用于工业作物灌溉的氢气纳米气泡注入水的制作方法

本发明涉及用于生产富氢水(hrw)的方法和工艺以及用于使用其灌溉工业作物、特别是用于灌溉工业作物如大麻、玉米、用于生产精油(例如，薰衣草、油菜、亚麻籽)和纤维(例如，椰壳纤维、棉花、亚麻)的作物的方法。

背景技术：

1、研究表明，分子氢具有有益于农业生产的独特特性。例如，lim等人,“geneticengineering in agriculture:hydrogen uptake(hup)genes[农业中的基因工程：吸氢(hup)基因]”,trends in biochemical sciences[生物化学趋势],5(6),167-170,1980；zeng等人,“progress in the study of biological effects of hydrogen on higherplants and its promising application in agriculture[氢气对高等植物的生物效应的研究进展及其在农业中的应用前景]”,medical gas research[医学气体研究],4(1),15,2014)；hu等人,“hydrogen-rich water delays postharvest ripening andsenescence of kiwifruit[富氢水延缓猕猴桃的采后成熟和衰老]”,food chemistry[食品化学],156,100-109,2014；zhang等人,“protective effects of hydrogen-rich wateron the photosynthetic apparatus of maize seedlings(zea mays l.)as a result ofan increase in antioxidant enzyme activities under high light stress[在高光胁迫下由于抗氧化酶活性增加，富氢水对玉米幼苗(玉蜀黍)的光合器官的保护作用]”,plantgrowth regulation[植物生长调节],77(1),43-56,2015；wang等人,“linking hydrogen-mediated boron toxicity tolerance with improvement of root elongation,waterstatus and reactive oxygen species balance:a case study for rice[将氢气介导的硼毒性耐受性与根伸长、水分状况和活性氧物质平衡的改善联系起来：水稻的个案研究]”,annals of botany[植物学年报],118(7),1279-1291,2016。在农业灌溉过程中使用氢气有大的潜力，这可能提高农业产量，改变生长期，增强对病害的抵抗力并减少农药的使用。然而，由于氢气在水中的溶解度有限，需要对常规的气体注入方法进行修改。纳米气泡是具有大表面积与体积比的极小气泡。较大的表面积允许增加的质量传递。因此，通过应用纳米气泡可以解决在水中h2的低溶解度和溶解的h2的快速消退的问题。

2、氢气是强还原剂。zhang等人,“hydrogen-rich water alleviates thetoxicities of different stresses to mycelial growth in hypsizygus marmoreus[富氢水减轻了不同胁迫对真姬菇的菌丝生长的毒性]”,amb express[amb快报],7(1),107,2017披露了氢气增强了抗氧化活性并降低了菌丝体中的活性氧物质(ros)水平。liu等人,“antioxidant activity of hydrogen nanobubbles in water with differentreactive oxygen species both in vivo and in vitro[在体内和体外具有不同活性氧物质的水中氢气纳米气泡的抗氧化活性]”,langmuir[朗缪尔],34(39),11878-11885,2018披露了纳米气泡增强了氢水的抗氧化能力并且纳米气泡氢水可以去除水中的ros(·oh、clo-、onoo-和o2·-)。zeng等人,“molecular hydrogen is involved in phytohormonesignaling and stress responses in plants[分子氢参与植物的植物激素信号传递和胁迫反应]”,plos one[公共科学图书馆期刊],8(8),2013披露了氢气还可能诱导抗氧化酶基因表达。zeng等人认为，氢可能是重要的信号传递分子，它可能参与植物生长和胁迫适应中涉及的植物激素信号传递途径的调节。jin等人,“hydrogen gas acts as a novelbioactive molecule in enhancing plant tolerance to paraquat-induced oxidativestress via the modulation of heme oxygenase-1signaling system[氢气充当通过调节血红素加氧酶-1信号传递系统增强植物对百草枯诱导的氧化胁迫的耐受性的新颖生物活性分子]”,plant,cell&environment[植物、细胞与环境],36(5),956-969,2013认为氢气通过调节血红素加氧酶-1(ho-1)信号传递来减轻百草枯诱导的氧化胁迫。ohsawa等人,“hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxicoxygen radicals[氢气通过选择性地减少细胞毒性氧自由基充当治疗性抗氧化剂]”,nature medicine[自然医学],13(6),688-694,2007披露了氢气还通过选择性地减少细胞毒性氧自由基充当治疗性抗氧化剂。

