用于使幼苗适应于室外生活的方法和装置与流程

本申请是申请日为2011年12月9日、国际申请号为pct/fi2011/051094、中国国家阶段申请号为201180058600.8、发明名称为“用于使幼苗适应于室外生活的方法和装置”的专利申请的分案申请。

本发明涉及用于使幼苗适应于室外生活的方法和装置。更具体来说，本发明涉及可用于在将幼苗导向室外之前在生长箱或温室中处理所述幼苗的光照方法和装置。

发明背景

工业生产的树苗在其生命的早期阶段通常生长在生长箱或温室中。按照现有技术，当幼苗达到一定年龄或尺寸时，随后将它们种植在室外。移到室外对于植物来说是非常有冲击性的经历。除了其他效应之外，移到室外对植物造成的“移植冲击(transplantationshock)”来自于内部(温室或实验室生长箱条件)与外部光谱的差异。为了避免这种情况，通常将植物在遮光帘下保持几周，以便限制直接暴露于日光。该时期对种植者造成了附加的工作和投资，并延迟收获物的成熟。

对植物的冲击效应由突然暴露于太阳所引起，因为它们在温室或生长箱中接受到的光与室外和太阳的光谱相比具有有限的光谱。室内光条件包含通常通过温室玻璃或聚碳酸酯过滤过的日光，并且在大多数情况下，还包括在自然光较少的时期内来自于高压钠灯的附加人造光。在生长箱中通常使用荧光灯管。特殊的基于led的光也正变得越来越常见，其在将来可能/将会代替hps灯和荧光灯。

因此，已报道在将树苗导向室外后，它们遭受“移植冲击”，即幼苗死亡或生长受损。这种效应被close等在文章“容器化树苗‘移植冲击’的生理基础：综述”(thephysiologicalbasisofcontainerisedtreeseedlings‘transplantshock’:areview)中综述，所述文章在此引为参考。

us2008/0120736描述了一种在光谱的par(光合活性辐照)以及uv-a和uv-b或红外区中照射植物的方法。uv照射被断言提高抗虫性、免疫应答，增强色素沉着和香味，并且改变植物的体系结构例如形状、花朵数量和体积以及毛状体密度。该文件在此也引为参考。

从《高等植物的光生物学》(photobiologyofhigherplants)第28页进一步了解到，uv辐照刺激对过量辐照具有保护性的酚类化合物的生产。从《高等植物的光生物学》第136页还了解到，许多植物在高光照环境中通过获得叶毛层或蜡涂层来增加它们的叶片的反射，以此作为外部光防护的手段。该文件也在此引为参考。这两种现象在专业植物光生物学家中是公知的，但是它们还没有以任何实用方式被利用。

ep0364952a2显示了一种用uv辐照种子的方法。使用这种方法来测试种子的生存力，因为无生存力的种子产生芥子酸胆碱的荧光。该文件在此也引为参考。

概括来说，在现有技术中，似乎植物的uv强化已知提供了各种光形态发生效应和其他效应。此外，uv照射被用作检测种子生存力的方法。

现有技术的方法具有相当大的缺点。如果幼苗最终死于上述的移植冲击，那么种子存活性的检查在根本上是无用的。此外，如果幼苗不能从移植冲击存活，那么通过增加植物的尺寸或花朵数量的植物光形态发生增强效应就最终结果而言也是无效的。使用帘来遮光是不经济的，因为它不成比例地增加了由植物生产商进行的幼苗分拣。这是由于在阴影下运输植物和将它们从阴影下移出，也为幼苗生产商增加了一段附加的高成本的工作期。

技术实现要素：

所研究的本发明涉及用于在树苗进入室外之前对它们进行有效处理以对抗移植冲击的系统和方法。

本发明的第一个目的是以在短时间内执行的方式将这种处理提供给幼苗，从而最小化植物种植者需要管理的幼苗分拣。另一个目的是提供在北方纬度和南方纬度或任何不同纬度有效的对移植冲击的处理，因为日光量以及因此对于成功处理移植冲击的要求可能随纬度而变。

