| Тэги: Производственный план, Планирование, Электродосвечивание овощей, Фотосинтетически активная радиация, Полив тепличных овощей, Тепличный бизнес | Комментарии (1)

Основные факторы роста и развития растений: тепло, свет, воздух, вода, питание. Все эти факторы одинаково необходимы и выполняют определённые функции в жизни растений.

Тепло необходимо растениям во все периоды их роста и развития. Требования к теплу у различных культур неодинаковы и зависят от происхождения, вида, биологии, фазы развития и возраста растения.

Солнце является основным источником света для растений. Только на свету растения создают из воды и углекислого газа воздуха сложные органические соединения.

Продолжительность освещения сильно влияет на рост и развитие растений. Требования к условиям освещения у растений не одинаковы. Для южных растений длина светового дня должна быть менее 12 часов (это растения короткого дня); для северных — более 12 часов (это растения длинного дня).

Искусственно укорачивая или удлиняя световой день в теплице, можно повысить урожай и значительно улучшить его качество. В естественных условиях в открытом грунте этого достигают ранневесенними и позднелетними посевами.

Наибольшее практическое значение свет приобретает при выращивании рассады и овощей в теплицах зимой. В это время растения испытывают наибольший недостаток света, так как, во-первых, это самое тёмное время года и, во-вторых, значительная часть светового потока поглощается, проходя через остеклённую поверхность теплицы, и затеняется решётками.

Для усиления освещённости используют различные электролампы и осветительные установки. Освещённость растений на стеллажах и под парниковыми рамами зависит также от правильного их размещения. Чрезмерная густота посадки растений отрицательно сказывается на их качестве.

Влажность не только почвы, но и воздуха необходима растению на протяжении всей его жизни. Прежде всего вода вместе с теплом пробуждает семя к жизни. Образовавшиеся корешки всасывают её из почвы вместе с растворенными в ней минеральными солями.

Вода (по объёму) является главной составной частью растений. Она участвует в создании органических веществ и в растворенном виде разносит их по растению. Благодаря воде растворяется углекислый газ, высвобождается кислород, происходит обмен веществ, обеспечивается нужная температура растения.

При достаточном запасе влаги в почве рост, развитие и образование плодов протекают нормально; недостаток влаги резко снижает урожай и качество продукции. Овощные растения особенно требовательны к влаге, что объясняется значительным содержанием её в овощах (от 65 до 97%, в зависимости от культуры), а также большой испаряющей поверхностью листьев.

Содержание влаги в тканях листа должно быть не менее 90–95%. При уменьшении её даже на 10% листья увядают, работа их нарушается.

Требовательность растений к влаге по периодам роста и развития неодинакова. Особенно она высока при прорастании семян. Вот почему для проращивания семян рекомендуется использовать специальные камеры проращивания в рассадных отделениях теплиц.

Особенно влаголюбивы огурцы, капуста, зеленные культуры, редис, а также рассада овощных культур. У плодовых овощных культур (помидоры, огурцы, кабачки, патиссоны и др.) повышенная требовательность к влаге проявляется в момент завязывания плодов и плодоношения. В это время особенно опасны большие перерывы между поливами. Без достаточного количества влаги рост плодов, кочанов и корнеплодов прекращается, а в солнечную погоду поверхностные ткани их быстро пробковеют и теряют эластичность. Возобновление поливов вызывает растрескивание плодов, кочанов и корнеплодов, делая продукцию некачественной.

Рассада при недостатке влаги преждевременно стареет, листья бледнеют, грубеют. При высадке такая рассада плохо приживается, поступление урожая задерживается.

Не меньшее влияние на развитие растений оказывает и относительная влажность воздуха. Чем суше воздух, тем сильнее испаряют растения воду и тем выше их температура, а все это увеличивает расход питательных веществ в ущерб откладываемым в запас. При длительном снижении влажности воздуха наступает воздушная засуха, которая может перейти в почвенную засуху. Чрезмерная влажность воздуха также отрицательно сказывается на растениях, усиливая различные грибные заболевания. В теплицах, парниках и под плёнкой избыточную влажность понижают вентиляцией.

Из воздуха растения получают углекислый газ необходимый им для жизнедеятельности — он является единственным источником углеродного питания.

Содержание углекислого газа в воздухе ничтожно и составляет 0,03%. Обогащение воздуха углекислым газом идёт в основном благодаря выделению его из почвы. Большую роль в образовании и выделении почвой углекислого газа играют органические и минеральные удобрения, вносимые в почву. В современных же тепличных технологиях, использующих гидропонное питание растений, практически не применяются органические удобрения, тем самым сводится на нет свойство органики выделять углекислый газ. Поэтому в современных технологиях выращивания тепличных овощей используются такие источники углекислого газа, как привозная чистая углекислота или очищенная углекислота из выхлопа топочного котла.

Повышенное содержание углекислого газа, в воздухе, благоприятно сказывается на всех процессах, происходящих в растениях, особенно ускоряет плодоношение. В теплицах содержание углекислого газа повышают искусственно до 0,4–0,7%.

Для нормального роста и развития растениям требуются различные элементы питания:

• кислород, углерод, водород растения получают из воздуха и воды;
• азот, фосфор, калий, серу, магний, кальций, железо — из почвенного раствора.

Эти элементы потребляются растениями в больших количествах и называются макроэлементами. Бор, марганец, медь, молибден, цинк, кремний, кобальт, натрий, которые также необходимы растениям, но в небольших количествах, называются микроэлементами.

Корни массой корневых волосков всасывают из почвы воду с растворенными в ней минеральными солями и подают её в листья через стебель по восходящим токам.

Листья через устьица и в меньшей степени стебли и корни поглощают из воздуха углекислый газ.

В зелёных частях растений, содержащих хлорофилл, под действием солнечного света из воды и углекислого газа образуются органические вещества. Этот процесс называют фотосинтезом.

Основное количество выработанных в листьях органических веществ затрачивается на построение стеблей, листьев, корней, цветков и плодов.

Потребность растений в элементах питания изменяется в зависимости от культуры, возраста, сорта (гибрида) выращиваемого растения.

1. Освещение. Фотоситетически активная радиация (ФАР)

«Досвечивать или не досвечивать?! Вот в чём вопрос!» По силе драматизма у тепличников.

Эта драма по накалу страстей близка к шекспировской. И разворачивается она перед тепличниками в тот момент, когда можно и нужно выбирать: какие технологии надо закладывать в новую / реконструируемую теплицу?

1.1. Сезонные факторы солнечной радиации

Весною и в начале лета солнца много как никогда – длина светового дня увеличивается, доходя до своего максимума в начале лета. В открытый грунт (в средней полосе России) высаживают огурцы где-то после 20 мая, когда земля достаточно хорошо прогреется и температура почвы не будет опускаться ниже 15 градусов.

Месяца через два с грядки можно снимать первые огурцы. Эти два месяца –с 20 мая по 20 июля - занимают самые длинные дни в году. Если просуммировать длительность светового дня за этот период и принять этот показатель за 100%, то огурцы, посаженные в начале апреля будут освещаться по времени почти на 10% меньше из-за меньшего светового дня. Если в теплицу высаживать в начале марта, то время естественного освещения растений сократиться ещё на 10%.

Для того, чтобы получить огурцы к Новому году надо высаживать огурцы в теплицы в начале ноября. На широте г. Москвы средняя длительность светового дня в эти месяцы меньше половины от средней длительности мая – июня. Другими словами, зимой надо обеспечить дополнительное освещение культивируемых в теплице растений. И время зимнего досвечивания сопоставимо с длительностью зимнего дня.

Но длительность светового дня ещё не всё. По своей собственной коже мы знаем, что загореть зимой в средней полосе России невозможно. А летом – запросто. Летом не просто длиннее световой день, но и солнце в полдень забирается на небо выше, формируя в полдень больший угол к горизонту.

И тут начинает срабатывать два фактора. С одной стороны, чем выше поднимается над горизонтом Солнце, тем меньший путь приходится солнечным лучам проходить через Земную атмосферу, тем меньше ослабление луча, падающего на поверхность Земли.

С другой стороны, чем меньше угол дневного стояния Солнца, тем большую площадь покрывает пучок солнечных лучей того же диаметра. То есть, солнечная энергия распределяется на большую площадь и активность освещения единицы поверхности Земли падает.

Есть ещё и третий фактор, в соответствии с которым лучи от более высоко стоящего (летнего) солнце более энергоёмкие. Это – спектральный эффект. Низко стоящее солнце на утренней или вечерней заре кажется красным из-за того, что лучи фиолетовой части спектра задерживаются атмосферой сильнее красных лучей. А известно, что красные лучи обладают меньшей энергией, по сравнению с более короткими фиолетовыми лучами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Зависимость величины солнечной радиации от времени года и территории

Поэтому относительное изменение активности поступающей на Землю солнечной энергии в течении года существенно отличается от длительности светового дня, хотя и имеет похожий характер сезонного изменения. Кривая относительной динамики длительности светового дня на уровне широты г. Москвы имеет вид более пологого купола по сравнению с динамикой относительного изменения солнечной радиации на той же широте.

