BRPI0608697A2 - ambiente de cultivo de planta e método de cultivar plantas em um ambiente de cultivo de planta - Google Patents
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Abstract
AMBIENTE DE CULTIVO DE PLANTA E MéTODO DE CULTIVAR PLANTAS EM UM AMBIENTE DE CULTIVO DE PLANTA. A invenção se refere a relaciona a um ambiente de cultivo de planta compreendendo inclui: um arranjo sensor de oxigênio para sensorear um nível de oxigênio em dito ambiente. De acordo com a invenção,dito arranjo sensor de oxigênio compreende uma placa de base para fica subjacente a um substrato; e uma pluralidade de sensores de oxigênio cada um posicionado em dita placa de base em uma posição predeterminada para sensorear um nível de oxigênio local em dito substrato. Deste modo, uma estratégia de irrigação de água pode estar baseado em níveis sensoreados em uma pluralidade de posições.
Description
"AMBIENTE DE CULTIVO DE PLANTA E MÉTODO DE CULTIVARPLANTAS EM UM AMBIENTE DE CULTIVO DE PLANTA"
A invenção refere-se a um ambiente de cultivo de planta:um arranjo sensor de oxigênio para sensorear um nível deoxigênio em dito ambiente.
Para ambientes de cultivo de planta, o W003005807 discutevários aspectos relacionados com monitoração e melhoria de condições decrescimento. Um destes aspectos é a medição de um nível de oxigênio em umsubstrato de planta a fim de adequadamente ajustar o nível de oxigênio paramelhorar as condições de crescimento no substrato. Um sensor que é propostopara implementar tal monitoração de oxigênio é o sensor descrito emWOOl/63264, utilizando um efeito de interrupção de fluorescência por meiode oxigênio. Este sensor pode ser usado como um revestimento fluorescente aser colocado em contato com o ambiente de oxigênio e por meio de umaleitura fotoelétrica da fluorescência um nível de oxigênio pode serpressuposto.
Um dos aspectos que é discutido é o fato de que nível de águaé um fator importante para ulterior avaliação da oxigenação do substrato. Umoutro aspecto que é tocado é o aspecto que níveis de oxigênio podem variar delocal a local. Foi verificado que o existente sensor de oxigênio é apenas capazde medir nível de oxigênio em um único ponto, de modo que adequadamedição de níveis de oxigênio é incômoda devido à necessidade de mediçõesrepetidas ou incertas, devido ao número limitado de pontos que podem serselecionados e caro devido ao equipamento necessário para prover umapluralidade de medições simultâneas.
Para superar os inconvenientes acima, a invenção provê umambiente de cultivo de planta de acordo com as características dareivindicação 1. Em particular, um ambiente de cultivo de planta é provido,compreendendo: um arranjo sensor de oxigênio para sensorear um nível deoxigênio em dito ambiente; um arranjo sensor de oxigênio compreendendouma placa de base para ser subjacente a um substrato; e uma pluralidade desensores de oxigênio cada um posicionado na dita placa de base em umaposição predeterminada para sensorear um nível de oxigênio local em ditosubstrato.
Em uma forma de realização preferida, os sensores deoxigênio são dimensionados em altura diferente em relação à placa de base.Verificou-se que os níveis de oxigênio podem variar dramaticamente emrelação à altura da placa de base e que uma estratégia de irrigação pode serfortemente dependente dos níveis de oxigênio particulares sensoreados emdiferentes alturas.
Em um outro aspecto, a invenção provê um método de cultivarplantas em um ambiente de cultivar plantas compreendendo: prover umarranjo sensor de oxigênio para sensorear um nível de oxigênio em umsubstrato para cultivar plantas; medir um nível de oxigênio na pluralidade deposições predeterminadas em dito substrato para sensorear um nível deoxigênio local em dito substrato; e ajustar uma irrigação de água em ditosubstrato em resposta a um nível de oxigênio medido na dita pluralidade deposições predeterminadas. Aqui, preferivelmente, dependendo de um nível deoxigênio sensoreado em uma predeterminada altura no substrato, o métodopode compreender drenar água do substrato e/ou fornecer água ao substratopara regular níveis de oxigênio no substrato.
Especificamente, o método pode compreender drenar água dosubstrato quando um nível de oxigênio é baixo em uma parte mais alta dosubstrato. Alternativamente ou em adição, o método compreende fornecerágua a partir do substrato quando um nível de oxigênio é baixo em uma parteinferior do substrato.