本发明的另一个目的是提供一种移植冲击处理，其可以适用于在黑暗的生长箱中或由例如堆叠造成的阴影中或在以不存在自然日光为特征的任何生长环境中生长的幼苗。

本发明的第三个目的是提供一种移植冲击处理，所述处理可被施加于安放在温室中的植物，其中幼苗接受一些自然日光，并且使用人造光来补充这种自然光以用于移植冲击处理。本发明的另一个目的是提供人造光，可以将其在温室中在夜晚期间施加于幼苗和/或植物以用于移植冲击处理。

本发明的一个方面是一种灯，所述灯通过为植物提供它们目前不能从温室或生长箱中的灯接收到的光的某些波长使得植物为室外条件做好准备。在幼苗养护的主要部分期间，可以以较小剂量施加本发明的灯光，或者可以在室内养护期的最后，施加本发明的灯光作为“日光冲击”期。通过为所述幼苗提供本发明的灯光使它们为日光做好准备，并且不需在遮阳帘下花费几周时间。

在本发明的一种实施方式中，生长箱照明装置发出辐照，其为植物提供它们在它们的生长期中没有接受到的辐照部分。所述装置的关键光谱区域是uv-a(315-400nm)、uv-b(280-315nm)以及紫光和蓝光区域(400-500nm)、以及红光和远红光区域(600-800nm)。在本发明的某些实施方式中，所述装置还可以含有光谱的绿光和黄光区域(500-600nm)。

因此，本发明改进了树苗的生长周期，提高了可存活幼苗的比例，并消除了生长过程中的一个工作阶段，从而改进了幼苗栽培和生长的经济。

根据本发明，提供了一种处理植物的方法，其特征在于，

-将至少一个所述植物幼苗安放在室内，

-在所述至少一个植物幼苗在室外生活之前，将其暴露于室内人造uv光，

-入射uv光的至少部分由发光二极管(led)产生。

根据本发明，提供了一种处理植物的方法，其特征在于，

-将至少一个所述植物幼苗室内安放在透明温室中，

-在所述至少一个植物幼苗在室外生活之前，将其暴露于室内人造光，

-所述人造光的至少部分由发光二极管(led)产生，

-所述人造光的光谱在与通过所述温室透射的日光光谱组合时，被布置成与地球上的室外日光相似。

根据本发明，提供了一种处理植物的方法，其特征在于

-至少一个所述植物是树苗，并被安放在室内，

-在所述至少一个树苗在室外生活之前，将其暴露于室内人造uv光，

-入射uv光的至少部分由发光二极管(led)产生。

根据本发明，提供了一种用于植物处理的发光装置，其特征在于至少一个所述发光装置是uvled，并被布置成在将至少一个植物幼苗转移到室外生活之前，在室内照射所述至少一个植物幼苗。

根据本发明，提供了一种用于植物处理的发光装置，其特征在于至少一个所述发光装置是uvled，并被布置成在将至少一个树苗转移到室外生活之前，在室内照射所述至少一个树苗。

根据本发明，提供了人造光在植物中处理移植冲击的应用。

根据本发明的一个方面，所述树苗生长在具有通常由聚碳酸酯或任何其他塑料和/或玻璃制成的透明或半透明的壁和顶棚的温室中。在这种实施方式中，人造光从led照射在幼苗上，所述led对透射通过温室的壁和顶棚的自然光谱进行补充。正如我们所知的，高能光子被温室壁或温室顶棚中的某些材料阻断，因此所述人造光通常发射uv光子。自然光与人造光的复合光谱被安排用以处理幼苗以对抗移植冲击。在本发明的另一方面，在夜晚期间或当太阳处在地平线上低处时，使用所述人造光以处理移植冲击。

根据本发明的另一方面，将树苗安放在没有自然日光的黑暗生长箱中。在用于植物的唯一光源是人造光的实施方式中，移植冲击处理可以被布置成通过在幼苗栽培期的某些阶段中的主要光源、或者通过在不同时间处使用的特殊光源来进行。提供所述移植冲击处理的特殊光源，可以被整合在主要生长发光装置中。用于移植冲击处理的光的光谱，需要在使用主要光源时与所述主要光源形成优选的复合光谱，和/或在没有使用其他光时，形成整个的移植冲击处理光谱。