Поэтому при сокращении зимой длительности светового дня в два раза, интенсивность солнечных лучей зимой снижается более чем в 10 раз.

Но не все лучи, приходящие от Солнца, воспринимаются растениями. Существует определённый спектр излучения, благоприятно влияющих на их рост и плодоношение. Считается, что только половина солнечных лучей несут так называемую фотосинтетически активную радиацию (ФАР) лучами со спектром диапазона 400-700 нм.

Если бы Земля была бы ровным шаром, то интенсивность солнечной радиации зависела бы только от географической широты. Но это не так. Москва и Новосибирск расположены практически на одной параллели, но солнечной энергии Новосибирск получает больше. Ростов-на-Дону и Хабаровском – тоже соседи по параллели, но в Хабаровске больше солнечных дней и в ежегодно он получает больше энергии от Солнца, чем Ростов-на-Дону.

На уровень получаемой солнечной радиации влияет и высота местности над уровнем моря, и наличие облаков и пасмурных дней, уменьшающих инсоляцию поверхности.

По мере увеличения географической широты на север сезонный график солнечной активности уменьшается по величине.

 

 

Более того, форма сезонного графика у более северных территорий уже.

 

 

 

 

 

 

 

 

Естественно, суммарная годовая величина солнечной радиации южных регионов выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Описание динамики солнечной активности

Динамика суточной активности солнечной радиации за три года в г. Краснодаре имеет периодический характер. Но фактические данные показывают, насколько сильно влияют погодные условия (интенсивность облачного покрова) на величину получаемой от Солнца энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

При усреднении данных солнечной активности в г. Краснодаре за последние 3 года по каждому календарному дню можно получить сезонную динамику солнечной радиации в этом городе.

 

Как видно из графика, солнечная активность в г. Краснодаре, даже усреднённая за три года, не имеет вид плавной кривой, хотя заметно, что нерегулярные колебания формируются около некоторого среднего. Используя метод наименьших квадратов, можно построить график среднего значения динами солнечной активности. Этот график содержит максимум летом, в конце июня – начале июля и зимний минимум.

Можно подобрать параметры для графика с нормальным распределением и с гармоническим распределением, при которых сумма квадратов отклонений минимальна. Наиболее актуальным является всё же гармонический график с первой гармоникой, совпадающей с периодом календарного года.

В настоящее время уже существуют данные по солнечной активности для многих регионов России. Основным источником таких данных служат компании, занимающиеся продажей и продвижением солнечной энергетики. Эти компании предоставляют опытные данные по накопленной, как правило, за месяц солнечной энергии на единицу поверхности, и в том числе на горизонтальную поверхность.

Существуют интернет-ресурсы, которые отражают фактические данные по солнечной радиации в некоторых городах России. Эти данные более точные. Иногда они предоставляются с точностью до 10 минут. Обладая месячными данными по солнечной радиации в определённом месте России и предположением о том, что гармонический закон является достаточно точным приближением для изменения солнечной радиации, можно подобрать параметры данного закона, которые дают значения солнечной радиации с точностью до каждого дня года.

Безусловно, это будут расчётные показания, но они будут давать статистически ожидаемый уровень солнечной радиации в данном регионе. Фактическое значение будет сильно зависеть от температуры воздуха, облачности, загазованности, ветра, атмосферного давления.

 

1.4. Расчёт потенциальной урожайности по приходу фотосинтетически активной радиации (ФАР)

Солнце – основа жизни на Земле. Оно даёт энергию для поддержания жизнедетельности растений и животных. Растения непосредственно поглощают солнечную энергию, накапливают её, расходуют на собственное развитие. Животные получают солнечную энергию посредством растений.

Сложные реакции фотосинтеза, которые проходят в растениях, являются тем особенным инструментом, который позволяет преобразовать солнечную энергию в соединения органической химии. Существуют простые и сложные формулы, описывающие фотосинтез. В настоящее время накопилось большое количество научных работ, объясняющих процессы, присущие и сопутствующие фотосинтезу на молекулярном уровне. Тем не менее, современная наука даёт лишь закон пропорциональности между величиной солнечной радиации (энергии) и урожаем. Другими словами, при увеличении объёма усваиваемой растением солнечной радиации пропорционально увеличивается и урожай. Или, растения накапливает в своей структуре часть солнечной энергии, и объём накопленной энергии пропорционален падающей на растение солнечной энергии.

Объём накопленной растением солнечной энергии часто связывают с энергетической ценностью растительных продуктов. Диетологи и другие специалисты по питанию уже давно составили таблицы энергетической ценности потребляемых в пищу растительных (да и не только) продуктов.

 

1.4.1. Энергетическая ценность (энергоёмкость) овощей

Безусловно, продукты питания имеют различную энергетическую ценность. Эту ценность определяют на 100 грамм сырого продукта, который содержит воду. Если рассчитать энергетическую ценность сухого вещества, входящего в продукт, то энергетическая ценность продуктов одного класса – овощей и зелени – становится близкой.

 

При этом можно заметить, что грунтовые огурцы и томаты содержат меньше воды в своих плодах, чем парниковые (тепличные). Да и энергетическая ценность сухого вещества в грунтовых овощах выше, но эта разница не превышает 15%.

Так, 100 гамм сухого вещества грунтовых огурцов имею энергетическую ценность в 300 ккал, а парниковые – только 286 ккал. Для томатов эти показатели различаются сильнее: грунтовые томаты – 292 ккал, парниковые – 259 ккал.

Но, опять же, данные показатели нельзя назвать абсолютными. Они будут отличаться между собой для овощей разных сортов, выращенных в разных условиях. Да и вопрос: каким образом показатели энергетической ценности продуктов были получены.

Энергетическая ценность растительных продуктов часто определяется по количеству энергии, освобождённой при окислении (сгорании) сухого вещества продукта. Биологические процессы, связанные с потреблением пищи более сложные, чем окисление кислородом. Процессы фотосинтеза не менее сложны. Мало того, часть поглощённой солнечной энергии расходуется на процессы жизнедеятельности растений, а сжечь можно только ту часть веществ, которые были накоплены в растениях.

1.4.2. Зависимость урожайности от ФАР

Тем не менее, советский учёный – физиолог растений – А.А. Ничипорович в середине прошлого века попытался связать урожай на полях с объёмом солнечной радиации. Он предложил формулу, по которой энергия, накопленная в сухой массе растений, пропорциональна количеству приходящей фотосинтетически активной радиации (ФАР) солнца.

 

 

Полученная растением солнечная энергия расходуется на:

• Процессы жизнедеятельности растения (дыхание, испарение, ток соков растения и т.п.),
• Формирование органов растения (листьев, корней, стеблей, плодов и т.п.),

Часть органов растения отмирает и заменяется в процессе развития растения. Поэтому, даже если сжечь высушенное полностью растение, то не будут учтены опавшие листья или отмершие корешки. Но тем не менее, если при прочих равных условиях нужно, чтобы растение получило больше солнечной энергии, оно дольше и/или с больше мощностью должно освещаться.

Принимается также, что эти биологические потери пропорциональные величине самого растения, т.е. доля сухого вещества, которое было потеряно растением пропорциональна количеству сухого вещества оставшегося растения. При постоянном проценте потерь энергия, содержащаяся в сухом веществе растения пропорциональна энергии солнца (ФАР), с которой было облучено растение.

 

 

Если энергоёмкость (энергетическая ценность) сухого вещества растения одинакова для всех частей растения, то можно определить энергию сухого вещества растения как произведения энергоёмкости сухого вещества растения на массу сухого вещества растения.

 

 

 

  

Получается, что всё сухое вещество, из которого состоит растение пропорционально тому объёму солнечной энергии, с которым было освещено растение.

 

 

А, если назвать количество сухого вещества растения «урожаем биологическим», то можно сформировать закон пропорциональности, по которому биологический урожай (количество сухого вещества) растения прямо пропорционально количество солнечной энергии, падающей на растение (Количество ФАР) и обратно пропорционально энергоёмкости сухого вещества растения.

 

 

 

Коэффициент пропорциональности в этом случае можно назвать «Коэффициентом использования (растением) ФАР».

 

 

 

Эту формулу и представил А.А. Ничипорович для сухого вещества растений. Для того, чтобы оценить урожайность основной продукции растениеводства, нужно знать о той доле сухого вещества, которое растение направляет в те органы, которые интересны для человека: плоды, зелёную массу, корнеплоды и т.п. Кроме того, для того чтобы оценить полезный урожай, надо перевести вес обезвоженного сухого вещества в вес основной продукции, в которой присутствует вода.

 

 

 

 

1.4.3. Исходные данные для моделирования урожаев

Как использовать приведённые выше формулы для целей математического моделирования выращивания тепличных овощей в условиях различной освещённости как в течении года, так и для различных территорий расположения тепличных комплексов?