3、scribner等人的wo 01/08493a1披露了通过将土壤暴露于氢气(5％至100％)来提高植物生长或产量(干重增加了10％-30％)的方法。氢气可以通过水电解、电流或产h2微生物产生，这些微生物直接在土壤中产生氢气。

4、laurenzi等人的us 2017/0135295 a1披露了通过使用结构化微水进行灌溉来改进植物生长速率、植物健康和植物产量的方法。溶解的氢气范围为从0.01至10ppm。微水是通过电解/电离或添加化学物质产生的，并且更容易通过植物的水通道蛋白被植物吸收。

5、ishikawa等人的ep 3190091 a1披露了通过电解水产生用于农业使用的富氢水的装置。该发明声称，具有增强氢键的带正电的水可以减少植物根系细胞壁的氧化，并且因此强化根系。

6、li等人的cn 108901763 a披露了氢气纳米气泡产生器装置，该装置具有用于农业灌溉的可调节氢气浓度的特征。氢气是通过电解产生的。通过串联多个电解池来控制可调节氢气浓度。

7、sun等人的kr 101989021 b1披露了产生用于农业、畜牧业和海产品领域的富氢水的装置。通过增加预处理水中的氢气溶解速率来产生高氢气浓度水。

8、liu等人的cn 110367426 a披露了使用超声波和电极的氢气纳米气泡产生设备的发明。所产生的纳米气泡的范围可以是从20-1000nm。预期的溶解氢气浓度可达到3-6ppm。该设备用于产生具有抗氧化和抗菌特性的富氢饮料。

9、shen等人的cn 102657221 b披露了制备和应用hrw以调节植物生长的方法，其中通过水电解、化学反应、发酵或气体钢筒制备范围为从0.1％-100％的hrw。应用领域包括植物的植物灌溉、喷洒、浸泡或浸种，该植物包括单子叶植物、双子叶植物或种子裸子植物的植株、花序、果实或植物组织。

10、shen等人的cn 206494303 u披露了便携式水壶的设计，该水壶可以产生富氢水以在日常生活中保持蔬菜和花卉的水分并增加其保质期。富氢水由水壶底部的电解装置产生。

11、shen等人的cn 206612119 u披露了保鲜箱的设计，该保鲜箱可以将产生的富氢水喷洒到水果和蔬菜上以增加保质期。富氢水由保鲜箱内的电解装置产生并且可以监测和调节浓度。