当移植冲击处理被调整成使其对植物生长的干扰尽可能小时，可以获得本发明的一些或所有上述优点。

此外，并参考获得上述优点的实施方式，本发明的最佳方式被认为是向安放在日光进入非常有限的室中的树苗提供小剂量的高能uv脉冲。

附图说明

下面将根据附图参考示例性实施方式对本发明进行更详细描述，在所述图中

图1将本发明的处理植物以应对移植冲击的方法的实施方式作为流程图示出。

图2将在温室中使用的本发明的移植冲击处理的实施方式20作为框图示出。

图3将在生长箱中使用的本发明的移植冲击处理的实施方式30作为框图示出。

图4将本发明的在温室中处理植物以应对移植冲击的方法的实施方式40作为流程图示出。

图5将本发明的在具有有限日光或没有日光的生长箱中处理植物以应对移植冲击的方法的实施方式50作为流程图示出。

图6示出了本发明中使用的由本申请人建立并测试过的优选led光谱的实施方式60。

某些实施方式描述在从属权利要求中。

具体实施方式

图1作为流程图10示出了处理植物以对抗移植冲击的方法。通常来说，所述植物是树苗，并在其生命的早期阶段被安放在室内。对于树苗来说，种植事件是特别重要的，因为该阶段中的任何损伤都可能意味着树苗多年的生长延迟或抑制，或彻底的早期死亡，造成种植者的显著经济损失。本发明的方法原则上可以适用于所有树苗，但特别适合于处理任何下述物种以对抗移植冲击：橡树，刺槐，松树，桦树，槭树，红杉，红木树，桉树，竹，棕榈树，云杉，白杨，赤杨，椴树，柏树和/或在阶段100中栽培在室内的任何其他树种。在阶段110中，所述树苗在室外生活之前在室内被暴露于人造uv光。在阶段110中，入射uv光的至少部分由发光二极管(led)产生。在一种实施方式中，在幼苗养护的主要部分期间以小剂量施加所述人造光。在其他实施方式中，在室内养护期的末期使用单周期和/或脉冲。

在某些实施方式中，在光谱的任意下述波段中施加所述人造光：uv-a(315-400nm)、uv-b(280-315nm)、紫光和蓝光区域(400-500nm)、红光和远红光区域(600-800nm)和/或绿光和黄光区域(500-600nm)。在本发明的某些实施方式中，发光装置是下述装置中的任一种：发光二极管(led)、alingap红光hb-led和alingan绿光和/或蓝光hb-led、紧邻led芯片放置的光波长上转换发磷光材料、紧邻led芯片的铕-铈共掺杂的baxsryzns3发磷光材料和/或铈掺杂的镧系元素氧化物硫化物、和/或置于led附近的利用至少一个半导体量子点的波长上转换装置。

在本申请中，“磷光体”被解释为是指任何发磷光材料，其可以是例如元素磷光体，但它不仅限于元素磷光体。下标x和y在本申请中表示化学式中的数值变量。

还应该进一步指出，实施方式10可以容易地与实施方式20、30、40、50和/或60中的任意种排列和/或组合，并且可被用于产生实施方式20、30、40、50和/或60中的任意种。

图2示出在温室200中实施本发明的处理的实施方式。温室200通常具有透明壁，其在某些实施方式中由玻璃或塑料等透明材料制成。这些材料通常阻断波长为300-400nm或更短的高能uv进入温室，导致来自于日光230的光谱被修改成过滤后的日光240。根据本发明，至少一个树苗210生长在温室中。人造光220通常物理附连于它对树苗210具有最大暴露和覆盖度的位置。

在某些实施方式中，与透射通过温室壁和/或温室顶棚的日光230的光谱组合的所述人造光的光谱250，相当于与在地球地面上观察到的太阳光谱相似的组合总光谱。在本发明的优选实施方式中，这使幼苗适应于室外生活。