В те годы, когда происходило формирование данных зависимостей, было актуальным определение предельной или ожидаемой урожайности культур открытого грунта и обоснованием урожайности регионом выращивания. В условиях интенсивных технологий выращивания в закрытом грунте имеется возможность в определённых пределах регулировать освещение культивируемых растений путём электродосвечивания специальными лампами.

Вопрос ставится в этом случае следующим образом: сколько надо досвечивать растения, чтобы получить заданный урожай в теплице, расположенной в данном регионе?

В качестве исходных данных при решении данной задачи используются следующие данные:

• Годовая динамика величины солнечной радиации в регионе расположения теплицы,
• Энергоёмкость сухого вещества выращиваемой культуры,
• Доля сухого вещества в полезной продукции выращиваемой культуры,
• Доля воды (влажность) в полезной продукции выращиваемой культуры,
• Коэффициент использования ФАР.

1.4.4. Коэффициент использования ФАР

Существуют более или менее достоверные источники данных для всего приведённого перечня, кроме значений коэффициента использования ФАР.

Ещё А. А. Ничипорович разделил все посевы в открытом грунте по их средним значениям данного коэффициента на группы:

• Обычно наблюдаемые – 0,5–1,5%;
• Хорошие – 1,5–3,0%;
• Рекордные – 3,5–5,0%;
• Теоретически возможные – 6,0–8,0%.

Многие источники для тепличных культур определяют для этого коэффициента величину в 4%. При этом обычно, оговариваются, что данный коэффициент существенно зависит от выращиваемой культуры, её гибрида, качества работы тепличниц.

Под качеством работы тепличниц в данном случае понимают своевременность и качество формирования растения, удаления старых листьев и съёма плодов.

Для овощей, выращиваемых с современных теплицах, важным свойством гибридов является индетерминантность. Индетерминантные сорта и гибриды имеют неограниченный рост основного стебля. Чем длиннее стебель, тем больше может на одном растении образоваться плодовых завязей, тем больше это растение может принести урожая и выше урожайность все теплицы. Растения таких сортов необходимо определённым образом формировать. Если этого не делать, то растение даст плоды в ближних к корню межузлиях и прекратит своё дальнейшее плодоношение.

Для того, чтобы этого избежать существует множество схем формирования растения, при котором удаляют листья, побеги плодов таким образом, чтобы растение плодоносило по всей длине стебля. Длина стебля культуры – один из факторов современных технологий выращивания тепличных овощей. Этот фактор привёл к увеличению высоты промышленных теплиц, где длина стебля огурца может достигать 4-5 м.

Формирование растения – основная забота рядовых работников теплиц - тепличниц. Именно от их мастерства в формировании растения зависит урожайность огурца.

Значение коэффициента использования ФАР в размере 4% даёт нижнюю оценку плановой урожайности овощных культур, выращиваемых в современных теплицах. Фактические значения могут быть и выше из-за умения (качества работы) тепличниц, оптимальности других режимов выращивания.

1.4.5. Режимы электродосвечивания по продолжительности светового дня

Раньше в источниках по электродосвечиванию тепличных растений можно найти данные о суммарном времени освещения тепличных культур, причём данные в различных работах указывались разные: от 10 часов до 20 часов в сутки. При этом, редко когда указывалось интенсивность искусственного досвечивания растений. Существовал норматив (также изменяющийся в процессе совершенствования технологий досвечивания), который определял распределение электрической мощности тепличных ламп на 1 кв. м защищённого грунта. Существуют и более точные нормативы, которые не учитывают высоту подвеса светильников над культурами. Они рекомендуют определённый уровень освещённости растений в теплице.

Если теплица расположена на уровне 50° северной широты, то длительность светового дня в данном регионе колеблется от 8 часов зимою, до около 16,4 часов летом. Для 14-ти часового режима освещения зимой надо досвечивать до 6 часов в сутки. При таком режиме летом досвечивание не нужно.

 

   

Для выращиваемых в теплице культур будут возникать паузы между оборотами, когда нет растений в теплице и, следовательно, нет необходимости их досвечивать.

В этом случае, для одной зоны выращивания огурца график электродосвечивания будет иметь рваный вид.

 

 

 

 

Для двух зон огурца суммарное время электродосвечивания будет иметь более сложный характер. Частично они будут пересекаться, а летом досвечивание будет в одеих зонах отсутствовать – достаточно солнечной радиации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.6. Режимы электродосвечивания по получаемой растениями ФАР

В последнее время, произошёл переход на более точные и биологически обоснованные нормативы освещения тепличных растений. Они выделяют из всего спектра, продуцируемого лампой досветки ту часть спектра освещения, которая соответствует диапазону фитосинтетически активного излучения (ФАР).  Кроме того, этот переход стал заменять категории освещённости поверхности, выраженной в люксах, на количество испускаемых лампой фотонов, принадлежащих к диапазону ФАР. Считается, что именно от количества фотонов зависит количество реакций фотосинтеза и, следовательно, количество созданного растением сухого вещества. Сезонная динамика солнечной радиации по сравнению с длительностью светового дня показывает, что для 50° северной широты относительное изменение солнечной радиации в год в два раза больше, чем относительное изменение длительности светового дня.

Это означает, что, если досвечивать тепличные культуры одинаковой световой мощностью, то зимой растения будут недополучать половину необходимой радиации.

Да и сама солнечная радиация не вся попадает в теплицу под стекло, часть из неё (около 70% - 80%) отражается и часть поглощается стеклом, которое необходимо кроме того ещё время от времени (по весне) мыть. Из всего солнечного спектра растения потребляют только порядка половины радиации, составляющей фотосинтетически активную его часть (фотоситетически активную радиацию – ФАР). Поэтому до растений доходит порядка 40% от всей мощности солнечной радиации на данной широте.

Если учитывать динамику урожайности огурца в одной из зон выращивания и, согласно формуле Ничипоровича, выразить потребность в ФАР внутри теплицы через урожайность, то можно сформировать сезонный график ФАР, который необходимо обеспечить для формирования необходимой урожайности огурца.

При сравнении сезонного графика солнечной ФАР в теплице и графика потребности ФАР для обеспечения заданной урожайности видно, что даже в летние месяцы имеются периоды, когда солнечной ФАР в теплице не хватает для формирования необходимого урожая огурцов. В эти периоды необходимо производить досвечивание растений до необходимого уровня ФАР.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.7. Световые параметры при электродосвечивании

Свет является основным источником энергии для фотосинтеза. С увеличением интенсивности освещения улучшается качество продукции, увеличивается содержание в ней витаминов, снижается количество вредных для организма нитратов и нитритов, пропорционально возрастает интенсивность фотосинтеза. Известно, что повышение освещённости на 1% в зимний период даёт 1% прибавки урожая. Для большинства растений эта закономерность сохраняется в пределах интенсивности освещённости 0,132 - 0,264 кал/кв. см в минуту (20 000 – 40 000 люкс).

При дальнейшем увеличении интенсивности света интенсивность фотосинтеза начинает снижаться, а затем останавливается на определённом уровне. У огурца фотосинтез превышает дыхание при интенсивности освещения 0,0132 кал/кв. см в минуту (2 000 люкс). Нормальный рост вегетативных органов обеспечивается при 0,0396 кал/кв. см в минуту (6 000 люкс), нормальное развитие и плодоношение возможно при 0,066 кал/кв. см в минуту (10 000 люкс). Томат требует большей интенсивности освещения. Выгоночные культуры — лук, петрушка и т. д. мирятся с освещённостью 1 000 люксов. Обеспечение оптимальной освещённости очень важно для получения высококачественной продукции с минимальным содержанием нитратов. В зимний период при низкой освещённости накопление нитратов в тепличных овощах в 2 - 4 раза выше, чем летом. Очень высокая освещённость (свыше 60 - 70 000 лк) может задерживать рост растений, вызывать ожоги в результате повышения температуры листьев до критических (губительных) пределов.

Исходя из притока естественной ФАР в наиболее критические месяцы (декабрь, январь), территория бывшего Союза делится на световые зоны. К первой отнесены районы, где сумма ФАР, проникающей в теплицы в декабре — январе, составляет 110 - 220 кал/в. см горизонтальной поверхности; ко второй — 410 - 560, к третьей — 670 - 970, к четвертой – 1 000 – 1 380, к пятой — 1 420 - 1 660, к шестой – 1 740 – 2 280, к седьмой – 2 730 – 3 600 кал/кв. см.

Для определения сроков выращивания и посадки рассады, начала плодоношения используют среднедневную и среднемесячную сумму ФАР, интенсивность ФАР, требования растений к ФАР. По условиям естественной освещённости (без досветки) высадка огурца в теплицах в первой и второй зонах целесообразна в феврале, в третьей и четвертой — в январе, а в пятой-седьмой — в любое время года. Высадка помидора в первой зоне — в середине марта, в четвертой — в январе, а в седьмой — в любое время года.