技术实现思路

1、披露了一种用于灌溉能够生产大麻二酚(cbd)的作物的方法，该方法包括：

2、用纳米气泡富氢水(hrw-纳米(hrw-nano))灌溉该作物，

3、由此与用除了没有添加氢气之外具有相同组成的灌溉水的灌溉(对照灌溉)相比，由于用该hrw-纳米灌溉，该作物中的cbd的浓度增加。

4、在一些实施例中，该方法进一步包括以下步骤

5、将进料水泵送到纳米气泡产生器；以及

6、将氢气注入该纳米气泡产生器以在其中的水中形成氢气纳米气泡，

7、其中控制氢气的流速和进料到纳米气泡产生器的水的流速以实现一致的氢气纳米气泡尺寸。

8、在一些实施例中，对于线性交叉长度距离的最大直径，这些一致的平均氢气纳米气泡尺寸范围为从大约20至大约1000nm、优选小于大约200nm。

9、在一些实施例中，所披露的hrw中溶解的氢气的浓度范围为从大约0.1至1.6mg/l。

10、在一些实施例中，hrw中溶解的氢气的浓度为从大约0.6mg/l至大约1.00mg/l。

11、在一些实施例中，hrw中溶解的氢气的浓度为大约0.8mg/l。

12、在一些实施例中，作物是大麻科的植物。

13、在一些实施例中，作物是大麻属的植物。

14、在一些实施例中，作物包括以下中的一种或多种：大麻、玉米、用于生产精油(例如，薰衣草、油菜、亚麻籽)和纤维(例如，椰壳纤维、棉花、亚麻)的作物。

15、在一些实施例中，作物是大麻。

16、在一些实施例中，与对照灌溉相比，通过用该hrw-纳米灌溉，大麻二酚(cbd)的浓度增加了20％至40％。

17、在一些实施例中，该纳米气泡产生器是能够在水中产生平均氢气纳米气泡尺寸为大约20至大约1000nm、优选小于大约200nm的氢气纳米气泡的装置。

18、在一些实施例中，纳米气泡产生器是离心或涡轮泵送气体混合装置或具有适当表面涂层的陶瓷扩散器。

19、在一些实施例中，栽培作物并且与未用hrw灌溉的栽培作物相比，所得栽培作物的平均尺寸或重量增加。

20、在一些实施例中，栽培作物并且与未用hrw-纳米灌溉的栽培作物相比，所得栽培作物的平均尺寸或重量增加。

21、注解和命名

22、以下详细说明和权利要求书利用了本领域中通常众所周知的许多缩写、符号和术语，并且包括：

23、如本文所使用，不定冠词“一个/一种(a/an)”通常应被解释为意指“一个或多个/一种或多种(one or more)”，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式。

24、如本文所使用，在正文或权利要求书中的“约(about)”或“大约(around或approximately)”意指所述值的±10％。

25、如本文所使用，在正文或权利要求书中的“接近于”或“接近”意指在所述项的10％内。例如，“接近于饱和浓度”是指在饱和浓度的10％内。

26、术语“hrw-纳米”是指通过氢气纳米气泡注入产生的含氢水。hrw-纳米具有范围为从大约0.1ppm至大约1.6ppm的溶解氢气浓度。hrw-纳米中的溶解氢气将在溶液中保持在目标浓度下持续数小时，例如长达8小时。

27、术语“hrw-常规”是指通过常规氢气注入(例如，使用扩散器和文丘里(venturi)注入系统)产生的含氢水。hrw-常规具有范围为从大约0.1ppm至大约1.6ppm的溶解氢气浓度。hrw-常规中的溶解氢气将在溶液中保持在目标浓度下长达4小时。

28、术语“进料水”是指普通灌溉水和/或营养介质，如新鲜地表水、自来水、地下水、出水、已通过三级处理工艺处理以满足灌溉要求的废水(例如，加利福尼亚要求高级物理-化学处理和延长消毒以满足小于2/100ml的大肠杆菌标准)等。

29、术语“生物质产量”或“产量”是指包括茎、叶和芽的整个植物的干重。

30、术语“花质量”是指芽和叶的干重。

31、术语“真叶”是指具有5至7个端点的叶。

32、术语“最佳或一致”是指液体中一定浓度的溶解气体，其在大气条件下是稳定的并且不会在短时间(即，几小时至长达一天或两天)内脱气。

33、在本文中对“一些实施例”或“实施例”的提及意指关于该实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一些实施例中。说明书中不同地方出现的短语“在一些实施例中”不一定全部是指同一个实施例，单独的或替代性的实施例也不一定与其他实施例互斥。上述情况也适用于术语“实施”。

34、如本技术所使用，词语“示例性的”在本文中用于意指充当实例、示例或例证。本文中描述为“示例性的”的任何方面或设计并不一定被解释为优于或有利于其他方面或设计。而是，使用词语示例性的旨在以具体的方式呈现概念。

35、此外，术语“或”旨在意指包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文中清楚，否则“x采用a或b”旨在意指任何自然的包括性排列。也就是说，如果x采用a；x采用b；或x采用a和b两者，则在任何前述情况下均满足“x采用a或b”。此外，如在本技术和所附权利要求书中使用的冠词“一个/一种(a/an)”通常应被解释为意指“一个或多个/一种或多种(one or more)”，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式。

36、权利要求书中的“包括”是开放式过渡术语，其意指随后确定的权利要求书要素是无排他性的清单，即其他任何事物可以另外地被包括并且保持在“包括”的范围内。“包括”在本文中被定义为必要地涵盖更受限制的过渡术语“基本上由……组成”和“由……组成”；因此“包括”可以被“基本上由……组成”或“由……组成”代替并且保持在“包括”的清楚地限定的范围内。

37、权利要求书中的“提供”被定义为意指供给、供应、使可获得或制备某物。该步骤可以相反地由任何行动者在权利要求书中没有明确的语言的情况下执行。

38、在本文中范围可以表述为从约一个具体值和/或到约另一个具体值。当表述此种范围时，应理解的是另一个实施例是从该一个具体值和/或到该另一个具体值、连同在所述范围内的所有组合。本文中列举的任何和所有范围都包括其端点，即，x＝1至4或x范围为从1至4包括x＝1、x＝4以及x＝其间的任何数值，无论是否使用术语“包括端点”。