在本发明的某些实施方式中，500-600nm的绿光和黄光光子从人造光220及其光谱250中略去。在本发明的某些实施方式中，温室壁和温室顶棚可以包含用于500-600nm的光的滤光片，这是由于植物反射绿光，因此该波段不像蓝色或红色波段那样具有光合活性，并且由于该波段可能产生不想要的热量。在其他目的中，绿光对植物是重要的，例如植物从绿光及其与其他波段的光谱比率衍生出许多光形态发生信息。因此，在本发明的优选实施方式中，在所施加以处理移植冲击的光谱中存在绿光，但是与日光光谱中相比，所施加光谱的该波段相对于蓝色和红色波段具有较小的强度。在本发明的某些实施方式中，即使目的是以其他方式在室内产生类似于太阳的光谱时，也故意将500-600nm波段的相对强度保留成比日光光谱中的更小。

发光装置220是下述装置中的任一种：发光二极管(led)、alingap红光hb-led和alingan绿光和/或蓝光hb-led、，紧邻led芯片放置的光波长上转换发磷光材料、紧邻led芯片放置的铕-铈共掺杂的baxsryzns3发磷光材料和/或铈掺杂的镧系元素氧化物硫化物、和/或置于led附近的利用至少一个半导体量子点的波长上转换装置。下标x和y表示化合物的化学式中的变量。此外，在本发明的某些实施方式中，发光装置220可以配备有以下由下述化学式表示的发磷光材料中的任意种：

-malsin3x(其中m是金属例如ca、sr、ba，且x是稀土元素例如eu，或者mn，以任何不同比率和组合)，

-mmgsiox(其中m是金属例如ca、sr、ba，且x是稀土元素例如eu，或者mn，以任何不同比率和组合)。

在某些实施方式中，发光装置220被布置成在夜晚与在白天发射不同光谱。在某些实施方式中，根据本发明，所述光谱被布置成随着一天中的时间、或季节(即日期)、或两者动态改变。

还应该进一步指出，实施方式20可以容易地与实施方式10、30、40、50和/或60中的任意种排列和/或组合，并且可用于产生实施方式10、30、40、50和/或60中的任意种。

在图3中，将树苗安放在至少一个生长箱360中。生长箱360通常在建筑物300内部，并且将生长箱360堆叠以节省种植者的空间和成本。根据本发明，在某些实施方式中，生长箱是透明的，并且建筑物是如上解释的透明温室，在某些实施方式中建筑物300是不透明的，在某些实施方式中生长箱侧壁由不透明材料制成。

在一些其中的生长箱侧壁360以及建筑物300是透明材料制成的实施方式中，对于几个树苗来说仅存在一个或很少的光源320。在其中生长箱的所有或一些侧壁不透明的其他实施方式中，光源321可以被放置成离生长箱360更近，或在生长箱360本身内部，以确保足够的对抗移植冲击的处理。

还应该进一步指出，实施方式30可以容易地与实施方式10、20、40和/或50中的任意种排列和/或组合，并且可用于产生实施方式10、20、40、50和/或60中的任意种。

图4作为流程图示出在图2的设置中使用的处理方法的实施方式。在阶段400中，将通过温室壁和/或温室顶棚出现的光谱用例如光谱仪记录。在阶段410中，用人造光对该光谱进行补充。在本发明的许多实施方式中，阶段410的人造光主要是uv光。这是因为在某些实施方式中，通常存在于uv中的高能组分已被温室的壁和/或顶棚反射。在阶段420中，将复合光谱照射在树苗上。

在某些实施方式中，根据所处时间和可获得的日光量，人造光照对光谱有区别地进行补充。例如，在夜晚期间，可将人造光用于产生整个光谱，其在某些实施方式中类似于日光光谱。

还应该进一步指出，实施方式40可以容易地与实施方式10、20、30、50和/或60中的任意种排列和/或组合，并且可用于产生实施方式10、20、30、50和/或60中的任意种。

图5示出在某些实施方式中与图3的设置一起使用的方法的实施方式50。在阶段500中，由于幼苗被安放在暗处或遮光的生长腔室360中时，所以所述树苗主要暴露于人造光光谱。

在阶段510中，人造光照产生类似于日光的光谱，因为人造光几乎是唯一的光源。在某些实施方式中，在阶段520中人造光从非常接近于幼苗的位置产生uv短脉冲，以使所述幼苗适应于室外生活。这在本发明的某些实施方式中是优选的，因为它使照明中使用的能量降至最低，并使绝大部分计划送达幼苗的高uv光子确实到达幼苗，而不是偏离目标照射。