Outros aspectos e benefícios da invenção serão descritos comreferência aos desenhos. Aqui:a Figura 1 mostra um desenho esquemático de um ambiente decultivo de planta de acordo com a invenção;
a Figura 2 mostra um gráfico ilustrando uma diferença emdrenagem (A) e fornecimento de água (B); e
a Figura 3 mostra um gráfico ilustrando um efeito de suprirlocalmente água em duas (A) ou três (B) posições; e
a Figura 4 mostra um diagrama de correlação de um teor deOxigênio, medido em média, com vários outros fatores de crescimentorelevantes para cultivo de plantas.
Na Figura 1, um recipiente 1 para uso em uma estufa ou outroambiente de crescimento de plantas é mostrado, o qual é adaptado de acordocom a invenção para prover uma medição simultânea ou quase simultânea(por exemplo: seqüencial) de níveis de oxigênio em um substrato 2. Osubstrato 2 é tipicamente um substrato convencional tal como substrato decrescimento mineral: lã de vidro ou lã mineral. Plantas 3 são cultivadas sobreo substrato 2 por meio do fornecimento de água e outros fatores decrescimento. Agua é tipicamente provida através de fornecimentos de água 4.
Para monitorar adequadamente as condições de crescimento, um dispositivode medição de oxigênio 5 está presente, o qual é acoplado com sensores deoxigênio 6. O dispositivo de medição de oxigênio 5 é arranjado como umprocessador que processa múltiplos sinais de entrada, os quais podem ser deuma natureza elétrica ou óptica. Na forma de realização preferida, os sensores6 são arranjados, como esquematicamente representado, como fibras ópticas 7(fibras de vidro), os quais são revestidos em uma extremidade distai com umrevestimento sensível a oxigênio 8, em particular um corante fluorescente queé sensível a níveis de oxigênio. Tipicamente, um tal corante pode ser ummaterial de matriz em que um complexo organometálico é embutido.
O complexo organometálico é um corante fluorescentesensível a oxigênio, com a magnitude de fluorescência e a vida útil defluorescência sendo dependentes do teor de oxigênio no meio. Um talorganometal tipicamente consiste de Tris Ru2+-4,7-bifenil-l,10-fenatrolina;este complexo de Ru(rutênio) é particularmente sensível a oxigênio, masoutros organometais podem ser também usados, tais como um complexo deOs ou um complexo de Pt. Por causa da permeabilidade a gás do substrato 2,oxigênio pode interagir com o complexo organometálico. Como um resultado,a magnitude de fluorescência é influenciada pela quantidade de oxigênio nomeio. Por meio da medição da intensidade emitida ou tempo de vida útil dafluorescência, a extensão da influência e, conseqüentemente, o teor deoxigênio, pode ser estabelecida.
Uma maneira típica de medir um nível de oxigênio é gerar luz,preferivelmente por meio de uma lâmpada (não representada) no dispositivode medição de oxigênio 5, de um comprimento e onda específico ao qual ocorante fluorescente é sensível. Através da fibra óptica 7, esta luz se propagapara o revestimento fluorescente 8, o qual, sob a influência do oxigênio,mostra um comportamento fluorescente específico, como explicado acima.Esta fluorescência pode ser convenientemente medida por meio de guiar a luzfluorescente através da mesma fibra 7 de volta para o dispositivo de mediçãode oxigênio 5 onde ela pode ser fotoeletricamente convertida para prover umsinal sensor elétrico. Este sinal pode ser alimentado em um conversor de ADe ulteriormente processado por meio de processador para calcular um nível deoxigênio. Também, esta informação pode ser combinada por meio doprocessador com informação de posição que pode estar inerentementedisponível em um elemento de memória. Para esta finalidade, a fibra pode seridentificada com base em uma ordem de posição predeterminada ou outracaracterística de identificação e esta identificação pode ser acoplada cominformação de posição disponível. Alternativamente, o sensor 6 pode serprovido com meios de posicionamento e um circuito de sinal que provêinformação de posicionamento para o dispositivo de medição de oxigênio 5.Para segurar os sensores no substrato 2, de acordo com ainvenção, os sensores são posicionados em uma placa de base 9 em umaposição predeterminada para sensoreamento de um nível de oxigênio local nosubstrato 2. Isto pode ser feito, preferivelmente, por meio da montagem deelementos de guia 10, tais como tubos de metal ou similares, sobre uma placade base 9 e alimentação da fibra óptica através dos mesmos até uma alturapredeterminada. Alternativamente, a placa de base 9 pode ser produzida emplástico, por exemplo, por meio de moldagem de plástico, e a placa 9 e guias10 podem ser formadas monoliticamente.
