсоединяют кран 3 от водопровода и соединяют с системой канализации, куда и сбрасывают оставшуюся в корпусе 1 воду. Далее отсоединяют крышку 2 и производят необходимые работы по очистке или замене кассет 6 и электродов 5.

При длительной работе устройства, в силу физических свойств, стержневые магниевые электроды 5 под воздействием H₂O подвергаются коррозии. На поверхности металла образуется относительно прочный оксид магния, защищающий поверхность металлического магния от разрушения. В итоге процесс воздействия на водопроводную воду прекращается. Поэтому необходимо очистить электроды 5 от гидроксида для возобновления взаимодействия металлического магния с водой.

Вместо электродов 5 возможно применение шариков из металлического магния, например, диаметром 10-25мм, размещенных внутри корпуса 1 между кассетами 6, удерживающими их в рабочей зоне корпуса 1 и обеспечивающими свободное движение воды и предотвращения засорения выходного и выходного трубопроводов с прижимными кранами 3 и 4.

Очистка поверхности электродов от гидроксида, осуществляется 9% уксусной кислотой. Подобный метод увеличивает площадь поверхности соприкосновения металла магния с водой, что приводит к увеличению обрабатываемого объема воды.

Метод № 1.

Метод не требует отсоединения устройства от системы водоснабжения. Конструкция состоит из четного числа электродных 5 пар. При первоначальной сборке устройства к магниевым электродам 5 присоединяются токовые провода (на фиг. не показано), связанные с источником переменного тока. На электродные пары 5 подается переменный электрический ток, воздействующий на поверхность оксидной пленки металла, разрушая её. Ток подается кратковременно до полного разрушения оксидного слоя, например 3 - 5 мин.

Преимущество подобного способа состоит в том, что в процессе работы устройства нет необходимости разбирать конструкцию, для удаления оксидного слоя. Достаточно установить электронно-цифровое реле времени включения и выключения переменного электрического тока и запуска механизма в автоматическом режиме. Время нарастания и разрушения оксидной пленки устанавливается опытным путем. Возможно включение и выключение переменного тока в ручном режиме.

Метод № 2.

Возможна очистка оксидной пленки с поверхности электродов 5 столовой 9% уксусной кислотой. Для этого необходимо перекрыть оба прижимных крана 3 и 4, слить воду, находящуюся в корпусе 1, снять винтовую крышку 2, вынуть из корпуса 1 кассету 6 с магниевыми электродами 5, просушить металлические электроды 5, например тепловым феном. Магниевые электроды 5 помещаем в отдельную емкость с 9%-ой уксусной кислотой на 25 - 35 секунд. Возникает бурная реакция между раствором уксуса и электродами 5, которая протекает с выделением пузырьков газообразного водорода. Электроды 5 очищаются за считанные секунды от гидроксида магния. Поверхность металла становится серебристого цвета. Для нейтрализации уксусной кислоты с поверхности электродов 5, осуществляют их промывку обычной водопроводной водой. Далее очищенная кассета 6 с электродами 5 помещается в корпус 1, и в обратном порядке устанавливается в систему.

Просушка электродов 5 необходима для ускоренного проникновения жидкого уксуса в поры оксидной пленки, образовавшейся на поверхности электрода 5, и сокращения времени растворения гидроксида магния с ее поверхности. В случае нарушения техпроцесса и наличия остаточной влаги на поверхности электродов, процесс растягивается во времени.

Для работы устройства может использоваться вода из различных доступных источников, например: водопроводная вода, из скважины или любого источника естественного происхождения: родники, реки, озера, и др. Для более чувствительных сельскохозяйственных растений возможно применение фильтрующего элемента в виде обратного осмоса, для исключения попадания возможных патогенных грибков и микроорганизмов.

Преимущество использования электродного стержневого металлического магния состоит в том, что электрод 5 не занимает много места, не реагирует со средой в сухом состоянии, способен сохранять свои свойства при должном хранении очень длительное время. Ионы магния в растворенном в воде виде являются питательными элементами.

При малом содержании в воде водорода и воздействии его на растения, возникают процессы усиления фотосинтеза, с последующим увеличением содержания глюкозы, крахмала, каротиноидов, хлоропластов, а также ускорение химических реакций.

Были проведены испытания устройства.

Использовали три контрольные емкости и три емкости для испытуемых образцов. Использовали семена семейства злаковых, пшеничное зерно.

Подготовка испытуемых и контрольных образцов производилась следующим образом.

На высокоточных лабораторных весах взвешивалось по 10 г пшеничных зерен для каждой емкости. В 10 г содержится 289 зерен. Поврежденные зерна удалялись, методом визуального осмотра. Каждую емкость наполнили грунтом, в виде среднестатистического чернозема. При посадке зерна равномерно распределялась по всей поверхности емкости, с заглублением 20 мм.

Три контрольных образца поливались водой из водопровода по 300 грамм жидкости в каждую емкость в утреннее и вечернее время, с комнатной температурой 20 °С. Брали воду со следующими характеристиками: ОВП +187 мВ / PH7.41 / ppm156. Для трех испытуемых емкостей применялась вода, прошедшая водоподготовку в «анодно – водородном устройстве» с выходными значениями ОВП – 255 мВ / PH7.08 / ppm168 при аналогичных базовых условиях и количестве воды.

Длительность эксперимента составляла шесть суток, при температуре окружающей среды 22°С, в закрытом защищенном фитобоксе с искусственным светодиодным освещением и с климат контролем.

Далее провели подсчет измеряемых параметров, таких как масса и высота ростков. Срез пшеничных стебельков производили вровень с грунтом у контрольных и опытных емкостей. Растительную массу взвешивали на лабораторных весах и измеряли контрольно-измерительной линейкой высоту каждого стебля пшеницы, внося данные в таблицу. Среднее значение высоты стебельков для каждой емкости рассчитывали следующим образом. Суммировали длину всех стеблей растений в отдельной емкости в миллиметрах, полученное значение, делили на количество взошедших ростков пшеницы. Таким образом определялось среднее значение высоты стеблей. Далее производили аналогичные измерительные действия со всеми емкостями контрольных и испытуемых образцов, с последующим внесением данных в таблицу 1 о средних значениях.

Таблица замеров.

Низкая всхожесть семенного пшеничного зерна связана с длительным хранением зерна в специально отведенном сухом состоянии более 5-ти лет.

Итоговая разница между контрольными и испытуемыми образцами оказалась существенна. В процентном отношении для опытных образцов она оказалась выше по сравнению с контрольными. По массе она составила 21,32%, по высоте - 22,49%, что подтверждает эффективность применения устройства анодно-водородного стимулятора роста растений.

Использование устройства позволит повысить скорость роста растений за счет обогащения почвы экологически чистыми питательными элементами и без дополнительного внесения химических удобрений.