还应该进一步指出，实施方式50可以容易地与实施方式10、20、30和/或40中的任意种排列和/或组合，并且可用于产生实施方式10、20、30、40和/或60中的任意种。

应该指出，所产生用于克服移植冲击的人造uv灯可以被布置在各种装置构造中。根据本发明，在一种实施方式中，人造uv灯可以是仅仅或主要在uv-b波段中发射的led灯。在其他实施方式中，所述uv灯被整合在例如led的其他发光装置中并与其一起使用，所述其他发光装置可以在下述波段中的任意种中发射：uv、可见光、远红光波段(700-800nm)、红外波段(800nm+)。

根据本发明，在某些实施方式中，光由电子发光或磷光或两者产生。例如，在一种实施方式中，uv光由电子发光产生，以及可见或ir波段中的光由紧邻uv灯的吸收uv光然后发出较长波长的光的磷光体或发磷光材料产生。在这种基于磷光的实施方式中，通过在制造发光装置时调整发磷光材料的类型和数量，可以调整uv发射与可见-红外发射的强度比率。

根据本发明，本发明的每个led可能在uv中，以及在可见波段、远红光波段和/或红外波段中的两者中具有一个或多个发射峰。

图6显示了在本发明中使用的由本申请人建立并测试过的led光谱。波长示出在水平x-轴上，相对强度示出在竖直y-轴中。已知的一种优选实施方式是uvled加上图6的g2led、或uvled和来自图6的本申请人的ap9led。本发明的另一种实施方式将图6的光谱ap6和ap7与uvled组合。

在本发明的一种实施方式中，根据本发明的至少一个uvled或多个led在uv-a(315-400nm)和uv-b(280-315nm)波段中发射，但是不在uvc(100-280nm)波段中发射。

应该指出，根据本发明可以应用人造光处理移植冲击的任何有利的剂量范围。在一种实施方式中，以已知或随机的时间间隔执行人造光的少量暴露。在其他实施方式中，在本发明的室内生长期结束时执行处理移植冲击的光暴露。

还应该指出，本发明包括将本发明的人造光处理与其他移植冲击处理例如幼苗的冷却相组合。在某些实施方式中，将本发明的人造灯安放在冰箱中，以便将幼苗布置在所述冰箱中以适应于室外冬季条件。同样地，根据本发明，移植冲击的人造光处理可以与人造风或幼苗的受控矿物质供应相组合。

还应该指出，在本发明的任何上述实施方式中，被布置成产生用于移植冲击处理的人造光的发光装置，可以配备有下述发磷光材料中的任意种：

-malsin3x(其中m是金属例如ca、sr、ba，且x是例如eu的稀土元素或者mn，以任何不同比率和组合)，

-mmgsiox(其中m是金属例如ca、sr、ba，其x是例如eu的稀土元素或者mn，以任何不同比率和组合)。

上面已参考上述实施方式对本发明进行了解释，并且演示了几种商业和工业优点。本发明的方法和布置允许针对移植冲击来处理树苗，从而增加了树苗成功种植到室外的可能性。本发明的处理减少了种植者的工作阶段，因为本发明消除了在树苗养护期间对遮阳帘的需要，以及随后将幼苗移入和移出遮阳区域的需要。

上面已参考上述实施方式对本发明进行了解释。然而，显然，本发明不仅仅限于这些实施方式，而是包含了在所述创造性想法和专利权利要求书的精神和范围之内的所有可能的实施方式。

参考文献

“容器化树苗‘移植冲击’的生理基础：综述”(thephysiologicalbasisofcontainerisedtreeseedlings‘transplantshock’:areview)，dugaldc.close,christopherlbeadle和philiph.brown,australianforestry2005,vol.68no.2pp.112-120.

ep0364952a2，“确定种子的存活性“(determiningseedviability)，taylor等，1990。

us2008/0120736，“光形态发生增强植物的方法“(processofphotomorphogenicallyenhancingplants)，williame.hurst,2008。

《高等植物的光生物学》(photobiologyofhigherplants)，maurices.mcdonald,johnwiley&sons,2003。