При естественной освещённости рассаду огурца можно вырастить в пятой — седьмой световых зонах, рассаду помидора — в седьмой зоне. В остальных зонах необходимо искусственное досвечивание рассады.

Электросветокультура (или просто «светокультура») повсеместно используется при выращивании рассады. При выращивании овощей по старым технологиям она считается неэкономичной. Затраты электроэнергии при досвечивании на 1 кг продукции могут достигать 150 - 200 кВт*ч.

В сооружениях защищённого грунта световой режим улучшают, уменьшая светонепроницаемые элементы кровли. Световой режим в плёночных сооружениях лучше, чем в остеклённых, вследствие меньшего количества светонепроницаемых элементов кровли. То есть, чем меньше шпросов (менее габаритный каркас теплиц), тем выше освещённость. Однако из-за запылённости плёнки освещённость в теплице может снижаться на 18—20% и больше, а из-за загрязнённости стекла — на 55% по сравнению с наружной. В связи с этим теплицы необходимо размещать вдали от источников интенсивного запыления.

В остеклённых теплицах рекомендуется не реже двух раз в год очищать остекление. Для этого рекомендуется применять раствор, приготовленный на основе фторида аммония (концентрация 2—5%) и минеральной кислоты (азотной, фосфорной, соляной, серной) — концентрация 0,5—1,0%.

Наивысшая освещённость в теплицах в зимний период бывает при ориентации их конька с запада на восток, весной — с севера на юг. Повышению продуктивности растений способствует меридианальное размещение рядов растений в весенних теплицах.

N-ская область относится к __ зоне ФАР с интенсивностью света 1 000 – 1 380 кал/кв. см.

Согласно разработкам Института Гипронисельпром (2000 г.) оптимальная норма облучённости в теплице для выращивания рассады — 40 Вт/кв. м ФАР с фотопериодом 14 часов, для выращивания на продукцию — 100 Вт/кв. м с фотопериодом 16 часов.

Средняя суточная интенсивность естественного света — 100 Вт/кв. м.

Недостаток света существенно снижает темпы развития растений в зимний, весенний и осенний периоды, когда низкий уровень естественной солнечной радиации сопровождается коротким световым днём. Низкое предложение на рынке сельскохозяйственной продукции и относительно высокие цены на неё в этот период делают рентабельными системы электрического досвечивания. Значительные капитальные затраты на сами системы и текущие затраты на электрическую энергию с лихвой окупаются полученным урожаем.

Уровень освещённости в теплице, необходимый для выращивания растений определяется агрономическими требованиями. Минимальный уровень составляет 6 - 7 кЛк. Количество светильников, обеспечивающих требуемую освещённость, зависит от размеров теплицы, высоты подвеса светильников и уровня, на котором обеспечивается требуемая освещённость, от мощности светильников. От выращиваемой культуры существенно зависит распространение света и, соответственно, также необходимое количество светильников для получения необходимой освещённости. Обычно для достижения минимальной освещённости устанавливают светильники с удельной мощностью от 50 до 100 Вт/м2. Конкретное количество определяется на основе светотехнического расчёта для конкретного проекта. Гарантированно хорошие результаты по урожайности получаются при получении среднего уровня освещённости 10 - 12 кЛк. Ещё лучшая урожайность получается при относительно высокой освещённости до 20 и более кЛк. Соответственно, для этого необходимо устанавливать большее количество светильников и при эксплуатации расходовать большее количество электрической энергии.

1.4.8. Выбор светового оборудования

Выбор светотехнического оборудования осуществляет по специальной схеме, учитывающей основные факторы: тип теплицы, выращиваемую культуру, нормируемую интенсивность облучения, световую зону, искусственную составляющую нормируемой облучённости, удельную мощность при заданном коэффициенте полезного действия источника света в области ФАР, тип системы облучения и источника света. При размещении светильников в теплице, кроме прочего, учитывается требование равномерного освещения растений, а также их взаимное влияние на другие технологические системы. Так, высокая степень нагревания ламп и конструкция светильников определяют их влияние на сравнительно тонкую ткань штор и необходимость исключения попадания на лампы влаги от систем дождевания и испарительного охлаждения.

Как показала практика, оптимальный режим освещения растений составляет 20 000 люкс/кв. м при 18-20 часовом суточном периоде.

Комплексы для искусственного выращивания растений и культур требуют особого вида освещения, которое по своим техническим характеристикам максимально приближалось бы к естественному солнечному свету. Растения для интенсивного развития требуют много тепла и насыщенного освещения, генерируемого в красном сегменте спектра. Минимальное значение уровня освещения в теплицах – 5 000 лк, поэтому идеальным решением для проектов по организации осветительных систем в тепличных комплексах являются подвесные светильники, оснащённые натриевыми лампами различной мощности.

Натриевые лампы, устанавливаемые в тепличных светильниках способны создавать монохроматическое световое поле жёлто-оранжевого света в красном спектре, успешно имитирующее натуральное солнечное освещение. Мощность современных устанавливаемых в телицах ламп варьируется от 400 Вт до 1 000 Вт, поэтому можно подбирать светотехническое оборудование в соответствии с конкретными условиями выращивания растений. Продолжительность срока службы натриевых ламп составляет не мене 20 000 часов непрерывной эксплуатации, что позволяет говорить об исключительной практичности этих источников света. КПД таких осветительных приборов достигает 95%, что является самым высоким показателем в своём классе.

Появляются случаи использования светодиодного освещения в теплицах. Но в настоящее время эти технологии освещения дороги на этапе установки, не имеют большого практического опыта использования в промышленных тепличных комплексах

Эффективность систем электрического досвечивания определяется спектральным составом света, который они излучают; уровнем освещённости, который они обеспечивают; коэффициентом полезного действия, который влияет на эксплуатационные расходы.

Наиболее близок для растений свет натриевых ламп высокого давления. Специальные лампы для использования в теплицах выпускаются фирмами: Philips (Голландия), SYLVANIA Gmbh (Германия), Osram (Германия), General Electric (США), Reflax (Россия). Наибольшее распространение получили лампы мощностью 400 и 600 Вт.

Включение ламп и равномерное освещение растений обеспечивают светильники соответствующей мощности с пускорегулирующей аппаратурой. Различают светильники с электромагнитными пускорегулирующими аппаратами (ПРА) и с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА).

Лампы российской компании Reflux довольно-таки широко представлены на современных тепличных комплексах. Лампы типа ДНаЗ/Reflux являются высокоэффективными источниками света универсального применения, сочетающие компактность с высокой стабильностью светотехнических характеристик в течение всего срока службы.

Лампа ДНаЗ/Reflux представляет собой высокоэффективный натриевый излучатель, помещённый в вакуумированную колбу с внутренним зеркальным покрытием.

Особенность конструктивного решения лампы ДНаЗ/Reflux заключается в создании на колбе отражающего профиля продольной ориентации, обеспечивающего заданное светораспределение с осевой асимметрией и исключающего многократные отражения и попадание отражённого излучения на разрядную трубку.

Компактный эффективный зеркальный отражатель лампы обеспечивает КПД оптической системы не менее 95% и степень защиты IP 67, коэффициент использования 100% и создаёт оптимизированное продольное перераспределение светового потока.

КПД оптической системы лампы ДНаЗ/Reflux практически не меняется в течение всего срока службы лампы (Кзап = 1,1) за счёт того, что зеркальное покрытие герметично изолировано от окружающей среды (находится в вакууме).

Благодаря большей эффективности светильников с такими лампами по сравнению со светильниками с отражателями и лампами трубчатого типа можно получить до 10-20% прибавки уровня облучения растений и как следствие такую же прибавку в урожайности, либо, при прежней урожайности сократить количество светильников и затраты на электроэнергию на те же 10-20%.

Существует довольно-таки широкая линейка тепличных ламп, которые разработаны для теплиц разной конструкции. Основным различием которых является высота колонны теплицы, и, следовательно, высота подвеса лампы.

При низких (2-3 м) теплицах применяются лампы малой мощности 150 – 250 Вт. При современных высоких теплицах мощность используемых ламп вырастает до 400 – 600 Вт или даже 1 000 вт.

Высокое расположение ламп позволяет сформировать более равномерное распределение света по теплице, сберечь растения от теплового ожога близко расположенных ламп. Но при увеличении расстояния между растениями и лампами для обеспечения необходимого уровня освещённости требуется большие по мощности лампы.

Проектируемый Тепличный комплекс содержит по сути пять зон выращивания растений, включая рассадное отделение и отделение выращивания салатных культур.

Если требования к освещённости у томатов и огурцов близки, то у салатов, рассады и овощей они отличаются. Как правило, технология выращивания рассады предполагает её меньшую освещённость, по сравнению со взрослыми растениями. Требуемая освещённость для салатных культур также ниже освещённости овощей.

Тем не менее, за базовую лампу в проектируемом тепличном комплексе возьмём зеркальную отечественную лампу, широко применяемую в тепличных комплексах страны, - лампу ДНаЗ/Reflux S 600 / 400В, мощностью в 600 Вт и напряжением питания 380 В (см. Диаграмму 39).