Além disto, para prover uma forma de realizaçãoconvenientemente administrável, as fibras podem ser providas com umelemento conector 11 que acopla as fibras individualmente ou em comumcom uma entrada/saída óptica 12 do dispositivo de medição de oxigênio 5. Nodispositivo 5, as fibras podem ser acoplada com um elemento de arranjofotoelétrico, tal como um elemento linear ou matriz. A saída do mesmo podeser espacialmente separada para pertencer a diferentes fibras, cada umaidentificável para uma posição espacial predeterminada no substrato 2.
Alternativa comutação mecânica ou óptica pode ser provida para selecionaruma ou mais fibras para processamento. Também, alternativamente, umprocessamento simultâneo ou seqüencial pode ser provido por meio doprocessamento de multiplexação ou paralelo de sinais ópticos derivados deuma pluralidade de fibras.
Como representado em uma forma de realização preferida naFigura 1, afora a monitoração, controle direto pode ser provido, comomostrado a título de exemplo na forma de realização representada na Figura 1,para drenos 13 e/ou fornecimentos 4 a fim de ajustar um regime de irrigaçãode água para o substrato. Na Figura 2 e Figura 3 pode ser mostrado como amedição dos níveis de oxigênio locais pode ser usada para ajustar o regime deirrigação.Em particular, a Figura 2 ilustra uma medição que foi realizadaem um convencional substrato de lã mineral de cerca de 1x2 m. no substrato,em quarenta posições espacialmente diferentes foi medido um nível deoxigênio, em 15 posições lineares ao longo do comprimento do substrato. Nográfico, posições de altura são indicadas como posições a, b, c, ou d, sendoque a é uma posição mais inferior e d é uma posição mais alta imediatamenteabaixo da superfície do substrato. No arranjo de medição, os sensores foramformados por pinos de metal de alturas diferentes, os quais foram revestidoscom um revestimento fluorescente, como discutido acima, sensíveis a umnível de oxigênio. A fluorescência do revestimento foi medida por localmenteirradiar o revestimento e medir o declínio de fluorescência do revestimento.Na situação da Figura 2A, o substrato foi imerso por 95% em água com baixooxigênio (oxigênio esgotado) como uma situação de partida inicial. Então, nasituação da Figura 2A, o substrato foi drenado, com imersão de 95% até 80.
A Figura 2A mostra no eixo X a posição de sensoresclassificados até oito (sensores mais baixos a e b à esquerda, sensores maisaltos c e d à direita). No eixo Y um acréscimo de nível de oxigênio éilustrado em percentagens. Como está claramente mostrado, nas regiões maisaltas (posições bcd, no gráfico classificado à direita), um considerávelacréscimo positivo (ao redor de 4%) de teor de oxigênio é medido. As regiõesinferiores marginalmente se aproveitam de drenagem do substrato.
A seguir, água rica em oxigênio foi suprida ao substrato. AFigura 2B mostra claramente que isto uniformemente afeta a distribuição denível de oxigênio, especialmente, também nas alturas mais baixas (sensores a,b) o nível de oxigênio aumenta. Pode ser mostrado que, dependendo dadistribuição de oxigênio, fornecimento ou drenagem do substrato pode afetaros níveis de oxigênio no substrato e a oxigenação de partes mais altas ou maisbaixas do substrato em uma direção vertical pode ser controlada.
A Figura 3 mostra a localidade de fornecimento de água ecomo isto pode influenciar a distribuição de oxigênio no plano horizontal. NaFigura 3A, água é fornecida em duas posições (as posições dispositivo demedição de oxigênio 5 e 10, posicionadas em cerca de 1/3 e substrato 2/3 docomprimento de substrato). Um acréscimo de oxigênio é claramente mostradona direção vertical em torno da posição dispositivo de medição de oxigênio 5(posições 4d, 5a-c e 6a-c mostram um significante acréscimo na oxigenação)e a posição 10.