Лампа ДНаЗ супер/Reflux S 600 выпускается с электронным пускорегулирующим аппаратом ЭПРА 600 в обычном и в герметичном корпусе, патроном E40 и кабелем питания.

Технические характеристики лампы ДНаЗ супер/Reflux S 600:

• Мощность - 600 Вт,
• Напряжение сети - 380В,
• Световой поток - 83,0 кЛм,
• ФАР – 1 120 мкМоль/с,
• Тип спектра -2.

Спектр лампы ДНаЗ супер/Reflux S 600 группируется вокруг 600 нм.

Лампы ДНаЗ/Reflux S 600 выпускаются для двух напряжений питания 220В и 380В. В качестве базовой лампы выбрана лампа с более высоким напряжением питания (380 В). При той же электрической и оптической мощности ток при большем напряжении питания меньший. При запитывании электрического устройства с меньшим током потребления потери на питающих проводах будут меньше, следовательно, будут и меньше суммарные тепловые потери освещения теплицы.

Для ламп ДНаЗ/Reflux выпускаются специализированные тепличные светильники типа ЖСП, в которых предусмотрены все необходимые элементы для работы лампы.

Корпуса тепличных светильников, как правило, изготавливаются из коррозионно-стойкой стали, после чего покрываются специальной порошковой краской, защищающей от механических повреждений. Высокотехнологичные отражатели из анодированного алюминия усиливают насыщенность светового поля, что способствует созданию оптимальных условий для фотосинтеза.

Светильник ЖСП 64-600-002/380V предназначен для освещения растений в тепличных комплексах с напряжением сети 320-420 В.

Производятся в модификациях под зеркальную лампу мощностью 600 Вт и под трубчатую лампу мощностью 600 Вт и 750 Вт.

Корпус светильника изготовлен из экструдированного алюминиевого профиля, покрытого порошковой эмалью.

Степень защиты - IP23.

Климатическое исполнение - У5.

Номинальное напряжение сети/Частота тока - 320-420 В / 50-60 Гц 

Назначение светильников – оптическая корректировка кривой света лампы для организация более ровного освещения растений. Кривая силы света данного тепличного светильника разработана для более ровного распределения светового потока по площади теплицы.

 

 

 

 

 

 

 

1.4.9. Режимы досвечивания огурца

Светокультура растений - это выращивание растений при искусственном освещении.

Применяется для раннего выращивания рассады овощных культур, их зимней культуры (особенно в условиях Крайнего Севера), для выгонки цветочных растений, круглогодичной селекции и семеноводства растений при оптимальном световом режиме, а также в научных целях. Искусственным освещением пользуются также в теплицах и оранжереях в зимние месяцы для удлинения короткого дня и восполнения слабого солнечного света.

Впервые лампы (керосиновые) для выращивания растений применил (1868) русский ботаник А. С. Фаминцын. В 20 в. американский исследователь Р. Гарвей (1922) и советский физиолог растений Н. А. Максимов (1925), вырастившие растения "от семени до семени" при искусственном освещении, использовали мощные лампы накаливания.

В промышленности при светокультуре используют лампы накаливания, люминесцентные, ксеноновые, ртутные и др.

Для нормального роста и развития растения при искусственном освещении интенсивность излучения в физиологическом диапазоне (380 - 710 нм) должна составлять не менее 30—150 Вт/кв. м (в зависимости от вида или сорта растений); в спектре искусственного источника излучения должны отсутствовать ультрафиолетовые лучи (<300 нм).

Ранее для устранения избыточного количества инфракрасных лучей, вызывающих перегрев растения, применяют водные экраны или снижают температуру воздуха в помещении. В настоящее время, после появления высоких теплиц, тепловое влияние ламп досвечивания сокращается за счёт существенной прослойки воздуха между лампами и растениями, используя высокие теплицы.

Существенное значение при светокультуре имеют спектральный состав света, интенсивность радиации, длина фотопериода. Наилучший эффект при светокультуре достигается при использовании ламп, видимый спектр излучения которых близок к солнечному (например, ксеноновые лампы). Максимальный урожай может быть достигнут при длине дня 16—24 ч.

Существует несколько способов определения количества ламп для досвечивания овощей.

Первый способ – расчёт уровня освещённости точечным методом.

Второй способ – нормативный, при котором за основу берётся норматив мощности ламп на 1 кв. м освещаемой поверхности (Вт/кв. м).

За основу возьмём нормативный метод определения количества ламп освещения. Но, после получения результата нормативным способом, проверим его на соответствие расчётом уровня освещённости точечным методом.

За основу возьмём нормативный метод определения количества ламп освещения. Но, после получения результата нормативным способом, проверим его на соответствие расчётом уровня освещённости точечным методом.

Полезная площадь теплицы между соседними колоннами равна произведению пролёта теплицы – 9,6 м на шаг колонн – 4,0 м (38,4 кв. м). При нормативе мощности ламп досвечивания на 1 кв. м огурца в теплице равному 235 Вт/кв. м, суммарная мощность ламп досвечивания на минимальную площадь между столбами для первой зоны огурца равна 9 024 Вт.

При мощности ламп ДНаЗ супер/Reflux S 600/400В в 600 Вт на данную площадь между соседними колоннами потребуется 15 единиц данных ламп.

Поперёк пролёта, под ним, располагаются 5 лотков с минераловатными матами, на которых выращиваются растения первой зоны огурца. Если 15 ламп разместить над 5 лотками, то над каждым лотком в пределах данной минимальной площади будет висеть 3 лампы. Причём, если расстояние между лотками – 1,92 м (9.6 м пролёта / 5 лотков) и такое же расстояние будет между рядами ламп, то расстояние между лампами в ряду будет равно 1,33 м (4,0 шаг колонн / 3 лампы).

Если учесть кривую силы света светильника ЖСП 64-600-002/380V (см. Диаграмму 42) и рассчитать освещённость на мате непосредственно под лампой досвечивания, в точке А, то уровень освещённости в этой точке будет более 34 000 лк.

В точке В – на мате между лампами – освещённость более 28 000 лк, а в самой неосвещаемой точке в углу, на краю – более 17 000 лк.

Расчёт осуществлялся по ближайшим лампам, но в освещение исследуемой точки пусть и небольшой вклад, но вносят и лампы, висящие дальше. Так как таких ламп больше, то и вклад их в освещённость исследуемой точки поверхности немалый.

Точечный расчёт освещённости показывает, что во всех точках полезной площади, ограниченной соседними колоннами теплицы уровень освещённости будет выше 17 000 лк, и растения не будут испытывать недостатка в освещении.

1.4.10. Электротехнические показатели досвечивания огурца

Для запитывания электрическим током всех 15 ламп, освещающих полезную площадь между соседними колоннами, потребуется электрический провод длиною в 27 м. Если ток, питающий одну лампу ДНаЗ супер/Reflux S 600/400В, составляет величину 1,75 А, то общий ток, проходящий через кабель, который будет питать 15 этих ламп, равен 26,25 А.

Пропускание такого тока обеспечит медный кабель с площадью сечения в 2,5 кв. мм. Существует медный двухжильный кабель марки ВВГ-2*2,5, сечение каждой медной жилы которого составляет 2,5 кв. мм.

При удельном сопротивлении меди равному 0,0175 Ом* кв. мм/м, тепловые потери электрической мощности на проводе ВВГ-2*2,5, запитывающем 15 ламп, составит 130,23 Вт.

Полезная площадь зоны выращивания первой зоны огурца располагается на территории, ограниченной 97 шагами колонн и 9 пролётами, которые образуют 873 блоков, ограниченных соседними колоннами, площадью 38,4 кв. м каждый.

Общее количество ламп ДНаЗ супер/Reflux S 600/400В, освещающих полезную зону выращивания первой зоны огурца – 13 095 штук.

Общая мощность потребления лампами досвечивания данной зоны – 8 708 кВт, а тепловые потери от самих ламп – при 90% электрическом КПД ламп – 851 кВт.

Общая длина кабеля питания ламп ВВГ-2*2,5 зоны выращивания первой зоны огурца 23 571 м, а тепловые потери на нём – 113,693 кВт.

Провод ВВГ-2*2,5 выбран как электрический проводник, позволяющий подать электрический ток для 15 ламп, висящих над минимальной площадью, ограниченной соседними колоннами теплицы.

Этот кабель будет непригоден для питания нескольких минимальных блоков, из которых состоит зона выращивания первой зоны огурца. Определим характеристики силового кабеля, питающего эти блоки.

Зона выращивания первой зоны огурца (см. Диаграмму 34) разделена дорожкам на 6 областей, пять из которых имеют длину в 16 шагов, а самая правая – 17 шагов.

Если запитывать электричеством 17 блоков по 15 ламп, то потребуется ток 446 А. Силовой кабель номенклатуры ВВГ-2х150 с двумя медными жилами, с площадью сечения в 150 кв. мм каждая, выдерживает максимальный ток в 350 А. Поэтому этот кабель можно использовать для питания 8 или 9 блоков ламп по 15 штук в каждом. При этом суммарный ток кабеля, питающего 9 блоков ламп, - 236,25 А (210 А – для кабеля, питающего 8 блоков ламп).

Удельное внутреннее сопротивление медного кабеля сечением в 150 кв. мм – 0,0001167 Ом/м.

Если принять, что ввод силового кабеля освещения растений производится по середине Блока теплиц с северной стороны, то общая длина силового кабеля ВВГ-2х150, обеспечивающего подачу электроэнергии для досвечивания первой зоны выращивания огурца, равна 45,415 км.

Величина тепловых потерь на данном силовом кабеле – 239,391 кВт.

Таблица содержит основные этапы и результаты расчёта показателей системы досвечивания зоны выращивания первой зоны огурца.

1.5. Алгоритмы досвечивания огурца

Математическая модель позволяет выбирать разные алгоритмы электродосвечивания тепличных культур. Здесь рассматривается два алгоритма досвечивания овощей: по продолжительности светового дня и по недостатку ФАР в теплице.

Для первого алгоритма досвечивание первой зоны огурца производится в те дни, когда длительности естественного освещения овоща не хватает до рекомендованных для его выращивания норм.

В качестве норматива при досвечивании первой зоны огурца принята величина 14 часов, т.е. если продолжительность светового дня на широте расположения Тепличного комплекса ниже этого показателя, то производится досвечивание выращиваемых растений до норматива в 14 часов в сутки.

Во избежание температурных стрессов для растений в моменты включения и выключения освещения, а также образования росы, рекомендуют досвечивание включать и выключать постепенно, с изменением мощности освещения. Поэтому сезонный график досветки огурца увеличен на 1 час (для плавного изменения мощности освещения по полчаса утром и вечером).

Второй алгоритм учитывает суточную величину недостатка ФАР для получения необходимой согласно Производственного плана урожая овощей.

 

 

Норматив мощности ламп досвечивания на 1 кв. м овощей в теплице принимается равным 235 Вт/кв. м, а количество молей радиации в 1 МДж ФАР ламп класса ДНАТ – 5 Моль/МДж(ФАР).

 

Сравнение времени досвечивания огурца показывает, что даже в середине лета необходимо досвечивать огурец для достижения заложенной в Производственный план ежедневной урожайности. Общее время досвечивания при алгоритме, зависящем от ФАР, на 92% больше, чем в случае с алгоритмом, построенном на длительности светового дня.

 

Суммарная фотосистетическая радиация (ФАР) внутри теплицы формируется из ФАР солнечных лучей, проникающих в теплицу, и ФАР от излучения ламп электродосвечивания.

 

По графикам видно, что ФАР, полученный при досвечивании, исходя из алгоритма необходимой ФАР, больше, чем ФАР при досвечивании, исходя из длительности светового дня.

Поэтому урожайность при досвечивании до необходимой величины ФАР будет давать больший урожай с каждого квадратного метра теплицы.

 

 

 

Планируемая урожайность с досвечиванием, исходя из длины светового дня, даёт расчётную урожайность в 85 кг огурцов с 1 кв. м закрытого грунта в год (за четыре оборота). Планируемая урожайность с доствечиванем, исходя из необходимой для урожая величины ФАР, даёт урожайность в 100 кг огурцов с 1 кв. м теплицы в год при тех же четырёх оборотах данной культуры. Учёт естественной радиации солнца на начальных и конечных временных участках сбора урожая даёт расчётное значение урожайности в 105 кг с 1 кв. м.

 

Общее время доствечивания при алгоритме «до необходимого ФАР» почти в два раза оказывается больше, чем при досвечивании по длине светового дня. При этом в летние обороты досвечивание происходит только при алгоритме «необходимого ФАР».

Справедливости ради надо заметить, что при почти двух-кратном превышении времени досвечивания (и, соответственно, стоимости электроэнергии на досвечивание) при алгоритме «необходимого ФАР» увеличение суммарного годового урожая при том алгоритме лишь на 24% превышает урожайность досвечивания при алгоритме длительности светового дня. Странный эффект производственного планирования.

 

Причин, видится, две. Если посмотреть графики урожайности при «досвечивании, исходя из длительности светового дня», то можно заметить, что при начале и окончании оборота имеют место довольно-таки «острые углы», что говорит о резком всплеске урожайности в начале и резком падении урожайности в конце оборота. В реальной ситуации это вред ли может быть: созревание первого урожая огурцов и увядание растений достаточно плавный процесс. Алгоритм «от необходимой ФАР» учитывает этот эффект тем, что урожайность достаточно плавно увеличивается вначале оборота и также плавно снижается в его конце по нормальному закону распределения.

Вторая причина заметна в том, что различие в урожайности оборотов при «необходимой ФАР» составляет 11%, а различие в урожайности по методу «досветки по длине светового дня» - 41%, причём падение составляют именно зимние обороты.

С точки зрения экономики выращивания, более высокие урожаи в зимний период более интересны с точки зрения продаж – в этот период цены реализации на огурцы – максимальны по году. Поэтому и выручка от реализации при досвечивании по методу «необходимой ФАР» будет значительно выше. 

Условия освещения для выращивания салатных культур существенно отличаются от условий выращивания томатов и огурцов. Для постоянной величины ежедневного выпуска салата необходимо обеспечить постоянный ФАР в теплице. Салатная продукция менее требовательная к ФАР по сравнению с тепличными овощами. Уровень ФАР, необходимого для выращивания салата в 2-3 раза ниже соответствующих показателей для томата и огурца.

Потребность в зимнем досвечивании салата также ниже, чем у овощей. Салат является растением с меньшими требованиями к свету и теплу. Поэтому только несколько зимних месяцев необходимо его дополнительно досвечивать.

Летом, при выращивании салатной продукции, встаёт вопрос об охлаждении температуры внутри теплицы и о снижении уровня солнечной ФАР. Для уменьшения воздействия солнца на растущий в теплице салат используют системы горизонтального зашторивания с затемняющими экранами.

Уровень затемнения таких экранов может достигать 85%. Для широты расположения теплицы уровень затемнения экранов системы горизонтального зашторивания должен быть не менее 68%.

 

 

При меньшем уровне затемнения экранов, в летние месяцы самой большой солнечной ФАР может быть «пробой», при котором поступающая в теплицу солнечная энергия будет больше необходимой величине, что приведёт как к незапланированному росту урожайности, так и существенному повышению температуры внутри теплице.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6. Ограничения по ФАР для растений и для модели

Вряд ли в природе есть абсолютно линейные процессы, Большинство из них можно в определённом диапазоне описать приблизительно как линейные. Это утверждение справедливо и для процесса усвоения фотосинтетически активной радиации растениями.

 

Обычно растения нуждаются в освещённости от 500 до 2 000 люксов. Уровень освещённости в солнечный летний день в средних широтах составляет порядка 100 тысяч люкс (для сравнения, в тропический полдень эта цифра равна 130 тысячам люкс). В пасмурный день освещённость не превышает порядка 10-20-ти тысяч люкс. Минимальные среднедневные уровни освещённости, при которых растения могут нормально развиваться и размножаться (т.е. цвести и плодоносить), для светолюбивых видов составляют 5 000 люкс, а для тенелюбивых – 1 500 люкс.

Существуют растения, предпочитающие высокий уровень освещения - не менее 15-20 тыс. люкс, а некоторые растения для успешного цветения требуют 50 и более тыс. люкс.

Вне этих диапазонов растения начинают вянуть (при недостатке освещения) или высыхать (при его избытке).

Диапазон плотности светового потока (освещённости), в пределах которого разные растения могут осуществлять фотосинтез, простирается от 5 до 350 Вт/м².

Экспериментальные кривые зависимости интенсивности фотосинтеза от уровня освещённости показывают, как наличие максимального (предельного) уровня освещённости, так и разное значение этого уровня для различных растений.

Растения Памира не достигают своего насыщения при увеличении освещённости до 120 000 люкс, в трава летом в дубовом лесу начинает снижение фотосинтеза при увеличении освещённости уже при 20 000 люкс солнечной радиации.

Конечно же линейный алгоритм, используемый в данной математической модели выращивания овощей в теплице не должен затрагивать максимальные и минимальные значения интенсивности освещения растений и выходить за рамки 2 000 – 50 000 люкс, где можно принять за линейную зависимость интенсивности фотосинтеза от освещённости растений.

1.7. Возможности моделирования процесса выращивания овощей в зависимости от уровня освещённости

Приведённые выше два алгоритма электродосвечивания огурцов в теплице можно сравнивать между собой, выбирать более эффективный, менее затратный и т.д.