Na Figura 3B a mesma rotina foi exercitada para trêsdiferentes posições de fornecimento, em particular as posições substrato 2, 8 e14. Novamente, claramente, as posições 2-4, as 7- 9 e as 13-14, mostram umacréscimo positivo em nível de oxigênio.
Na Figura 4, um diagrama de correlação é mostrado, indicandouma forte correlação entre um teor de oxigênio (O2) médio em uma alturapredeterminada em um substrato de cultivo (medido em uma pluralidade deposições em 1 cm a partir do fundo do substrato). Ela mostra claramente umaforte correlação com, dentre outros, luz (LI, forte correlação negativa),temperatura do substrato (MatTemp), instante do dia (Time) e teor de água(WG). As áreas listradas indicam uma correlação negativa. A temperatura dosubstrato e o teor de água do substrato, bem como a intensidade de luz naestufa, parecem ser negativamente correlacionados com o teor de oxigênio:quanto menos luz e mais frio e menos água no substrato, tanto mais alto é oteor de oxigênio.
Embora a invenção tenha sido ilustrada com a forma derealização específica da Figura 1, variações se modificação naquela forma derealização caem bem dentro do escopo das reivindicações. Tais variaçõespodem ser mesas, solo ou pisos de concreto. Além disto, além de substrato decrescimento mineral, também outros substratos, tais como turfa, coco, etc.,caem dentro do escopo da reivindicação. Os substratos podem estar presentescomo placas, potes ou blocos. Variações podem também compreender:transmissão elétrica de sinais de sensoreamento de oxigênio; leituras locaisdos sensores através de uma amostra que é colocada em contato com ossensores, por exemplo, uma amostra que contata um revestimento sensível aoxigênio, aplicada em pinos cilíndricos erguidos sobre uma placa de base.
Tais variações ou modificação são consideradas serem parte da invençãocomo reivindicada nas reivindicações anexas.
Claims (9)
1. Ambiente de cultivo de planta, caracterizado pelo fato de quecompreende:- um arranjo sensor de oxigênio para sensorear um nível deoxigênio em dito ambiente; dito arranjo sensor de oxigênio compreendendo:- uma placa de base para ser subjacente a um substrato; e.- uma pluralidade de sensores de oxigênio cada umposicionado na dita placa de base em uma posição predeterminada parasensorear um nível de oxigênio local em dito substrato.
2. Ambiente de cultivo de planta de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os sensores de oxigênio sãodimensionados em altura diferente em relação à placa de base.
3. Ambiente de cultivo de planta de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os sensores são providosem uma extremidade distai de fibras ópticas que são orientadasperpendicularmente em posições predeterminadas em relação à placa de base,as fibras sendo conectáveis a um dispositivo de leitura.
4. Ambiente de cultivo de planta de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as fibras são inseridas emguias cilíndricas que são fixas em relação à placa de base.
5. Ambiente de cultivo de planta de acordo com qualquer dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende aindaum dispositivo de leitura conectável ao sensor de oxigênio para ler uma saídaóptica de dito sensor de oxigênio e um dispositivo de comutação para comutarum predeterminado dentre a dita pluralidade de sensores de oxigênio para ditodispositivo de leitura.
6. Ambiente de cultivo de planta de acordo com qualquer dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o sensor deoxigênio compreende um corante fluorescente sensível a oxigênio que, sob ainfluência de luz de incidente, provê fluorescência que pode ser lida em umdispositivo de leitura, em que um tempo de vida de fluorescência é associadocom um nível de oxigênio sensoreado.
7. Método de cultivar plantas em um ambiente de cultivo deplanta, caracterizado pelo fato de que compreende:- prover um arranjo sensor de oxigênio para sensorear umnível de oxigênio em um substrato para cultivar plantas;- medir um nível de oxigênio em uma pluralidade de posiçõespredeterminadas em dito substrato para sensorear um nível de oxigênio localem dito substrato; e- ajustar uma irrigação de água em dito substrato em resposta aum nível de oxigênio medido na dita pluralidade de posiçõespredeterminadas.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que os sensores de oxigênio são dimensionados em altura diferente emrelação a uma placa de base.
9. Método de acordo com qualquer das reivindicações 7 e 8,caracterizado pelo fato de que compreende drenar água do substrato e/oufornecer água ao substrato para regular os níveis de oxigênio no substrato.
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