Основными возможностям, которые дают моделирование урожая овощей в теплице, можно назвать следующие:

• формирование потребности в ресурсах (в данном случае – электродосвечивание), определение количества ресурсов, годовую динамику ресурсов, которые потребуются для получения плановых значений урожая,
• сравнение разных подходов – алгоритмов, которые можно использовать для получения урожая, выбор среди них оптимального в конкретных условиях,
• в зависимости от ежедневной фактически поступающей в теплицу ФАР, регулирование временем электродосвечивания таким образом, чтобы было выполнение плановых заданий по ФАР и, следовательно, плановых заданий по урожайности,
• после формирования Производственного плана и планов по основным ресурсам можно определить экономическую эффективность того или иного Производственного плана тепличного комплекса, окупаемость инвестиций в те или иные технологии.

1.8. Ограничения моделирования процесса выращивания овощей в зависимости от уровня освещённости

О системном ограничении всякого математического моделирования частично уже было сказано. Биологические процессы бывают линейны лишь на сравнительно небольших диапазонах изменения показателей. То есть всегда существует ошибка попасть в нелинейную область с линейным моделированием и получить неверные данные.

Кроме того, все биологические системы являются многофакторными, т.е. недостаточно просто увеличить освещение для роста урожайности. Необходимо одновременно соответственно увеличить питание и водоснабжение растений, уровень углекислого газа в атмосфере теплицы, выдержать правильный дневной и ночной температурный режим в теплице, повысить внимательность к формированию растений и сбору выращенных до нужной стадии плодов.

Не выполнив хотя бы одно из приведённых выше условий, мы ограничиваем растения по одному из ресурсов. Этот ресурс становится критичным для растения и рост по другим факторам не приводит к желаемому результату.

2. Водопотребление и менеральное питание растений

Через полив растения получают минеральные соли и микроэлементы, необходимые для развития как самих растений в вегетационной фазе, так и для формирования плодов и набора их веса в генеративной фазе развития овощей.

Томаты содержат 4 – 8% сухого вещества, а огурцы – 3 -5%. Соответственно воды в томатах 92 – 96%, а в огурцах – 95 – 97%.

Поэтому количество и качество полива существенно влияет на производственный выход готовой продукции тепличного хозяйства.

2.1. Технологии полива

Полив огурцов и томатов осуществляется при использовании технологии малообъёмной гидропоники в минераловатном субстрате.

Выращивание салатных культур производится по технологии питательного слоя (Nutrient Film Technique – NFT).

При выращивании рассады томатов, огурцов и салатных культур используется технология периодического затопления (Ebb / Flow).

Наиболее сильное потребление воды при поливе происходит при выращивании овощей.

2.2. Полив огурцов

Расход воды и минеральных солей при поливе огурцов различается в зависимости от стадии развития растения.

Для огурца характерны следующие стадии развития растения:

• Посев,
• Проращивание семян,
• Пикировка рассады,
• Выращивание рассады,
• Перемещение в теплицу,
• Доращивание в теплице (вегетативная фаза),
• Плодоношение в теплице (генеративная фаза).

Для каждой из перечисленных стадий существуют показатели потребления растениями воды и минеральных веществ.

2.2.1. Посев семян

Посев сухих подготовленных семян производится в минераловатные пробки Grodan размерами 23 мм (диаметр) на 32 мм (длина). 

Минераловатные пробки заливаются питательным раствором, присыпаются вермикулитом.

Пробку Grodan насыщают питательным раствором, который приготавливают в количестве, как правило в 7 – 10 раз большим, чем объём всех засеваемых пробок. Таким образом, на каждую пробку объёмом 13 295,22 куб. мм потребуется 0,133 мл питательного раствора.

С учётом этого для насыщения пробок, предназначенных для первой зоны выращивания огурца, потребуется 9,77 л питательного раствора.

2.2.2. Проращивание семян

После посева производится проращивание семян. Здесь возможны две технологии.

По одной технологии пробки в кассетах накрывают плёнкой и оставляют на столах рассадного отделения для прорастания. При этом для огурца семена можно засевать сразу кубик Grodan, минуя стадию пробок.

При другой технологии используются камеры проращивания, куда помещаются кассеты с пробками. Камеры поддерживают определённый тепловой, влажностный и световой режимы проращивания семян. Количество и качество пророщенных семян в камере проращивания выше, а сроки проращивания – ниже.

Дополнительного питания при использовании камеры проращивания на этапе проращивания семя не требуется, т.к. в камере формируется необходимая влажность воздуха, предотвращающая потери при испарении.

2.2.3. Пикировка рассады

При пикировке рассады – переноса пробки Grodan в кубик Grodan (см. Диаграмму 22), в котором будет выращиваться растение, необходимо полностью пропитать кубик питательным раствором.  

Вес сухого кубика Grodan – 0,050 кг, а вес напитанного раствором – 0,500 кг. Таким образом для 73 516 штук рассады первой зоны выращивания огурца понадобится 33,082 куб. м питательного раствора.

 

 

2.2.4. Выращивание рассады

Далее производится выращивание рассады на рассадных столах по технологии прилив – отлив.

При поливе растений методом подтопления периодически на рассадный стол подаётся питательный раствор высотою 3 см. Гигроскопичный кубик Grodan впитывает в себя питательный раствор. При этом кубик увеличивает свою влажность с 50% до 75%. При габаритах кубика Grodan 100*100*65 мм, его объём равен 0,00065 куб. м. Увеличивая влажность с 50% до 75% кубик впитает в себя 0,00016 куб. м раствора. 

Для одного подтопления рассады, необходимой для насыщения только кубиков Grodan первой зоны огурца, будет расходоваться 12,00 куб. м питательного раствора.

Для обеспечения режима подтопления необходимо покрыть слоем в 3 см всю площадь рассадных столов. Для первой зоны огурца необходимый объём питательного раствора составит 140,16 куб. м питательного раствора.

Нормативный период подтопления рассады огурца составляет раз в 4 дня, срок выращивания рассады – 25 дней, за срок выращивания происходит 6 подтоплений. Таким образом, на период выращивания рассады на рассадных столах потребуется 245,242 куб. м питательного раствора для первой зоны выращивания огурца.

2.2.5. Перемещение в теплицу

Перемещение подрощенной рассады на основное место выращивания и плодоношения предваряется полным увлажнением матов Grodan (Grodan Master) перед установкой на них кубиков Grodan.

Каждый из матов имеет длину 1 м, ширину 20 см и высоту 7,5 см. Общий объём мата составляет величину 0,015 куб. м.

Растения из первой зоны огурца выращивается на 17 460 матах Grodan.

Для начального пропитывания матов первой зоны выращивания огурца потребуется 261,90 куб. м питательного раствора.

Кроме того, необходимо заполнить трубы системы подачи питательного раствора. Если принять, что баки системы питания зон выращивания располагаются в непосредственной близости от самой зоны (в свободных от выращивания пролётах над дорожками), то длина трубопровода подачи питательного раствора, расположенного параллельно лоткам с матами для первой зоны огурца составляет 436 м. Вся длина такого трубопровода для первой зоны огурца составляет 19 620 м.

 

 

Ширина первой зоны огурца – 115,20 м. Коэффициент монтажа труб питания (5%) учитывает дополнительные объёмы питательного раствора, заполняющие места монтажа, поворотов и развилки труб. Принимая это во внимание, получаем объём питательного раствора, заполняющего систему питания первой зоны выращивания огурца, в размере 40,67 куб. м.

 

2.2.6. Доращивание и плодоношение в теплице (вегетативная и генеративная фазы)

Питание растений в фазах развития стебля и листьев (вегетативная фаза) и налива плодов (генеративная фаза) отличается для каждой из фаз. Причём объём потребления питательного раствора зависит как от фазы, так и от времени года. Летом, в жаркий период года для регуляции температуры растение вынуждено больше испарять с листьев влаги по сравнению с более холодными периодами года.

В холодное время года у тепличных технологий большей возможности регулировать температуру и влажность воздуха в теплице, чем летом. Не смотря на защитные противосолнечные экраны, системы охлаждения и доувлажнения воздуха, форточные системы вентиляции не всегда могут полностью справиться с пиковой солнечной радиацией, особенно в южных районах. Поэтому объём полива в жаркие периоды увеличивают на 15% – 20%.

Максимальный (без учёта летней «добавки») объём полива одного растения огурца в день составляет величину в 5 л. Для всех 69 840 растений огурцов из первой зоны выращивания объём полива без учёта дренажа и испарения составит 209,520 куб. м в день.

Летний максимум ежедневного потребления питательного раствора поднимается для первой зоны выращивания огурца до 251,424 куб. м в день.

Для оценки количества воды, потребляемой тепличным огурцом при выращивании, модно взять другой алгоритм, который базируется на величине ФАР внутри теплицы и транспирационным коэффициентом огурца, который показывает, сколько воды прошло через растение для образования 1 г сухого вещества.

 

 

Динамика ежедневного объёма полива для 4-х оборотов огурца в первой зоне выращивания в течении года по двум приведённым алгоритмам имеет некоторое различие. Водопотребление по ФАР следует за заложенной динамикой урожайности огурца. Водопотребление по норме расхода на одно растение имеет ступенчатую структуру, которая отражает больший объём потребления воды в летние месяцы.

 

2.2.7. Рецептуры минерального питания огурцов

Питание тепличных растений формируется путём растворения в воде минеральных веществ в количестве, необходимом росту, развитию и плодоношению растения.

Существуют различные рецептуры питательных растворов для выращивания светокультуры огурцов на минеральной вате. Эти питательные растворы формируются на основании рекомендаций агротехнологов по насыщению минеральными веществами питательных растворов. Одна из таких рекомендаций для выращивания огурца приведена в Таблице.

Для различных фаз роста, развития и плодоношения приготавливают специальные растворы. В Таблице приведены концентрации питательных веществ для получения раствора:

• для насыщения кубиков и полива рассады,
• для насыщения матов,
• для вегетационной фазы развития растений (раствор стандартный),
• для генеративной фазы плодоношения растений (раствор генеративной).

На основании таких рекомендаций формируются рецептуры питательных растворов, которые получают смешиванием определённых солей в специальных баках приготовления маточного раствора. Затем, разбавляя маточный раствор до нужной концентрации, получают питательный раствор для полива растений.

 

Рецептура содержит название минерального удобрения и его количество, необходимое для 100 л питательного раствора.

Такие вещества как EDTA (Трилон Б) являются хелатами – веществами, улучшающими биологическую усвояемость минеральных веществ растениями.

Кроме того, существуют специальные вещества, регулирующие кислотность питательного раствора (pH).

Концентрацию питательного раствора доводят до необходимого уровня (EC).

Математическая модель формирует потребность в минеральных веществах, необходимых для питания растений. В зависимости от транспортных партий поставки определяется такой график поставки, чтобы всегда иметь на складе минеральных веществ остаток не менее нормативного.

2.3. Полив томатов

Расход воды и минеральных солей при поливе тепличных томатов аналогичны соответствующим показателям для выращивания огурца. Отличия состоят в количестве и динамике. Если огурец выращивается в 4-е оборота, то томат – только в один оборот. Кроме того, количественные показатели потребления воды и питательных веществ растениями томата отличаются от потребления огурцов.

2.3.1. Динамические показатели потребления воды при питании томатов

Динамика ежедневного объёма полива томата в течении года, рассчитанная по двум алгоритмам: по норме и по суммарной ФАР, показывает близкие итоговые результаты. 

 

 

 

 

2.3.2. Рецептуры минерального питания томатов

Питание растений томатов формируется путём растворения в воде минеральных веществ в количестве, необходимом росту, развитию и плодоношению растения.

Существуют различные рецептуры питательных растворов для выращивания томатов на минеральной вате. Эти питательные растворы формируются на основании рекомендаций агротехнологов о насыщении минеральными веществами питательных растворов. Одна из таких рекомендаций для выращивания томата приведена в Таблице.

Для различных фаз роста, развития и плодоношения приготавливают специальные растворы. В Таблице приведены концентрации питательных веществ для получения раствора:

• для насыщения кубиков и полива рассады,
• для насыщения матов,
• для вегетационной фазы развития растений (раствор стандартный),
• для генеративной фазы плодоношения растений (раствор генеративной).

На основании рекомендаций формируются рецептуры питательных растворов, которые получают смешиванием определённых солей в баках приготовления маточного раствора. Затем, разбавляя маточный раствор до нужной концентрации, получают питательный раствор для полива растений. Пример такой рецептуры для выращивания томата приведён в Таблице.

Рецептура содержит название минерального удобрения и его количество, необходимое для 100 л питательного раствора.

 

 

 

 

 

 

2.4. Полив салатов

Расход воды и минеральных солей при поливе салатных культур существенно отличается от полива овощей.

Для салата характерны следующие стадии развития растения:

• Посев,
• Проращивание семян,
• Пикировка рассады,
• Выращивание рассады,
• Доращивание салата в теплице.

Для каждой из перечисленных стадий существуют показатели потребления растениями воды и минеральных веществ.

2.4.1. Посев семян

Растения выращиваются в пластиковых горшочках диаметром и высотой 5 см, дно которых имеет отверстия, затем их устанавливают в специальные многоразовые кассеты из пластика, по 54 в каждую. Перед посевом кассеты моются под проточной водой или в слабом растворе с К₂МnО₄, сушатся и заполняются горшочками. В таком виде кассета с горшочками наполняется субстратом (горшочек не должен потерять свою форму и иметь вес 38-42 гр.), влажность которого составляет 40%, увлажняется субстрат механизировано или вручную, лишний удаляется щёткой.

В каждый горшочек высевается семена вручную или механизировано.

Высевается по три гранулированных семени салата или четыре не гранулированных.

2.4.2. Проращивание семян

После посева кассеты поливаются тёплой водой температурой 22-240С до влажности 60-65% (горшочек должен весить 48-50 г). Далее устанавливаются на тележки и помещаются в камеру проращивания семян (см. Диаграмму 31). Использование камеры проращивания позволяет свести к минимуму брак в рассаде и повысить её качество.

Рецептуры питательного раствора для выращивания рассады салатных культур не отличается от рецептур для доращивания салата до товарной формы. Но существуют отличие в рецептурах питательных растворов при выращивании салатных культур в зависимости от времени года.

 

2.4.3. Выращивание салата

Для того, чтобы вырастить куст салата весом в 150 г, необходимо потратить в 25 раз больше питательного раствора за весь срок выращивания данного куста. С другой стороны, потребление воды салатом, связано с получаемым им ФАР в теплице.

При регулировании ФАР в теплице путём затенения экранами системы зашторивания летом и электродосвечиванием зимой потребление воды растущим в теплицы салатом должно быть постоянным при постоянном выходе салатной продукции.

При расчёте потребления воды согласно нормам на одно растение, водопотребление будет колебаться около среднего значения.

Динамика ежедневного объёма полива салата в течении года представлена на Диаграмме.

Питание растений салата формируется путём растворения в воде минеральных веществ в количестве, необходимом росту и развитию растения.

Существуют различные рецептуры питательных растворов для выращивания салатов на гидропонике. Эти питательные растворы формируются на основании рекомендаций агротехнологов о насыщении минеральными веществами питательных растворов. Для летнего периода и периода зимы приготавливают отдельные растворы.

На основании данных рекомендаций формируются рецептуры питательных растворов, которые получают смешиванием определённых солей в баках приготовления маточного раствора. Затем, разбавляя маточный раствор до нужной концентрации, получают питательный раствор для полива растений. Пример такой рецептуры для выращивания салата приведён в Таблице.

Рецептура содержит название минерального удобрения и его количество, необходимое для 100 л питательного раствора.

 

 

 

 

2.5. Объёмные показатели полива

При полной загрузке расчётного Блока теплиц общий расход воды за год составит величину около 300 000 куб. м.

Годовая динамика потребления воды на полив растений отображена на Диаграмме.

В течении года ежедневное потребление воды колеблется в пределах от 300 куб. м летом до более 1 200 куб. м в пиковой нагрузке конца лета при расчёте по номам и от 230 куб. м до 1 350 куб. м при расчёте от суммарной ФАР.

Общее потребление минеральных удобрений за год при расчёте по норме на одно растение составляет величину около 770 т, а при расчёте по ФАР – 820 т.

Годовая динамика потребления минеральных удобрений для питания растений при двух алгоритмах также отличается.

В течении года ежедневное потребление минеральных удобрений колеблется в пределах от 770 кг - для расчёта по номам и 570 кг – для расчёта по ФАР и достигает максимума в 3,2 т м в пиковой нагрузке – для расчёта по нормам и 3,6 т – для расчёта по ФАР.

 

 

 

 

 

2.6. Оборудование полива

Современные системы полива технически довольно сложные комплексы, которые включают в себя следующие компоненты:

• Система подачи питательного раствора к растениям,
• Система дренажа неиспользованного растениями раствора,
• Баки для формирования питательного раствора,
• Датчики и дозаторы,
• Компьютерные системы управления поливом.

Основу таких систем составляет Растворный узел.

Растворный узел обеспечивает приготовление питательного раствора заданной концентрации (ЕС) и с оптимальным значением показателя кислотности (рН) путём смешивания с водой двух или более маточных растворов и кислоты. Качественное и непрерывное смешение воды с маточными растворами и кислотой происходит в регулируемых инжекционных смесителях. Компьютер контролирует параметры питательного раствора и поддерживает их на заданном уровне. Программирование заданий полива имеет компьютерный интерфейс, не требует специальных знаний и быстро осваивается, позволяя оптимально организовать сбалансированное питание растений. Растворный узел выполняет роль «сердца» системы капельного полива и может управлять всем процессом, начиная от подготовки воды, нагрева, фильтрации, заканчивая контролем влажности и температуры воздуха и субстрата в теплице. Для удобства использования система полива может управляться с ПК с использованием специализированных программных комплексов.

_08